GR20190100253A - Μεθοδος κρυο-υαλωδους τρισδιαστατης εκτυπωσης υλικων - Google Patents

Μεθοδος κρυο-υαλωδους τρισδιαστατης εκτυπωσης υλικων Download PDF

Info

Publication number
GR20190100253A
GR20190100253A GR20190100253A GR20190100253A GR20190100253A GR 20190100253 A GR20190100253 A GR 20190100253A GR 20190100253 A GR20190100253 A GR 20190100253A GR 20190100253 A GR20190100253 A GR 20190100253A GR 20190100253 A GR20190100253 A GR 20190100253A
Authority
GR
Greece
Prior art keywords
materials
printing
vitreous
cryo
glassy
Prior art date
Application number
GR20190100253A
Other languages
English (en)
Inventor
Κωνσταντινος Ηλια Θεοδοσοπουλος
Original Assignee
Κωνσταντινος Ηλια Θεοδοσοπουλος
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Κωνσταντινος Ηλια Θεοδοσοπουλος filed Critical Κωνσταντινος Ηλια Θεοδοσοπουλος
Priority to GR20190100253A priority Critical patent/GR20190100253A/el
Publication of GR20190100253A publication Critical patent/GR20190100253A/el

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/20Pills, tablets, discs, rods
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/20Pills, tablets, discs, rods
    • A61K9/2095Tabletting processes; Dosage units made by direct compression of powders or specially processed granules, by eliminating solvents, by melt-extrusion, by injection molding, by 3D printing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)

Abstract

Η επινόηση αναφέρεται σε μέθοδο τρισδιάστατης εκτύπωσης για υλικά που χαρακτηρίζονται από την υαλώδη φάση. Τα υλικά αυτά ρευστοποιούνται σε θερμοκρασίες ανώτερες από την θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης, διαμορφώνονται κατάλληλα και κατόπιν ψύχονται ελεγχόμενα σε θερμοκρασίες κάτω από την υαλώδη φάση, ώστε να στερεοποιηθούν άμεσα. Υλικά που διαθέτουν υαλώδη φάση είναι το μεταλλικό γυαλί και το σίδηρομαγνητικό μεταλλικό γυαλί, καθώς επίσης τα πολυμερή και τα συμπολυμερή. Η ψύξη των υλικών μπορεί να γίνει με χρήση αντλίας κενού, σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, ψεκασμό ή βύθιση σε υγρό άζωτο ή άλλακρυογονικά υλικά.

Description

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ
ΜΕΘΟΔΟΣ ΚΡΥΟ-ΥΑΛΩΔΟΥΣ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΗΣ
ΕΚΤΥΠΩΣΗΣ ΥΛΙΚΩΝ
ΤΟ ΠΕΔΙΟ ΤΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ
Η εφεύρεση αναφέρεται στο πεδίο της τεχνικής των μεθόδων τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών και ειδικότερα σε μέθοδο κρυο-υαλώδους τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών.
ΤΟ ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΤΗΣ ΕΦΕΥΡΕΣΕΩΣ
Η αποκαλυπτόμενη στην παρούσα εφεύρεση μέθοδος κρυουαλώδους τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών δεν έχει αποκαλυφθεί στην προηγούμενη τεχνολογία.
Μέχρι σήμερα οι βασικές μέθοδοι τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών περιλαμβάνουν παραλλαγές όπως είναι η εναπόθεση συνδετικού υλικού, η κατασκευή νήματος για τήξη, η πήξη, η εκτόξευση υλικού, η διαδικασία εξώθησης, η σύντηξη κόνεων, ο φωτοπολυμερισμός, τα τρισδιάστατα καλούπια και η ηλεκτροσυσσωμάτωση. Όλες οι ανωτέρω μέθοδοι παρουσιάζουν σημαντικά μειονεκτήματα, που δεν επιτρέπουν την εκτεταμένη εφαρμογή τους και την επικράτηση κάποιας από αυτές ως βασικής, για την παραγωγή αντικειμένων. Έτσι μεταξύ άλλων, κατά την εφαρμογή της εναπόθεσης συνδετικού υλικού, υπάρχει συχνά εναπόθεση ανώμαλων στρωμάτων κατά τη διάρκεια της τρισδιάστατης εκτύπωσης, μπλοκάρισμα της κεφαλής εκτύπωσης, ασυνέπεια στη διαδικασία δεσίματος των υλικών, αλλά και εναπόθεση και συσσώρευση ανεπιθύμητου υλικού ανάμεσα στα στρώματα εναπόθεσης κατά τη διαδικασία τρισδιάστατης εκτύπωσης. Ομοίως κατά την εφαρμογή της μεθόδου κατασκευής νήματος για τήξη, προκύπτει ο περιορισμός στον αριθμό των δραστικών φαρμακευτικών ουσιών που μπορούν να αντέξουν την παρεχόμενη θερμότητα, χωρίς να υπάρξει αποδόμηση των δραστικών ουσιών, αν για παράδειγμα αναφερόμαστε στην παραγωγή δισκίων. Επίσης τα έκδοχα που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή φαρμακευτικών σκευασμάτων ως επί τω πλείστον δε έχουν θερμοπλαστικές ιδιότητες, με αποτέλεσμα να πρέπει να παρασκευαστούν αντίστοιχα έκδοχα με θερμοπλαστικές ιδιότητες, τα οποία να είναι αποδεκτά από τις εθνικές και υπερεθνικές επιτροπές για χρήση σε φάρμακα προοριζόμενα για τον άνθρωπο. Επίσης είναι θερμοευαίσθητα υλικά με αποτέλεσμα να μη μπορούν να χρησιμοποιηθούν υψηλές θερμοκρασίες κατά την παρασκευή τους. Εξάλλου στη συγκεκριμένη μέθοδο έχουμε αργή ταχύτητα παρασκευής, αφού χρειάζεται να γίνει επανασκλήρυνση του θερμοπλαστικού υλικού σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Αποτέλεσμα των ανωτέρω είναι οι μηχανικές ιδιότητες του παραγόμενου δισκίου να είναι πολύ χαμηλές και δύσκολα να φτάνουν τα γενικά αποδεκτά επίπεδα από τους οργανισμούς φαρμάκων. Τέλος, παρουσιάζονται και προβλήματα που έχουν να κάνουν με τη μορφή του φαρμακευτικού σκευάσματος, όπως με την κλίση των εξωτερικών πλευρών, αλλά και τη συγκέντρωση προς το κέντρο, με αποτέλεσμα να μην υπάρχει η επιθυμητή ομοιομορφία στο φαρμακευτικό σκεύασμα, όπως ορίζουν οι εθνικές και υπερεθνικές επιτροπές στα φάρμακα.
Αντίστοιχα μειονεκτήματα παρουσιάζονται και στην μέθοδο της τήξης, με μεγαλύτερη έμφαση στην αποδόμηση των φαρμακευτικών ουσιών σε ακόμα υψηλότερες θερμοκρασίες από αυτές που χρησιμοποιούνται στη μέθοδο της κατασκευής θερμοπλαστικού νήματος για τήξη. Οι μέθοδοι της εκτόξευσης υλικού, της διαδικασίας εξώθησης και της σύντηξης κόνεων αντιμετωπίζουν τα προβλήματα της συσσώρευσης ανώμαλων επιστρώσεων κατά την εναπόθεση, το μπλοκάρισμα της κεφαλής εκτύπωσης από το υλικό που εναποτίθεται, καθώς και το χαμηλό δέσιμο μεταξύ των επιστρώσεων εναπόθεσης και την συσσώρευση υλικού μεταξύ των επιστρώσεων. Τέλος, η χρήση φωτοπολυμερισμού και των υπολοίπων μεθόδων παραγωγής μέσω τρισδιάστατης εκτύπωσης για την παραγωγή φαρμακευτικών σκευασμάτων είναι μια καινούργια εν γένει τεχνική που δεν επιτρέπει τη χρήση εκδοχών που είναι εμπορικά διαθέσιμα, αλλά πρέπει να βρεθούν καινούργια με φωτοπολυμερικές και άλλες ιδιότητες που να έχουν την απαραίτητη έγκριση για να χρησιμοποιηθούν από τον άνθρωπο.
Αντίστοιχα μειονεκτήματα έχουμε και με την χρήση λέιζερ για εκτύπωση αντικειμένων από μέταλλα και πολυμερή από υπεριώδη λέιζερ, η ταχύτητα εκτύπωσης περιορίζεται από την ταχύτητα στερεοποίησης ή σκλήρυνσης του εκτυπωμένου υλικού, αλλά και από τις φυσικές ιδιότητες του ίδιου του υλικού που θέλουμε να εκτυπώσουμε.
Αποτελεί έτσι αντικείμενο της παρούσης εφευρέσεως να αντιμετωπίσει πλεονεκτικά τα προαναφερθέντα μειονεκτήματα και ελλείψεις της προηγούμενης τεχνολογίας προτείνοντας μία μέθοδο κρυουαλώδους τρισδιάστατης εκτύπωσης για την παραγωγή αντικειμένων.
Περαιτέρω αντικείμενο της παρούσης εφευρέσεως είναι να προσφέρει μία μέθοδο τρισδιάστατης εκτύπωσης, η οποία μειώνει σημαντικά τους χρόνους εκτύπωσης.
Περαιτέρω αντικείμενο της παρούσης εφευρέσεως είναι να παρουσιάσει μία μέθοδο κρυο-υαλώδους τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών, όπου εκμεταλλεύεται την υαλώδη φάση των υλικών.
Περαιτέρω αντικείμενο της εφευρέσεως είναι να προσφέρει μία μέθοδο κρυο-υαλώδους τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών, που επιτρέπει τη δημιουργία μίας ευρείας γκάμας αντικειμένων, που ενδεικτικά μπορούν να περιλαμβάνουν τα φαρμακευτικά δισκία και χάπια, αλλά και αντικείμενα από πολυμερή, υαλώδη μέταλλα, υαλώδη κεραμικά ή συνδυασμούς υλικών που μπορούν να σταθεροποιηθούν στην υαλώδη κατάσταση ή σε μια οποιαδήποτε κατάσταση υλικού, ως άμορφο υλικό.
Άλλο χαρακτηριστικό της εφευρέσεως είναι ότι στην παρουσιαζόμενη μέθοδο, ο ψεκασμός του τρισδιάστατα εκτυπωμένου δισκίου με ψυκτικά υγρά ή και με κρυοπροστατευτικά υγρά, προσφέρει έλεγχο επάνω στις μίκρο- και μακρο- ιδιότητές του.
Πλεονέκτημα επίσης της παρούσης εφευρέσεως είναι ότι τα παραγόμενα με την παρούσα μέθοδο εκτυπωμένα δισκία δεν απαιτείται να καταναλώνονται άμεσα, αλλά δύνανται να διατηρούνται για σημαντικά μεγάλο χρονικό διάστημα.
Περαιτέρω πλεονέκτημα της παρούσης εφευρέσεως είναι ότι στα παραγόμενα δισκία και χάπια, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε δραστικές ουσίες που πρέπει να παραμείνουν σε θερμοκρασίες 2-8°C κατά την παραγωγή τους και την αποθήκευσή τους, όπως τα αλλεργιογόνα, κτλ.
Άλλο πλεονέκτημα της παρούσης εφευρέσεως είναι ότι τα παραγόμενα αντικείμενα, όπως τα μέταλλα, πολυμερή, κεραμικά, στερεοποιούνται με μεγαλύτερη ταχύτητα από τα ήδη χρησιμοποιούμενα υλικά, ενώ ακόμα η μέθοδος αυτή εκμεταλλεύεται όλες τις ιδιαιτερότητες που έχουν αυτά τα υλικά στην υαλώδη τους κατάσταση, όπως θερμική αγωγιμότητα, μεγάλη ηλεκτρική αντίσταση κτλ., π.χ. στα υαλώδη μέταλλα.
Επιπλέον γίνεται εκμετάλλευση των πλεονεκτημάτων στα υαλώδη πολυμερή, με αλλαγές στην αντιπλαστικότητα, αυξημένη μηχανική δύναμη, μειωμένη διαπερατότητα από αέρια κτλ.
Επιπλέον πλεονέκτημά τους στην χρήση από τα υαλώδη κεραμικά, που έχουν σημαντικές ιδιότητες, όπως χαμηλό θερμικό συντελεστή, μεγάλη μηχανική ανθεκτικότητα και ανθεκτικότητα στις ξαφνικές εναλλαγές της θερμότητας και άλλες ιδιότητες.
Αυτά και έτερα αντικείμενα, χαρακτηριστικά και πλεονεκτήματα της εφευρέσεως θα γίνουν εμφανή στην εν συνεχεία αναλυτική περιγραφή.
ΛΕΠΤΟΜΕΡΗΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΡΟΤΙΜΩΜΕΝΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ
Η αναλυτική περιγραφή θα καταστήσει σαφή τα πλεονεκτήματα και τα χαρακτηριστικά της μεθόδου για την εφαρμογή της από τους εξειδικευμένους στη στάθμη της τεχνικής.
Ένα από τα σημαντικά προβλήματα που πρέπει να αντιμετωπιστεί κατά την τρισδιάστατη εκτύπωση είναι ο επηρεασμός από τις αλλαγές φάσης, καθώς και οποιαδήποτε βίαιη μετάβαση από μία φάση σε μία άλλη. Η μετάβαση ενός υλικού για παράδειγμα από την υγρή στη στερεή φάση οφείλει να γίνεται σε βάθος χρόνου ώστε να έχει τα ενδεδειγμένα αποτελέσματα, καθώς σε διαφορετική περίπτωση η σταθερότητα του προκύπτοντος υλικού δε θα είναι η επιθυμητή και μπορεί για παράδειγμα να υπάρχει θραύση. Καθίσταται προφανές πως τούτο, ειδικά στην περίπτωση ενός εκτυπωμένου προϊόντος δεν είναι αποδεκτό. Επιπρόσθετα η χρήση της κρυογονικής δεν είναι δυνατή στην τρισδιάστατη εκτύπωση δισκίων και χαπιών, καθώς θα είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία κρυστάλλων, επηρεάζοντας το σχήμα των παραγόμενων προϊόντων.
Η παρούσα μέθοδος εκμεταλλεύεται το φαινόμενο της υαλοποίησης στην τρισδιάστατη εκτύπωση, απολαμβάνοντας ιδιότητες που δεν υπήρχαν ως σήμερα στον συγκεκριμένο τομέα. Η υαλοποίηση είναι η μετατροπή ενός υλικού σε υαλώδη μορφή, ελεύθερη από κρυσταλλική δομή μέσω της χρήσης αυξημένων συγκεντρώσεων ειδικών κρυοπροστατευτικών μορίων και του ελέγχου της ταχύτατης μείωσης της θερμοκρασίας. Η υαλώδης μετάπτωση είναι μία ψευδομετάπτωση και μια ασυνέχεια της δεύτερης παραγώγου του Gibbs. Με την παρούσα μέθοδο εξασφαλίζεται ότι η υαλοποίηση ελέγχεται επακριβώς και επιτυγχάνεται η ομοιόμορφη υαλοποίηση των στρωμάτων, κατά την εναπόθεση, ενώ παράλληλα αυτά γίνονται με ομοιόμορφο τρόπο, συμπαγή.
Με την παρούσα μέθοδο πλήθος αντικειμένων μπορούν να εκτυπωθούν τρισδιάστατα, αρκεί να αφαιρείται από αυτά η κινητική ενέργεια, μέσω της ελεγχόμενης ψύχρανσης σε συνάρτηση με το χρόνο ψύχρανσης. Το μείγμα που ψύχεται θεωρείται επιθυμητό να έχει κρυοπροστατευτικά πρόσθετα ή πρωτεΐνες αντιψύχρανσης, ώστε να περιορίζεται η παραγωγή κρυστάλλων.
Η μέθοδος κρυο-υαλώδους τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών φέρει τουλάχιστον ένα υλικό που μπορεί να έχει κρυοπροστατευτικές ιδιότητες, όπως πχ. σουκρόζη, λακτόζη, πολυεθυλέν-γλυκόλη, μαννιτόλη, τρεχαλόζη. Η υαλώδης φάση είναι εκείνη η κατάσταση που ένα υλικό μετατρέπεται, με αναστρέψιμο τρόπο, σε μη κρυσταλλική, άμορφη, στερεή μορφή. Τα υλικά αυτά έχουν ως χαρακτηριστικό την θερμοκρασία Tg, τη θερμοκρασία μετάβασης. Η τιμή της δεν είναι ίδια για όλα τα υλικά και είναι η τιμή θερμοκρασίας, η οποία είναι πάντα χαμηλότερη από τη θερμοκρασία τήξης, Tm, της κρυσταλλικής κατάστασης του υλικού, εάν υπάρχει. Γνωστά υλικά που έχουν υαλώδη φάση είναι τα υαλώδη μέταλλα, όπως το μεταλλικό γυαλί και το σιδηρομαγνητικό μεταλλικό γυαλί, καθώς επίσης πολλά πολυμερή και συμπολυμερή τα οποία έχουν μετατραπεί στην υαλώδη τους κατάσταση με τεχνικές, όπως τήξη - κρυοπήξης ή με την μέθοδο του ψεκασμού-ξηραντήρα κτλ.
Η εφαρμογή της μεθόδου γίνεται με μεταβολή της θερμοκρασίας του υλικού ώστε να βρεθεί σε ρευστή μορφή μέσω θέρμανσης, στη συνέχεια ακολουθεί η τροφοδοσία του σε τρισδιάστατο εκτυπωτή με στόχο την εκτύπωση και ακολούθως η άμεσα ελεγχόμενη ψύξη του, κάτω από τη θερμοκρασία μετάβασης, ώστε να προκόψει η σταθεροποίησή του και η μη κρυσταλλοποίησή του. Η άμεση ψύξη μπορεί να επιτευχθεί με χρήση πρόσθετων υλικών, όπως το υγρό άζωτο, άλλα κρυογονικά υλικά, με την χρήση κενού ή με τη σταδιακή πτώση της θερμοκρασίας με την χρήση ελεγχόμενου περιβάλλοντος στο σημείο εκτύπωσης, μέσω αντλίας θερμότητας. Η εφαρμογή της άμεσης ψύξης μπορεί να γίνει με ψεκασμό του εκτυπωμένου αντικειμένου, μέσω διευρυμένης οπής του ψεκαστικού μηχανισμού και με ρύθμιση της απόστασης από το αντικείμενο ώστε να έχουμε μόνο πτώση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος του εκτυπωμένου αντικειμένου και όχι την άμεση επαφή του αντικειμένου με το ψυκτικό υγρό. Οφείλει πρώτα να έχουμε ψεκάσει το μείγμα σκόνης με κρυοπροστατευτικά υλικά ή να εμπεριέχονται σε αυτό κρυοπροστατευτικά υλικά.
Για την εφαρμογή της μεθόδου πρέπει η ροή του ρευστού υλικού διαμέσου της κεφαλής του χρησιμοποιούμενου τρισδιάστατου εκτυπωτή να γίνεται απρόσκοπτα. Αυτό σημαίνει πως εάν χρησιμοποιούμε ρευστά πρέπει το ιξώδες του ρευστού να επιτρέπει την σταθερή ροή, χωρίς να υπάρχει κίνδυνος έμφραξης της κεφαλής. Παράλληλα πρέπει το ιξώδες να είναι όσο το δυνατόν υψηλότερο , ανάλογα με το υλικό, ώστε να υπάρχει ελεγχόμενη υαλοποίηση. Για την αύξηση του ιξώδους ενδείκνυται η προσθήκη 0,9% NaCl με συνολική συγκέντρωση διαλυτής ουσίας 65% κ.β. (σακχαρόζη) ή 67% κ.β. τρεχαλόζη, ως κρυοπροστατευτικά υλικό.
Σε ενδεικτική εφαρμογή, η προσθήκη νερού ή εν γένει υγρού καλό είναι να συνοδεύεται από ποσότητα κρυοπροστατευτικού υλικού, όπως για παράδειγμα πολυαλκοόλες, αλντιτόλες, ή άλλες κρυοπροστατευτικές πρωτεΐνες σε μικρή αναλογία, από 0,001 mg/ml έως 1 mg/ml, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η μη κρυσταλλοποίηση του υγρού ή του νερού που περιέχεται μέσα στο μείγμα, αλλά η υαλοποίησή του.
Σε άλλη ενδεδειγμένη χρήση όπως προαναφέρθηκε, χρησιμοποιούμε σκόνη, την οποία αφού πρώτα την ψεκάσουμε με κρυοπροστατευτικά υλικά και συμπιέσουμε το μείγμα που προκύπτει με μηχανικό τρόπο, στην συνέχεια το ψεκάζουμε με κρυογονικό υγρό μέχρις ότου να έχουμε την στερεοποίηση του αντικειμένου. Ο ψεκασμός πρέπει να γίνεται από διευρυμένη οπή ώστε να έχουμε μόνο την αφαίρεση της κινητικής ενέργειας των μορίων του περιβάλλοντος και του αντικειμένου και όχι την άμεση επαφή με το υπό εκτύπωση αντικείμενο.
Το αποτέλεσμα είναι να έχουμε ψυχροποιήσει και να έχουμε υαλοποιήσει τα υγρά ή το νερό που περιέχεται στο μείγμα, έχοντας αποφύγει την κρυσταλλοποίηση του υγρού ή του νερού που περιέχεται στο μείγμα και να έχουμε αντικείμενα με σταθερή μορφή, στα οποία όμως δεν έχουμε επηρεάσει τις φυσικές ιδιότητες των υλικών, λόγω της μη κρυσταλλοποίησης.
Σημαντικό πλεονέκτημα της επινόησης και της παρουσιαζόμενης μεθόδου είναι πως ανάλογα με την τεχνική που χρησιμοποιούμε π.χ. Μέθοδος δέσμευσης συνδετικού υλικού, χρησιμοποιούμε σκόνη ή κοκκία μαζί με αντιψυκτικές ουσίες και ρευστά, όπως π.χ. νερό, στις αναλογίες που προαναφέραμε, αυξάνοντας το ιξώδες του μείγματος και με ελεγχόμενη πτώση της θερμοκρασίας υαλοποιούμε το υπό εκτύπωση αντικείμενο.
Καθίσταται σαφές ότι τόσο η θέρμανση, όσο και η άμεση ψύξη των υλικών, με σκοπό να δημιουργηθεί το τρισδιάστατα εκτυπωμένο αντικείμενο, δέον είναι να πραγματοποιείται σε ελεγχόμενο περιβάλλον, ειδικά στην περίπτωση παραγωγής φαρμακευτικών δισκίων και χαπιών.
Η αναφορά σε παραδείγματα εφαρμογής της μεθόδου, θα παρουσιάσει αναλυτικά ενδεικτικές εφαρμογές της. Στην περίπτωση πολυστρωματικής εκτύπωσης, επιτυγχάνεται αυξημένη ταχύτητα εκτύπωσης, ενώ ο έλεγχος της θερμοκρασίας μπορεί να γίνει με ψεκασμό του εκτυπωμένου αντικειμένου με κρυογονικά υγρά, αντλία κενού ή με χρήση αντλίας θερμότητας. Η χρήση φυτικών ρητινών, όπως η μαστίχα Χίου ή συνθετικών ρητινών και κεριού, αυξάνει το ιξώδες του μείγματος και επιταχύνει τη μετάβαση στην υαλώδη φάση, με αποτέλεσμα την αυξημένη σταθερότητα του τελικού αντικειμένου.
Στην περίπτωση εκτύπωσης χαπιών μπορούμε να εκτυπώσουμε π.χ. Ινδομετακίνη ή βαρφαρίνη από την υαλώδη τους φάση, την οποία υαλώδη φάση των φαρμακευτικών ουσιών μπορούμε ως γνωστόν να την επιτύχουμε με την μέθοδο της τήξης - κρυοπήξης ή με την μέθοδο του ψεκασμούξηραντήρα.
Αφού πρώτα θερμάνουμε τις φαρμακευτικές ουσίες στην Tmθερμοκρασία τους 159°C και 162°C αντίστοιχα, εκτυπώνουμε κατεβάζοντας γρήγορα την θερμοκρασία στην Tg που είναι αντίστοιχα 44°C και 68°C, ελέγχοντας την θερμοκρασία περιβάλλοντος.
Με συνεχόμενες επιστρώσεις, προκύπτει ένα στερεό χάπι με ομοιόμορφα χαρακτηριστικά. Είναι σημαντικό στο μείγμα να υπάρχουν αντιψυκτικές ουσίες, όπως η γλυκόζη και άλλες, πολυμερή ή συμπολυμερή υλικά στην υαλώδη φάση, ώστε να μη δημιουργούνται κρυσταλλικές μορφές μέσα στο τρισδιάστατα εκτυπωμένο αντικείμενο.
Σε άλλη ενδεικτική εφαρμογή της μεθόδου μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε πολυμερή, συμπολυμερή, μεταλλικό γυαλί, σίδηρο μαγνητικό γυαλί, αλλοτροπικές μορφές χημικών στοιχείων και άλλα υλικά, τα οποία εκτυπώνουμε σε θερμοκρασία περιβάλλοντος με την χρήση της τεχνικής συντηγμένης μοντελοποίησης και εναπόθεσης ή της Μεθόδου δέσμευσης συνδετικού υλικού, από πολυμερή που βρίσκονται σε υαλώδη φάση ή πολυμερή που βρίσκονται σε ρευστή κατάσταση. Έτσι παίρνουμε ένα πολυμερές ή ένα συμπολυμερές π.χ. πολυβινυλοχλωρίδιο, πολυστυρένιο, πολύ(μεθύλ-μεθακρυλάτη), στυρόλιο-ακρυλονιτρίλιο ρητίνη, συμπολυμερές κυκλικής ολεφίνης, πολυανθρακικό πολυμερές, πολυγαλακτικό οξύ, τα οποία έχουμε μετατρέψει στην υαλώδη τους κατάσταση. Η μετατροπή του πολυμερούς σε υαλώδες μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας την γρήγορη ψύξη του πολυμερούς ώστε να μην έχουμε πλέον την θερμοκρασία κρυσταλλοποίησης Tc, αλλά μόνο την Tg. Ομοίως αυτό μπορεί να γίνει με την χρήση ενός διαλύτη όπως π.χ. νερό, οργανικούς διαλύτες ή ανόργανους διαλύτες και άλλους.
Σε αυτή την περίπτωση παίρνουμε το υαλώδες πολυμερές και το θερμαίνουμε για να το φέρουμε σε μια ρευστή κατάσταση και ξεκινάμε την εκτύπωση. Η εκτύπωση γίνεται με ελεγχόμενη πτώση της θερμοκρασίας ώστε να επιταχυνθεί η ψύξη του και να επανέλθει στην υαλώδη του κατάσταση. Επιταχύνοντας την γρήγορη ψύξη του πολυμερούς υλικού επιτυγχάνουμε την επαναφορά του στην υαλώδη του κατάσταση, χωρίς να του δίνουμε το χρόνο ώστε να αυξηθεί η κρυσταλλοποίηση στην δομή του υλικού.
Σε άλλη ενδεικτική εφαρμογή χρησιμοποιούμε ένα υαλώδες μέταλλο όπως είναι το Ti40Cu36Pd14Zr10 σε μορφή σκόνης ή σε μορφή από λεπτές ταινίες. Με την χρήση της μεθόδου άμεσης πυροσυσσωμάτωσης με λέιζερ (DMLS) ή τη χρήση της μεθόδου συντηγμένης μοντελοποίησης και εναπόθεσης με την χρήση λέιζερ, εκτυπώνουμε το αντικείμενο που χρειαζόμαστε σε μορφή υαλώδους μετάλλου, επαναφέροντάς το με ελεγχόμενη πτώση της θερμοκρασίας στην πρότερη υαλώδη του κατάσταση.
Ενδεικτικά χρησιμοποιήθηκε Ti40Cu36Pd14Zr10 σε μορφή σκόνης 20 μm μέχρι 150 μm με αναλογία μεταλλικής σκόνης 90 με 96 wt %, συνδετικό μέσο 2 με 4 wt%, πλαστικοποιητή 1 με 2 wt% και λιπαντική ουσία 0,5 με 1,5 wt%. Στην πρώτη περίπτωση χρησιμοποιούμε τη μέθοδο επιλεκτικής τήξης με λέιζερ ή την μέθοδο άμεσης συγκόλλησης με λέιζερ, με συνεχόμενες επιστρώσεις σκόνης και με την χρήση λέιζερ δημιουργούμε το ενδιαφερόμενο αντικείμενο από Ti40Cu36Pd14Zr10, αφού πρώτα καθαρίσουμε την υπολειπόμενη σκόνη από το αντικείμενο με μηχανικά μέσα ή με την χρήση κενού, μέσω αντλίας αέρα κτλ.
Η μέθοδος αυτή δεν περιορίζεται μόνο στην χρήση Ti40Cu36Pd14Zr10, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί επίσης και σε άλλα υαλώδη μέταλλα.
Στην δεύτερη μέθοδο χρησιμοποιήσαμε τη μέθοδο συντηγμένης μοντελοποίησης και εναπόθεσης, με χρήση λέιζερ και χρησιμοποιώντας λεπτές ταινίες με διάμετρο 1 mm.
Αφού τήξουμε τις ταινίες χρησιμοποιώντας δύναμη εξώθησης από 1 έως 100 Newton για να περάσει από το στόμιο 0,5 mm, ξεκινάμε την εκτύπωση. Για την ψύχρανση του εκτυπωμένου αντικειμένου απαιτείται ρυθμός ψύξης από 0,01 έως 10 Κ/s, ο οποίος μπορεί να επιτευχθεί με την χρηση ρεύματος κρύου αέρα η με ψυχώμενη επιφάνεια από κρυογονικά αέρια, πάνω στην οποία πέφτουν οι σταγόνες εκτύπωσης.
Σε άλλη τεχνική χρησιμοποιούμε την ταχεία τήξη στην επιφάνεια ενός χύδην τήγματος με την χρήση λέιζερ και στην συνέχεια την στερεοποίησή του μέσω της γρήγορης εκχύλισης της θερμότητας στην περιοχή που δεν τήκεται, με ελεγχόμενη θερμοκρασία περιβάλλοντος χαμηλότερη της θερμοκρασίας Tgτου μετάλλου που χρησιμοποιούμε.
Σε άλλη ενδεικτική εφαρμογή χρησιμοποιούμε υαλώδη κεραμικά όπως τον απατίτη - βολλαστονίτη, ένα υαλώδες κεραμικό σε σκόνη και αφού συμπιέσουμε την σκόνη, με την χρήση λέιζερ εκτυπώνουμε το τρισδιάστατο αντικείμενο που επιθυμούμε. Αφού καθαρίσουμε την υπολειπόμενη σκόνη, έχουμε το εκτυπωμένο αντικείμενο που χρειαζόμαστε.
Στο σημείο αυτό σημειώνεται ότι η περιγραφή της εφευρέσεως έγινε με αναφορά σε ενδεικτικά παραδείγματα εφαρμογής, στα οποία δεν περιορίζεται. Συνεπώς οποιαδήποτε μεταβολή ή τροποποίηση σε οτιδήποτε αφορά τα χρησιμοποιούμενα υλικά και τα βήματα της μεθόδου εφαρμογής, εφόσον δεν αποτελούν νέο εφευρετικό βήμα και δεν συντελούν στην τεχνική εξέλιξη του ήδη γνωστού θεωρούνται εμπεριεχόμενα στους σκοπούς και στις βλέψεις της παρούσης επινοήσεως.

Claims (8)

ΑΞΙΩΣΕΙΣ
1. Μέθοδος κρυο-υαλώδους τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών, όπου ένα τουλάχιστον υλικό έχει την ιδιότητα της μετάπτωσης στην υαλώδη φάση, χαρακτηριζόμενη από την ρευστοποίηση του υλικού, με την παροχή ενέργειας, τη διαμόρφωση του υλικού και την ελεγχόμενη μείωση της θερμοκρασίας, για να παραμένει στην υαλώδη του κατάσταση κατά τη στερεοποίησή του.
2. Μέθοδος κρυο-υαλώδους τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών, σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη από το ότι η ελεγχόμενη μείωση της θερμοκρασίας γίνεται με βύθιση σε κρυογονικό υλικό.
3. Μέθοδος κρυο-υαλώδους τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών, σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη από το ότι η ελεγχόμενη μείωση της θερμοκρασίας γίνεται με ψεκασμό με κρυογονικό υλικό.
4. Μέθοδος κρυο-υαλώδους τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών, σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη από το ότι η ελεγχόμενη μείωση της θερμοκρασίας γίνεται με χρήση αντλίας θερμότητας ή κενού.
5. Μέθοδος κρυο-υαλώδους τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών, σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη από την χρήση μίγματος νερού και κρυοπροτατευτικών υλικών, αυξάνοντας το ιξώδες του μίγματος.
6. Μέθοδος κρυο-υαλώδους τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών, σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη από το ότι εφαρμόζεται σε υαλώδες μέταλλο.
7. Μέθοδος κρυο-υαλώδους τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών, σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη από το ότι εφαρμόζεται σε σίδηρο μαγνητικό μεταλλικό γυαλί.
8. Μέθοδος κρυο-υαλώδους τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών, σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη από το ότι εφαρμόζεται σε υαλώδη κεραμικά.
GR20190100253A 2019-06-07 2019-06-07 Μεθοδος κρυο-υαλωδους τρισδιαστατης εκτυπωσης υλικων GR20190100253A (el)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GR20190100253A GR20190100253A (el) 2019-06-07 2019-06-07 Μεθοδος κρυο-υαλωδους τρισδιαστατης εκτυπωσης υλικων

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GR20190100253A GR20190100253A (el) 2019-06-07 2019-06-07 Μεθοδος κρυο-υαλωδους τρισδιαστατης εκτυπωσης υλικων

Publications (1)

Publication Number Publication Date
GR20190100253A true GR20190100253A (el) 2021-01-19

Family

ID=68808426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
GR20190100253A GR20190100253A (el) 2019-06-07 2019-06-07 Μεθοδος κρυο-υαλωδους τρισδιαστατης εκτυπωσης υλικων

Country Status (1)

Country Link
GR (1) GR20190100253A (el)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150145168A1 (en) * 2012-11-21 2015-05-28 Stratasys, Inc. Method for printing three-dimensional parts wtih crystallization kinetics control
WO2016038356A1 (en) * 2014-09-08 2016-03-17 University Of Central Lancashire Solid dosage form production
WO2017066727A1 (en) * 2015-10-15 2017-04-20 The Regents Of The University Of California Systems, apparatus and methods for cryogenic 3d printing

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150145168A1 (en) * 2012-11-21 2015-05-28 Stratasys, Inc. Method for printing three-dimensional parts wtih crystallization kinetics control
WO2016038356A1 (en) * 2014-09-08 2016-03-17 University Of Central Lancashire Solid dosage form production
WO2017066727A1 (en) * 2015-10-15 2017-04-20 The Regents Of The University Of California Systems, apparatus and methods for cryogenic 3d printing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20180236714A1 (en) Additive manufacturing products and processes
EP3227090B1 (en) Rapid nozzle cooling for additive manufacturing
US5990268A (en) Sinterable semi-crystalline powder and near-fully dense article formed therewith
US5527877A (en) Sinterable semi-crystalline powder and near-fully dense article formed therewith
US10906291B2 (en) Controllable release build plate for 3D printer
US6136948A (en) Sinterable semi-crystalline powder and near-fully dense article formed therewith
KR102566070B1 (ko) 폴리에테르케톤케톤(pekk)의 압출 적층 제조방법 및 제품
US5304329A (en) Method of recovering recyclable unsintered powder from the part bed of a selective laser-sintering machine
US20150125334A1 (en) Materials and Process Using a Three Dimensional Printer to Fabricate Sintered Powder Metal Components
US7569174B2 (en) Controlled densification of fusible powders in laser sintering
US11858038B2 (en) Method for additively manufacturing a component, and an additively manufactured component
US11833740B2 (en) Additively manufactured polymeric components
JPH11216779A (ja) 粉末状材料の選択的レーザー焼結により成形体を製造する方法
TW201622954A (zh) 產生三維物件之技術
US20180111337A1 (en) Water dispersible polymer composition for use in 3d printer
US20210060852A1 (en) Additive manufacturing by selective liquid cooling
GR20190100253A (el) Μεθοδος κρυο-υαλωδους τρισδιαστατης εκτυπωσης υλικων
KR930010198B1 (ko) 금속 등의 강화블록재 제조방법
Fan et al. Top-down approach for fabrication of polymer microspheres by interfacial engineering
SK5694A3 (en) Process and device for production of metal strip or composite body
Kim et al. New Plastic Microinjection Molding Technique For Extremely Tall Plastic Microstructure Using Remote Infrared Radiation Heating Method
JPH0673887B2 (ja) 射出成形用金型及び該金型を用いたディスク基板の成形方法
JPH0376721A (ja) 熱可塑性樹脂球状粒子の製造法
JPH02159357A (ja) 溶射による成形品の製造方法
JPS60189414A (ja) 棒状アスフアルト