JP5431576B2 - 選択的堆積造形のための組成物および方法 - Google Patents

選択的堆積造形のための組成物および方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5431576B2
JP5431576B2 JP2012510912A JP2012510912A JP5431576B2 JP 5431576 B2 JP5431576 B2 JP 5431576B2 JP 2012510912 A JP2012510912 A JP 2012510912A JP 2012510912 A JP2012510912 A JP 2012510912A JP 5431576 B2 JP5431576 B2 JP 5431576B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
build
support
viscosity
combination
compositions
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
JP2012510912A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2012526687A (ja
Inventor
ストックウェル,ジョン
シュィ,ピンヨン
Original Assignee
スリーディー システムズ インコーポレーテッド
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
Priority to US17736509P priority Critical
Priority to US61/177,365 priority
Application filed by スリーディー システムズ インコーポレーテッド filed Critical スリーディー システムズ インコーポレーテッド
Priority to PCT/US2010/034299 priority patent/WO2010132392A2/en
Publication of JP2012526687A publication Critical patent/JP2012526687A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5431576B2 publication Critical patent/JP5431576B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/10Removing layers, or parts of layers, mechanically or chemically
    • 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
    • B29C64/112Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using individual droplets, e.g. from jetting heads
    • 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
    • B29C64/40Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof
    • 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
    • B29C71/00After-treatment of articles without altering their shape; Apparatus therefor
    • B29C71/0009After-treatment of articles without altering their shape; Apparatus therefor using liquids, e.g. solvents, swelling agents
    • 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
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L91/00Compositions of oils, fats or waxes; Compositions of derivatives thereof
    • C08L91/06Waxes
    • C08L91/08Mineral waxes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/11Methods of delaminating, per se; i.e., separating at bonding face
    • Y10T156/1111Using solvent during delaminating [e.g., water dissolving adhesive at bonding face during delamination, etc.]

Description

関連出願
本出願は、ここに参照することにより完全に引用される、2009年5月12日に出願された米国仮特許出願第61/177,365号に米国特許法第119(e)の下で優先権を主張する。
本発明は、三次元物体を形成するための組成物および方法に関し、より詳細には、三次元物体を形成するためのワックスベースの構築材料およびワックスベースの支持材料、および関連する装置および方法に関する。
様々の固体自由形状製造、またはSFF技術が、三次元物体を製造するために広く使用される。様々のアプローチは通常、各層が三次元物体の断面を示す複数の形成および接着層から、加算様式で物体を記述するコンピュータデータから三次元物体を構築することにより特徴付けられる。通常、物体の連続的な層が形成され、前に形成され接着された層の積層に接着される。あるSFF技術によれば、物体断面は、未硬化の流動性材料を、後に物体断面の一部となる所望のパターンの作業表面上に選択的に堆積し、その後、材料に物体断面を形成させ同時に前に形成された物体断面に接着させることにより、形成される。次に、これらの工程を繰り返し、断面により三次元物体断面を連続的に積層する。このアプローチは、物体形成が生じる態様から、選択的堆積造形(SDM)と称される。
典型的なSDMアプローチは、Almquist等の特許文献1に記載されるようなサーマル・ステレオリソグラフィを含む。このアプローチの典型はまた、Crumpの特許文献2および3に記載されるような溶融堆積造形であり、これらにおいては熱硬化可能材料が溶融状態で供給され、次に冷却された後に硬化する。別の例が、Pennの特許文献4に記載される。別の例は、Mastersの特許文献5、6および7に記載されるような衝撃粒子造形であり、これらにおいては粒子が特定の位置に方向付けられ、物体断面を形成する。
サーマル・ステレオリソグラフィは、非反応性で無毒性の材料を使用できるので、オフィス環境での使用に特に適切である。さらに、これらの材料を使用して物体を形成する方法は、取扱いを誤ると騒々しいまたは著しい危険を引き起こし得る、放射線(例えばUV放射線、IR放射線および/またはレーザ放射線)、可燃温度への材料の加熱(例えば断面境界線に沿った材料の燃焼)、反応性化学物質(例えば感光性樹脂)または毒性化学物質(例えば溶媒等)、複雑な裁断機等の使用を必要としない。その代わりに、材料を流動温度まで加熱し、その後材料を選択的に供給し冷却させることにより、物体形成を達成する。
米国特許第5,141,680号明細書 米国特許第5,121,329号明細書 米国特許第5,340,433号明細書 米国特許第5,260,009号明細書 米国特許第4,665,492号明細書 米国特許第5,134,569号明細書 米国特許第5,216,616号明細書
サーマル・ステレオリソグラフィ等に関して存在する重大な問題は、そのようなシステムにおいて現在使用されるディスペンサ(例えばインクジェットプリントヘッド)から供給することができ、一旦形成されると適切な強度および精度を有する三次元物体を形成できる、適切な材料を見つけることを含む。さらに、構築材料は、三次元物体を正確に製造しながら、SDM法が完了した後に完成した物体が支持材料から都合よく安全に分離できるために必要な機械的支持を提供するための特定の支持材料と一組でなければならない。
焼流し鋳造での使用に適切なパターンワックスは、通常はSDM法には適切でない。これらの材料は、高い粘度、比較的低い強靭性、またはSDM法において使用され得るような複数開口インクジェットディスペンサからの取扱いおよび供給を困難にする他の特性を有する傾向がある。高い材料粘度はまた、正確なパーツを形成する能力を減少する。適切な粘度範囲内の従来のパターンワックスは、通常、比較的高い層間ゆがみを示す。さらに、これらの従来の材料は、潜熱特性を有する傾向があり、これは素早い放熱および高速の三次元物体造形には適切でない。
これらのおよび他の理由のために、適切なディスペンサ(例えば複数開口、インクジェットタイププリントヘッド)を通して噴出できる、および選択的堆積造形に適切な強靭性、取扱いおよび寸法安定特性を有する、SDMにおける使用に適切な材料の、未だ満たされない必要性が存在する。これらの材料はまた、例えば焼流し鋳造法のためのパターンのような、三次元物体のその後の使用に十分な特性を有しなければならない。
本発明は、焼流し鋳造を含むがそれに限定されない、三次元物体の様々の最終用途に適切な材料特性および寸法精度を有する、三次元物体を製造するための構築材料および支持材料を含む組成物、並びに関連する装置および方法の組合せを提供する。
本発明の組成物のある例示的な組合せは、約70℃から約80℃の間の溶融温度を示す構築炭化水素ワックスを有する構築材料を含み、構築炭化水素ワックス材料は、構築材料の75質量%から85質量%を構成する。ある例示的な構築炭化水素ワックスとしては、パラフィンワックスが挙げられる。構築材料はさらに、約90℃から約145℃の間の軟化温度を示し、酸素を含まない炭化水素樹脂を含む構築粘性調整剤を含み、構築粘性調整剤は、構築材料の15質量%から25質量%を構成する。ある例示的な構築粘性調整剤としては、水素化炭化水素樹脂が挙げられる。構築材料は、80℃で約11から約14センチポアズ(約11から約14mPa/s)の粘性を示し、約65℃から約85℃までの溶融温度を示す。組成物の組合せはまた、約52℃から約65℃までの溶融温度を示す支持炭化水素アルコールワックス材料を有する支持材料を含み、支持炭化水素ワックス材料は、支持材料の60質量%から68質量%を構成する。例示的な支持炭化水素アルコールワックスとしては、オクタデカノールおよびヘキサデカノールが挙げられる。支持材料はさらに、約60から約200までの酸価を有する水素化ロジンを含む支持粘性調整剤を含み、支持粘性調整剤は、支持材料の32質量%から40質量%を構成する。ある例示的な支持粘性調整剤としては、約120酸価を有する水素化ロジンが挙げられる。支持材料は、80℃で約11から約14センチポアズ(約11から約14mPa/s)の粘性を示す。
本発明の別の例示的な実施の形態は、上記の構築材料および支持材料を使用して三次元物体を製造する装置を含む。より詳細には、本発明の装置は、構築材料および支持材料がその上に選択的に供給されるプラットフォーム、構築材料および支持材料を選択的に供給する供給装置、および通常は流動状態のそれぞれの材料を供給装置に提供する構築材料および支持材料のサプライヤを含む。本発明のさらなる実施の形態は、上記の構築材料および支持材料を選択的に供給し、これらの材料を概して固体状態を定めるようにし、支持材料を構築材料から分離して硬化構築材料を含む三次元物体を提供することにより、三次元物体を製造する方法を含む。
本発明のさらに別の実施の形態は、三次元物体の製造中に構築材料を支持するために使用される支持材料から、構築材料により製造される三次元物体を分離する方法を含む。本発明の方法は、三次元物体および支持材料を極性溶媒の浴槽中に配置し、その後、浴槽中の支持材料に関して極性溶媒の浴槽を攪拌する攪拌装置を提供する工程を含む。極性溶媒の温度は、約35℃から約50℃の間にコントロールされ、支持材料の実質的に全てが取り除かれると、三次元物体が浴槽から取り出される。この方法はさらに、例えば30%グリセリン−アルコールの溶液等を使用することにより、物体から白い残留物を除去する工程を含んでもよい。
本発明のさらなる実施の形態は、以下の詳細な説明に開示されるような選択的堆積造形により製造される三次元物体を製造および洗浄する追加の方法および装置を含む。
このように一般的に本願発明が記載されてきたので、次は添付の図面が参照されるが、必ずしも一定の比例に拡大して記載されず、例示的であり限定的でないことを意味するものである。
本発明のある実施の形態によるSDM装置の略側面図
本発明は、本発明のいくつかではあるが全てではない実施の形態が示される以下により十分に記載される。実際には、本発明は多くの異なる形態で具体化されるかもしれず、ここに示される実施の形態に限定されるものと解釈されるべきではない;むしろ、これらの実施の形態は、この開示が適用される法的必要条件を満たすために提供されるものである。本出願を通して開示される全ての特許および出願は、ここに参照することにより完全に引用される。
本発明は、選択的堆積造形により三次元物体を製造するために使用される構築材料および支持材料の組成物、並びに関連する装置および方法に関する。構築材料および支持材料は、相変化材料であり、SDM装置により供給されるために流動状態に加熱され、供給後に非流動状態を定めるように冷却される。SDM法が完了すると、構築材料(通常は、支持材料の支持構造により概ね囲まれる構築材料の物体を含む)は、支持材料が構築材料の物体から取り除かれるように、SDM装置から取り出され溶媒の浴槽中に配置されてもよい。いくつかの実施の形態において、構築材料は非極性材料を定め、支持材料は極性材料を定め、構築材料の物体の精度に著しい影響を与えずに支持材料を取り除くために、攪拌してまたは攪拌せずに、極性溶媒を使用してもよい。本発明の様々の実施の形態のこれらのおよび他の態様は、以下により詳細に記載される。
ここで用いたように「構築材料」、「支持材料」または「材料」なる用語は、三次元物体を形成するために供給装置により供給されたそれぞれの材料を称する。構築材料は、SFF技術により形成される物体を構成する材料を含み、支持材料は、形成中の物体を支持するよう供給されて後工程操作等において物体から最終的に取り除かれてもよい材料を含む。ここに記載される構築材料および支持材料の実施の形態は、非流動状態に戻るために硬化を必要としない相変化材料であるが、本発明のさらなる実施の形態は、材料中に、紫外線源等によるような硬化を必要とする添加物を含んでもよいことが理解されるべきである。
ここで用いたように、構築材料の「流動状態」なる用語は、材料が、供給装置により生じる、例えば材料を供給する際にインクジェットプリントヘッドにより生じる、材料を移動または流動させる剪断応力に抵抗できない状態である。本発明のある実施の形態において、構築材料の流動状態は液体状態である。しかしながら、構築材料の流動状態は、揺変性様特性を示してもよい。ここで用いたように、「固化」および「固化可能」なる用語は、材料が流動状態から非流動状態へ移行する材料の相変化特性を称する。
またここで用いたように、構築材料の「非流動状態」は、材料が、自身の形状を保持するように自重の下で十分に自己支持できる状態である。固体状態、ゲル状態、またはペースト状態で存在する構築材料は、本発明の目的のための構築材料の非流動状態の例である。
SDM装置
図1は、本発明のある実施の形態によるSDM装置10の概念図である。SDM装置10は、構築環境12において支持構造46上に三次元物体44が構築されることを示す。物体44および支持構造46は、図1において通常空気圧または水圧シリンダを有するが、さらなる実施の形態において構築プラットフォームを上げ下げする任意の作動装置を有してもよい、任意の従来の作動装置16により垂直に正確に配置できる構築プラットフォーム14上に積層態様で構築される。
プラットフォーム14の直接上方におよび平行に、レールシステム18があり、その上に材料供給トロリー20が存在し供給装置24を運ぶ。本発明のある実施の形態において、供給装置24は、構築材料および支持材料を供給するインクジェットプリントヘッドであり、複数の供給開口部を有する圧電タイプのものである。しかしながら、所望であれば、音響または静電タイプのような他のインクジェットプリントヘッドタイプを使用してもよい。あるいは、所望であれば、インクジェットプリントヘッドではなく、溶射ノズルを使用してもよい。例示的な供給装置24は、圧電Z850プリントヘッドである。Z850プリントヘッドから供給される材料は、好ましくは、約80℃の供給温度で約11から約14センチポアズ(約11から約14mPa/s)の粘性を有する。このシステムの供給方法論は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第6,841,116号明細書に多く記載される。本発明のさらなる実施の形態は、別の供給装置を含む。
供給装置24を運ぶ図1のトロリー20には、リモート・リザーバ49から構築材料22が供給される。リモート・リザーバは、ヒータ25を備え、構築材料を流動状態にし、維持する。同様に、供給装置24を運ぶトロリー20にもまた、流動状態でリモート・リザーバ50から支持材料48が供給される。材料を供給するために、加熱装置を提供し、まず材料を流動状態に加熱し、供給装置への経路に沿って流動状態に材料を維持する。ある例示的な実施の形態において、加熱装置は、リザーバ49および50の両方でヒータ25を有し、供給装置24にリザーバを連結する供給管52上に追加のヒータ(図示せず)を有する。
供給装置24上には、それぞれ構築材料30および支持材料31を供給する放出開口部27Mおよび27Sが配置される。放出開口部27Mおよび27Sは、それぞれの材料を、構築環境12中の任意の所望の標的位置に供給するよう適合する。
供給装置24は、電気モータのような従来の駆動装置26により水平経路に沿って(すなわちX軸に沿って)レールシステム18上を往復駆動される。本発明のいくつかの実施の形態において、供給装置24を運ぶトロリーは、放出開口部27Mおよび/または27Sから材料の1つの完全な層を供給するために複数の経路を取る。
層28は、連続的に堆積されて物体44を形成する。図1において、供給された構築材料30の層28の一部が、トロリーが左から右へちょうど通過を開始したものとして示される。図1は、最上層28の形成を示す。最下層28(図示せず)は、プラットフォーム14に隣接して存在する。供給された構築材料の液滴30および支持材料の液滴31が空中に示され、放出開口部と構築材料の層28との間の距離は、図解の容易のために大きく誇張されている。本発明のある実施の形態において、液滴は、約40ナノグラムから約60ナノグラムの範囲の、またはより好ましくは約50ナノグラムの一滴質量を定め、供給装置24から形成中の層28までの距離は、約0.5ミリメートルから約1.0ミリメートルまでである。形成された層28は、約0.015インチ(約0.381mm)から0.040インチ(約1.016mm)の間の、またはより好ましくは約0.025インチ(0.635mm)の高さを定める(高さは、プラナライザの下面と前に堆積された層の上面との間の距離により定められる)。層28は、三次元物体を形成し支持するために、必要に応じて、全て構築材料、全て支持材料、または構築および支持材料の組合せでもよい。
構築材料および支持材料は、流動状態で個々の液滴として供給され、相変化の結果として層28との接触により固化する。あるいは、所望であれば、材料はSDM装置中の連続的な流れにおいて供給されてもよい。物体44の各層28は、ビットマップ上の複数画素に分けられ、この場合、標的位置は構築材料22を堆積するための物体の画素位置に割り当てられる。同様に、物体の外に位置する画素座標は、必要に応じて物体44のために支持を形成するための支持材料48の堆積の目標とされてもよい。通常、個々の液滴が所定の層についてビットマップの全ての標的画素位置上に堆積されると、層を形成するための材料の供給が完了し、層28の初期厚さが定められる。本発明のある実施の形態において、初期層厚さは、最終層厚さよりも大きい。
次に、プラナライザ32を層に亘って引いて層を平らにし、層を標準化して最終層厚さを定める(以下に記載する図1参照)。必要に応じてプラナライザ32を使用して層を標準化し、構築工程中に起こる滴量変動、熱解離等の累積効果を排除する。構築材料の供給された層の部分を溶融し、移動し、および除去し、伸ばして層について所望の厚さを設定することが、プラナライザの作用である。これにより、三次元物体および支持構造を形成する全ての層について均一な表面トポグラフィおよび層厚さが保証される。しかしながら、システムから取り除かれなければならない廃棄物が生じる。プラナライザ32は、所望であれば、材料供給トロリー20に取り付けられてもよく、レールシステム18上に別個に取り付けられてもよい(図1に示されるように)。あるいは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第6,562,269号明細書に開示されるように過剰な材料を取り除くために毛管現象を利用することにより、または同じく本発明の譲受人に譲渡された米国特許第6,492,651号明細書に開示されるように均一な層を形成するために低い領域に追加の材料を選択的に供給するために使用できるフィードバックデータを提供するアクティブ表面スキャニングシステムを利用することにより、層を標準化してもよい。
廃棄物収集システム(図示せず)を使用して、平坦化中に生じる過剰な材料を収集する。廃棄物収集システムは、所望であれば、材料を廃棄物タンクまたは廃棄物カートリッジに供給する供給管を備えてもよい。硬化性相変化材料のための廃棄物システムは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第6,902,246号明細書に開示される。
パワーサプライ37は、少なくとも作動装置16、プラナライザ32、コンピュータコントローラ40(外部コンピュータ34に接続される)、駆動装置26、および供給装置24、並びに最初に構築材料および支持材料を流動状態に加熱するためのヒータ25およびそれぞれの材料を流動状態に維持するための加熱された供給管52に、電力を供給する。SDM装置に共通のさらなる特徴が提供されてもよく、材料中の成分として感光性樹脂または光開始剤を含んでもよい材料を選択的に硬化するための硬化装置を含むがこれに限定されない。
構築材料
次に本発明の構築材料について見ると、構築材料は、構築炭化水素ワックスおよび少なくとも1つの構築粘性調整剤(粘着付与剤としても知られる)を含む。本発明のいくつかの実施の形態において、構築材料が供給装置を介して適切に供給されるために、構築材料は、80℃で約11から約14センチポアズ(約11から約14mPa/s)の粘性、またはより好ましくは80℃で約12から約13センチポアズ(約12から約13mPa/s)の粘性を示す。いくつかの実施の形態の構築材料はまた、約65℃から約85℃の溶融温度を示す。
ある実施の形態の構築炭化水素ワックスは、約70℃から約80℃の溶融温度を示す。例示的な構築炭化水素ワックスとしては、パラフィンワックス(ある1つの例はKoster Keunen LLCにより提供されるHMパラフィンである)が挙げられるがこれに限定されない。
ある実施の形態の構築粘性調整剤は、約90℃から約145℃、またはより好ましくは約115℃から約125℃の軟化温度を示す。ある実施の形態の構築粘性調整剤は、水素化炭化水素樹脂(いくつかの例はArakawa Chemical Inc.から入手できる脂環式炭化水素樹脂粘着付与剤である、Arkon P−125、Arkon P−100、Arkon P−90、およびそれらの組合せである)のような、酸素を含まない炭化水素樹脂を含む;これに対して、さらなる実施の形態は、EASTMAN Chemical BVから入手できる、水素化ロジンのForalyn 90エステルおよび水素化ロジンのForalyn 110エステルを含むがこれに限定されない、別の構築粘性調整剤を提供する。
構築材料の様々の実施の形態は、75質量%から85質量%の構築炭化水素ワックス材料および15質量%から25質量%の構築粘性調整剤を含む。ある非限定的で例示的な構築材料の製剤は、構築材料の粘性を80℃で12センチポアズ(12mPa/s)に調整するために、約81%の構築炭化水素ワックスおよび約19%の構築粘性調整剤を含む。本発明のある実施の形態の構築材料および支持材料のための製剤は、変量の粘性調整剤を含み、構築材料および支持材料は、制御され一貫した態様で供給されるように特定の粘性を有する。したがって、粘性調整剤の相対的割合は、本発明の実施の形態に所望な粘性により決定される。
本発明のさらなる実施の形態は、別の相変化材料を含む構築材料を含み、ワックス、樹脂、希釈剤、充填剤、光開始剤、重合防止剤、および当該技術において既知の他の添加剤のような追加の物質を含んでもよい。
支持材料
次に本発明の支持材料について見ると、支持材料は、支持炭化水素アルコールワックスおよび少なくとも1つの支持粘性調整剤を含む。本発明のいくつかの実施の形態において、支持材料が供給装置を介して適切に供給されるために、支持材料は、80℃で約11から約14センチポアズ(約11から約14mPa/s)の粘性、またはより好ましくは80℃で約12から約13センチポアズ(約12から約13mPa/s)の粘性を示す。
ある実施の形態の支持炭化水素アルコールワックスは、約52℃から約65℃の溶融温度を示す。例示的な支持炭化水素アルコールワックスとしては、オクタデカノールおよびヘキサデカノールが挙げられるがこれに限定されない。
ある実施の形態の支持粘性調整剤は、約60から約200の酸価、またはより好ましくは約100から約150の酸価、およびさらにより好ましくは約120の酸価を有する水素化ロジンを含む。例示的な支持粘性調整剤としては、Arakawa Chemical Inc.から入手できるPinecrystal KR−610またはEastman Chemical Companyから入手できるForalyn Eのような粘着付与剤が挙げられるがこれに限定されない。
支持材料の様々の実施の形態は、60質量%から68質量%の支持炭化水素アルコールワックス材料および32質量%から40質量%の支持粘性調整剤を含む。ある非限定的な支持材料の例示的製剤は、支持材料の粘性を80℃で12.5センチポアズ(12.5mPa/s)に調整するために、約65%の支持炭化水素アルコールワックスおよび35%の支持粘性調整剤を含む。本発明のさらなる実施の形態は、別の相変化材料を含む支持材料を含み、ワックス、樹脂、希釈剤、充填剤、光開始剤、重合防止剤、および当該技術において既知の他の添加剤のような追加の物質を含んでもよい。好ましくは、そのような別のおよび/または追加の材料は、後処理工程中に構築材料から取り除かれる支持材料の性能に悪影響を及ぼさない。
後処理
SDM装置により三次元物体が製造された後、物体を囲む支持材料から取り外されなければならない。したがって、支持材料から三次元物体を分離する方法が提供される。この方法は、通常はまだプラットフォームに連結されている間に、SDM装置から三次元物体および支持材料を取り出し、構築物およびプラットフォームを極性溶媒中に配置する工程を含む。三次元物体の構築材料は非極性材料であるので、通常は極性溶媒により影響を受けない。しかしながら、支持材料は極性材料であるので、極性溶媒は、支持材料を崩壊させ構築材料から分離する。浴槽は、支持材料の除去を促進するために溶媒を攪拌する攪拌装置を含んでもよく、浴槽の温度は、約35℃から約50℃、またはより好ましくは約42℃から約50℃の間に制御され、同じく支持材料の除去を促進する。この方法を使用すると、宝石のパーツのような比較的小さいパーツを、約15〜30分間で洗浄できる。
浴槽中に提供される極性溶媒は、任意の極性材料を含んでもよく、ポリ(プロピレン)グリコール、エタノール、91%イソプロピルアルコール、および100%イソプロピルアルコールを含むがこれに限定されない。支持材料が実質的に除去された後、浴槽から三次元物体が取り出されると、三次元物体は外面上に白い残留物を有し得る。物体を、約30%のグリセリン−アルコールを含む溶液ですすぎ、物体表面から白い残留物を除去できる。焼流し鋳造または他の用途でその後に使用する前に、さらなる後処理操作を物体に行ってもよい。
以下の材料は、例示的な構築材料(WM−134A)および支持材料(WS−114B)製剤である:
各材料の粘性は80℃で12cps(12mPa/s)である。上記の後処理で洗浄されたWM−134A構築材料およびWS−114B支持材料で構築されたパーツは、高い分離度、および金、銀、アルミニウムおよび合金鋼等を含む様々の金属鋳造法に良好な鋳造性を有する。しかしながら、WM−134A材料で構築されたパーツは、比較的狭い後処理窓を有し、これは、後処理温度が比較的狭い範囲に制御されなければならず、そうでなければパーツ、特に繊細な特徴のパーツの分離度が影響を受け得ることを意味することが留意された。後処理窓を改良するために、81%HMパラフィンおよび19%Arkon P−125を含み80℃で12ps(12mPa/s)の粘性を有する製剤WM−P125が開発された;WM−P125で構築された(およびWS−114Bで支持された)パーツは、分離度を犠牲にせずに比較的高い温度で洗浄でき、これにより後処理窓幅が広くなり後処理時間がずっと短くなる。本発明のさらなる実施の形態は、別の製剤を含み、適切なパーツ分離度および/または所望の処理窓を提供する。
したがって、本発明は、改良された構築および支持材料による三次元物体の製造を提供する。上述した説明および関連する図面に示された教示の恩恵を有する本発明が関連する技術における当業者には、ここに述べた本発明の多くの変更および他の実施の形態が思い浮かぶであろう。したがって、本発明は、開示された特定の実施の形態に制限されるべきではなく、変更および他の実施の形態が添付の特許請求の範囲に含まれることが意図されていることが理解されるべきである。本発明は、添付の請求項およびその均等物の範囲内であれば、本発明の変更および変化を対象とすることが意図される。特定の用語がここに用いられているが、それらは一般的な説明の意味でのみ使用され、制限の目的に用いられているのではない。
発明の説明との関連における(特に以下の請求項との関連における)「ある」および「その」なる用語および同様の指示物の使用は、ここに他に示されるまたは文脈により明らかに相反するのでなければ、単数および複数の両方を対象とすると解釈される。「備えている」、「有する」、「含む」および「含有する」なる用語は、他に言及されなければ、制限のない(すなわち「含むが限定されない」)ものとして解釈される。本明細書における数値範囲の記載は、他に示されない限り、当該範囲に入る各別々の数値に個々に言及する速記の方法としての機能を果たすことを単に意図され、各別々の数値は、個々に言及されるかのように本明細書中に組み込まれる。ここに記載される全ての方法は、ここに他に示されるまたは文脈により明らかに相反するのでなければ、任意の適切な順序で行われてもよい。ここに提供される、任意のおよび全ての実施例、または例示的な言葉(例えば「のような」)の使用は、単により良い説明を意図するものであり、他に請求されない限り本発明の範囲に制限を与えるものではない。明細書中の言葉は、任意の請求されていない要素を本発明の実施に必須のものとして示すものとは解釈されない。
10 SDM装置
12 構築環境
14 構築プラットフォーム
18 レールシステム
20 トロリー
22 構築材料
24 供給装置
44 三次元物体
46 支持構造
48 支持材料
49 リザーバ
50 リザーバ

Claims (9)

  1. 選択的堆積造形装置により三次元物体を製造するために使用される組成物の組合せにおいて、該組合せが:
    (a)構築材料であって:
    (i)構築材料の75質量%から85質量%を構成する、約70℃から約80℃の溶融温度を示す構築炭化水素ワックス材料と、
    (ii)構築材料の15質量%から25質量%を構成する、約90℃から約145℃の軟化温度を示し、酸素を含まない炭化水素樹脂を含む少なくとも1つの構築粘性調整剤と、
    を含み、80℃で約11から約14センチポアズ(約11から約14mPa/s)の粘性を示し、約65℃から約85℃の溶融温度を示す構築材料、および
    (b)支持材料であって:
    (i)支持材料の60質量%から68質量%を構成する、約52℃から約65℃の溶融温度を示す支持炭化水素アルコールワックス材料と、
    (ii)支持材料の32質量%から40質量%を構成する、約60から約200酸価を有する水素化ロジンを含む少なくとも1つの支持粘性調整剤と、
    を含み、80℃で約11から約14センチポアズ(約11から約14mPa/s)の粘性を示す支持材料、
    を有してなることを特徴とする組成物の組合せ。
  2. 前記構築炭化水素ワックス材料が、パラフィンワックスを含むことを特徴とする請求項1記載の組成物の組合せ。
  3. 前記構築粘性調整剤が、約115℃から約125℃の軟化温度を示すことを特徴とする請求項1記載の組成物の組合せ。
  4. 前記構築粘性調整剤が、水素化炭化水素樹脂を含むことを特徴とする請求項1記載の組成物の組合せ。
  5. 前記構築炭化水素ワックス材料が前記構築材料の約81質量%を構成し、前記構築粘性調整剤が前記構築材料の約19質量%を構成することを特徴とする請求項1記載の組成物の組合せ。
  6. 前記支持炭化水素アルコールワックス材料が、オクタデカノールおよびヘキサデカノールの内の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1記載の組成物の組合せ。
  7. 前記支持粘性調整剤が、約120酸価を有する水素化ロジンを含むことを特徴とする請求項1記載の組成物の組合せ。
  8. 前記支持炭化水素ワックス材料が前記支持材料の約65質量%を構成し、前記支持粘性調整剤が前記支持材料の約35質量%を構成することを特徴とする請求項1記載の組成物の組合せ。
  9. 前記構築材料が約80℃で約12センチポアズ(約12mPa/s)の粘性を示し、前記支持材料が約80℃で約12.5センチポアズ(約12.5mPa/s)の粘性を示すことを特徴とする請求項1記載の組成物の組合せ。
JP2012510912A 2009-05-12 2010-05-11 選択的堆積造形のための組成物および方法 Active JP5431576B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17736509P true 2009-05-12 2009-05-12
US61/177,365 2009-05-12
PCT/US2010/034299 WO2010132392A2 (en) 2009-05-12 2010-05-11 Compositions and methods for selective deposition modeling

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012526687A JP2012526687A (ja) 2012-11-01
JP5431576B2 true JP5431576B2 (ja) 2014-03-05

Family

ID=42539066

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012510912A Active JP5431576B2 (ja) 2009-05-12 2010-05-11 選択的堆積造形のための組成物および方法
JP2013250894A Pending JP2014061715A (ja) 2009-05-12 2013-12-04 選択的堆積造形のための組成物および方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013250894A Pending JP2014061715A (ja) 2009-05-12 2013-12-04 選択的堆積造形のための組成物および方法

Country Status (5)

Country Link
US (3) US8575258B2 (ja)
EP (1) EP2429802B1 (ja)
JP (2) JP5431576B2 (ja)
CN (1) CN102421586B (ja)
WO (1) WO2010132392A2 (ja)

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8460451B2 (en) 2011-02-23 2013-06-11 3D Systems, Inc. Support material and applications thereof
US20130309121A1 (en) * 2012-05-16 2013-11-21 Crucible Intellectual Property Llc Layer-by-layer construction with bulk metallic glasses
CN103407290B (zh) * 2013-07-18 2016-04-20 华中科技大学 一种基于电喷印的立体结构的制备方法及装置
DE102013109162A1 (de) * 2013-08-23 2015-02-26 Fit Fruth Innovative Technologien Gmbh Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Objekte
GB201317300D0 (en) * 2013-09-30 2013-11-13 Remet Uk Ltd Casting Wax
WO2015057886A1 (en) 2013-10-15 2015-04-23 Wolf And Associates, Inc. Three-dimensional printer systems and methods
USD733196S1 (en) 2014-02-03 2015-06-30 Wolf And Associates, Inc. 3D printer enclosure
US9873798B2 (en) * 2014-02-25 2018-01-23 General Electric Company Composition and method for use in three dimensional printing
US10144175B2 (en) 2014-03-18 2018-12-04 Evolve Additive Solutions, Inc. Electrophotography-based additive manufacturing with solvent-assisted planarization
US20150283758A1 (en) * 2014-04-08 2015-10-08 Xerox Corporation Method of making three-dimensional objects using crystalline and amorphous compounds
US20150283759A1 (en) * 2014-04-08 2015-10-08 Xerox Corporation Method of making three-dimensional objects using bio-renewable crystalline-amorphous materials
US20150344694A1 (en) * 2014-05-30 2015-12-03 3D Systems, Incorporated Water dispersible support materials for 3d printing
CN105346079A (zh) * 2014-08-22 2016-02-24 深圳市宏山科园科技有限公司 一种3d蜡像打印机
TWI531486B (zh) 2014-10-01 2016-05-01 國立臺灣科技大學 彩色立體列印裝置及彩色立體列印方法
JP5819503B1 (ja) * 2014-10-21 2015-11-24 冨士ダイス株式会社 3dプリンターで積層造形する粉末冶金用ロストワックス型の製造方法
JP6565178B2 (ja) * 2014-11-28 2019-08-28 セイコーエプソン株式会社 立体物造形装置、立体物造形システム、立体物造形装置の制御方法、及び、立体物造形装置の制御プログラム
CN107000318B (zh) * 2014-12-01 2018-08-21 沙特基础工业全球技术有限公司 用于材料挤出增材制造的喷嘴工具改变
SG11201706614XA (en) * 2015-03-03 2017-09-28 Basf Se Method for producing a tridimensional structure using two pre-supporting materials
CN104629161B (zh) * 2015-03-04 2017-06-06 中国科学院福建物质结构研究所 一种低熔点3d打印材料及其制备方法
USD760306S1 (en) 2015-03-20 2016-06-28 Wolf & Associates, Inc. 3D printer enclosure
WO2016198291A1 (en) 2015-06-09 2016-12-15 Politecnico Di Milano A device for direct additive manufacturing by means of extrusion of metal powders and ceramic materials on a parallel kinematic table
WO2017006324A1 (en) * 2015-07-09 2017-01-12 Something3D Ltd. Method and apparatus for three dimensional printing
CN105150532B (zh) * 2015-08-26 2018-05-25 深圳长朗科技有限公司 喷墨3d打印方法
US10174205B2 (en) 2015-10-19 2019-01-08 Xerox Corporation Printing process
US10308827B2 (en) 2015-10-30 2019-06-04 Xerox Corporation Ink jet ink compositions for digital manufacturing of transparent objects
KR102053481B1 (ko) * 2015-11-03 2019-12-06 주식회사 엘지화학 3차원 조형물의 형성 방법
CN105504836B (zh) * 2015-12-31 2018-06-01 佛山市晗宇科技有限公司 一种用于3d打印的低针入度石蜡支撑材料及其制备方法
WO2017132464A1 (en) 2016-01-28 2017-08-03 3D Systems, Inc. Methods and apparatus for 3d printed hydrogel materials
JP6848223B2 (ja) 2016-06-28 2021-03-24 株式会社リコー 活性エネルギー線硬化型液体組成物、立体造形物の製造方法、立体造形物の製造装置
US10259956B2 (en) 2016-10-11 2019-04-16 Xerox Corporation Curable ink composition
KR102123926B1 (ko) * 2017-02-23 2020-06-18 와커 헤미 아게 왁스로 제조된 지지 재료를 사용하여 성형체를 제조하기 위한 생성 방법
CN107053662A (zh) * 2017-05-02 2017-08-18 宁波创导三维医疗科技有限公司 一种光固化硅胶3d打印装置及其打印方法
KR101898609B1 (ko) * 2017-05-11 2018-09-14 바이오메디칼쓰리디프린팅 주식회사 3d 냉각 프린터와 후처리 방법
CN107915898B (zh) * 2017-10-30 2019-12-03 惠州市优恒科三维材料有限公司 可交联、打印速度快、打印精细度高、可同时用于铸造和模型的3d打印成型蜡及其制备方法
WO2019245845A1 (en) * 2018-06-22 2019-12-26 3D Systems, Inc. 3d printing build materials and support materials comprising a phosphor
WO2020099241A1 (de) * 2018-11-13 2020-05-22 Covestro Deutschland Ag Verfahren zur herstellung eines additiv gefertigten und behandelten gegenstands
CN109535686A (zh) * 2018-11-30 2019-03-29 广州市德馨蜡制品有限公司 基于mjp技术3d打印蜡模支撑材料及其制备方法
US20200207040A1 (en) 2018-12-31 2020-07-02 3D Systems, Inc. System and method for repairing a three-dimensional article

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3206601A (en) * 1963-05-21 1965-09-14 Keuffel & Esser Co Plastic film thermography
US4665492A (en) 1984-07-02 1987-05-12 Masters William E Computer automated manufacturing process and system
US5141680A (en) 1988-04-18 1992-08-25 3D Systems, Inc. Thermal stereolighography
US5134569A (en) 1989-06-26 1992-07-28 Masters William E System and method for computer automated manufacturing using fluent material
US5216616A (en) * 1989-06-26 1993-06-01 Masters William E System and method for computer automated manufacture with reduced object shape distortion
US5121329A (en) 1989-10-30 1992-06-09 Stratasys, Inc. Apparatus and method for creating three-dimensional objects
US5740051A (en) 1991-01-25 1998-04-14 Sanders Prototypes, Inc. 3-D model making
US5506607A (en) 1991-01-25 1996-04-09 Sanders Prototypes Inc. 3-D model maker
AT131111T (de) 1991-01-31 1995-12-15 Texas Instruments Inc Verfahren und vorrichtung zur rechnergesteuerten herstellung von dreidimensionalen gegenständen aus rechnerdaten.
DE19537264A1 (de) 1995-10-06 1997-04-10 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Bauteile aus insbesondere metallischen Werkstoffen, Kunststoffen oder Keramikverbundwerkstoffen
US5997795A (en) * 1997-05-29 1999-12-07 Rutgers, The State University Processes for forming photonic bandgap structures
US6132665A (en) * 1999-02-25 2000-10-17 3D Systems, Inc. Compositions and methods for selective deposition modeling
US6364986B1 (en) 1999-10-04 2002-04-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy High-strength parts formed using stereolithography
US6785123B2 (en) 2001-09-24 2004-08-31 Intel Corporation High surface area porous aluminum electrode in electrolytic capacitors using solid freeform fabrication
US6841589B2 (en) 2001-10-03 2005-01-11 3D Systems, Inc. Ultra-violet light curable hot melt composition
WO2003029365A1 (en) * 2001-10-03 2003-04-10 3D Systems, Inc. Phase change support material composition
US7033160B2 (en) * 2002-05-28 2006-04-25 3D Systems, Inc. Convection cooling techniques in selective deposition modeling
US7625512B2 (en) 2003-07-15 2009-12-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method and a system for producing an object using solid freeform fabrication
US20050023719A1 (en) * 2003-07-28 2005-02-03 Nielsen Jeffrey Allen Separate solidification of build material and support material in solid freeform fabrication system
US20050074596A1 (en) 2003-10-06 2005-04-07 Nielsen Jeffrey A. Method and system for using porous structures in solid freeform fabrication

Also Published As

Publication number Publication date
US20100288194A1 (en) 2010-11-18
WO2010132392A3 (en) 2010-12-29
US20140027950A1 (en) 2014-01-30
CN102421586B (zh) 2014-12-17
JP2014061715A (ja) 2014-04-10
EP2429802B1 (en) 2013-10-02
US8575258B2 (en) 2013-11-05
US8642692B1 (en) 2014-02-04
EP2429802A2 (en) 2012-03-21
JP2012526687A (ja) 2012-11-01
WO2010132392A2 (en) 2010-11-18
CN102421586A (zh) 2012-04-18
US20140076499A1 (en) 2014-03-20
US8975352B2 (en) 2015-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106392069B (zh) 粉末再循环添加制造设备和方法
Farahani et al. Three‐dimensional printing of multifunctional nanocomposites: manufacturing techniques and applications
US10456833B2 (en) Shrinkable support structures
US10471653B2 (en) Method for producing silicone elastomer parts
US20200131364A1 (en) Poylmeric composition for use as a temporary support material in extrusion based additive manufacturing
JP6178491B2 (ja) レーザ焼結システムのための改善された粉体の分配
US10780500B2 (en) Sintering and shaping method
CN106232331B (zh) 计算机模型和三维(3d)印刷方法
JP6657601B2 (ja) 立体造形用粉末材料、立体造形材料セット、及び立体造形物の製造方法
JP6258505B2 (ja) 3次元物品の積層造形における粉体分配
JP2019518864A (ja) 金属造形材料を用いた付加製造
JP6372725B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
US9597730B2 (en) Build plate and apparatus for additive manufacturing
JP2018134866A (ja) 構築材料プロファイル
KR101526827B1 (ko) 3d 프린팅 장치 및 이를 이용한 철골 콘크리트 구조물 시공방법
JP5759851B2 (ja) 三次元造形装置及び三次元造形方法
US7700016B2 (en) Method and apparatus for fabricating three dimensional models
KR20160078355A (ko) 바인더 에이전트 시스템을 이용하여 삼차원 모델을 생산하기 위한 방법 및 디바이스
JP3037489B2 (ja) 溶射による3次元物品の製作方法及び装置
EP3685997A2 (en) Support ink for three dimensional (3d) printing
US10245784B2 (en) Method and system for reuse of materials in additive manufacturing systems
US9757801B2 (en) Method for producing a moulded body and device
JP2017522448A (ja) 選択的焼結による3d印刷のための方法及び装置
JP6640375B2 (ja) 3d印刷デバイスを使用することにより物体を製造するための方法およびデバイス
CN105618756B (zh) 一种金属3d打印加支撑结构的装置

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130529

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130604

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20130904

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20130911

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131004

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131105

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131204

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 5431576

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250