JP7195325B2 - 剥離可能な犠牲構造の付加製造のための方法及びシステム - Google Patents
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Description
本願は、2017年12月28日出願の米国仮特許出願No.62/611064の優先権の利益を主張し、その内容は、参考としてその全体をここに組み入れる。
本発明は、その一部の実施形態では、付加製造(AM)に関し、特に限定されないが、剥離可能な犠牲構造の付加製造のための方法及びシステムに関する。
一群の供給カートリッジを保持するように構成された構築材料供給装置であって、前記一群の供給カートリッジが、異なる色の造形用材料を有する一組のカートリッジ、可撓性材料を含むカートリッジ、及び柔軟材料を含むカートリッジを含み、柔軟材料が、可撓性材料より小さい弾性率を有するもの;
構築材料供給装置から材料を受けるように構成された吐出ヘッドに装着されたノズルアレイ;
吐出ヘッドから吐出された材料を凝固するように構成された凝固システム;及び
吐出ヘッド及び凝固システムを操作して、(i)物体の形状及び色定義に対応する構成パターンで配置された複数の異なる色の造形用材料、(ii)物体を少なくとも部分的に包含する犠牲構造を形成するような構成パターンで配置された可撓性材料、及び(iii)造形用材料と犠牲構造の間の分離をもたらすような構成パターンで配置された柔軟材料を含む複数の層を連続的に吐出及び凝固するように構成された回路を有するコンピューター化されたコントローラー。
六個までの供給カートリッジを保持するように構成された構築材料供給装置であって、供給カートリッジが、異なる色の造形用材料を有するカートリッジ、可撓性材料を有するカートリッジ、及び柔軟材料を有するカートリッジを含む群から選択され、柔軟材料が、可撓性材料より小さい弾性率を有するもの;
構築材料供給装置から材料を受けるように構成された吐出ヘッドに装着された六個までのノズルアレイ;
吐出ヘッドから吐出された材料を凝固するように構成された凝固システム;及び
吐出ヘッド及び凝固システムを操作して、(i)物体の形状及び色定義に対応する構成パターンで配置された複数の異なる色の造形用材料、(ii)物体を少なくとも部分的に包含する犠牲構造を形成するような構成パターンで配置された可撓性材料、及び(iii)造形用材料と犠牲構造の間の分離をもたらすような構成パターンで配置された柔軟材料を含む複数の層を連続的に吐出及び凝固するように構成された回路を有するコンピューター化されたコントローラー;
を含み、複数の異なる色の造形用材料が、黒色造形用材料を含まない、システムが提供される。
六個までの供給カートリッジを保持するように構成された構築材料供給装置であって、供給カートリッジが、異なる色の造形用材料を有するカートリッジ、可撓性材料を有するカートリッジ、及び柔軟材料を有するカートリッジを含む群から選択され、柔軟材料が、可撓性材料より小さい弾性率を有し、異なる色の造形用材料が、白、シアン、マゼンタ、及びイエローを含むもの;
構築材料供給装置から材料を受けるように構成された三個までの吐出ヘッド;
材料の各々を凝固するために構成された凝固システム;及び
吐出ヘッド及び凝固システムを操作して、(i)物体の形状及び色定義に対応する構成パターンで配置された異なる色の造形用材料、(ii)物体を少なくとも部分的に包含する犠牲構造を形成するような構成パターンで配置された可撓性材料、及び(iii)造形用材料と犠牲構造の間の分離をもたらすような構成パターンで配置された柔軟材料を含む複数の層を連続的に吐出及び凝固するように構成された回路を有するコンピューター化されたコントローラー;
を含み、三個の吐出ヘッドの少なくとも一部が、シアン、マゼンタ、及びイエローをデジタル混合して物体中に黒色を作成するように操作されるように構成される、システムが提供される。
式中、R1及びR2の少なくとも一つは、本明細書に規定されるようなエラストマー部分であるか、及び/又はそれを含む。
式中、Eは、本明細書に記載されるようなエラストマー連結部分であり、R’2は、R2に対して本明細書に規定されたようなものである。
式中、Eは、本明細書に記載されるようなエラストマー連結部分であり、R’2及びR”2は、各々独立して、R2に対して本明細書に規定されたようなものである。
式中、R2及びR’2は、本明細書に規定されるようなものであり、
Bは、(X1の性質に依存して)本明細書に規定されるような二官能又は三官能枝分かれ単位であり、
X2及びX3は、各々独立して、存在しないか、本明細書に記載されるようなエラストマー部分であるか、又はアルキル、炭化水素、アルキレン鎖、シクロアルキル、アリール、アルキレングリコール、ウレタン部分、及びそれらのいずれかの組み合わせから選択され、
X1は、存在しないか、又はアルキル、炭化水素、アルキレン鎖、シクロアルキル、アリール、アルキレングリコール、ウレタン部分、及びエラストマー部分(各々は、任意選択的にメタ(アクリレート)部分(O-C(=O)CR”2=CH2)によって置換(例えば終了)される)、及びそれらのいずれかの組み合わせから選択され、又はX1は、以下のものである:
式中、曲線は、結合点を表わし、
B’は、枝分かれ単位であり、それは、Bと同じであるか又はBとは異なり、
X’2及びX’3は、各々独立して、X2及びX3に対して本明細書に規定されるようなものであり、
R”2及びR”’2は、R2及びR’2に対して本明細書に規定されるようなものであり、
コンセプトのプルーフ
剥離による犠牲構造の除去を確実にするために好適なパラメーターを決定するために実験がなされた。
ショアA実験
本発明の一部の実施形態では、黒色造形用材料が、剥離可能な犠牲構造が形成されることができるように黒色可撓性材料で置き換えられるとき、多くの量の可撓性黒色材料を含む物体の領域は、それらのショアA値の有意な減少のような物理的特性を低下しているかもしれない。この問題を解決するために、二つの主要な選択肢が考えられる:(1)カラー造形用材料のデジタル組み合わせ(CMY)で黒色領域を印刷して黒色を得て物理的特性の変化を回避する;又は(2)物理的特性の低下が全く観察されないように黒色可撓性材料をある割合のカラーCMY材料と組み合わせる。選択肢(1)がある場合において適切であるかもしれないが、それはまた、幾つかの欠点を与える。なぜなら「真の黒」色は、CMY色の混合だけで得ることは難しく、しかもCMY造形用材料の消費が増加するからである。第二の選択肢に関して、ショアA値の減少を回避するために可撓性材料と組み合わせて必要とされる造形用材料の最小含有量を決定する実験がなされた。
粘着性実験
本発明の一部の実施形態では、黒色造形用材料が黒色可撓性材料で置き換えられ、剥離可能な犠牲構造が形成されることができるとき、大きい割合の黒色を含む物体の領域は、可撓性材料の化学的組成のために粘着性である傾向を持つ。「粘着性」の問題を解決するために、二つの主要な選択肢が考えられる:(1)カラー造形用材料の組み合わせ(CMY)で黒色領域を印刷して黒色をデジタル的に模倣し、粘着効果を回避する;又は(2)粘着性がほとんど観察されなくなるまで黒色可撓性材料をある割合のカラーCMY材料と組み合わせる。選択肢(1)がある場合において適切であるかもしれないが、それはまた、幾つかの欠点を与える。なぜなら「真の黒」色は、CMY色の混合だけで作ることは難しく、しかもCMY造形用材料の消費が増加するからである。第二の選択肢に関して、粘着効果を無視できるものにするために可撓性材料と組み合わせて必要とされる造形用材料の最小含有量を決定する実験がなされた。
Claims (41)
- 三次元物体の付加製造の方法であって、前記方法が、複数の層を連続的に吐出及び凝固することを含み、複数の層が、(i)物体の形状及び色定義に対応する構成パターンで配置され、かつ黒色の造形用材料を含まない複数の異なる色の造形用材料、(ii)物体を少なくとも部分的に包含する犠牲構造を形成するような構成パターンで配置された黒色の可撓性材料、及び(iii)造形用材料と犠牲構造の間の分離をもたらすような構成パターンで配置された柔軟材料で形成され、
物体の黒色部分が、(i)複数の異なる色の造形用材料をデジタル混合して黒色を作ること;及び(ii)ある量の前記黒色の可撓性材料を付与することのうちの少なくとも1つによって形成される、方法。 - プログラム指示が記憶されたコンピューター可読媒体を含むコンピューターソフトウェア製品であって、その指示が、付加製造システムのコンピューター化されたコントローラーによって読まれるとき、前記システムに対して、(i)物体の形状及び色定義に対応する構成パターンで配置された複数の異なる色の造形用材料、(ii)物体を少なくとも部分的に包含する犠牲構造を形成するような構成パターンで配置された黒色の可撓性材料、及び(iii)造形用材料と犠牲構造の間の分離をもたらすような構成パターンで配置された柔軟材料で形成された複数の層を連続的に吐出及び凝固させるものであり、
指示が、付加製造システムのコンピューター化されたコントローラーによって読まれるとき、(i)複数の異なる色の造形用材料をデジタル混合して黒色を作ること;及び(ii)ある量の前記黒色の可撓性材料を付与することを付与することのうちの少なくとも1つによって物体中に黒色を作るように前記システムに複数の層を連続的に吐出及び凝固させるものである、コンピューターソフトウェア製品。 - 複数の異なる色の造形用材料が、黒色の造形用材料を含まない、請求項2に記載のコンピューターソフトウェア製品。
- 三次元着色物体を製作するための付加製造(AM)システムであって、前記システムが、以下のものを含む、システム:
一群の供給カートリッジを保持するように構成された構築材料供給装置であって、前記一群の供給カートリッジが、異なる色の造形用材料を有する一組のカートリッジ、黒色の可撓性材料を含むカートリッジ、及び柔軟材料を含むカートリッジを含み、柔軟材料が、可撓性材料より小さい弾性率を有し、前記異なる色の造形用材料を有する一組のカートリッジが、黒色の造形用材料を含まないもの;
構築材料供給装置から材料を受けるように構成された吐出ヘッドに装着されたノズルアレイ;
吐出ヘッドから吐出された材料を凝固するように構成された凝固システム;及び
吐出ヘッド及び凝固システムを操作して、(i)物体の形状及び色定義に対応する構成パターンで配置された複数の異なる色の造形用材料、(ii)物体を少なくとも部分的に包含する犠牲構造を形成するような構成パターンで配置された可撓性材料、及び(iii)造形用材料と犠牲構造の間の分離をもたらすような構成パターンで配置された柔軟材料を含む複数の層を連続的に吐出及び凝固するように構成された回路を有するコンピューター化されたコントローラー、但し前記回路は、(i)複数の異なる色の造形用材料をデジタル混合して黒色を作ること;及び(ii)ある量の前記黒色の可撓性材料を付与することのうちの少なくとも1つによって物体の黒色部分を形成するように構成される。 - 三次元物体を製作するためのAMシステムであって、前記システムが、
六個までの供給カートリッジを保持するように構成された構築材料供給装置であって、供給カートリッジが、異なる色の造形用材料を有するカートリッジ、黒色の可撓性材料を有するカートリッジ、及び柔軟材料を有するカートリッジを含む群から選択され、柔軟材料が、可撓性材料より小さい弾性率を有するもの;
構築材料供給装置から材料を受けるように構成された吐出ヘッドに装着された六個までのノズルアレイ;
吐出ヘッドから吐出された材料を凝固するように構成された凝固システム;及び
吐出ヘッド及び凝固システムを操作して、(i)物体の形状及び色定義に対応する構成パターンで配置された複数の異なる色の造形用材料、(ii)物体を少なくとも部分的に包含する犠牲構造を形成するような構成パターンで配置された可撓性材料、及び(iii)造形用材料と犠牲構造の間の分離をもたらすような構成パターンで配置された柔軟材料を含む複数の層を連続的に吐出及び凝固するように構成された回路を有するコンピューター化されたコントローラー;
を含み、
複数の異なる色の造形用材料が、黒色造形用材料を含まず、
前記回路は、(i)複数の異なる色の造形用材料をデジタル混合して黒色を作ること;及び(ii)ある量の前記黒色の可撓性材料を付与することのうちの少なくとも1つによって物体の黒色部分を形成するように構成される、システム。 - 付加製造によって三次元物体を製作するためのシステムであって、前記システムが、
六個までの供給カートリッジを保持するように構成された構築材料供給装置であって、供給カートリッジが、異なる色の造形用材料を有するカートリッジ、可撓性材料を有するカートリッジ、及び柔軟材料を有するカートリッジを含む群から選択され、柔軟材料が、可撓性材料より小さい弾性率を有し、異なる色の造形用材料が、白、シアン、マゼンタ、及びイエローを含むもの;
構築材料供給装置から材料を受けるように構成された三個までの吐出ヘッド;
材料の各々を凝固するために構成された凝固システム;及び
吐出ヘッド及び凝固システムを操作して、(i)物体の形状及び色定義に対応する構成パターンで配置された異なる色の造形用材料、(ii)物体を少なくとも部分的に包含する犠牲構造を形成するような構成パターンで配置された可撓性材料、及び(iii)造形用材料と犠牲構造の間の分離をもたらすような構成パターンで配置された柔軟材料を含む複数の層を連続的に吐出及び凝固するように構成された回路を有するコンピューター化されたコントローラー;
を含み、三個の吐出ヘッドの少なくとも一部が、シアン、マゼンタ、及びイエローをデジタル混合して物体中に黒色を作成するように操作されるように構成される、システム。 - 可撓性材料が、黒色であり、可撓性材料が、黒色であると定義される物体の少なくとも一部を形成するように付与される、請求項6に記載のシステム。
- 可撓性材料が、黒色であり、可撓性材料が、物体中に黒色を作るために異なる色の造形用材料のデジタル混合物に含められる、請求項6に記載のシステム。
- 物体の黒色部分が、黒色部分の容積が定義されたしきい値より大きい限り、異なる色の造形用材料のデジタル混合に基づいて形成され、黒色部分の容積が定義されたしきい値より小さい限り、可撓性材料で形成される、請求項7又は8に記載のシステム。
- 犠牲層が、5Nの剥離力が少なくとも0.02の曲げ歪をもたらすように構成される、請求項4~9のいずれかに記載のシステム。
- 柔軟材料が、犠牲構造における仕切りを形成するような構成パターンで配置される、請求項1に記載の方法。
- 仕切りが、物体に対する対称面上に形成される、請求項11に記載の方法。
- 柔軟材料が、物体のジオメトリーによって定義される穴を満たすように構成される、請求項1及び11~12のいずれかに記載の方法。
- 柔軟材料が、引張又は剥離力が近くで付与される場合に破壊を受けやすい脆い特徴を包含するように構成される、請求項1及び11~13のいずれかに記載の方法。
- 柔軟材料が、水溶性のゲルから形成される、請求項1及び11~14のいずれかに記載の方法。
- 柔軟材料によって与えられる造形用材料と犠牲構造の間の分離の厚さが、100ミクロン~300ミクロンである、請求項1及び11~15のいずれかに記載の方法。
- 犠牲構造の最小厚さが、500ミクロンの±10%~3mmの±10%である、請求項1及び11~16のいずれかに記載の方法。
- 造形用材料の少なくとも一部分の曲げ弾性率が、2000MPa~4000MPaである、請求項1及び11~17のいずれかに記載の方法。
- 造形用材料が、少なくとも一種の追加の非硬化性材料を含み、非硬化性材料が、着色剤、開始剤、分散剤、界面活性剤、安定剤、及び抑制剤を含む群から選択される、請求項1及び11~18のいずれかに記載の方法。
- 犠牲構造が、凝固後に、国際標準規格ASTM D-624に従って測定すると、少なくとも4kN/mの引裂抵抗によって特徴づけられる、請求項1及び11~19のいずれかに記載の方法。
- 犠牲構造が、凝固後に、国際標準規格ASTM D-624に従って測定すると、4kN/mの±10%~8kN/mの±10%の引裂抵抗によって特徴づけられる、請求項1及び11~20のいずれかに記載の方法。
- 犠牲層が、剥離されるように構成され、剥離力の大きさが、1Nの±10%~20Nの±10%である、請求項1及び11~21のいずれかに記載の方法。
- 可撓性材料が、シリカ粒子を含む配合物である、請求項1及び11~22のいずれかに記載の方法。
- 配合物が、硬化後に、同じ可撓性材料を有するがシリカ粒子を欠いた凝固配合物より少なくとも0.5kN/m高い引裂抵抗によって特徴づけられる、請求項23に記載の方法。
- シリカ粒子が、1ミクロンより小さい平均粒子サイズを有する、請求項23又は24に記載の方法。
- シリカ粒子の少なくとも一部が、親水性表面を含む、請求項23~25のいずれかに記載の方法。
- シリカ粒子の少なくとも一部が、疎水性表面を含む、請求項23~26のいずれかに記載の方法。
- シリカ粒子の少なくとも一部が、官能化されたシリカ粒子を含む、請求項23~27のいずれかに記載の方法。
- シリカ粒子の少なくとも一部が、硬化性官能基によって官能化されている、請求項28に記載の方法。
- 硬化性官能基が、(メタ)アクリレート基を含む、請求項29に記載の方法。
- 配合物中のシリカ粒子の量が、配合物の全重量の1の±10%~20の±10%重量%、又は1の±10%~15の±10%重量%、又は1の±10%~10の±10%重量%の範囲である、請求項23~30のいずれかに記載の方法。
- 可撓性材料とシリカ粒子の重量比が、30:1の±10%~4:1の±10%の範囲である、請求項23~31のいずれかに記載の方法。
- 可撓性材料の量が、配合物の全重量の少なくとも40重量%、又は少なくとも50重量%である、請求項23~32のいずれかに記載の方法。
- 可撓性材料が、単官能エラストマーモノマー、単官能エラストマーオリゴマー、多官能エラストマーモノマー、及び多官能エラストマーオリゴマーのうちの一種以上を含む、請求項23~33のいずれかに記載の方法。
- 配合物が、追加の硬化性材料を含む、請求項23~34のいずれかに記載の方法。
- 配合物が、エラストマー単官能硬化性材料、エラストマー多官能硬化性材料、及び追加の単官能硬化性材料を含む、請求項23~35のいずれかに記載の方法。
- エラストマー単官能硬化性材料の濃度が、10の±10%重量%~30の±10%重量%の範囲である、請求項36に記載の方法。
- エラストマー単官能硬化性材料の濃度が、50の±10%重量%~70の±10%重量%の範囲である、請求項36又は37に記載の方法。
- エラストマー多官能硬化性材料の濃度が、10の±10%重量%~20の±10%重量%、又は20の±10%重量%~30の±10%重量%、又は30の±10%重量%~50の±10%重量%、又は10の±10%重量%~30の±10%重量%の範囲である、請求項36~38のいずれかに記載の方法。
- 可撓性材料が、UV硬化性エラストマー材料である、請求項1及び11~39のいずれかに記載の方法。
- 可撓性材料が、アクリルエラストマーである、請求項40に記載の方法。
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