JP6917476B2 - 光造形システムで使用するための容器 - Google Patents

Description

本発明は光造形システムの一部に関連する。

光造形システムでは、層ごとまたは、連続的な積み重ねの複数または単数の層情報により、三次元体が感光性物質から生成される。

オーバーヘッド法による光造形法において、ワークピースの第一の層は、すなわち、実際の一般的プロセスの第一のステップの前に、（例えば、重合プロセスの手段によって付加される）担体に移動される。担体は、焦点面または基準層に対して動きを実施することができる。次のプロセスステップは、感光性物質の新しい材料が、最も新しく生成された層または重合フロント下で基準層内に流れ込むことを確実にする。これは、単一の持ち上げ運動、例えば、または持ち上げ運動の組み合わせによって達成できる。補充された感光性物質は次に、光への暴露下で再び硬化することができる。

オーバーヘッド法による光造形法では、基準層は、液体出発材料（例えば、光重合性合成樹脂）が位置するタンクまたは容器の底部の上で、ワークピースの直下である。

次の層を硬化することができるようにワークピースを持ち上げるとき、ワークピースの直前のちょうど硬化した層がタンクの底部に付着しないことを確保する必要がある。

連続的な製造プロセスまでのプロセスを加速する抑制剤の使用を可能にするさまざまなソリューションが、当該技術分野の状態から公知である。

光反応樹脂内の不活性中間相を形成するための抑制剤の使用は、例えば、米国特許第５，３９１，０７２号のＬａｗｔｏｎによって記載されている。これは、ガス状抑制剤が担体とフィルムの間の外から流れることを可能にするために、担体上に取り付けられるテフロンＡＦフィルムまたはフッ素重合体の使用を説明する。抑制剤（例えば、酸素）は、テフロンＡＦフィルムを透過し、そのため、オーバーレイする光反応基準層内またはその直下に非反応抑制層を生成する。潤滑フィルムは、タンクの底部からのワークピースの放出を著しく容易にすることができ、従ってプロセスを加速することができる。

Ｆｒｉｃｋｅの国際公開０１／７２５０１Ａ１は、ワークピースを連続的に、すなわち、層間の中断なしに作製する能力を有する光造形システムを記述する。重合プロセスは中断されず、反応フロントの速度論と相関する速度でワークピースが液体光反応材料から連続的に引き出される。この文脈では、Ｆｒｉｃｋｅはまた、マスク露出システムの使用について説明しており、これは露出平面または基準層のすべての点で同時に層情報を生成することを可能にする。Ｆｒｉｃｋｅは、反応勾配を光反応物質内に生成するように、光反応性の液体を冷却することによって連続的なプロセスに必要な非反応相の形成を達成する。このようにして、印刷速度１ｍｍ／ｓを達成できる。

Ｗｉｌｌｉｓの米国特許出願公開第２０１５／０３６０４１９Ａ１は、特定の酸素透過性を有する材料からなるタンクを有する光造形システムを開示している。これにより、抑制剤含有層の形成が可能になり、これが分離力の低減につながる。テフロンＡＦまたはフッ素重合体は、酸素透過性材料として使用される。透過性で化学的に不活性な液体が、容器と光反応物質との間に位置する２相系が、記載される。

ドイツ特許出願公開第２０２０１３１０３４４６Ｕ１号は、分離力を最小化するために、光反応性の液体内の抑制層を生成する半透過性膜の使用を記述する。

図１３ａでは、Ｙｏｕｎｇの米国特許５，５４５，３６７は、フッ素重合体および構造化担体からなるデザインを開示している。ガス状抑制剤は、例えば、担体によって形成されるチャネル内で流れることができ、それにより、抑制剤含有層を形成することによって、ワークピースの層の担体の上側への接着を最小化する。

米国特許出願公開第２０１３／０２５２１７８Ａ１、米国特許出願公開第２０１５／０３０９４７３Ａ１、米国特許出願公開第２０１３／０２９２８６２Ａ１および欧州特許１２５３００２Ｂ１など、さまざまなその他の公報は、例えばタンクの底部として、基準層の下部境界としてＰＤＭＳ（シリコーン）の使用を説明する。拡散によって、シリコーンに溶解した酸素は、光反応材料内で非常に狭い抑制層を形成し、従って接着力を低下させる。最大の欠点は、ＰＤＭＳ層の化学的および機械的安定性が低いことである。

米国特許出願公開第２０１３／０２９５２１２Ａ１号では、Ｙｏｎｇも分離媒体としてＰＤＭＳの使用と抑制層の関連形成を説明し、抑制層と分離力との間の計測相関を示す。分離力の減少およびワークピース表面からのタンクをせん断することは、従来のシステムと比較して製造プロセスを加速することを可能にする。

Ｔｕｍｂｌｅｓｔｏｎの国際公開第２０１６／１４９０９７Ａ１は、中間相が光反応材料内に同様に形成される連続製造プロセスを記述する。ベース上に配置されたテフロンＡＦフィルムまたは膜の使用によってこれが可能である。Ｌａｗｔｏｎにより既に記載されているように、テフロンＡＦフィルムはベースに接続できる。フィルムをベースに接続しないオプション、それによって追加的な機械的な解放プロセスを提供することも実証される。特に、ベースは抑制剤（例えば、ガラス）に対して透過性ではない透明材料から成る。非透過性層は時々、構造または処理によってある程度透過性でありうる。

ドイツ特許出願公開第１０２０１３２１５０４０Ａ１は、オーバーヘッド光造形システムを記述するものであり、その設計は、全反射が発生する光偏向装置の結果として特に小型である。中空空間にわたる半透過性フィルムは、抑制剤を供給するのに役立つ。

米国特許出願公開第２０１７／０１５１７１８Ａ１号は、光造形法がポリウレタンおよび関連物質で作製された物品を製造することができることを記載している。これには、オーバヘット配置の使用も含まれうる。これらのケースで抑制剤を供給することができるベースプレートは、例えばテフロンＡＦ、または、異なる半透過性フィルムを含むことができる。別の方法としてまたは追加的に、公開は、例えば、多孔性ガラスまたは微小多孔性ガラスからのベースプレートの製造を説明する。

公知のソリューションのすべては、サイズが自由に拡張できず、典型的には複雑な光製造プロセスを必要とし、例えばチャネル構造を形成するという不利益を有する。さらに、ＰＤＭＳなどの物質は基本的に酸素透過性であるが、この透過性の挙動は架橋度のそれと反対である。これにより、機械的および化学的安定性に対して著しい決定効果がもたらされる。自己支持ＰＤＭＳ配置は、それらが可撓性のであり、結果として製造プロセスの間に座屈を防止できないという不利点がある。一方、ガラスなどの剛直な材料は、機械的および光学的利点を有するが、ガス状抑制剤の拡散することができず、抑制層の形成はない。フローランＡＦのフィルムとしての使用、またはプレート材料の使用が可能である。テフロンＡＦのコストは非常に高いが、特にプレート形態である。酸素透過性はまた、プレートの厚さとしても減少し、それに関連する機械的安定性が増加する。フィルムはたわむために（自己支持性）フィルムとしての使用は成功しない。従って、高速で、その上連続的、製造的な製造プロセスをなすために、ベースが必要である。

目的
本発明の目的は、公知のソリューションの欠点を克服する配置を作ることであり、十分に機械的に剛直なベースを有する抑制剤の供給を容易にすることである。

ソリューション
前述の目的は、独立請求項の主題によって解決される。独立請求項の主題の有利な展開は、従属請求項において特徴付けられる。すべての請求項のテキストは、参照により本明細書の内容に組み込まれる。

単数形の使用は、複数のものを除外することを意図しておらず、これは別段の開示がない限り、逆に適用される。

目的を達成するために、本発明は、感光性液体を保持し、および基準層がワークピースの層ごとまたは連続的な作成のために放射線に晒される光造形システムで使用するために提供される容器を提案する。基準層に直接隣接する容器の少なくとも一つの要素は、放射線に対して透過性であり、抑制剤および／または抑制剤混合物を貯蔵・受け取りおよび放出できる構造および／または空孔を有する少なくとも一つの材料から成る。

容器の要素の材料が、好ましくは、少なくとも７０体積％、好ましくは少なくとも８０体積％、好ましくは少なくとも９０体積％、好ましくは少なくとも９５体積％、好ましくは少なくとも９８体積％、好ましくは少なくとも９９体積％が、連続気孔からなる固体である。従って、容器の要素は、一般に８０パーセント以上の気体（例えば、空気）から成る材料で作製される。従って、合成樹脂が光造形法に使用される場合、例えば、材料は、抑制剤例えば酸素を含有する。それにもかかわらず、材料はタンクの底部またはそれから容器の蓋を作るのに十分強いものであり、それによって容器のサイズに応じて、一般的に、底部または蓋が１００μｍ〜１ｃｍの厚さ、好ましくは３ｍｍの厚さを有する。

この構成では、光造形法などで使用される放射線例えば、紫外線に対する要素は少なくとも部分的に透過性である。対照的に、容器内の液体、典型的には、液体、光重合性合成樹脂については、材料は不透過性である。基準層がその上に位置するタンクの底部の領域は、抑制剤を供給するだけでなく、有意な程度に抑制剤自体を含む。同じことは、容器の蓋として使用されるときに適用される。結果として、空間的に制限される抑制剤の流れは、バランスの取れたまたは均質化され得る。ある意味では、タンクの底部または容器の蓋は、ガス状抑制剤を貯蔵する。従って、タンクの底部または容器の蓋を構成するときに、抑制剤を供給するための特別な供給ラインまたはチャネルを省略することができる。その代わりに、抑制剤は、周囲圧力または温度を変化させることによって供給および／または除去することができる。材料から、底部全体または蓋全体、またはタンクの底部の一部または、基準層の下方／上方に位置する容器の蓋の一部のみを作ることが可能である。従って、この領域は従来的な構造材料によって取り囲まれおよび／または支持されることができ、それらの部分に対しては、抑制剤に対する透過性がほとんどまたは全くない。

従って、全体として、これは、その他の半透過性物質が抑制剤を供給するために使用される時よりも、容器またはカートリッジの有意な単純なコスト効果の高い構成をもたらす。この設計はまた、実質的に自由に拡張可能であるため、より大きな光造形システムが簡単に装備できるようになる。容器内の光反応材料へのガス状抑制剤の供給は、確保され、反応勾配が、基準層の下または上方、特にタンクの底部または容器の蓋に直接的に発達し、前述の底部または蓋に接着しない。これは、高速の、好ましくは連続的な光造形法プロセスの前提条件である。タンクの底部または容器の蓋から固化された層を分離するための機械的なせん断または振盪装置を完全に省略することができる。

感光性液体を保持するための容器は、オーバーヘッド法に従って動作する光造形システムで使用するためのタンクであることが好ましい。その場合、基準層に直接隣接するタンクの要素は、タンクの底部の少なくとも一部分である。

しかしながら、容器は、反射光光造形システムで使用するための感光性液体を保持するためにも使用されうる。その場合、基準層に直接隣接する容器の要素は、容器の蓋の少なくとも一部分である。

材料の空孔サイズは、好ましくは２〜２００ｎｍ、好ましくは２〜５０ｎｍ、好ましくは３０〜５０ｎｍである。この空孔サイズは、重合に使用される光（典型的にはＵＶ光）の波長よりも小さい。その結果、光散乱はほとんどない。しかしながら、空孔は、空気、酸素、または抑制剤を貯蔵および輸送するのに十分大きいものである。それらはさらに、光重合性液体が材料内に貫通することを許容しないほど十分に小さい。

要素の好ましい材料は、ナノ多孔性複合体、ナノ多孔性ガラスまたはエアロゲルである。

エアロゲルがドープされている時（Ｘエアロゲルとしても知られる）、改善された材料特性（例えば、光造形法で使用される放射線に対する大きな透明性）を達成することができる。改善された機械的特性（すなわち、安定性および／または強度）は、エアロゲルがナノセルロースでドープされた時に特に取得されるが、エアロゲルがポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）でドープされた時に化学抵抗が増加する。

エアロゲルから成るタンクの底部の一部が単一層として設計された時、特に単純な構造が達成される。この実施形態はまた、特に費用効果が高い。これは、対応するドープエアロゲルで容易に達成できる。

エアロゲルで作られたタンクの底部または容器の蓋の部分が少なくとも二つの層から成る構造は、より多用途である。少なくとも一つの層はまた、例えば、安定化のために使用されうる従来的な材料（例えば、ガラス）から成りうる。抑制剤不透過性材料で作製された層の場合、該層は、抑制剤の流れを容器内に塞がないように、光重合性液体に面しない残りの層の側面上に配置される必要がある。しかしながら、この場合には、そのすべてが抑制剤に対して少なくとも限定的に透過可能である、異なる半透過性材料からなる変異体は、より有利である。層は、例えば、シリコーンで互いに接着剤接着されることができ、またはシリコーンで作られた層全体でもよい。層を接続するその他の方法、例えば、締付、テンショニング、またはこれに類するものなどのも考慮に入れることができる。すべてがエアロゲルからなる複数の層の配置も可能である。それにより、各層は異なるようにドープでき、例えば、外面で特に高い化学的安定性を達成し、内層の場合、タンクの底部または容器の蓋の特定の機械的強度を達成する。特に、サンドイッチ様構造も考えられる。テフロンＡＦの層も有益でありうる。テフロンＡＦは、窒素よりも酸素の透過性が著しく高いという利点を有する。コストと管理性の理由から推奨されるが、空気が抑制剤の担体として使用されている場合は、テフロンＡＦ層は、支配的に抑制剤、酸素が容器の内部に供給されることを保証することができ、主に窒素ではない、この場合、意味のある効果を達成しない。適切な多層配置は、特定の用途に合わせて調整可能な抑制剤の保管および透過性を作り出すことができる。

要素は、タンクの底部またはタンクの内側上の材料で作製された容器の蓋の一部をコーティングすることによって、より化学的に安定していることができる。このコーティングは、例えば、膜の形態を有することができる。コーティングがフッ素重合体（例えば、テフロンＡＦフィルム）から成る場合、特に有利である。別の方法として、コーティングがシリコーンから成る場合に有利である。これらのコーティングでは、上述の多層構造と同様の利点が達成されうる。これはまた、コーティングが、フィルムの形態のエアロゲルから成るタンクの底部の部分または容器の蓋の部分に塗布されうるため、製造を簡略化する。接着剤接着、締付または延伸は、こうしたフィルムのための好ましい取付けオプションである。ところが、テフロンＡＦ、ＰＤＭＳ（シリコーン）またはＰＴＭＳＰを用いたコーティングは、有利なことに溶融されることができ、これはエアロゲルの温度不感によって促進される。ＰＤＭＳは、ポリジメチルシロキサンと、ポリ（１−トリメチルシリル−１−プロピン）用ＰＴＭＳＰを意味し、その両方は酸素透過性を有する。

エアロゲルから成るタンクの底部または容器の蓋の部分が、要素または材料の空孔サイズが、その空間的な範囲にわたって少なくとも一つの方向に変化するように構成される場合、抑制剤、例えば、酸素の取り入れおよび／または解放は、最適化されうる。空孔サイズは、光ポリマーの方向に変化することが好ましく、例えば、周囲空気に向かって面する側のマイクロメーターの範囲における空孔サイズから光重合性液体に近づいた時、あるいはその逆のナノメートルの範囲における空孔サイズまで減少する。少なくとも部分的に閉じたボリュームは、有利なことに、フォトポリマーに面しない要素の側面上に形成され、これは少なくとも部分的には状態変数およびボリュームの雰囲気の組成を制御することを可能にする。これにより、要素内および周りの圧力、温度、抑制剤濃度などの状態変数および、ボリュームの雰囲気の組成を、好ましくは環境条件から独立して、および／またはその関数として少なくとも部分的に制御することが可能である。これにより、標的化された様式での基準層への抑制剤の流れを制御することが可能になる。

包装を含む別の実施形態では、上述のタンクは、光造形システムで使用するための感光性液体で充填される。タンクはさらに包装内にあり、これは感光性液体がタンク内に保持されるように設計されている。包装缶は、例えば、タンクを閉じるプラスチック製の剥離可能なカバー層を含みうる。包装において、感光性液体は光造形法に使用される放射から遮蔽される。このように設計されたタンクまたはカートリッジでも、既存の光造形システムのための消耗品として使用することができる。

少なくとも一部の領域では、担体材料で要素を機械的に支持することが多くの場合、有用である。もちろん、担体材料は使用される放射線に対して透過性である必要がある。要素は担体材料に接続されることが好ましく、それによって担体材料は必ずしも抑制剤に対して透過性でなくてもよい。十分に厚くて十分に機械的に安定した担体ガラスを使用することができ、例えば、単に１ｍｍの厚さを有する薄いエアロゲルが適用される。

目的は、上述の通り、感光性液体を保持するための少なくとも一つのタンクを有するオーバーヘッド法に従って動作する光造形システムによってさらに達成される。

追加的な詳細および機能が、従属請求項と併せて、好ましい設計例の以下の記述から明らかとなる。それぞれの特徴は、個別に、または互いに組み合わせて幾つかの組み合わせで実現されうる。目的を達成するための考えられる方法は、設計例に限定されない。例えば、範囲の仕様は、常に（言及しない）中間値および考えられるすべての小間隔を含む。

一つの設計例が、図に概略的に示されている。個々の図における同一の参照符号は、同一または機能的に同一の要素、またはそれらの機能に関して互いに対応するより具体的な要素を識別する。

具体的には、図は以下を示す：
図１は、本発明によるタンクの斜視図を示す。 図２は、図１のタンクの分解図を示す。 図３は、図１および２のタンクの概略断面図である。 図４は、本発明によるタンクを有する３Ｄプリンターの簡略斜視図である。

図１は、オーバーヘッド光造形システムで使用するための本発明によるタンク１００を示す。この設計では、基準層が位置しない壁１０５およびタンクの底部の外側領域１１０は、従来的な材料で作られうる。取付けねじのための４つのカバー１２０はこの領域に位置する。動作中にタンクの底部の上に基準層が位置する領域は、タンクの中央にある。従来的に製造されたタンクの底部１１０には、窪みがあるが、その下には、好ましくは、エアロゲルまたは少なくとも一つのエアロゲルを含む異なる層の上述の組み合わせのうちの一つからなるブロック１３０がある。このブロックの厚さは約３ｍｍであることが好ましく、長さが数センチメートルである。それは、タンクのサブ構造１４０によって保持され、これは従来的な材料で作られうる。サブ構造はタンクの上部品１１０にボルト付けされ、その結果として、エアロゲルブロック１３０が基準層の下に固定される。供給チャネル１５０は、エアロゲルブロックを通して、一般的には空気の形態での抑制剤、一般的には酸素の供給を促進または可能にするために提供される。安定化目的のために、およびエアロゲルブロックを機械的損傷から保護するために、例えば、ガラスシート（図示せず）を用いて構造を底部から閉じることが可能である。タンク１００のサブ構造１４０はまた、底部に開いてもよい。

本発明によるタンクの個々の構成部品は、図２の分解図で見ることができる。壁１０５およびタンクの底部の外側領域１１０は、従来的な材料で作られうる。タンクの底部の外側領域１１０はまた、取付けねじのカバー１２０を備える。動作中に基準層が位置する領域では、この構成部品は窪み２００を有し、この下に、エアロゲルブロック１３０が取り付けられている。ホルダー２１０は、このブロック１３０を固定する役目を果たし、取付けねじによって（図示せず）、タンクの底部の外側領域１１０にねじ付けられる。シーリング目的のために、複数部品の設計にもかかわらず、タンク１００からの光造形法液体の漏れおよびガス状抑制剤が逃げるのを防ぎ、そのためシーリングチャンバを作るＯリング２２０もある。これらの部品はタンクサブ構造１４０によって囲まれ、例えば、空気または酸素の供給チャネル１５０を備えうる。これらは、シートガラス２３０またはこれに類するもののシートによって構造が底部で閉じられている場合に必要である。適切な材料（例えば、特殊ガラス、適切な透過性のプラスチック、フロートガラス、サファイアガラス、ＰＭＭＡまたはプレキシガラス、または同種のもの）が選択され、これは放射線、例えば、紫外線に対して透過性であり、光造形法で使用される。

図３は、概略断面の同一のタンクを示す。さらに、例示された実施形態で、ホルダー２１０で固定されたエアロゲルブロック１３０とシートガラス２３０との間にの間に、供給チャネル１５０を介して抑制剤ガスが供給できる中空空間３００があることがわかる。中空空間３００を有するこの配置は、エアロゲルブロック１３０のより大きな外側表面が、ブロックがより完全に囲まれる場合（その場合には供給チャネル１５０の断面積のみが利用可能である）よりも、抑制剤を受けることができるため、有利である。

オーバーヘッド法に従って動作する光造形システム４１０における本発明によるタンク１００の使用は、図４に見ることができる。製造されるワークピース（図示せず）を取り付ける懸架装置４２０は、タンクの上方に位置付けられる。高さ調整装置４３０により、懸架装置は動作中層ごとにまたは連続的に上に移動し、それによってワークピースが層ごとによって引き上げられ、例えば、一つの新しい層がワークピースとタンクの底部の間の基準層内で固化されうるようになる。照射ユニット４４０は、使用される液体を固化するために必要な放射線が適切な位置（タンクの底部を通る）に焦点を当てられることを確実にする。装置が大きすぎない限り、固化した材料をタンクの底部から分離する目的で、複雑な機械的振動または剪断装置を省略することができる。

記載された設計実施例の多数の変更およびさらなる開発が実現可能である。

従って、この目的は、上記のタイプの光造形システムによって達成される。硬化の引き金となる放射線に対して少なくとも部分的に透過性である、基準面（ベース）のマルチパート構造が作成され、少なくとも一部または層は、有意に、例えば少なくとも３０％、４０％、５０％、好ましくは８０％、９０％以上のガスまたはガス混合物（空気など）からなる材料でできている。少なくとも一つの抑制剤は、特定の割合まで溶解するか、または抑制剤（酸素など）のみで構成されるが、マトリックスとともに空間構造または本体を形成できる。本体は任意の幾何学的構成であることが理解されるが、本体は、例えば１０ｍｍの厚さおよび１００ｍｍの縁の長さを有する立方体であり得る。

実質的に気体成分で構成されていない材料（ガラス、フッ素重合体、シリコーンなど）の代わりに、本発明による解決策は、保護膜を適用することができるベース本体を提供し、そのボリュームは主にガスまたはガス混合物からなるか、または主に当該ガスまたはガス混合物で満たされまたは飽和し、および少なくとも部分的に、使用された電磁放射線に対し透過性である。

この設計は、抑制剤を運搬することができず、必要に応じてベースによって保存され、むしろそのベース自体が大きな抑制剤になることができることを確実にすることができる。このベースは、透明性および機械的および化学的安定性に影響を与えるために、ＰＤＭＳ（シリコーン）などの異なる材料で濃縮されうる。ベースはまた、例えば、化学的安定性を改善するために、シリコーンなどの接着剤を使用することによって、ある程度の選択性を有する膜に接続されうる。ベース自体が、潜在的な抑制剤に対して高い透過性を有するか、または酸素などのほぼ完全な抑制剤（例えば、４０％以上）からなることもできるので、表面やチャネルなどの潜在的なおよび一般的に必要な抑制剤供給ラインを最小限に減少させることができる。その結果として構造を実現することができ、ここでベースは低抑制剤透過性を有する従来的な構造材料によって追加的に支持または囲まれうる。抑制剤はさらに、もしするなら、横方向表面の小さな領域のみを介して供給することができる。これにより、単純な構造的解決および、タンク、カートリッジまたはその他の実施形態などの技術的構成部品への組み込みが可能になり、光反応材料を保持し、それを光造形システム内で処理するのに適切となる。

本発明はまた、実質的に幾何学的に自由に拡大縮小可能なベースの設計を可能にする。なぜなら、他の材料とは対照的に、ベース自体はすでにかなりの量の抑制剤で構成されているか、抑制剤を保持することができ、従来的な材料の必要最小限の透過性に起因する幾何学的制限を克服できる。従って、ミリメートルまたはセンチメートル範囲のベース厚さは、大きな寸法でさえも十分な剛性を保証するように、簡単に実現可能である。ベースは、有利なことに、それ自体からの、周囲または特殊なプロセスチャンバからの、およびすべての側および方向からの抑制剤の供給が可能であるように、形成されうる。抑制剤は、周囲圧力を変化させることによって供給および／または除去することができる。本発明のさらなる発展態様によると、ベースは、抑制剤の流れを可能にするチャネル構造を備えることができ、それによって、該チャネル構造は、ベース自体（例えば、キャスティング）と共に一つの製造プロセスで製造され得る。

本発明によると、抑制剤の流れは、ベースの全表面を通して／介して保護膜を通して光反応材料内に発生し、それによって抑制剤の供給が表面全体または表面の一部にわたって均一である必要はない。

ベースは、いわゆるエアロゲル、ナノフォームまたはＸ−エアロゲルまたは関連材料からなることが好ましく、これは使用される放射線に少なくとも部分的に透過性である、ナノおよびマイクロおよびメソ多孔性構造またはそれらの組み合わせ（例えば、２〜２００ｎｍの細孔径を有する）を含むことができる。ベースは、特に好ましくは、エアロゲル、Ｘ−エアロゲルまたはエアロゲルのハイブリッド形態の複合体、およびフッ素重合体保護層（テフロンＡＦ）またはベースに結合されたその他の透過性膜からなる。

本発明によると、エアロゲルベースは、超臨界乾燥によって生成されうる。

本発明によると、ベースは、少なくとも一つの材料、好ましくは材料の組み合わせ、好ましくは異なるエアロゲル材料の組み合わせから成ることができる。

本発明によると、材料の組み合わせに対応して、ベースの密度は、ベース内および複合本体全体の密度勾配、密度ジャンプを含みうる。

解放プロセスをサポートするために、ベースは構成部品担体（構成部品プラットフォーム）に対して空間的に移動することができる。構成部品担体に対するベースの傾きが起こり、並進移動も行うことができる。

本発明によると、ベースは、当該ベースの表面の温度を制御する役割を果たすチャネルを含む。これは、使用される材料タイプの絶縁が非常に良好であるために有用である。

用語集
３Ｄ印刷、光造形法
３Ｄ印刷は、付加製造としての構造原理に従って言及される一般的製造プロセスである。３Ｄ印刷では、三次元ワークピースは層ごとによって構築される。一つまたは複数の液体または固体材料からの作成は、指定された寸法および形状に従ってコンピュータ制御（ＣＡＤ）される。硬化または溶融プロセスは、作成中に行われる。３Ｄ印刷用の典型的な材料は、プラスチック、合成樹脂、セラミックまたは金属である。光造形法はこれの変異体であり、ここでワークピースは実体化（ラスター）ポイントを使用して層ごとに構築される。同時に一部または複数の部品を製造することは、コンピュータ生成ＣＡＤデータを使用して完全に自動的に発生する。

例えば、例えば、アクリル、エポキシまたはビニルエステル樹脂などの光硬化プラスチック（光ポリマー）は、上から照射される適切な光源、例えば、レーザー（またはピクセルベースの、可能な限り非コヒーレント光源、例えば、ＭＥＭＳまたはＤＬＰチップなど）によって、薄層で硬化される。手順は、感光性プラスチックのベースモノマーで充填された槽で行われる。各ステップの後、ワークピースは、数ミリメートルだけ液体に下降し、層厚さの量だけ前の位置よりも低い位置に戻る。部品の上の液体プラスチックは、（ワイパーによって）均等に分布される、または蓋の存在によって自動的に引かれる。光源は、移動可能なミラーを介してコンピュータによって制御され、その後、硬化される表面上の新しい層に沿って画素ごとに移動する。層または画像情報は、代替的に、例えば、マスクまたは突出表面内の画像の突出部を使用して、すべての領域で同時に製造されうる。次のステップは、硬化後に行われ、ゆえに徐々に三次元モデルを作り出す。

より大きなワークピースについては、この手順は、槽が対応して深く、不必要に大量の液体プラスチック材料を用いて、充填されなければならないという点で不利である。これは、オーバーヘッド法を使用することで修正することができる（下記を参照）。（ソース：ｈｔｔｐｓ：／／ｄｅ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／３Ｄ−Ｄｒｕｃｋ 及び ｈｔｔｐｓ：／／ｄｅ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｆｉｅ。）

エアロゲル
エアロゲルは高度に多孔性の固体であり、そのボリュームの最大９９．９８％は空孔から成る。エアロゲルには異なるタイプのエアロゲルがあり、ケイ酸塩ベースのエアロゲルが最も一般的である。プラスチック材料または炭素系材料などのその他の材料は、特殊な場合に使用される。全ての金属酸化物、ポリマー、および多数のその他の材料は、ゾル−ゲルプロセスによるエアロゲル合成の出発点として一般的に使用されうる。

エアロゲルは強力な樹枝状構造、すなわち開放空孔の形態の多数の空間を有する粒子鎖の枝を有する。これらの鎖は、接触点を備え、安定した三次元ネットワークの画像をもたらす。その凝集体はフラクタル次元を有するため、それらはある程度まで自己相似である。

空孔サイズはナノメートル範囲内であり、最大１０００ｍ^２／ｇで、内表面は例外的に大きくてもよい。エアロゲルは、その結果として、断熱材またはフィルター材料として使用されうる。生物学的活性分子、タンパク質、またはさらには全体細胞を組み込む選択肢がさらにある。「ベスト絶縁体」および「最も軽い固体」を含む、材料の特性に関するギネス記録ブックのエアロゲルについては、１４個のエントリーがある。カテゴリー「最低密度固体」の記録ホルダーとして、２０１２年には９９．９９％の空気および０．０１％の黒鉛炭素を有するエアログラファーが開発された。

高光透明性は、約１．００７〜１．２４で一般的な値１．０２の屈折率と共に、エアロゲルは光学的視点からも興味深い。ケイ酸エアロゲルは、二酸化ケイ酸塩が、より長い波長の放射線よりも短い波長放射線の波長（すなわち、白色光の青い部分）を散乱するために、暗い背景に対して、ミルキーブルーを呈する。透過性の外観にもかかわらず、エアロゲルは硬いプラスチック発泡体のように感じる。

ケイ酸エアロゲルの個々の粒子のサイズは約１〜１０ｎｍであり、鎖間の距離はおよそ１０〜１００ｎｍである。ケイ酸エアロゲルは、円筒形、いわゆるメソ細孔を有する。これらは非常に簡単にアクセス可能であり、定義によって２〜５０ｎｍの直径を有し、それによって空隙率は８０〜９９．８％の範囲内である。かさ密度は、その結果として、０．１６〜５００ｍｇ／ｃｍ^３の範囲で、典型的な値で１００ｍｇ／ｃｍ^３あるが、真の密度は１７００〜２１００ｍｇ／ｃｍ^３である。従って、ケイ酸エアロゲルは、１００〜１，６００ｍ^２／ｇで、典型的な６００ｍ^２／ｇの値の非常に高い比表面積を有する。

空気（３００Ｋ）中の熱伝導率は、０．０１７〜０．０２１Ｗ／（Ｍｋ）で非常に低く、典型的な値では０．０２Ｗ／（Ｍｋ）であり、エアロゲルに極端な条件下でも高温安定性をもたらし、それらをこれまでの最良の熱絶縁体にする。

ケイ酸エアロゲルは、液体金属によって濡れたり、化学腐食したりしえないため、それらは該液体金属に化学的に不活性である。ケイ酸エアロゲルの融点は約１，２００°Ｃである。それらはさらに不燃性で毒性がない。それらは湿度を吸収するが、乾燥時に亀裂する傾向がある。

弾性係数は、０．００２〜１００Ｍｐａの範囲であり、典型的な値は１Ｍｐａである。（ソース：ｈｔｔｐｓ：／／ｄｅ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ａｅｒｏｇｅｌ。）

ベース
本発明では、ベースはタンクの底部の領域を意味し、その上で基準層がオーバーヘッド光造形法において位置する。

ドープエアロゲル
Ｘ−エアロゲルまたはハイブリッド型エアロゲルとも呼ばれるドープエアロゲルは、マトリックスが、半導体のドーピングと類似し、他の分子と特異的に「汚染される」エアロゲルである（ただし、個別の原子が結晶構造に組み込まれる）。ナノセルロース、またはシリコーン（ＰＤＭＳなど）でのドーピングは特に興味深い。こうしたドーピングは、エアロゲルの機械的（例えば、強度、延性）、化学的、または光学的特性を変更することができる。

これを行うために、ドープエアロゲルは、一般に、ゾル−ゲルプロセスの個々の構成部品の液体混合物から作製され、それによって添加剤は混合物の一部である。ゾル−ゲルプロセスでは、エアロゲルのマトリックスは添加剤の添加と一緒におよび、同時に形成される。

フッ素重合体
フッ素重合体またはフルオロプラスチックは、通常は含まれている水素原子の大部分またはすべてがフッ素で置換されているポリマーである。テフロンの商標名で販売されているポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は、最大経済的有意性を有する。

フッ素重合体は高い化学的および熱安定性を有し、良好な電気絶縁特性、優れた耐候性、抗接着性の特性を有し、不燃性である。それらは、さらに、高温での良好なノッチ強度および安定性によって特徴付けられる。抗接着性の挙動により、湿潤性が低く、滑り性が良好になる。最後に、フッ素重合体は生理学的に安全である。不利益は高い費用と処理が困難なことである。（ソース：ｈｔｔｐｓ：／／ｄｅ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｆｌｕｏｒｐｏｌｙｍｅｒｅ。）

抑制剤
抑制剤は、一つまたは複数の反応を減速させる、または防止する遅延剤である。本発明の文脈では、抑制剤は常に、対象物が光造形法によって作製される物質の固化を阻害する物質である。合成樹脂の光造形法の場合、酸素は、例えば、光重合を抑制する抑制剤としての役目をしている。

空孔サイズ
細孔径を決定するために、水銀ポロシメトリーなどの物理的方法がある。しかし、これらの方法は、空孔の特定の形状（列に配置された円筒形の穴または球状の穴など）を取ることを想定する。水銀ポロシメトリーは、ケイ酸エアロゲルに適している。この技術には、ポロシメータを使用して高圧での材料への水銀などの非湿潤液体の浸透が関与する。空孔サイズは、液体を液体の表面張力に対して空孔に強制するのに必要な外部圧力の関数として決定される。

いわゆるＷａｓｈｂｕｒｎの式は、円筒形の空孔に対して有効である:
Ｐ_Ｌ−Ｐ_Ｇ＝４σｃｏｓθ／Ｄ_Ｐ，
式中:
Ｐ_Ｌ＝液体の圧力、
Ｐ_Ｇ＝変位するガスの圧力、
σ＝液体の表面張力、
θ＝空孔の壁材料上の液体の接触角、
Ｄ_Ｐ＝細孔径。

技術は通常、真空下で実施される。ほとんどの固体への水銀の接触角は１３５°〜１４２°である。真空下で２０°Ｃでの水銀の表面張力は４８０ｍＮ／ｍである。これらの値が入力されると、以下が得られる。
Ｄ_Ｐ＝１４７０Ｋｐａμｍ／Ｐ_Ｌ．
圧力が増加するにつれて、累積空孔体積も増加する。平均空孔サイズは、累積空孔体積から決定されうる。累積空孔体積分布の微分は、微分空孔半径分布を提供する。（ソース：ｈｔｔｐｓ：／／ｄｅ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｑｕｅｃｋｓｉｌｂｅｒｐｏｒｏｓｉｍｅｔｒｉｅ。）

空孔サイズは、例えば、標準ＩＳＯ１５９０１−１：２０１６−０４に従って測定することができる。

基準平面、基準層
光造形法では、基準平面またはより精密に基準層は、製造される物体上に構築される層が生じる層を指す、すなわち、液体材料（例えば、合成樹脂）が、例えば適切な光源での照射によって光重合または固化される層を意味する。古典的な方法（上記参照）では、この層は、液体の表面の直下のワークピースの上側に位置する。オーバーヘッドプロセスでは、この層はワークピースの下側にある。

シリコーン
シリコーン、化学的に正確には、ポリ（有機体）シロキサンは、ケイ素原子が酸素原子を介して連結されている合成ポリマー群の用語である。

分子鎖および／または分子ネットワークが発生することができる。ケイ素の残りの自由な価電子は、炭化水素ラジカル（通常はメチル基）によって飽和される。従って、シリコーンは有機ケイ素化合物の群に属する。一方で、般的に無機のフレームワークと他方で有機ラジカルのために、シリコーンは無機化合物と有機化合物との間の、特に無機ケイ酸塩と有機ポリマーの間の中間位置を占めている。ある意味で、それらはハイブリッドであり、他のプラスチックによって一致することができない固有の範囲の特性をもつ。

無機ケイ素化合物のみ、すなわち二酸化ケイ素、ケイ酸塩およびシリコーン酸が自然界で発生する。シリコーンを含むその他すべてのケイ素化合物は、合成起源である。（ソース：ｈｔｔｐｓ：／／ｄｅ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｓｉｌｉｋｏｎｅ。）

本発明の文脈では、このクラスの物質から、特定の酸素透過性を有するポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が特に重要である。

テフロンＡＦ
テトラフルオロエチレン／ビス−トリフルオロメチル−ジフルオロ−ジオキソランまたはポリテトラフルオロエチレン−４，５−ジフルオロ−２，２−ビス（トリフルオロメチル）−１，３−ジオキソールの俗称。

テフロンはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であり、ＡＦは、“フッ素”を意味する。（以下を参照：ｈｔｔｐｓ：／／ｄｅ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｋｕｒｚｚｅｉｃｈｅｎ＿％２８Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆ％２９。）

オーバーヘッド光造形法
オーバーヘッド法では、標準的な光造形法配列（上記参照）が逆転する。ワークピースは、懸架装置上に吊り下げられ、液体を有するタンク内に浸される。基準層は、ワークピースとタンクの底部との間のワークピースの下側に位置する。照射は、使用される光に対して透過性であるように構成されたタンクの底部を通して実施される。ワークピースは、懸架装置によって層によって層ごとに上昇し、その過程で新しい材料が下側に層ごとによって構築される。持ち上げは、材料が再び固化される前に十分な液体が基準層内に流れ込むようにする方法で行われる必要がある。この方法の特定の実施形態で、作成は連続的に進めることができる。

Claims (18)

1. 基準層がワークピースの層ごとの、または連続的な作成のために放射線に露光される光造形システム（４１０）で使用する感光性液体を保持するための容器（１００）であって、前記基準層に直接隣接する前記容器の少なくとも一つの要素（１３０）が、前記放射線に対して透過性であり、および、抑制剤および／または抑制剤混合物を貯蔵または受容および放出できる構造および／または空孔を有する少なくとも一つの材料からなり、
   前記容器の前記少なくとも一つの要素（１３０）の前記少なくとも一つの材料が、少なくとも７０体積％が、連続気孔からなる固体であり、前記連続気孔が、２〜２００ｎｍの空孔サイズを有することを特徴とする、容器（１００）。
2. 前記感光性液体を保持するための前記容器は、オーバーヘッド法に従って動作する光造形システム（４１０）で使用するためのタンクであり、 前記基準層に直接隣接した前記タンクの前記要素（１３０）は、前記タンクの底部の少なくとも一部分であることを特徴とする、請求項１に記載の容器（１００）。
3. 前記感光性液体を保持するための前記容器は、反射光の光造形システム（４１０）で使用され、
   前記基準層に直接隣接した前記容器の前記要素（１３０）は、前記容器の蓋の少なくとも一部分であることを特徴とする、請求項１に記載の容器（１００）。
4. 前記連続気孔が、２〜５０ｎｍの空孔サイズを有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の容器（１００）。
5. 前記材料がナノ多孔性複合体またはナノ多孔性ガラスであることを特徴とする、請求項４に記載の容器（１００）。
6. 前記材料がエアロゲルであることを特徴とする、請求項４に記載の容器（１００）。
7. 前記エアロゲルがドープされることを特徴とする、請求項６に記載の容器（１００）。
8. 前記エアロゲルは、ナノセルロースおよび／またはポリジメチルシロキサンでドープされることを特徴とする、請求項７に記載の容器（１００）。
9. 前記タンクの底部の前記要素（１３０）が単一層であることを特徴とする、請求項２に記載の容器（１００）。
10. 前記要素（１３０）が、異なる材料の少なくとも二つの層を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の容器（１００）。
11. 前記感光性液体と接触する側において、前記要素（１３０）が半透過性コーティングでコーティングされることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の容器（１００）。
12. 前記コーティングが、少なくとも部分的に、フッ素重合体、シリコーンまたは多孔性ガラスからなることを特徴とする、請求項１１に記載の容器（１００）。
13. 前記要素（１３０）が、接着促進剤、および半透過性膜でコーティングされることを特徴とする、請求項１２に記載の容器（１００）。
14. 前記要素（１３０）が、前記要素の空孔サイズが、その空間的な範囲にわたって少なくとも一つの方向に変化するように構成されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の容器（１００）。
15. 少なくとも部分的に閉じたボリュームが、前記感光性液体に面しない前記要素（１３０）の側に形成され、少なくとも部分的に前記ボリューム中の状態変数およびの雰囲気の組成を制御することを可能にすることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の容器（１００）。
16. 包装を含み、
    １６．１ 前記タンクが、光造形システム（４１０）で使用するために感光性液体で充填され、
    １６．２ 前記タンクが、前記包装の内側にあり、前記包装が、
    １６．２．１ 前記感光性液体が前記タンク内に保持され、
    １６．２．２ 前記感光性液体が、光造形法に使用される前記放射線から遮蔽されるように設計される、請求項２に記載の容器（１００）。
17. 少なくとも領域において、前記要素（１３０）が、前記使用される放射線に対して透過性な担体材料によって機械的に支持されることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の容器（１００）。
18. 請求項２に記載の感光性液体を保持するための少なくとも一つのタンク（１００）を有する、前記オーバーヘッド法に従って作動する、光造形システム（４１０）。
    

Images