JP2023126780A - 付加製造用サポート材 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2017年4月5日付けで出願された米国特許出願第62/601,949号、および2017年9月28日付けで出願された米国特許出願第62/606,578号に対する、米国特許法第119条(e)下の優先権を主張し、これらの全内容をここに出典明示して本明細書の一部分とみなす。
本発明は、国立衛生研究所第HL117750号下の政府支援でなされた。米国政府は本発明においてある種の権利を有する。
本願は、付加製造、特に、付加製造用サポート材に関する。
図11は、粒子水和を制御するのためのプロセス1100の例を示す。粒子水和は、サポート材の溶液の組成によって操作することができる。ゼラチン粒子は、浸透圧およびpHに従い水和する。それらの形成における同じ脱水原理を利用すると、コアセルベート駆動ゼラチン粒子が(粒子1110が示される)水から(粒子1120により示される)エタノールにそれらを移すことにより脱水することができる。親水性ゼラチン粒子1120は、それらの表面エネルギーを低減するために一緒に集合する。ゼラチンがエタノールに不溶性であるので、粒子1120は脱水状態で保存でき、溶液に溶解することができない。また、エタノール中の粒子1120の保存は、サポート材中の氷晶形成のリスクなくして、0℃未満の貯蔵を可能にする。水へのゼラチン・スラリーの戻し移行は、粒子1130を再水和し、粒子1130が相互に引き離すことを可能にする。脱水/水和プロセスは反復可能であり、オリジナルの状態に容易に逆転させることができる脱水状態において、コアセルベート駆動ゼラチン粒子の長期貯蔵を可能にする。
圧縮後に、サポート材の微粒子は、降伏応力流体として挙動するスラリーを形成する。限界応力がスラリーに適用された後、それは流れ始める。かかる挙動は、レオメーターを用いて分析して、スラリーの試料を正確に変形し、剪断応力および剪断速度のごときパラメーターの点からその変形をモニターして、粘度を計算することができる。降伏応力流体は、応力を余りにも低く受けるので、フローを始めることができない場合、一定の瞬間粘度プロフィールを示す。これは、フローを始めるのに必要な臨界降伏応力未満の応力につき固体として挙動する降伏応力流体による。一旦、臨界降伏応力が達成されれば、材料は、固体のように作用することから流体に急速に移行する。適用された応力のこのレベルにて、材料は、高い瞬間粘度からの偏差の証拠である剪断速度の増加で粘度の迅速な減少を受ける。固体から流体挙動までの移行は、粒子運動を引き起こすために材料に適用される臨界降伏応力によって始められる。臨界剪断応力未満で、粒子間の粘着力は、それらに適用される外部剪断力より大きく、その結果、静止している粒子および固体様の挙動を生じる。粒子に適用された力が総粘着力を克服し、粒子が互に滑り(slip past)始める場合に、粒子運動は臨界降伏応力にて始められる。臨界降伏応力を超える剪断応力が維持されると、粒子は互いに滑り続け、流体様の挙動を示すであろう。剪断力が臨界降伏応力未満に減少する場合、粒子は最初にそれらを一緒に保持するのと同じ力によって互いに再付着する。
コアセルベート駆動微粒子がビンガム塑性体流体を形成することができるので、それらはFRESH印刷に利用することができる。FRESH印刷における押出し正確度(accuracy)および精度(precision)への制限の1つは、犠牲的(sacrificial)支持浴中の粒子のサイズおよび形状分布である。不規則な粒子サイズおよび形状(例えば、図1Bの粒子)は、一貫した押出しを妨げ、より低い印刷忠実度に導く。サポート材が除去される場合、粒子はポロゲンとして作用し、印刷におけるボイド欠陥を後に残す(図17B)。
Claims (30)
- 溶液;および
前記溶液中のコアセルベート粒子、ここに、前記コアセルベート粒子は、実質的に一定の幾何学を有する
を含むスラリーを含む付加製造用サポート材であって、
前記スラリーの少なくとも一部分は、閾値応力未満の応力を受ける場合にリジッド・ボディを形成し;および
前記スラリーの少なくとも一部分は、閾値応力を超える応力を受ける場合に粘性流体を形成する、前記サポート材。 - 前記溶液が界面活性剤を含み、前記界面活性剤が、前記溶液中で形成する樹状のコアセルベート粒子数を、前記界面活性剤を含まない溶液中で形成される樹状コアセルベート粒子数に対し、低下するように構成される、請求項1記載のサポート材。
- 前記コアセルベート粒子の各々が、ゼラチン、アルギナートおよびセルロースの少なくとも1つを含む、請求項1記載のサポート材。
- 前記コアセルベート粒子が2以上の異なるポリマーを含む、請求項1記載のサポート材。
- 2以上の異なるポリマーの1種がアラビアゴムを含み、2以上の異なるポリマーの他のものがゼラチンを含む、請求項4記載のサポート材。
- 前記溶液が、水およびエタノールの1以上を含む、請求項1記載のサポート材。
- 前記コアセルベート粒子の調和平均サイズが約0.5μm~約60μmである、請求項1記載のサポート材。
- 前記コアセルベート粒子の調和平均サイズが約35%未満で変動する、請求項1記載のサポート材。
- 前記閾値応力が、前記スラリーのコアセルベート粒子の第1と第2との間の粘着力が、スラリーのコアセルベート粒子に適用された外部剪断力とほぼ等しい臨界剪断応力を含む、請求項1記載のサポート材。
- 前記臨界剪断応力の値が約20Pa~約140Paである、請求項9記載のサポート材。
- 前記臨界剪断応力の値が、スラリー中の付加製造用のインクの粘度に基づいている、請求項9記載のサポート材。
- 前記インクがコラーゲンを含む、請求項11記載のサポート材。
- 付加製造用サポート材の形成方法であって、
ポリマーからのコアセルベートを生成し、ここに、幾何学において実質的に一定である粒子を含み:
前記コアセルベートの生成は、
溶媒および共溶媒の溶液を形成し;
前記溶液を撹拌し、前記溶液中に前記ポリマーを溶解し;次いで
前記溶液のpHをあるタイプのポリマーに基づいて特定の値に調整する
ことを含み;次いで
前記コアセルベートから、特定の降伏応力値を持つスラリーを形成し、ここに、前記形成は、1以上の遠心分離サイクル中に前記コアセルベートを圧縮することを含む
ことを含む、前記形成方法。 - 1以上のパラメーターを選択し、次いで
前記コアセルベートの生成中に1以上のパラメーターを調整し、ここに、前記1以上の各パラメーターは、
ゼラチンブルーム値、ポリマー処理方法、ポリマー析出速度、ポリマー溶解度、ポリマーの分子量、ポリマー濃度、溶媒および共溶媒の体積比、界面活性剤のタイプ、界面活性剤の濃度、冷却速度または撹拌速度を含む、
ことをさらに含む、請求項13記載の形成方法。 - 1以上のパラメーターを選択し;次いで
スラリーの形成中に1以上のパラメーターを調整する
ことをさらに含み、
前記1以上のパラメーターは:
洗浄溶液のタイプ、1以上の遠心分離サイクルの遠心分離時間、1以上の遠心分離サイクルの遠心分離力および1以上の遠心分離サイクル数
を含む、請求項13記載の方法。 - 前記ポリマーが、200ブルーム、250ブルームおよび275ブルームのゼラチンブルーム値を含むゼラチンである、請求項13記載の方法。
- ポリマーがゼラチンであって、前記ゼラチンが、酸硬化ゼラチンまたはライム硬化ゼラチンの一方または双方を含む、請求項14記載の方法。
- 前記溶液が、約52.5:47.5の溶媒-対-共溶媒の比を含み、ここに、前記溶媒は水を含み、前記共溶媒はエタノールを含む、請求項13記載の方法。
- さらに、界面活性剤を前記溶液に添加することを含む、請求項13記載の方法。
- さらに、エタノール中でスラリーを脱水することを含む、請求項13記載の方法。
- さらに、水中でスラリーを再水和することを含み、ここに、前記スラリーは、脱水および再水和後に特定の降伏応力値を維持する、請求項20記載の方法。
- 前記ポリマーが第1のポリマーであり、前記コアセルベートの生成が、さらに、
第2のポリマーを前記溶液に添加し、
第1のポリマーまたは第2のポリマーのいずれかの等電点を選択し、次いで
前記の選択された等電点に基づいてpHを調整する
ことを含む、請求項13記載の方法。 - 前記第1のポリマーがゼラチンを含み、前記第2のポリマーがアラビアゴムを含み、前記pHが約5~6である、請求項22記載の方法。
- さらに、1以上の遠心分離サイクルを調整して、前記スラリーの特定の降伏応力値を特定値にさせることを含む、請求項13記載の方法。
- 前記特定値が約20Pa~約140Paである、請求項24記載の方法。
- 前記特定値が、スラリー中の付加製造用のインクの粘度に基づいている、請求項24記載の方法。
- 前記インクがコラーゲンを含む、請求項26記載の方法。
- さらに、洗浄溶液中での前記コアセルベートを洗浄することを含む、請求項13記載の方法。
- 前記コアセルベート粒子が、溶液中でほぼ単分散である、請求項1記載のサポート材。
- エタノールおよび水を含むコロイド溶液;
界面活性剤;および
コロイド溶液中のコアセルベート微粒子
を含むゼラチン・スラリー
を含む、付加製造用サポート材であって、
前記コアセルベート微粒子は、溶液中で単分散であり、前記コアセルベート微粒子は、0.5~60マイクロメートルの平均サイズおよび35%未満のサイズの分散を有し、
前記スラリーの少なくとも一部分は、降伏応力値未満の剪断応力を受ける場合にリジッド・ボディを形成し;および前記スラリーの少なくとも一部分は、降伏応力値を超える剪断応力を受ける場合に粘性流体を形成する
ことを含む、前記サポート材。
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