RU2631794C1 - Polymeric three-dimensional object of complex shape and method of manufacturing polymeric three-dimensional object of complex shape - Google Patents
Polymeric three-dimensional object of complex shape and method of manufacturing polymeric three-dimensional object of complex shape Download PDFInfo
- Publication number
- RU2631794C1 RU2631794C1 RU2016144900A RU2016144900A RU2631794C1 RU 2631794 C1 RU2631794 C1 RU 2631794C1 RU 2016144900 A RU2016144900 A RU 2016144900A RU 2016144900 A RU2016144900 A RU 2016144900A RU 2631794 C1 RU2631794 C1 RU 2631794C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- curing
- complex shape
- layer
- composition
- point
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C41/00—Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor
- B29C41/02—Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles
- B29C41/22—Making multilayered or multicoloured articles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C67/00—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE 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
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
Abstract
Description
Изобретение относится к области изготовления физических носителей формы по геометрической или математической модели, в частности к изготовлению трехмерных объектов сложной формы из отверждающейся под воздействием излучения жидкой среды путем последовательного наращивания слоев, и может быть использовано для изготовления моделей деталей машин и механизмов, архитектурных, геодезических и других макетов, манекенов, анатомических моделей, формообразующих элементов пресс-форм и штампов, литейных форм, клише, подобных объектов в медицине, электронике, автомобилестроении, авиационно-космической промышленности, искусстве и т.д., а также ответственных деталей различных устройств с заданными физическими свойствами.The invention relates to the field of manufacture of physical form carriers according to a geometric or mathematical model, in particular to the manufacture of three-dimensional objects of complex shape from a curing liquid under the influence of radiation by successively building up layers, and can be used to make models of machine parts, mechanisms, architectural, geodetic and other models, mannequins, anatomical models, forming elements of molds and dies, foundry molds, cliches, similar objects in medical , Electronics, automotive, aerospace, art, etc., as well as critical parts of devices with desired physical properties.
В настоящее время все большую актуальность приобретают трехмерные объекты сложной формы, которые имеют пористую структуру. Наиболее эффективно такие объекты могут быть получены с использованием аддитивных технологий и, в частности, методом стереолитографии. Так, в работе [3D fibre deposition and stereolithography techniques for the design of multifunctional nanocomposite magnetic scaffolds. Roberto De Santis, Ugo D'Amora, Teresa Russo, Alfredo Ronca, Antonio Gloria, Luigi Ambrosio. J Mater Sci: Mater Med (2015) 26:250] пористые полимерные объекты получены с использованием стандартной технологии SLA. Фотополимеризующаяся композиция представляла собой смесь полиэтиленгликольдиакрилата/наночастицы Fe3O4 (90/10). Периодическая структура задавалась CAD файлом. Получали пористые цилиндры 6×8 мм с размером пор 500 мкм. Недостатком данного способа является то, что каждая пора вырисовывалась лучом лазера и, соответственно, не могла быть меньше размера светового пятна полимеризующего лазера.At present, three-dimensional objects of complex shape that have a porous structure are becoming increasingly relevant. Most effectively, such objects can be obtained using additive technologies and, in particular, by the method of stereolithography. So, in [3D fiber deposition and stereolithography techniques for the design of multifunctional nanocomposite magnetic scaffolds. Roberto De Santis, Ugo D'Amora, Teresa Russo, Alfredo Ronca, Antonio Gloria, Luigi Ambrosio. J Mater Sci: Mater Med (2015) 26: 250] porous polymer objects were prepared using standard SLA technology. The photopolymerizable composition was a mixture of polyethylene glycol diacrylate / Fe 3 O 4 nanoparticles (90/10). The periodic structure was set by a CAD file. Received porous cylinders 6 × 8 mm with a pore size of 500 μm. The disadvantage of this method is that each pore was outlined by a laser beam and, accordingly, could not be less than the size of the light spot of the polymerizing laser.
В качестве прототипа выбран полимерный трехмерный объект сложной формы [патент РФ №2145924, МПК7 B29D 9/00, В29С 41/22, В32В 1/00, В32В 1/10, опубл. 27.02.2000 г.], составленный из слоев, последовательно сформированных из жидкого фотополимера, отверждающегося под воздействием излучения, и присоединенных один к другому в процессе формирования, при этом слои толщиной h выполнены неплоскими, непрерывно переходящими друг в друга, основания слоев состоят из конечного числа Nm "точек" линейного размера Lm, положение центра любой "точки" объекта по координате Z описывается уравнениемAs a prototype, a polymer three-dimensional object of complex shape was selected [RF patent No. 2145924, IPC 7 B29D 9/00, B29C 41/22, B32B 1/00, B32B 1/10, publ. 02/27/2000], composed of layers successively formed from a liquid photopolymer cured by radiation and attached to each other during formation, while layers of thickness h are non-planar, continuously transitioning into each other, the base of the layers consist of a final the number N m of "points" of linear size L m , the position of the center of any "point" of the object along the Z coordinate is described by the equation
где Zn,m - координата Z "точки" n слоя m;where Z n, m is the Z coordinate of the "point" n of the layer m;
m - номер слоя, m=1, 2, 3 и т.д.;m - layer number, m = 1, 2, 3, etc .;
h - толщина слоя;h is the thickness of the layer;
nm - номер "точки" по последовательности построения слоя m;n m - the number of "points" according to the sequence of construction of the layer m;
Nm - сумма "точек" слоя m.N m - the sum of the "points" of the layer m.
Под понятием "точка" подразумевается площадь пятна светового луча, инициирующего отверждение фотополимера.The term "point" refers to the spot area of a light beam initiating the curing of the photopolymer.
Известный полимерный трехмерный объект характеризуется точностью изготовления и повышенной прочностью. В то же время перед известным изобретением не ставилась задача придания полимерному трехмерному объекту дополнительных свойств, в частности сорбционных, фильтрующих, обменных, разделительных свойств, а также оптимизации по массе готового изделия и т.д.The well-known polymer three-dimensional object is characterized by manufacturing accuracy and increased strength. At the same time, the known invention did not have the task of giving the polymer three-dimensional object additional properties, in particular sorption, filtering, exchange, separation properties, as well as optimization by weight of the finished product, etc.
Таким образом, задачей настоящего изобретения являлось расширение функциональных возможностей полимерных трехмерных объектов, составленных из слоев, последовательно сформированных из жидкого фотополимера, отверждающегося под воздействием излучения.Thus, the object of the present invention was to expand the functionality of polymer three-dimensional objects composed of layers successively formed from a liquid photopolymer cured by radiation.
Указанная задача решается полимерным трехмерным объектом сложной формы, составленным из слоев высотой h, последовательно сформированных из жидкого фотополимера, отверждающегося поточечно под воздействием светового излучения, и присоединенных один к другому в процессе формирования, при этом размер "точки" отверждения преимущественно совпадает с размером пятна светового луча, инициирующего отверждение фотополимеризующейся композиции. Согласно предложению полимерный трехмерный объект сложной формы имеет во всем объеме систему случайно расположенных открытых связанных пор, каждая с максимальным поперечным линейным размером ρ меньше высоты слоя h и диаметра "точки" d.This problem is solved by a polymeric three-dimensional object of complex shape, composed of layers of height h, successively formed from a liquid photopolymer curing pointwise under the influence of light radiation, and attached to one another during the formation process, while the size of the curing “point” mainly coincides with the size of the light spot a beam initiating the curing of the photopolymerizable composition. According to the proposal, a polymer three-dimensional object of complex shape in its entirety has a system of randomly located open connected pores, each with a maximum transverse linear dimension ρ less than the layer height h and the diameter of the “point” d.
Заявленный полимерный трехмерный объект изготавливают последовательным отверждением каждого слоя фотополимеризующейся композиции последовательным перемещением вдоль него светового луча, инициирующего ее фотоотверждение, при этом в качестве фотополимеризующейся композиции используют смесь фотополимера с неполимеризационноспособным компонентом (НК), с возможностью гетерофазного расслоения композиции в ходе ее фотоотверждения и соответственно самоформирования пористой полимерной структуры с размером пор ρ=(Dτ)0,5, где D - коэффициент диффузии композиции, τ - время отверждения "точки". Скорость V перемещения светового луча вдоль полимеризующегося слоя задают из условия: d/τ>V>ρ/τ. После завершения облучения неполимеризационноспособный компонент удаляют из объема случайно расположенных открытых связанных пор сформированного объекта сложной формы, в частности промывают в органическом растворителе с последующим его удалением за счет испарения.The claimed polymer three-dimensional object is made by sequential curing of each layer of a photopolymerizable composition by successive movement of a light beam along it, initiating its photocure, while a mixture of a photopolymer with a non-polymerization component (NC) is used as a photopolymerizable composition, with the possibility of heterophasic separation of the composition during its photo-curing a porous polymer structure with a pore size ρ = (Dτ) 0.5 , where D is the coefficient nt diffusion of the composition, τ is the curing time of the “point”. The speed V of the movement of the light beam along the polymerizing layer is set from the condition: d / τ>V> ρ / τ. After the completion of irradiation, the non-polymerization component is removed from the volume of randomly located open connected pores of the formed object of complex shape, in particular, it is washed in an organic solvent, followed by its removal by evaporation.
В качестве неполимеризационноспособного компонента целесообразно применять органический растворитель, например метанол, или 1-бутанол, или динониловый эфир фталевой кислоты, или их смесь. Применение органического растворителя известно для одностадийного получения пористого материала с гидрофобной поверхностью пор [патент РФ №2537860, МПК B01J 20/26, В82В 3/00, C08F 2/48, C08F 2/06, C08F 20/10, опубл. 20.07.2014 г.]. В то же время применение неполимеризационноспособного компонента при послойном изготовлении объекта характеризуется по меньшей мере одной неочевидной особенностью, а именно скоростью перемещения фотоотверждающего луча. Смысл формулы d/τ>V>ρ/τ состоит в следующем. Выполнение условия в левой части неравенства необходимо для гарантированной полимеризации фотополимеризующейся композиции в области локальной засветки композиции лучом. Если это условие не выполняется, то полимеризация в области засветки не приводит к возникновению твердой фазы полимера и, соответственно, не будет не только гетерофазного расслоения, необходимого для самоформирования пористой структуры, но и в целом формирования стабильного 3-мерного объекта. Выполнение правой части неравенства обеспечивает режим невытеснения НК из области засветки луча. Соответственно, это обеспечивает заданную и неизменную концентрацию НК в области полимеризации, что также необходимо для гетерофазного расслоения полимеризующейся среды и самформирования пористой структуры 3-мерного объекта.As a non-polymerization component, it is advisable to use an organic solvent, for example methanol, or 1-butanol, or phthalic acid dinonyl ether, or a mixture thereof. The use of an organic solvent is known for a one-stage production of a porous material with a hydrophobic pore surface [RF patent No. 2537860, IPC B01J 20/26, B82B 3/00,
Заявленные технические решения поясняются примерами реализации. Примеры приведены для двух типов объектов.The claimed technical solutions are illustrated by examples of implementation. Examples are given for two types of objects.
Первый. Объект произвольной формы, составленный из М плоских слоев высотой h, содержащих случайно расположенные открытые связанные между слоями поры размером ρ меньше h, сформированных из жидкого фотополимера под действием инициирующего излучения и присоединенных один к другому в процессе формирования объекта. Каждый слой состоит из конечного числа Nm "точек", поперечный размер которых d определяется разрешающей способностью оптического устройства фокусировки луча, содержит систему случайно расположенных открытых и связанных между собой в слое пор размером ρ меньше d. Положение центра любой "точки" объекта по координате Z описывается уравнением:The first. An object of arbitrary shape, composed of M flat layers of height h, containing randomly located open pores between the layers of size ρ smaller than h, formed from a liquid photopolymer under the influence of initiating radiation and attached to one another during the formation of the object. Each layer consists of a finite number N m of “points”, the transverse dimension of which d is determined by the resolution of the optical beam focusing device, and contains a system of randomly located open and interconnected pores with a size ρ smaller than d. The center position of any "point" of the object along the Z coordinate is described by the equation:
где Zn,m - координата Z "точки" n слоя m;where Z n, m is the Z coordinate of the "point" n of the layer m;
m - номер слоя; m=1, 2, 3 и т.д.m is the layer number; m = 1, 2, 3, etc.
h - толщина слоя;h is the thickness of the layer;
nm - номер "точки" по последовательности построения слоя m;n m - the number of "points" according to the sequence of construction of the layer m;
Nm - сумма "точек" слоя m.N m - the sum of the "points" of the layer m.
Данный объект содержит во всем объеме систему случайно расположенных открытых связанных пор, каждая с максимальным поперечным линейным размером ρ меньше высоты слоя h и диаметром "точки" d.This object contains in its entirety a system of randomly located open connected pores, each with a maximum transverse linear dimension ρ less than the layer height h and the diameter of the “point” d.
Второй. Объект произвольной формы, составленный из М неплоских, переходящих друг в друга слоев высотой h, содержащих случайно расположенные открытые связанные между слоями поры размером ρ меньше h, сформированных из жидкого фотополимера под действием инициирующего излучения и присоединенных один к другому в процессе формирования объекта. Каждый неплоский слой состоит из конечного числа Nm "точек", поперечный размер которых d определяется разрешающей способностью оптического устройства фокусировки луча, содержит систему случайно расположенных открытых и связанных между собой в слое пор размером ρ меньше d. Положение центра любой "точки" объекта по координате Z описывается уравнением:Second. An object of arbitrary shape, composed of M nonplanar, transitioning into each other layers of height h, containing randomly located open pores between the layers of size ρ smaller than h, formed from a liquid photopolymer under the influence of initiating radiation and attached to each other during the formation of the object. Each non-planar layer consists of a finite number N m of “points”, the transverse dimension of which d is determined by the resolution of the optical beam focusing device, and contains a system of randomly located open and interconnected pores of size ρ smaller than d. The center position of any "point" of the object along the Z coordinate is described by the equation:
где Zn,m - координата Z "точки" n слоя m;where Z n, m is the Z coordinate of the "point" n of the layer m;
m - номер слоя; m=1, 2, 3 и т.д.m is the layer number; m = 1, 2, 3, etc.
h - толщина слоя;h is the thickness of the layer;
nm - номер "точки" по последовательности построения слоя m;n m - the number of "points" according to the sequence of construction of the layer m;
Nm - сумма "точек" слоя m.N m - the sum of the "points" of the layer m.
Данный объект содержит во всем объеме систему случайно расположенных открытых связанных пор, каждая с максимальным поперечным линейным размером ρ меньше высоты слоя h и диаметром "точки" d.This object contains in its entirety a system of randomly located open connected pores, each with a maximum transverse linear dimension ρ less than the layer height h and the diameter of the “point” d.
Для наглядности приведены поясняющие чертежи.For clarity, explanatory drawings are provided.
На фиг. 1 представлен порядок положения "точек" полимерного трехмерного объекта сложной формы с системой случайно расположенных открытых связанных пор, составленного из плоских слоев. На фиг. 2 представлен порядок положения "точек" полимерного трехмерного объекта сложной формы с системой случайно расположенных открытых связанных пор, составленного из неплоских слоев.In FIG. Figure 1 shows the order of position of the “points” of a three-dimensional polymer object of complex shape with a system of randomly located open connected pores composed of flat layers. In FIG. Figure 2 shows the order of position of the “points” of a three-dimensional polymer object of complex shape with a system of randomly located open connected pores composed of non-planar layers.
Пример 1Example 1
Фотополимеризующуюся композицию готовили смешением 6 г олигоэфиракрилата, в качестве которого использовали α,ω-бис-(метакрилоилоксиэтилен-оксикарбонилокси)этиленоксиэтилен (промышленная марка ОКМ-2), 0,06 г фотоинициатора, в качестве которого использовали диметокисифенилацетофенон, и 4 г неполимеризационноспособного компонента, в качестве которого использовали динониловый эфир фталевой кислоты. Готовую композицию помещали в реактор, снабженный системой вертикального перемещения подложки. Объект сложной формы выращивали методом перемещения подложки вниз погружением формирующегося объекта в объем композиции. Для формирования первого слоя подложка позиционировалась так, чтобы между ее поверхностью и поверхностью композиции был слой композиции, равный 100 мкм. Далее осуществляли облучение поверхности композиции с помощью сканатора лучом инициирующего излучения, например излучением He-Cd УФ-лазера мощностью 10 мВт с диаметром луча d=100 мкм. При соответствующем световом потоке 1 Вт/мм2 время отверждения точки композиции размером d=100 мкм составляет 0,01 с. При коэффициенте диффузии композиции D=50 мкм2/с размер самоформирующихся пор ρ=(Dτ)0,5=0,7 мкм. В этом случае скорость перемещения светового пятна должна удовлетворять условию: 10 мм/с=d/τ>V>ρ/τ=0,07 мм/с. Использовано значение V=8 мм/с. После облучения 1-го слоя подложку опускали в объем композиции для затекания композиции на поверхность сформированного слоя, затем поднимали так, чтобы слой композиции над ранее сформированным полимерным слоем составлял 100 мкм. Формирование второго и следующих слоев также проводили со скоростью сканирования светового луча V=8 мм/с. После завершения оптического формирования объект отделяли от подложки, промывали изопропиловым спиртом и далее удаляли растворитель методом вакуумирования. Средний размер пор на сколе объекта, определенный методом атомно-силовой микроскопии, составил 0,7 мкм. Наличие открытости пор контролировали помещением основания полученного пористого трехмерного объекта в иммерсионную среду - толуол, имеющий близкий к полимеру показатель преломления. В результате объект становился целиком прозрачным. Это свидетельствует о том, что поры в полученном многослойном объекте взаимосвязаны по всему объему.A photopolymerizable composition was prepared by mixing 6 g of oligoester acrylate, which was used as α, ω-bis- (methacryloyloxyethylene-hydroxycarbonyloxy) ethyleneoxyethylene (commercial grade OKM-2), 0.06 g of photoinitiator, which was used dimethoxyphenylacetophenone, and 4 g of non-polymerization as which was used phthalic acid dinonyl ether. The finished composition was placed in a reactor equipped with a system for vertical movement of the substrate. An object of complex shape was grown by moving the substrate down by immersing the forming object in the volume of the composition. To form the first layer, the substrate was positioned so that between its surface and the composition surface there was a composition layer equal to 100 μm. Then, the surface of the composition was irradiated using a scanner with a beam of initiating radiation, for example, radiation from a He-Cd UV laser with a power of 10 mW with a beam diameter d = 100 μm. With a corresponding luminous flux of 1 W / mm 2 , the curing time of a composition point with a size of d = 100 μm is 0.01 s. When the diffusion coefficient of the composition is D = 50 μm 2 / s, the size of the self-forming pores is ρ = (Dτ) 0.5 = 0.7 μm. In this case, the speed of movement of the light spot must satisfy the condition: 10 mm / s = d / τ>V> ρ / τ = 0.07 mm / s. The value V = 8 mm / s was used. After irradiation of the 1st layer, the substrate was lowered into the bulk of the composition to flow the composition onto the surface of the formed layer, then raised so that the composition layer above the previously formed polymer layer was 100 μm. The formation of the second and subsequent layers was also carried out with the scanning speed of the light beam V = 8 mm / s. After completion of the optical formation, the object was separated from the substrate, washed with isopropyl alcohol, and then the solvent was removed by vacuum. The average pore size on the cleaved object, determined by atomic force microscopy, was 0.7 μm. The presence of pore openness was controlled by placing the base of the obtained porous three-dimensional object in an immersion medium — toluene, which has a refractive index close to the polymer. As a result, the object became completely transparent. This indicates that the pores in the resulting multilayer object are interconnected throughout the volume.
Пример 2Example 2
Фотополимеризующуюся композицию готовили смешением 6 г олигоэфиракрилата, в качестве которого использовали α,ω-бис-(метакрилоилоксиэтилен-оксикарбонилокси)этиленоксиэтилен (промышленная марка ОКМ-2), фотоинициатора, в качестве которого использовали смесь 0,01 г 3,6-ди-трет-бутил-4-фтор-бензохинона-1,2 и 0,1 г триэтиламина, и 4 г неполимеризационноспособного компонента, в качестве которого использовали метанол. Готовую композицию помещали в реактор с прозрачным дном, например, из силикатного стекла, на поверхность которого нанесен антиадгезионный слой, например перфторированная жидкость марки РЖН. Подложку, на которой выращивали объект, опускали в фотополимеризующуюся композицию до формирования слоя композиции толщиной 100 мкм. Далее осуществляли облучение композиции с помощью сканатора лучом инициирующего излучения, например излучением He-Ne лазера мощностью 20 мВт с диаметром луча d=100 мкм. При соответствующем световом потоке 2 Вт/мм2 время отверждения точки композиции размером d=100 мкм составляет 0,01 с. При коэффициенте диффузии композиции D=100 мкм2/с размер самоформирующихся пор ρ=(Dτ)0,5=1 мкм. В этом случае скорость перемещения светового пятна должна удовлетворять условию: 10 мм/с=d/τ>V>ρ/τ=0,1 мм/с. Использовано значение V=5 мм/с. После облучения 1-го плоского слоя в реактор доливали объем композиции, равный объему композиции, отвержденному в первом слое, и подложку поднимали на высоту слоя разбиения модели трехмерного объекта сложной формы по высоте. Формирование второго и следующих слоев также проводили со скоростью сканирования светового луча V=5 мм/с. После завершения оптического формирования объект отделяли от подложки, промывали изопропиловым спиртом и далее удаляли растворитель методом вакуумирования. Средний размер пор на сколе объекта, определенный методом атомно-силовой микроскопии, составил 1 мкм. Наличие открытости пор контролировали помещением основания полученного пористого трехмерного объекта в иммерсионную среду - толуол, имеющий близкий к полимеру показатель преломления. В результате объект становился целиком прозрачным. Это свидетельствует о том, что поры в полученном многослойном объекте взаимосвязаны по всему объему.A photopolymerizable composition was prepared by mixing 6 g of oligoester acrylate, which was used as α, ω-bis- (methacryloyloxyethylene-hydroxycarbonyloxy) ethyleneoxyethylene (industrial grade OKM-2), photoinitiator, which was used as a mixture of 0.01 g of 3,6-di-tert -butyl-4-fluoro-benzoquinone-1.2 and 0.1 g of triethylamine, and 4 g of a non-polymerization-capable component, which was used methanol. The finished composition was placed in a reactor with a transparent bottom, for example, of silicate glass, on the surface of which a release layer was applied, for example, perfluorinated liquid RZHN. The substrate on which the object was grown was lowered into a photopolymerizable composition until a composition layer 100 μm thick was formed. Next, the composition was irradiated using a scanner with a beam of initiating radiation, for example, radiation from a 20 mW He-Ne laser with a beam diameter d = 100 μm. With an appropriate luminous flux of 2 W / mm 2 , the curing time of a composition point with a size of d = 100 μm is 0.01 s. When the diffusion coefficient of the composition is D = 100 μm 2 / s, the size of the self-forming pores is ρ = (Dτ) 0.5 = 1 μm. In this case, the speed of movement of the light spot must satisfy the condition: 10 mm / s = d / τ>V> ρ / τ = 0.1 mm / s. The value V = 5 mm / s was used. After irradiation of the first plane layer, the composition volume equal to the volume of the composition cured in the first layer was added to the reactor, and the substrate was raised to the height of the partition layer of the model of a three-dimensional object of complex shape in height. The formation of the second and subsequent layers was also carried out with a scanning speed of the light beam V = 5 mm / s. After completion of the optical formation, the object was separated from the substrate, washed with isopropyl alcohol, and then the solvent was removed by vacuum. The average pore size on the cleaved object, determined by atomic force microscopy, was 1 μm. The presence of pore openness was controlled by placing the base of the obtained porous three-dimensional object in an immersion medium — toluene, which has a refractive index close to the polymer. As a result, the object became completely transparent. This indicates that the pores in the resulting multilayer object are interconnected throughout the volume.
Пример 3Example 3
Фотополимеризующуюся композицию готовили смешением 6 г олигоэфиракрилата, в качестве которого использовали α,ω-бис-(метакрилоилоксиэтилен-оксикарбонилокси)этиленоксиэтилен (промышленная марка ОКМ-2), фотоинициатора, в качестве которого использовали смесь 0,015 г 3,6-ди-трет-бутил-4-фтор-бензохинона-1,2 и 0,1 г триэтиламина, и 4 г неполимеризационноспособного компонента, в качестве которого использовали 1-бутанол. Готовую композицию помещали в реактор с прозрачным дном, например, из силикатного стекла, на поверхность которого нанесен антиадгезионный слой, например перфторированная жидкость марки РЖН. Подложку, на которой выращивали объект, опускали в фотополимеризующуюся композицию до формирования слоя композиции толщиной 100 мкм. Далее осуществляли облучение композиции с помощью сканатора лучом инициирующего излучения, например излучением He-Ne лазера мощностью 20 мВт с диаметром луча d=100 мкм. При соответствующем световом потоке 2 Вт/мм2 время отверждения точки композиции размером d=100 мкм составляет 0,02 с. При коэффициенте диффузии композиции D=80 мкм2/с размер самоформирующихся пор ρ=(Dτ)0,5=1,3 мкм. В этом случае скорость перемещения светового пятна должна удовлетворять условию: 5 мм/с=d/τ>V>ρ/τ=0,065 мм/с. Использовано значение V=4 мм/с. Одновременно с поперечным перемещением светового пятна поднимали подложку по координате Z по закону:A photopolymerizable composition was prepared by mixing 6 g of oligoester acrylate, which was used as α, ω-bis- (methacryloyloxyethylene-hydroxycarbonyloxy) ethyleneoxyethylene (industrial grade OKM-2), a photoinitiator, which was used as a mixture of 0.015 g of 3,6-di-tert-butyl -4-fluoro-benzoquinone-1.2 and 0.1 g of triethylamine, and 4 g of a non-polymerization-capable component, which was used 1-butanol. The finished composition was placed in a reactor with a transparent bottom, for example, of silicate glass, on the surface of which a release layer was applied, for example, perfluorinated liquid RZHN. The substrate on which the object was grown was lowered into a photopolymerizable composition until a composition layer 100 μm thick was formed. Next, the composition was irradiated using a scanner with a beam of initiating radiation, for example, radiation from a 20 mW He-Ne laser with a beam diameter d = 100 μm. With an appropriate luminous flux of 2 W / mm 2 , the curing time of a composition point with a size of d = 100 μm is 0.02 s. When the diffusion coefficient of the composition is D = 80 μm 2 / s, the size of the self-forming pores is ρ = (Dτ) 0.5 = 1.3 μm. In this case, the speed of movement of the light spot must satisfy the condition: 5 mm / s = d / τ>V> ρ / τ = 0.065 mm / s. The value V = 4 mm / s was used. Simultaneously with the transverse movement of the light spot, the substrate was raised along the Z coordinate according to the law:
где Zn,m - координата Z "точки" n слоя m;where Z n, m is the Z coordinate of the "point" n of the layer m;
m - номер слоя; m=1, 2, 3 и т.д.m is the layer number; m = 1, 2, 3, etc.
h - толщина слоя;h is the thickness of the layer;
nm - номер "точки" по последовательности построения слоя m;n m - the number of "points" according to the sequence of construction of the layer m;
Nm - сумма "точек" слоя m.N m - the sum of the "points" of the layer m.
В соответствии с этим формировали объект сложной формы со спиралевидными слоями, в которых конечная продольная координата последней точки слоя совпадала с началом продольной координаты первой точки следующего слоя. Соответственно, здесь не требовалось отдельной процедуры продольного перемещения объекта между операциями формирования слоев. Долив фотополимеризующейся композиции осуществляли непрерывно по мере формирования точек объекта сканирующим лучом. После завершения оптического формирования объект отделяли от подложки, промывали изопропиловым спиртом и далее удаляли растворитель методом вакуумирования. Средний размер пор на сколе объекта, определенный методом атомно-силовой микроскопии, составил 1,3 мкм. Наличие открытости пор контролировали помещением основания полученного пористого трехмерного объекта в иммерсионную среду - толуол, имеющий близкий к полимеру показатель преломления. В результате объект становился целиком прозрачным. Это свидетельствует о том, что поры в полученном многослойном объекте взаимосвязаны по всему объему.In accordance with this, an object of complex shape was formed with spiral layers in which the final longitudinal coordinate of the last point of the layer coincided with the beginning of the longitudinal coordinate of the first point of the next layer. Accordingly, there was no need for a separate procedure for the longitudinal movement of the object between the operations of forming layers. Topping up the photopolymerizable composition was carried out continuously as the points of the object were formed by the scanning beam. After completion of the optical formation, the object was separated from the substrate, washed with isopropyl alcohol, and then the solvent was removed by vacuum. The average pore size on the cleaved object, determined by atomic force microscopy, was 1.3 μm. The presence of pore openness was controlled by placing the base of the obtained porous three-dimensional object in an immersion medium — toluene, which has a refractive index close to the polymer. As a result, the object became completely transparent. This indicates that the pores in the resulting multilayer object are interconnected throughout the volume.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016144900A RU2631794C1 (en) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | Polymeric three-dimensional object of complex shape and method of manufacturing polymeric three-dimensional object of complex shape |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016144900A RU2631794C1 (en) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | Polymeric three-dimensional object of complex shape and method of manufacturing polymeric three-dimensional object of complex shape |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2631794C1 true RU2631794C1 (en) | 2017-09-26 |
Family
ID=59931228
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016144900A RU2631794C1 (en) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | Polymeric three-dimensional object of complex shape and method of manufacturing polymeric three-dimensional object of complex shape |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2631794C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2783378C2 (en) * | 2020-10-06 | 2022-11-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева Российской академии наук (ИМХ РАН) | Porous polymer three-dimensional object of complex shape and method for manufacture of porous polymer three-dimensional object of complex shape |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04105925A (en) * | 1990-08-24 | 1992-04-07 | Dainippon Printing Co Ltd | Formation of porous membrane |
WO1997013399A2 (en) * | 1995-09-26 | 1997-04-17 | Stratasys, Inc. | Method for controlled porosity three-dimensional modeling |
RU2145924C1 (en) * | 1998-07-13 | 2000-02-27 | Институт металлоорганической химии им.Г.А.Разуваева РАН | Complex-shape three-dimensional polymeric item built up of layers, its manufacturing process and device |
RU2537860C2 (en) * | 2013-01-09 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева Российской академии наук (ИМХ РАН) | Photopolymerising composition for single-stage obtaining of polymer nanoporous material with hydrophobic surface of pores, nanoporous polymer material with selective sorptive properties, method of obtaining thereof, method of its obtaining, method of single-stage formation of water-separating filtering elements on its basis and method of purification of organic liquids from water |
-
2016
- 2016-11-15 RU RU2016144900A patent/RU2631794C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04105925A (en) * | 1990-08-24 | 1992-04-07 | Dainippon Printing Co Ltd | Formation of porous membrane |
WO1997013399A2 (en) * | 1995-09-26 | 1997-04-17 | Stratasys, Inc. | Method for controlled porosity three-dimensional modeling |
RU2145924C1 (en) * | 1998-07-13 | 2000-02-27 | Институт металлоорганической химии им.Г.А.Разуваева РАН | Complex-shape three-dimensional polymeric item built up of layers, its manufacturing process and device |
RU2537860C2 (en) * | 2013-01-09 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева Российской академии наук (ИМХ РАН) | Photopolymerising composition for single-stage obtaining of polymer nanoporous material with hydrophobic surface of pores, nanoporous polymer material with selective sorptive properties, method of obtaining thereof, method of its obtaining, method of single-stage formation of water-separating filtering elements on its basis and method of purification of organic liquids from water |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2805905C2 (en) * | 2018-08-20 | 2023-10-24 | Киосера Файнсиремикс Пресижн Гмбх | Additive manufacturing of components based on silicon carbide with added diamond particles |
RU2783378C2 (en) * | 2020-10-06 | 2022-11-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева Российской академии наук (ИМХ РАН) | Porous polymer three-dimensional object of complex shape and method for manufacture of porous polymer three-dimensional object of complex shape |
RU2818598C1 (en) * | 2023-09-15 | 2024-05-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие" "3Д Аддитивные технологии" | Dental burned photopolymer composition for 3d printing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Stampfl et al. | Photopolymers with tunable mechanical properties processed by laser-based high-resolution stereolithography | |
Lee et al. | Recent developments in the use of two‐photon polymerization in precise 2D and 3D microfabrications | |
Deshmukh et al. | Fundamentals and applications of 3D and 4D printing of polymers: challenges in polymer processing and prospects of future research | |
Malinauskas et al. | A femtosecond laser-induced two-photon photopolymerization technique for structuring microlenses | |
CN110002883B (en) | Photocuring 3D printed polysilazane ceramic product and preparation method thereof | |
JP6560953B2 (en) | How to make a 3D structure | |
Stichel et al. | Two-photon Polymerization as Method for the Fabrication of Large Scale Biomedical Scaffold Applications. | |
JPH0760844A (en) | Manufacture of three-dimensional structure | |
Credi et al. | Combining stereolithography and replica molding: On the way to superhydrophobic polymeric devices for photovoltaics | |
CN108705775A (en) | Preparation method, 3D printing method and the 3D printer of Ceramic precursor resin | |
RU2631794C1 (en) | Polymeric three-dimensional object of complex shape and method of manufacturing polymeric three-dimensional object of complex shape | |
Qin et al. | Design and optimization of projection stereolithography additive manufacturing system with multi-pass scanning | |
Stender et al. | From Lab to Fab—High‐Precision 3D Printing: Towards high throughputs and industrial scalability | |
Maruo | Stereolithography and two-photon polymerization | |
US12017185B2 (en) | Polymer membranes | |
KR101199496B1 (en) | Processing method of large area structure in low cost type stereolithography system using small DMD and UV-LED | |
RU2783378C2 (en) | Porous polymer three-dimensional object of complex shape and method for manufacture of porous polymer three-dimensional object of complex shape | |
Baumgartner et al. | Comparison of dynamic mask‐and vector‐based ceramic stereolithography | |
Lee et al. | Development of three-dimensional alginate encapsulated chondrocyte hybrid scaffold using microstereolithography | |
CN106976232B (en) | Semipermeable element, application and preparation method thereof and 3D printing equipment | |
JPH0493228A (en) | Method for forming three-dimensional matter | |
Li et al. | An Investigation of Integrated Multiscale Three-Dimensional Printing for Hierarchical Structures Fabrication | |
KR101109288B1 (en) | A device for preparation of microstructure with multi complex resin using microstereolithography | |
JP4034758B2 (en) | Manufacturing method of metal structure using stereolithography fabrication method | |
Khairu et al. | Parameter optimerization for photo polymerization of microstereolithography |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191116 |