(57)【要約】  本発明は、付着防止部材、３次元印刷装置及び３次元印刷方法に関し、付着防止部材は、光透過性本体と、本体に設置された幾つかの微細構造とを含み、該本体が、対向する第１の表面と第２の表面、第１の表面と第２の表面を接続する側面を有し、各微細構造がそれぞれ、本体内に形成されたキャビティと、本体の第１の表面に設置されてキャビティに通じる第１の開口面とを有する。本発明は、付着防止部材自体の構造を改善することにより、付着防止部材と硬化層との間の付着力を低減し、かつ硬化層と付着防止部材との間の負圧吸着作用をなくし、付着防止部材と硬化層との剥離をより容易にするとともに、付着防止部材の局所的な弾性変形性能を向上させることにより、付着防止部材の耐用年数を延長する。また、本発明において採用する離型層が液状であり、成形後の３次元構築物が固形であることにより、３次元構築物と離型層との分離をより容易になり、３次元造形の速度が向上する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性本体と、本体に設置された幾つかの微細構造とを含み、前記本体が、対向する第１の表面と第２の表面、第１の表面と第２の表面を接続する側面を有し、各微細構造がそれぞれ、本体内に形成されたキャビティと、本体の第１の表面に設置されてキャビティに通じる第１の開口面とを有することを特徴とする、付着防止部材。
【請求項２】
少なくとも２つの微細構造のキャビティは互いに連通することを特徴とする、請求項１に記載の付着防止部材。
【請求項３】
全ての微細構造のキャビティは互いに連通することを特徴とする、請求項２に記載の付着防止部材。
【請求項４】
少なくとも１つの微細構造のキャビティは、本体の第２の表面に設置された第２の開口面を有することを特徴とする、請求項１に記載の付着防止部材。
【請求項５】
全ての微細構造のキャビティは、いずれも、本体の第２の表面に設置された第２の開口面を有することを特徴とする、請求項４に記載の付着防止部材。
【請求項６】
少なくとも１つの微細構造のキャビティは、本体の少なくとも１つの側面に設置された第３の開口面を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の付着防止部材。
【請求項７】
各微細構造の第１の開口面の面積は、０．０００１〜１０００００平方マイクロメートルであることを特徴とする、請求項１に記載の付着防止部材。
【請求項８】
各微細構造の第１の開口面の面積は、０．０１〜１００平方マイクロメートルであることを特徴とする、請求項７に記載の付着防止部材。
【請求項９】
各微細構造の第１の開口面の面積の和と本体の第１の表面の面積との比は０．０１〜０．９９であることを特徴とする、請求項１に記載の付着防止部材。
【請求項１０】
各微細構造の第１の開口面の面積の和と本体の第１の表面の面積との比は０．０５〜０．９であることを特徴とする、請求項９に記載の付着防止部材。
【請求項１１】
各微細構造の第１の開口面の面積の和と本体の第１の表面の面積との比は０．１〜０．４であることを特徴とする、請求項１０に記載の付着防止部材。
【請求項１２】
本体の第１の表面での前記微細構造の第１の開口面の分布密度は１０４〜１０１１個／平方ミリメートルであることを特徴とする、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の付着防止部材。
【請求項１３】
各微細構造のキャビティの体積の和と本体の体積との比は０．０１〜０．９９であることを特徴とする、請求項１に記載の付着防止部材。
【請求項１４】
各微細構造のキャビティの体積の和と本体の体積との比は０．１〜０．９５であることを特徴とする、請求項１３に記載の付着防止部材。
【請求項１５】
各微細構造のキャビティの体積の和と本体の体積との比は０．６〜０．９であることを特徴とする、請求項１４に記載の付着防止部材。
【請求項１６】
任意の隣接する２つの微細構造の第１の開口面の間隔の平均値は４５０ｎｍより小さいことを特徴とする、請求項１に記載の付着防止部材。
【請求項１７】
前記本体の曲げ弾性率は１０〜５００Ｍｐａであることを特徴とする、請求項１に記載の付着防止部材。
【請求項１８】
前記本体の曲げ弾性率は２０〜１００Ｍｐａであることを特徴とする、請求項１７に記載の付着防止部材。
【請求項１９】
ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオリド、ポリトリクロロエチレン、パーフルオロアルキルポリエーテル、ヘキサフルオロプロピレン、フッ素化ポリ塩化ビニル、ポリ−４−メチル−１−ペンテン、ポリジメチルシロキサンのうちの１種又は複数種で構成されることを特徴とする、請求項１に記載の付着防止部材。
【請求項２０】
ポリテトラフルオロエチレン、ポリ−４−メチル−１−ペンテン及びポリジメチルシロキサンのうちの１種又は複数種で構成されることを特徴とする、請求項１９に記載の付着防止部材。
【請求項２１】
液状の成形材料を配置するために用いられ、底面が光透過性であるカートリッジと、第１の表面がカートリッジ内の成形材料との接触面であり、第２の表面がカートリッジの底面に配置される上記請求項１〜２０のいずれか１項に記載の付着防止部材と、付着防止部材の第１の表面に接触する成形材料を照射して、照射される成形材料を硬化して硬化層を形成するための光源と、硬化層を連れて移動させるキャリアとを含むことを特徴とする、３次元印刷装置。
【請求項２２】
前記成形材料と付着防止部材は互いに浸透しないことを特徴とする、請求項２１に記載の３次元印刷装置。
【請求項２３】
任意の隣接する２つの微細構造の第１の開口面の間隔は、いずれも前記光源が発する光の波長より小さいことを特徴とする、請求項２１に記載の３次元印刷装置。
【請求項２４】
請求項２１〜２３のいずれか１項に記載の３次元印刷装置に基づく３次元印刷方法であって、
ａ）、付着防止部材をカートリッジの底面に配置する工程と、
ｂ）、液状の成形材料をカートリッジ内に注ぐ工程と、
ｃ）、キャリアを付着防止部材の第１の表面から一定距離離れた位置に移動し、光源で付着防止部材の第１の表面に接触する成形材料を照射し、照射された成形材料が硬化して硬化層を形成し、硬化層がキャリアの底部に付着する工程と、
ｄ）、キャリアによって硬化層を光源から離れた方向に連れて移動させ、硬化層が移動している過程において、硬化層に接触する付着防止部材の第１の表面の部分が引き上げられて弾性変形し、硬化層が一定距離移動すると、硬化層が付着防止部材の第１の表面から分離する工程と、
ｅ）、光源で付着防止部材の第１の表面に接触する成形材料を続いて照射し、照射された成形材料が硬化して形成された硬化層が、その前に形成された硬化層に付着して、一体構造を形成する工程と、
ｆ）、３次元物体の印刷が完了するまで以上の工程ｃ）〜ｅ）を繰り返す工程とを含むことを特徴とする、３次元印刷方法。
【請求項２５】
（ａ）３次元構築物を支持及び移動させるキャリアと、
（ｂ）液状の硬化性材料を収容するためのカートリッジが設置された構築プラットフォームと、
（ｃ）カートリッジの底部に設置され、硬化性材料に接触し、全体的に液状であり、硬化性材料とは非相溶であり、かつ密度が硬化性材料より大きい離型層と、
（ｄ）構築プラットフォームを照射し、硬化性材料を硬化させる波長範囲内のＵＶ光を提供するための光源とを含むことを特徴とする、光硬化３次元造形装置。
【請求項２６】
前記離型層とカートリッジの底部との間に、離型層を固定するための固定具が設置されることを特徴とする、請求項２５に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項２７】
前記固定具は内部に外部と連通するキャビティ構造を有し、前記離型層は該固定具のキャビティ内に固定されることを特徴とする、請求項２６に記載の光硬化性３次元造形装置。
【請求項２８】
前記固定具はゲル又はナノ繊維であることを特徴とする、請求項２７に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項２９】
前記ゲルは３次元網目構造を有することを特徴とする、請求項２８に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項３０】
前記離型層は水又は光透過性水溶液であることを特徴とする、請求項２５に記載の光硬化性３次元造形装置。
【請求項３１】
前記光透過性水溶液は無機塩溶液であることを特徴とする、請求項３０に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項３２】
前記無機塩溶液は、可溶性のアルカリ金属塩溶液、アンモニウム塩溶液、硝酸塩溶液、過塩素酸塩溶液、過マンガン酸塩溶液、硫酸塩溶液、セレン酸塩溶液、塩化物溶液、臭化物溶液、ヨウ化物溶液のいずれか１種であることを特徴とする、請求項３１に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項３３】
前記可溶性のアルカリ金属塩溶液、アンモニウム塩溶液、硝酸塩溶液、過塩素酸塩溶液、過マンガン酸塩溶液、硫酸塩溶液、セレン酸塩溶液、塩化物溶液、臭化物溶液、ヨウ化物溶液は、いずれも飽和溶液であることを特徴とする、請求項３２に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項３４】
前記光透過性水溶液は水溶性有機塩増量剤溶液であることを特徴とする、請求項３０に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項３５】
前記水溶性有機塩増量剤溶液は、有機酸アルカリ金属塩溶液、有機酸アンモニウム塩溶液、有機酸第三級アンモニウム塩溶液、有機酸第四級アンモニウム塩溶液のいずれか１種であることを特徴とする、請求項３４に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項３６】
前記離型層内には、離型層を固定するための固体固定具が設置されることを特徴とする、請求項２５に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項３７】
前記固定具は、シート状又は板状又はブロック状であることを特徴とする、請求項３６に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項３８】
前記固定具は、離型層の上面と面一となる上面を有することを特徴とする、請求項３７に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項３９】
前記固定具は幾つかのキャビティを有し、固定具の上面はキャビティと連通する複数の開口面を有し、前記離型層は前記キャビティ内に入り込んで固定具の上面に固液交互面を形成することを特徴とする、請求項３８に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項４０】
前記固定具は離型層内に浸漬され、該固定具は離型層に平行な上面を有し、該上面から離型層の上面までの距離はゼロより大きく、かつ離型層の深さの二分の一より小さいことを特徴とする、請求項３７に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項４１】
前記固定具の厚さは離型層の深さの四分の一より小さいことを特徴とする、請求項４０に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項４２】
前記固定具の外面はいずれも粗面であることを特徴とする、請求項４０に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項４３】
前記固定具内には、離型層が流通する幾つかのチャンネルが交差して配設され、前記チャンネルの両端はいずれも固定具の対応する上面及び下面に貫通することを特徴とする、請求項４０に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項４４】
前記固定具は球体又は円錐体又は円筒形であり、該固定具の数は少なくとも２つであることを特徴とする、請求項３６に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項４５】
前記固定具の最高点は固液交互面を形成するように離型層の上面と面一となることを特徴とする、請求項４４に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項４６】
前記固定具は、離型層内に浸漬され、かつカートリッジの底部に沈設されることを特徴とする、請求項４４に記載の光硬化３次元造形装置。
【請求項４７】
前記固定具は、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオリド、ポリトリクロロエチレン、パーフルオロアルキルポリエーテル、ヘキサフルオロプロピレン、フッ素化ポリ塩化ビニルのいずれか１種の重合又は複数種の共重合で形成されることを特徴とする、請求項３６に記載の光硬化３次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光硬化３次元印刷の技術分野に関し、具体的には、付着防止部材、３次元印刷装置及び３次元印刷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光硬化３次元印刷技術は、光硬化樹脂を原料として、コンピュータによって光源を制御して２次元平面内の硬化すべき樹脂領域を照射し硬化して、３次元物体のある横断面構造と同じ硬化層を得て、硬化層を層ごとに堆積することにより、最終的に所望の３次元物体を得る。
【０００３】
従来、一般的に、光硬化樹脂を収容したカートリッジの底部に透明なフッ素含有ポリマーフィルムを配置し、光硬化樹脂が硬化して硬化層を形成した後、硬化層がフィルムに接触し、次に、硬化層とフィルムとの間に光硬化樹脂を充填するための隙間ができるように、硬化層をフィルムから離れた方向に移動させ、次に、硬化層とフィルムとの間の光硬化樹脂が硬化して新たな硬化層を形成する。
【０００４】
硬化層をフィルムから離れた方向に移動させるとき、硬化層とフィルムとの間の接着力が、フィルムと硬化層との接触面を破壊し、また硬化層を損壊して硬化して得られた３次元物体の機械的強度を低下させることがある。業界の従来の解決手段として、各層の硬化層を成形した後、カートリッジをわずかに反転させるように駆動することにより、硬化層からフィルムを引き剥がすという効果を達成する。これにより、フィルムと硬化層との分離時のフィルムと硬化層との間の付着力を低減して、フィルムと硬化層への破壊を低減することができるが、このような方法は、トレイを反転させるように駆動する装置を設置する必要があるため、３次元印刷装置の設備コストを増加させ、また、各硬化層とフィルムとを分離するたびに、カートリッジを反転させる必要があり、印刷時間が延長する。
【０００５】
また、硬化層をフィルムから離れた方向に移動させるとき、硬化層とフィルムとの間の隙間に光硬化樹脂を迅速に充填するために、光硬化樹脂の流速を上げる必要がある。現在、一般的に光硬化樹脂を加熱するか又はカートリッジを振動させる方法を採用するが、光硬化樹脂を加熱するには加熱装置を増設する必要があり、カートリッジを振動させるには振動装置を増設する必要があり、いずれも３次元印刷装置の設備コストを増加させる。
【０００６】
また、光硬化３次元造形（印刷）の技術的原理として、まず、３次元モデルを一方向に多層化することにより、各層の輪郭情報又は画像情報を得て、次に、各層のデータ情報を光源によって実現し、ポリマーモノマーとプレポリマーとで光開始剤（光増感剤）を構成し、ＵＶ光の照射によって、重合反応を起こし、各層の硬化を完了し、繰り返して、最後に３次元ソリッドモデルを形成する。１層印刷したたびに、構造している３次元構造物を硬化発生領域の底面から分離する離型動作を必要とし、離型後に数秒間静置することにより液面を安定させる必要があり、１層印刷するのに十数秒間かかるため、効率が非常に低い。
【０００７】
従来技術において用いられる方法は、構造している３次元構造物を硬化発生領域の底面から機械的工程によって剥離することであり、このような機械的工程は、機械的構造の高精度を要求するだけでなく、全体的な造形時間が増加する。出願日２０１４年０２月１０日出願された「キャリアを介した供給による３次元造形のための方法及び装置」と題する中国特許出願第２０１４８０００８５２９．６号は、以下の技術内容が開示されている。３次元造形物の硬化発生領域の底面は、半透過性部材及び重合性液体フィルムのリリース層とにより、硬化隔離の作用を果たし、新たな硬化層が硬化発生領域の底面から分離され、機械的工程により両者を分離する必要がないため、造形効率を向上させる。しかしながら、上記技術的解決手段を実現するために、阻害剤を硬化発生領域の底面に流体保持し、阻害剤で硬化性材料の硬化を阻害し、かつ一定の厚さを有する硬化性材料の液体フィルムを常に維持する等の要件を必要とする。実際の操作過程において、阻害剤を供給する流速、阻害剤に対する半透過性部材の浸透効果、硬化性材料の液体フィルムの厚さ等の変数は、いずれも硬化に影響を与え、さらに３次元構造物の最後の成形効果に影響を与え、該設備は実際の応用において変数が多いため、生産プロセスの難度が高い。
【発明の概要】
【０００８】
本発明が解決しようとする技術的課題は、付着防止部材、３次元印刷装置及び３次元印刷方法を提供することであり、付着防止部材自体の構造を改善することにより、付着防止部材と硬化層との間の付着力を低減し、かつ硬化層と付着防止部材との間の負圧吸着作用をなくし、付着防止部材と硬化層との剥離をより容易にし、かつ付着防止部材自体の構造を改善することにより、成形材料で硬化層と付着防止部材との間の隙間を充填する時間を短縮するとともに、付着防止部材の局所的な弾性変形性能を向上させることにより、付着防止部材の耐用年数を延長する。
【０００９】
上記技術的課題を解決するために、本発明に係る付着防止部材は、光透過性本体と、本体に設置された幾つかの微細構造とを含み、該本体が、対向する第１の表面と第２の表面、第１の表面と第２の表面を接続する側面を有し、各微細構造がそれぞれ、本体内に形成されたキャビティと、本体の第１の表面に設置されてキャビティに通じる第１の開口面とを有する。
【００１０】
好ましくは、少なくとも２つの微細構造のキャビティは互いに連通する。
【００１１】
好ましくは、全ての微細構造のキャビティは互いに連通する。
【００１２】
好ましくは、少なくとも１つの微細構造のキャビティは、本体の第２の表面に設置された第２の開口面を有する。
【００１３】
好ましくは、全ての微細構造のキャビティは、いずれも、本体の第２の表面に設置された第２の開口面を有する。
【００１４】
好ましくは、少なくとも１つの微細構造のキャビティは、本体の少なくとも１つの側面に設置された第３の開口面を有する。
【００１５】
好ましくは、各微細構造の第１の開口面の面積は、０．０００１〜１０００００平方マイクロメートルである。
【００１６】
好ましくは、各微細構造の第１の開口面の面積は、０．０１〜１００平方マイクロメートルである。
【００１７】
好ましくは、各微細構造の第１の開口面の面積の和と本体の第１の表面の面積との比は０．０１〜０．９９である。
【００１８】
好ましくは、各微細構造の第１の開口面の面積の和と本体の第１の表面の面積との比は０．０５〜０．９である。
【００１９】
好ましくは、各微細構造の第１の開口面の面積の和と本体の第１の表面の面積との比は０．１〜０．４である。
【００２０】
好ましくは、本体の第１の表面での前記微細構造の第１の開口面の分布密度は１０４〜１０１１個／平方ミリメートルである。
【００２１】
好ましくは、各微細構造のキャビティの体積の和と本体の体積との比は０．０１〜０．９９である。
【００２２】
好ましくは、各微細構造のキャビティの体積の和と本体の体積との比は０．１〜０．９５である。
【００２３】
好ましくは、各微細構造のキャビティの体積の和と本体の体積との比は０．６〜０．９である。
【００２４】
好ましくは、任意の隣接する２つの微細構造の第１の開口面の間隔の平均値は４５０ｎｍより小さい。
【００２５】
好ましくは、前記本体の曲げ弾性率は１０〜５００Ｍｐａである。
【００２６】
好ましくは、前記付着防止部材は、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオリド、ポリトリクロロエチレン、パーフルオロアルキルポリエーテル、ヘキサフルオロプロピレン、フッ素化ポリ塩化ビニル、ポリ−４−メチル−１−ペンテン、ポリジメチルシロキサンのうちの１種又は複数種で構成される。
【００２７】
好ましくは、前記付着防止部材は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ−４−メチル−１−ペンテン及びポリジメチルシロキサンのうちの１種又は複数種で構成される。
【００２８】
好ましくは、前記付着防止部材は、パリレン、フッ素化エチレンプロピレン、クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体、ポリビニリデンフロライド、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体、テトラフルオロエチレンとビニリデンフルオライドの共重合体、クロロトリフルオロエチレンとビニリデンフルオライドの共重合体、ｏ−フェニルフェノール、ポリフェニレンエーテル、ポリテレフタル酸、ポリスチレンのうちの１種又は複数種で構成され、そのうち、パリレンは、パリレンＣ、パリレンＮ、パリレンＤ、パリレンＨＴ及びパリレンＡＦを含む。
【００２９】
上記技術的課題を解決するために、本発明は、液状の成形材料を配置するために用いられ、底面が光透過性であるカートリッジと、第１の表面がカートリッジ内の成形材料との接触面であり、第２の表面がカートリッジの底面に配置される上記付着防止部材と、付着防止部材の第１の表面に接触する成形材料を照射して、照射される成形材料を硬化して硬化層を形成するための光源と、硬化層を連れて移動させるキャリアとを含む、３次元印刷装置をさらに提供する。
【００３０】
好ましくは、前記成形材料と付着防止部材は互いに浸透しない。
【００３１】
好ましくは、任意の隣接する２つの微細構造の第１の開口面の間隔は、いずれも前記光源が発する光の波長より小さい。
【００３２】
上記技術的課題を解決するために、本発明は、ａ）、付着防止部材をカートリッジの底面に配置する工程と、ｂ）、液状の成形材料をカートリッジ内に注ぐ工程と、ｃ）、キャリアを付着防止部材の第１の表面から一定距離離れた位置に移動し、光源で付着防止部材の第１の表面に接触する成形材料を照射し、照射された成形材料が硬化して硬化層を形成し、硬化層がキャリアの底部に付着する工程と、ｄ）、キャリアによって硬化層を光源から離れた方向に連れて移動させ、硬化層が移動している過程において、硬化層に接触する付着防止部材の第１の表面の部分が引き上げられて弾性変形し、硬化層が一定距離移動すると、硬化層が付着防止部材の第１の表面から分離する工程と、ｅ）、光源で付着防止部材の第１の表面に接触する成形材料を続いて照射し、照射された成形材料が硬化して形成された硬化層が、その前に形成された硬化層に付着して、一体構造を形成する工程と、ｆ）、３次元物体の印刷が完了するまで以上の工程ｃ）〜ｅ）を繰り返す工程とを含む、３次元印刷方法をさらに提供する。
【００３３】
以上の構造及び方法を採用すると、本発明は、従来技術と比較して、以下の利点を有する。
【００３４】
１）、第１の開口面の存在により、付着防止部材と硬化層との接触面積が低減して、付着防止部材と硬化層との間の付着力を低減し、２）、大量の微細構造が存在するため、成形材料と付着防止部材の第１の表面との接触角が大きくなり、付着防止部材と硬化層との間の付着力をさらに低減し、成形材料と付着防止部材の第１の表面との接触角は、ｃｏｓθ′＝φ（ｃｏｓθ＋１）−１によって形成され、ここで、φは各微細構造の第１の開口面の面積の和と本体の第１の表面の面積との比であり、θ′は成形材料と複数の第１の開口面を有する付着防止部材の第１の表面との接触角であり、θは成形材料といずれの第１の開口面を有さない付着防止部材の第１の表面との接触角であり、３）、微細構造のキャビティに空気が存在してよく、キャビティに空気が存在すると、硬化層と付着防止部材との間の負圧吸着作用をなくすことができることにより、付着防止部材と硬化層との剥離に寄与し、４）、大量の微細構造が存在するため、付着防止部材の局所的な変形性能が高く、即ち、付着防止部材が局所的に変形するとき、該局所的な変形の付着防止部材の他の部分に対する影響が小さく、このような局所的な変形により、抵抗素子の変形が発生した部位を固化層から分離した後に迅速に復帰させることができ、該復帰過程により、成形材料を付着防止部材の変形した部分に引き寄せることができることにより、成形材料が硬化層と付着防止部材との間の隙間を充填する時間を短縮して、３次元印刷の時間を短縮することができる。
【００３５】
また、上記従来技術の現状に対して、本発明が解決しようとする技術的課題は、３次元構造物が硬化過程において迅速に離型でき、３次元造形効率が高く安定する光硬化３次元造形装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
光硬化３次元造形装置は、（ａ）３次元構築物を支持及び移動させるキャリアと、（ｂ）液状の硬化性材料を収容するためのカートリッジが設置された構築プラットフォームと、（ｃ）カートリッジの底部に設置され、硬化性材料に接触し、全体的に液状であり、硬化性材料とは非相溶であり、かつ密度が硬化性材料より大きい離型層と、（ｄ）構築プラットフォームを照射し、硬化性材料を硬化させる波長範囲内のＵＶ光を提供するための光源とを含む。
【００３７】
さらに、前記離型層とカートリッジの底部との間に、離型層を固定するための固定具が設置される。
【００３８】
さらに、前記固定具は内部に外部と連通するキャビティ構造を有し、前記離型層は該固定具のキャビティ内に固定される。
【００３９】
さらに、前記固定具はゲル又はナノ繊維である。
【００４０】
さらに、前記ゲルは３次元網目構造を有する。
【００４１】
さらに、前記離型層は水又は光透過性水溶液である。
【００４２】
さらに、前記光透過性水溶液は無機塩溶液である。
【００４３】
さらに、前記無機塩溶液は、可溶性のアルカリ金属塩溶液、アンモニウム塩溶液、硝酸塩溶液、過塩素酸塩溶液、過マンガン酸塩溶液、硫酸塩溶液、セレン酸塩溶液、塩化物溶液、臭化物溶液、ヨウ化物溶液のいずれか１種である。
【００４４】
さらに、前記可溶性のアルカリ金属塩溶液、アンモニウム塩溶液、硝酸塩溶液、過塩素酸塩溶液、過マンガン酸塩溶液、硫酸塩溶液、セレン酸塩溶液、塩化物溶液、臭化物溶液、ヨウ化物溶液は、いずれも飽和溶液である。
【００４５】
さらに、前記光透過性水溶液は水溶性有機塩増量剤溶液である。
【００４６】
さらに、前記水溶性有機塩増量剤溶液は、有機酸アルカリ金属塩溶液、有機酸アンモニウム塩溶液、有機酸第三級アンモニウム塩溶液、有機酸第四級アンモニウム塩溶液のいずれか１種である。
【００４７】
さらに、前記離型層内には、離型層を固定するための固体固定具が設置される。
【００４８】
さらに、前記固定具は、シート状又は板状又はブロック状である。
【００４９】
さらに、前記固定具は、離型層の上面と面一となる上面を有する。
【００５０】
さらに、前記固定具は幾つかのキャビティを有し、固定具の上面はキャビティと連通する複数の開口面を有し、前記離型層は前記キャビティ内に入り込んで固定具の上面に固液交互面を形成する。
【００５１】
さらに、前記固定具は離型層内に浸漬され、該固定具は離型層に平行な上面を有し、該上面から離型層の上面までの距離はゼロより大きく、かつ離型層の深さの二分の一より小さい。
【００５２】
さらに、前記固定具の厚さは離型層の深さの四分の一より小さい。
【００５３】
さらに、前記固定具の外面はいずれも粗面である。
【００５４】
さらに、前記固定具内には、離型層が流通する幾つかのチャンネルが交差して配設され、前記チャンネルの両端はいずれも固定具の対応する上面及び下面に貫通する。
【００５５】
さらに、前記固定具は球体又は円錐体又は円筒形であり、該固定具の数は少なくとも２つである。
【００５６】
さらに、前記固定具の最高点は固液交互面を形成するように離型層の上面と面一となる。
【００５７】
さらに、前記固定具は、離型層内に浸漬され、かつカートリッジの底部に沈設される。
【００５８】
さらに、前記固定具は、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオリド、ポリトリクロロエチレン、パーフルオロアルキルポリエーテル、ヘキサフルオロプロピレン、フッ素化ポリ塩化ビニルのいずれか１種の重合又は複数種の共重合で形成される。
【００５９】
従来技術と比較して、本発明の利点は以下のとおりである。本発明は、カートリッジの底部と硬化性材料との間に離型層を設置し、離型層の密度が硬化性材料より大きく、かつ離型層が硬化性材料と非相溶であるため、離型層をカートリッジの底部と硬化性材料との間に保持でき、光源によってキャリアに接触するカートリッジ内の硬化性材料に光照射を実施し、一定時間後に該光照射箇所での離型層における硬化性材料を部分３次元構築物に硬化成形し、光照射を停止した後に駆動装置によってキャリアを光源から離れた方向に一定距離移動させるように制御し、この場合、離型層が液状であり、光硬化後の硬化性材料が固体状態の３次元構築物に成形されるため、３次元構築物と離型層との接触面は固液接触であり、３次元構築物と離型層との間の接着力を低減して、３次元構築物が離型層から迅速に分離し、かつキャリアと連動することを容易にし、３次元造形の効率を向上させ、また離型層が安定した分離媒体として、３次元構築物の成形効果に影響を与えず、３次元造形の安定性を保証する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】硬化層、付着防止部材とカートリッジのアセンブリー図である。
【図２】付着防止部材の構造概略図である。
【図３】第１の付着防止部材の断面図である。
【図４】第２の付着防止部材の断面図である。
【図５】第３の付着防止部材の断面図である。
【図６】第４の付着防止部材の断面図である。
【図７】３次元印刷過程における各工程の構造概略図である。
【図８】３次元印刷過程における各工程の構造概略図である。
【図９】３次元印刷過程における各工程の構造概略図である。
【図１０】３次元印刷過程における各工程の構造概略図である。
【図１１】３次元印刷過程における各工程の構造概略図である。
【図１２】３次元印刷過程における各工程の構造概略図である。
【図１３】本発明の構造概略図である。
【図１４】本発明の使用状態での構造概略図である。
【図１５】本発明の第１の形態による離型層と固定具との間の断面構造概略図である。
【図１６】本発明の第２の形態による第１の実施例における固定具と離型層との連係の平面図である。
【図１７】本発明の第２の形態による第２の実施例における固定具と離型層との連係の断面図である。
【図１８】本発明の第２の形態による第３の実施例における固定具と離型層との連係の断面図である。
【図１９】本発明の第２の形態による第４の実施例における固定具と離型層との連係の断面図である。
【図２０】図１９の平面図である。
【図２１】本発明の第２の形態による第５の実施例における固定具と離型層との連係の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
以下、図面及び具体的な実施形態を参照しながら本発明をさらに詳細に説明する。
【００６２】
本実施例における付着防止部材２００は、１つの光透過性本体２００ａと本体２００ａに設置された幾つかの微細構造とを含む。
【００６３】
図２〜図６を参照して、本体２００ａはフィルム状であり、本体２００ａは、対向する第１の表面２１０と第２の表面２２０と、第１の表面と第２の表面を接続する側面２３０とを含み、側面２３０は４つあり、第１の表面２１０、第２の表面２２０及び４つの側面２３０は１つの直方体を構成する。
【００６４】
微細構造の形態は多様であってよく、図３を参照して、この場合、各微細構造はそれぞれ、本体２００ａ内に形成されたキャビティ２４０と、本体２００ａの第１の表面２１０に設置されてキャビティ２４０に通じる第１の開口面２５０とを有し、各微細構造のキャビティ２４０の形状は同一であっても異なってもよく、各微細構造のキャビティ２４０の体積は同一であっても異なってもよく、各微細構造の第１の開口面２５０の面積は同一であっても異なってもよく、各微細構造の第１の開口面２５０の形状は、円形、四角形、多角形又は不規則な形状であってよい。
【００６５】
図４を参照して、この場合、各微細構造はそれぞれ、本体２００ａ内に形成されたキャビティ２４０と、本体２００ａの第１の表面２１０に設置されてキャビティ２４０に通じる第１の開口面２５０と、本体２００ａの第２の表面２２０に設置されてキャビティ２４０に通じる第２の開口面２６０とを有し、各微細構造の第２の開口面２６０の面積は同一であっても異なってもよく、各微細構造の第２の開口面２６０の形状は、円形、四角形、多角形又は不規則な形状であってよい。
【００６６】
図５を参照して、この場合、一部の微細構造はそれぞれ、本体２００ａ内に形成されたキャビティ２４０と、本体２００ａの第１の表面２１０に設置されてキャビティ２４０に通じる第１の開口面２５０とを有し、他の一部の微細構造はそれぞれ、本体２００ａ内に形成されたキャビティ２４０と、本体２００ａの第１の表面２１０に設置されてキャビティ２４０に通じる第１の開口面２５０と、本体２００ａの第２の表面２２０に設置されてキャビティ２４０に通じる第２の開口面２６０とを有する。
【００６７】
図６を参照して、この場合、各微細構造はそれぞれ、本体２００ａ内に形成されたキャビティ２４０と、本体２００ａの第１の表面２１０に設置されてキャビティ２４０に通じる第１の開口面２５０とを有し、一部の微細構造のキャビティ２４０は、本体２００ａの第２の表面２２０に設置された第２の開口面２６０を有し、一部の微細構造のキャビティ２４０は、本体２００ａの１つの側面２３０に設置された第３の開口面２７０を有し、各微細構造のキャビティ２４０はいずれも互いに連通し、各微細構造の第３の開口面２７０の面積は同一であっても異なってもよく、各微細構造の第３の開口面２７０の形状は、円形、四角形、多角形又は不規則な形状であってよく、第３の開口面２７０は本体２００ａのいずれか１つの側面２３０に設置されてもよく、本体２００ａの複数の側面２３０に第３の開口面２７０を同時に開設してもよい。
【００６８】
一部の微細構造の第１の開口面２５０の面積は０．１平方マイクロメートルであり、他の一部の微細構造の第１の開口面２５０の面積は５０平方マイクロメートルであり、残りの微細構造の第１の開口面２５０の面積は１００平方マイクロメートルであり、当然のことながら、微細構造の第１の開口面２５０の面積は、０．０００１〜１０００００平方マイクロメートルの間であれば、必要及び作製プロセスに応じて自ら設定してもよい。
【００６９】
各微細構造の第１の開口面２５０の面積の和と本体２００ａの第１の表面２１０の面積との比は０．５であり、即ち、本体２００ａの第１の表面２１０の表面空隙率は０．５であり、当然のことながら、本体２００ａの第１の表面２１０の表面空隙率は、０．０１〜０．９９の間であれば、必要及び作製プロセスに応じて自ら設定してもよい。
【００７０】
本体２００ａの第１の表面２１０での前記微細構造の第１の開口面２５０の分布密度は１０８個／平方ミリメートルであり、当然のことながら、本体２００ａの第１の表面２１０での微細構造の第１の開口面２５０の分布密度は、１０４〜１０１１個／平方ミリメートルの間であれば、必要及び作製プロセスに応じて自ら設定してもよい。
【００７１】
各微細構造のキャビティ２４０の体積の和と本体２００ａの体積との比は０．７５であり、即ち、本体２００ａの体積空隙率は０．７５であり、当然のことながら、本体２００ａの体積空隙率は、０．０１〜０．９９の間であれば、必要及び作製プロセスに応じて自ら設定してもよい。
【００７２】
任意の隣接する２つの微細構造の第１の開口面２５０の間隔の平均値が４５０ｎｍより小さいことにより、各微細構造の第１の開口面２５０の間隔は小さく、光線が本体２００ａの第２の表面２２０から第１の表面２１０へ本体２００ａを通過するときの光線の反射及び屈折を低減できる。 
【００７３】
前記本体２００ａの曲げ弾性率が６０Ｍｐａであることにより、本体２００ａの弾性は強く、当然のことながら、本体２００ａの弾性要件を満たす前提で、本体２００ａの曲げ弾性率は、１０〜５００Ｍｐａの間であれば、必要及び作製プロセスに応じて自ら設定してもよい。
【００７４】
図１及び図１２を参照して、本実施例は、カートリッジ１００、付着防止部材２００、光源３００及びキャリア４００を含む３次元印刷装置をさらに提供する。
【００７５】
カートリッジ１００は、液状の成形材料を配置するために用いられ、該カートリッジ１００は底面が光透過性である。
【００７６】
付着防止部材２００の第２の表面２２０はカートリッジ１００の底面に配置され、付着防止部材２００の第１の表面２１０はカートリッジ１００内の成形材料５００に接触する。
【００７７】
光源３００はカートリッジ１００の下方に設置され、光源３００は、付着防止部材２００の第１の表面２１０に接触する成形材料５００を照射するために用いられ、成形材料５００が照射されて硬化して硬化層６００を形成し、硬化層６００は付着防止部材２００の第１の表面２１０に接触する。
【００７８】
硬化層６００が形成された後にキャリア４００に付着し、キャリア４００が移動すると、硬化層６００を連れて移動させる。このように、キャリア４００によって硬化層６００を光源３００から離れた方向に連れて一定距離移動させた後、光源３００で付着防止部材２００の第１の表面２１０に接触する成形材料５００を続いて照射し、照射された成形材料５００が硬化して形成された硬化層６００が、その前に形成された硬化層６００に付着する。
【００７９】
前記成形材料５００と付着防止部材２００は互いに浸透せず、成形材料５００と付着防止部材２００の第１の表面２１０との間の接触角はθ′であり、付着防止部材２００の第１の表面２１０は複数の第１の開口面２５０を有し、全ての第１の開口面２５０の面積の和と本体の第１の表面２１０の面積との比はφであり、成形材料５００と何ら第１の開口面２５０も有さない付着防止部材２００の第１の表面２１０との間の接触角はθであり、θ′とθの関係は、ｃｏｓθ′＝φ（ｃｏｓθ＋１）−１によって決定され、φ値が１より小さいと、即ち、微細構造の第１の開口面２５０の存在のため、θ′＞θになり、成形材料５００と付着防止部材２００との浸透性がさらに低下し、成形材料５００が硬化して硬化層６００を形成した後、硬化層６００と付着防止部材２００との間の付着力がさらに低下することになる。
【００８０】
図３を参照して、任意の隣接する２つの微細構造の第１の開口面２５０の間隔Ｌの平均値が前記光源３００が発する光の波長より小さいことにより、光源３００が発する光が付着防止部材２００を通過するとき、光の反射及び屈折を低減し、光源３００の照射強度を保持し、３次元印刷の印刷品質及び印刷速度を保証することができる。
【００８１】
本実施例は、印刷の前に、まず、印刷対象となる３次元物体を多層化し、次に、層ごとに印刷する３次元印刷方法をさらに提供し、具体的には、以下ａ）〜ｆ）を含む。
【００８２】
ａ）、図７を参照して、付着防止部材２００をカートリッジ１００の底面に配置する。このとき、付着防止部材２００の第２の表面２２０はカートリッジ１００の底面に貼り付ける。
【００８３】
ｂ）、図８を参照して、液状の成形材料５００をカートリッジ１００内に注ぐ。このとき、成形材料５００は付着防止部材２００の第１の表面２１０に接触する。
【００８４】
ｃ）、図９を参照して、キャリア４００を付着防止部材２００の第１の表面２１０から一定距離離れた位置に移動し、光源３００で付着防止部材２００の第１の表面２１０に接触する成形材料５００を照射し、照射された成形材料５００が硬化して硬化層６００を形成し、硬化層６００がキャリア４００の底部に付着する。
【００８５】
ｄ）図１０を参照して、キャリア４００によって硬化層６００を光源３００から離れた方向に連れて移動させ、硬化層６００が移動している過程において、硬化層６００に接触する付着防止部材２００の第１の表面２１０の部分が引き上げられて弾性変形し、該弾性変形の復元力により、付着防止部材２００は硬化層６００から分離する傾向にあり、即ち、該弾性変形の復元力は、付着防止部材２００が硬化層６００から分離するように促進し、付着防止部材２００と硬化層６００との剥離をより容易にすることができる；硬化層６００が一定距離移動した後、硬化層６００は付着防止部材２００の第１の表面２１０から分離し、次に、付着防止部材２００の弾性変形した部分は弾性復帰し、該弾性復帰過程により、成形材料５００を付着防止部材２００の弾性復帰した部分に引き寄せるため、成形材料５００が硬化層６００と付着防止部材２００との間の隙間に流れる速度を上げて、成形材料５００が硬化層６００と接着部材２００との間の隙間を充填する時間を短縮し、３次元印刷の時間を短縮することができる。
【００８６】
ｅ）、図１１を参照して、光源３００で付着防止部材２００の第１の表面２１０に接触する成形材料５００を続いて照射し、照射された成形材料５００が硬化して形成された硬化層６００が、その前に形成された硬化層６００に付着して、一体構造を形成する。
【００８７】
ｆ）、図１２を参照して、以上の工程ｃ）〜ｅ）を繰り返すことにより、硬化層６００を層ごとに積層し、全ての硬化層６００の印刷が完了すると、印刷対象となる３次元物体が形成する。
【００８８】
前記付着防止部材２００は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ−４−メチル−１−ペンテンとポリジメチルシロキサンのうちの１種又は複数種で構成される。
【００８９】
前記付着防止部材２００は、パリレン、フッ素化エチレンプロピレン、クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体、ポリビニリデンフロライド、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体、テトラフルオロエチレンとビニリデンフルオライドの共重合体、クロロトリフルオロエチレンとビニリデンフルオライドの共重合体、ｏ−フェニルフェノール、ポリフェニレンエーテル、ポリテレフタル酸、ポリスチレンのうちの１種又は複数種で構成されてもよく、そのうち、パリレンは、パリレンＣ、パリレンＮ、パリレンＤ、パリレンＨＴ及びパリレンＡＦを含む。
【００９０】
当然のことながら、前記付着防止部材２００は、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオリド、ポリトリクロロエチレン、パーフルオロアルキルポリエーテル、ヘキサフルオロプロピレン、フッ素化ポリ塩化ビニル、ポリ−４−メチル−１−ペンテン、ポリジメチルシロキサンのうちの１種又は複数種で構成されてもよい。
【００９１】
付着防止部材２００を作製するとき、まず、付着防止部材２００を構成する上記材料を各割合で混合し、次に、発泡プロセスによって、多孔質の立体構造を形成し、付着防止部材２００は、付着防止部材２００の第１の表面２１０に第１の開口面２５０が形成された複数のキャビティ２４０を内部に有する立体構造であってよい；或いは、付着防止部材２００を作製するとき、まず、付着防止部材２００を構成する上記材料を各割合で混合し、次に、押出プロセスによってフィルムを形成した後、該フィルムの表面に対してレーザスポット溶接又はエッチングを行うことにより、フィルムの表面に空隙を形成する。
【００９２】
具体的には、付着防止部材２００の作製プロセスは、以下の５つの実施例に記載したとおりであってよい。
【００９３】
実施例１
マグネトロンスパッタリングによって厚さが５０マイクロメートルの清浄なポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の表面に厚さが１０ナノメートルの銅を堆積し、具体的なプロセスは以下のとおりである。Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ  ６３５複数ターゲットマグネトロンスパッタリングコーティング機を採用し、直流スパッタリングモードを使用し、１００Ｗのスパッタリングパワーで、４０標準立方センチメートル／分のアルゴンガス流量で、１分間スパッタリングする。スパッタリングしたＰＴＦＥフィルムの表面に誘導結合プラズマエッチングを行い、アルゴンガス、酸素ガス及び四フッ化炭素のガス流量の割合をそれぞれ１５、１０と３０標準立方センチメートル／分に調節し、圧力を１〜２Ｐａにする。プラズマを発生させる電源パワーを４００Ｗにし、加速誘導結合キャビティ内プラズマの電源パワーを１００Ｗにして、１５秒エッチングして、開口面の面積が０．０００１平方マイクロメートルの窪みを生成する。
【００９４】
実施例２
マグネトロンスパッタリングによって厚さが５０マイクロメートルの清浄なポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の表面に厚さが５ナノメートルの銅を堆積し、具体的なプロセスは以下のとおりである。Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ  ６３５複数ターゲットマグネトロンスパッタリングコーティング機を採用し、直流スパッタリングモードを使用し、１００Ｗのスパッタリングパワーで、４０標準立方センチメートル／分のアルゴンガス流量で、１分間スパッタリングする。スパッタリングしたＰＴＦＥフィルムの表面に誘導結合プラズマエッチングを行い、アルゴンガス、酸素ガス及び四フッ化炭素のガス流量の割合をそれぞれ１５、１０と３０標準立方センチメートル／分に調節し、圧力を１〜２Ｐａにする。プラズマを発生させる電源パワーを４００Ｗにし、加速誘導結合キャビティ内プラズマの電源パワーを１００Ｗにし、３０秒エッチングして、開口面の面積が０．０１平方マイクロメートルの窪みを生成する。
【００９５】
実施例３
ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）をＮ，Ｎジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）とアセトンとの混合溶液（３：２）に溶解し、６０℃の温度で磁気撹拌水浴によって加熱し、濃度が２０％のＰＶＤＦ溶液に調製する。ＰＶＤＦ溶液を容量シリンジに添加し、２７Ｇのステンレスニードルを使用し、シリンジを静電紡糸押出装置に固定し、シリンジの押出速度を２ミリリットル／時間にし、紡糸ニードルとドラムコレクタとの間の距離を約１５センチメートルにする。紡糸ニードルを正電圧のターミナルに接続し、ドラムコレクタを負電圧に接続し、紡糸繊維を受け取るベースとしてドラムにアルミニウム箔を１層巻き付ける。ニードルからＰＶＤＦ溶液が押し出されるとき、負圧を約−２キロボルトに調節し、正圧を１５キロボルトに調節する。ＰＶＤＦ溶液を室温で静電紡糸し、ドラムコレクタの回転速度を約５０回転／分にして、２〜３時間連続紡糸し、紡糸フィルムをアルミニウム箔から剥がして、ＰＶＤＦナノ繊維フィルムを得る。ナノ繊維が不規則に交絡して窪み細孔付き構造を形成し、窪みの開口面の面積は０．１〜１平方ミクロンである。
【００９６】
実施例４
ポリジメチルシロキサンである主体と硬化剤を１０：１の質量比で混合し、直径が１０ミクロンの塩粒子を、混合物の全質量の３０％を占めるように添加する。均一に混合した後に脱泡処理を行い、液状の混合物をガラス基板表面に、１０００回転／分のスピンコート速度で、２分間スピンコートする。スピンコートしたフィルムを８０℃の条件で５時間加熱して硬化する。硬化後、水に４８時間浸漬し、全ての塩粒子を溶出させ、表面の窪みを形成し、窪みの開口面の面積は１００平方マイクロメートルである。
【００９７】
実施例５
フォトリソグラフィプロセスによってシリコンウェハの表面にフォトレジストマスクを作製し、マスクのパターンは四角形のウィンドウアレイであり、各四角形の辺の長さは１００マイクロメートルである。ウィンドに露出したシリコン表面を誘導結合プラズマエッチング法によってエッチングし、アルゴンガス、酸素ガス及び六フッ化硫黄のガス流量比をそれぞれ２００、１０及び３５標準立方センチメートル／分に調節し、圧力を２Ｐａにする。プラズマを発生させる電源パワーは８００Ｗで、加速誘導結合キャビティ内プラズマの電源パワーは５０Ｗで、エッチング時間は３００秒である。エッチング後のシリコンウェハをマスクとし、ホットエンボス加工機によってポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルムの表面に対してエンボス加工処理を行い、エンボス加工の圧力は２Ｍｐａで、昇温速度は６℃／分で、最高温度は２３７℃であり、最高温度に達した後に２分間保持する。冷却後、ポリテトラフルオロエチレンの表面に窪みが形成し、窪みの開口面の面積は１００００平方マイクロメートルである。
【００９８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、特許請求の範囲を限定するものと理解されるべきでなく、本発明の構造に他の変更が可能であり、上記構造に限定されるものではない。要するに、本発明の独立請求項の保護範囲内で行われた様々な変更はいずれも本発明の保護範囲内にある。
【００９９】
また、本発明において言及された３次元印刷装置は、光硬化３次元造形装置とも呼ばれ、本発明において言及された硬化性材料５は、重合性材料とも呼ばれる。
【０１００】
図１３〜１４に示すとおり、光硬化３次元造形装置は、キャリア１であって、３次元構築物７を支持及び移動させるために用いられ、キャリア１と３次元構築物７が垂直方向に変位するように駆動する機械的駆動装置に接続されているものと、キャリア１の下方に設置され、液状の硬化性材料５を収容する光透過性カートリッジ２が設置された構築プラットフォームと、構築プラットフォームの下方に設置され、構築プラットフォームを照射し、硬化性材料５を硬化させる波長範囲内のＵＶ光を提供する光源４とを含む。該光源は、構築プラットフォーム及びカートリッジ２を通過してカートリッジ２内の硬化性材料５を照射し、硬化性材料５はカートリッジ２内で硬化して、３次元構築物７の一部を形成し、次に、キャリア１によって該３次元構築物７の一部がカートリッジ２の底面から上向きに引き離され、カートリッジ２の底面に還流された硬化性材料５は光源４の照射を受け続けて硬化し、このように層ごとに印刷して完全な３次元構築物７を形成する。３次元構築物７とカートリッジ２がいずれも固体状態であり、両者の間の接触面は固体間接触であるため、両者の間の表面接着力は大きく、直接分離すると、カートリッジ２の底部と３次元構築物７のいずれにも一定の機械的損傷を与えるため、カートリッジ２の底部と硬化性材料５との間に離型層３を増設する。前記離型層３は、全体的に液状であり、硬化性材料５に接触するが非相溶であり、かつ密度が硬化性材料５の密度より大きい。本発明の光硬化３次元造形装置は動作時に、まず、液状の離型層３をカートリッジ２内に添加し、次に、硬化性材料５を添加し、カートリッジ２内の液状の離型層３と硬化性材料５とが明らかに２層に分かれるまで静置することにより、硬化性材料５とカートリッジ２の底部とが液状の離型層３を介して隔離を実現し、光源４で硬化性材料５を照射した後、光源４の照射範囲内の硬化性材料５を離型層３の表面で硬化して一部の３次元構築物７を形成し、キャリア１によって該３次元造形物７を離型層３の底面から上向きに引き離す。このとき、該３次元造形物７と離型層３との間の接触面は固液接触であり、両者の間の表面接着力は前述の固体間接触の表面接着力より小さく、三次元構造物７を直接的に引き離して離型層３から分離することができ、かつ引き離すときに３次元構築物７及びカートリッジ２に機械的損傷を与えないとともに、３次元構築物７と離型層３の迅速な分離を容易にし、３次元造形の効率を向上させる。また、離型層３は安定した分離媒体として、３次元造形物７の成形効果に影響を与えず、３次元製造の安定性を保証する。
【０１０１】
キャリア１によって３次元構築物７を離型層３から上向きに引き離すとき、離型層３と硬化性材料５との間が真空状態になり、離型層３の一部の液体が大気圧下で引き上げられ、離型層３の表面が平坦でなくなり、離型層３の表面が硬化発生領域の底面であるため、離型層３の平坦でない表面が３次元構築物７の構造に影響を与え、全体の３次元印刷効果に影響を与える、という状況が存在する。以上の状況を回避するために、以下の方法によって解決できる。
【０１０２】
第１の形態は、図１５に示すとおり、前記離型層３とカートリッジ２の底部との間に離型層３を固定するための固定具６を設置することである。前記固定具６は内部に外部と連通するキャビティ構造を有し、前記離型層３は該固定具６のキャビティ内に固定され、即ち、液状の離型層３は固定具６のキャビティ内に充填され、全体として安定した構造になっている。前記固定具６は、ゲル又はナノ繊維であることが好ましく、前記ゲルは３次元網目構造を有し、液状の離型層３が網目構造に入れ、離型層３を安定させるという効果を達成することができ、前記ナノ繊維構造の平均直径は３０ｎｍ〜８０ｎｍであり、液状の離型層３が該ナノ繊維構造に入り込んで離型層３を安定させるという効果を達成することができ、前記ゲル又はナノ繊維の材料は、ナイロン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール等の親水性高分子材料を選択してよい。また、固定具６とカートリッジ２の底部の付着性を向上させるために、つや消しの粗さが光源照射の精度に影響しないように、カートリッジ２の底部をつや消し構造に加工してもよい。
【０１０３】
第２の態様は、前記離型層３内に離型層３を固定するための固体固定具６を設置することである。前記固定具６は、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオリド、ポリトリクロロエチレン、パーフルオロアルキルポリエーテル、ヘキサフルオロプロピレン、フッ素化ポリ塩化ビニルのいずれか１種の重合又は複数種の共重合で形成され、固定具６と３次元構築物７とが接触するときの表面接着力を低減できる。
【０１０４】
好ましくは、前記固定具６は、シート状又は板状又はブロック状であり、該固定具６は、カートリッジ２に取り外し可能に接続されるか又は固定接続され、好ましくは取り外し可能に接続され、洗浄し交換しやすいだけでなく、固定具６の取り付け位置を固定する役割を果たし、固定具６が離型層３の振動に伴って自由に移動して、安定化効果に影響を与えることを回避でき、前記取り外し可能な接続は係止、嵌合等であってよい。
【０１０５】
図１６〜１７に示すように、前記固定具６は、離型層３の上面と面一となる上面を有し、前記固定具６は幾つかのキャビティを有し、固定具６の上面はキャビティと連通する複数の開口面を有する。前記離型層３は前記キャビティ内に入り込んで固定具６の上面に固液交互面を形成し、即ち、固定具６の上面が離型層３の上面と面一に保持されるとき、固定具６のキャビティ内を液状の離型層３が部分的に充填して、固定具６の上面の開口面の全体に広がり、固定具６の上面に固液交互面を形成することができる。該固液交互面と３次元構築物７との間の表面接着力が従来技術における固体間接触の表面接着力より小さいため、離型しやすいだけでなく、離型層３を安定させる役割を果たし、離型層３の表面が平坦でなくなって３次元印刷の全体的な効果に影響を与えることを回避することができる。なお、固定具６はシート状である場合、幾つかのキャビティを有し、固定具６の上面はキャビティと連通する複数の開口面を有し、該構造が網目構造を含む。
【０１０６】
図１８に示すとおり、前記固定具６は離型層３内に浸漬され、該固定具６は離型層３に平行な上面を有する。該上面から離型層３の上面までの距離はゼロより大きく、かつ離型層３の深さの二分の一より小さく、前記固定具６の厚さは離型層３の深さの四分の一より小さい。前記固定具６の外面はいずれも粗面であり、液状離型層３が振動するとき、摩擦と安定化の効果を奏することができる。前記固定具６内には、離型層３が流通する幾つかのチャンネル８が交差して配設され、前記チャンネル８の両端はいずれも固定具６の対応する上面及び下面に貫通し、液状の離型層３を安定させる役割を果たし、離型層３の表面が平坦でなくなって３次元印刷の全体的な効果に影響を与えることを回避することができる。
【０１０７】
好ましくは、前記固定具６は球体又は円錐体又は円筒形であり、該固定具６の数は少なくとも２つである。
【０１０８】
図１９〜２０に示すとおり、前記固定具６の最高点は固液交互面を形成するように離型層３の上面と面一となり、即ち、固定具６は、離型層３の上面に浮遊して固液交互面を形成する。即ち、離型層３の上面に幾つかの点が形成されて、離型層３の上面と共に、固体点が液体に点在している固液交互面を形成する。離型層３と３次元構築物７との間の表面接着力を低減できることを保証するとともに、液状の離型層３を安定させる役割を果たし、離型層３の表面が平坦でなくなって３次元印刷の全体的な効果に影響を与えることを回避することができる。また、隣接する固定具６は、互いに付着するという方式で安定した一体になって、カートリッジ２に固定されその自由な移動が印刷効果に影響を与えることを防止する。
【０１０９】
図２１に示すとおり、前記固定具６は、離型層３内に浸漬され、かつカートリッジ２の底部に沈設されて、液状の離型層３を安定させる作用を果たす。
【０１１０】
また、離型層３の安定性をさらに向上させるために、離型層３の密度を高めることによって実現できる。好ましくは、前記離型層３は水又は光透過性水溶液であり、実際の操作において、光硬化３次元造形の分野で一般的に使用されている硬化性材料のほとんどは感光性樹脂であるが、該材料は水より密度が低く、かつ水に不溶性であるため、前記離型層３は水又は光透過性水溶液を採用し、環境に優しいだけでなく、安定的な効果を達成できる。好ましくは、前記光透過性水溶液は無機塩溶液であり、前記無機塩溶液は、可溶性のアルカリ金属塩溶液、アンモニウム塩溶液、硝酸塩溶液、過塩素酸塩溶液、過マンガン酸塩溶液、硫酸塩溶液、セレン酸塩溶液、塩化物溶液、臭化物溶液、ヨウ化物溶液のいずれか１種であり、前記可溶性のアルカリ金属塩溶液、アンモニウム塩溶液、硝酸塩溶液、過塩素酸塩溶液、過マンガン酸塩溶液、硫酸塩溶液、セレン酸塩溶液、塩化物溶液、臭化物溶液、ヨウ化物溶液は、いずれも飽和溶液であり、好ましくは、飽和の塩化ナトリウム溶液、塩化カルシウム溶液、塩化マグネシウム溶液、硫酸ナトリウム溶液、炭酸ナトリウム溶液、酢酸ナトリウム溶液、硝酸ナトリウム溶液、臭化ナトリウム溶液、臭化カリウム溶液、臭化カルシウム溶液、臭化マグネシウム溶液、硫酸銅溶液、硫酸亜鉛溶液、塩化銅溶液、塩化亜鉛溶液等であってよく、コストが低く、かつ温度が安全である。
【０１１１】
離型層の密度をさらに高めるために、前記光透過性水溶液は水溶性有機塩増量剤溶液であることが好ましく、前記水溶性有機塩増量剤溶液は有機酸アルカリ金属塩溶液、有機酸アンモニウム塩溶液、有機酸第三級アンモニウム塩溶液、有機酸第四級アンモニウム塩溶液のいずれか１種であり、好ましくは、前記有機酸アルカリ金属塩溶液、有機酸アンモニウム塩溶液、有機酸第三級アンモニウム塩溶液、有機酸第四級アンモニウム塩溶液は、いずれも飽和溶液である。
【０１１２】
なお、上記実施例は、本発明の技術的解決手段を説明するためのものに過ぎず、それを制限するためではなく、前述した実施例を参照しながら本発明を詳細に説明したが、当業者は、前記各実施例に記載の技術的手段に対する修正又はその一部の技術的手段に対する等価な置換が、これらの修正又は置換が対応する技術的手段の本質を本発明の各実施例の技術的手段の主旨及び範囲から逸脱させるものでない限り、依然として可能であることを、理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年12月24日(2020.12.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元印刷装置であって、
重合液体を保持するように構成された液体貯蔵タンクと、
前記液体貯蔵タンクの底部上に配された付着防止部材であって、前記付着防止部材が、
前記重合液体と接触した上面と、
前記重合液体から離れて前記上面上の開口部から伸びる複数のキャビティと、を含む、付着防止部材と、
を含み、
前記付着防止部材は、３次元部品が前記液体貯蔵タンクの前記底部へ付着することを防止する、３次元印刷装置。
【請求項２】
前記付着防止部材の前記複数のキャビティの内の少なくとも２つが、流れ連通している、請求項１に記載の３次元印刷装置。
【請求項３】
前記複数のキャビティの内の少なくとも１つが、前記付着防止部材の底面上の開口部へと前記付着防止部材の前記上面上の前記開口部の内の１つから伸び、前記付着防止部材の前記底面が、前記液体貯蔵タンクと接触している、請求項１又は２に記載の３次元印刷装置。
【請求項４】
前記複数のキャビティの内の少なくとも１つが、前記付着防止部材の側面上の開口部へと前記付着防止部材の前記上面上の前記開口部の内の１つから伸びる、請求項１から３の何れか一項に記載の３次元印刷装置。
【請求項５】
前記付着防止部材の前記上面上の前記開口部の内の少なくとも１つが、０．０００１ｍｍ２から１００００ｍｍ２の範囲の面積を有する、請求項１から４の何れか一項に記載の３次元印刷装置。
【請求項６】
前記付着防止部材の前記上面の面積に対する前記付着防止部材の前記上面上の前記開口部の内の少なくとも１つの面積の比率が、０．０１から０．９９の範囲である、請求項１から５の何れか一項に記載の３次元印刷装置。
【請求項７】
前記付着防止部材の前記上面上の前記開口部の密度が、１ｍｍ２あたり１０４から１０１１の範囲である、請求項１から６の何れか一項に記載の３次元印刷装置。
【請求項８】
前記付着防止部材が、１０から５００ＭＰａの範囲における曲げ弾性率を有する、請求項１から７の何れか一項に記載の３次元印刷装置。
【請求項９】
前記付着防止部材が、光透過性である、請求項１から８の何れか一項に記載の３次元印刷装置。
【請求項１０】
前記付着防止部材が、ポリマー材料で作製された、請求項１から９の何れか一項に記載の３次元印刷装置。
【請求項１１】
３次元部品を形成するための方法であって、
液体材料を液体貯蔵タンク内に注ぐ段階であって、付着防止部材が前記液体貯蔵タンクの底面上に配され、前記付着防止部材が、
前記液体材料と接触した上面と、
前記液体貯蔵タンクの前記底面と接触した底面と、
前記液体材料から離れて前記付着防止部材の前記上面上の開口部から伸びる複数のキャビティと、
を含む、段階と、
前記付着防止部材の前記上面から離れて第１の距離である第１の位置にキャリアを設定して、前記キャリアと前記付着防止部材の前記上面との間にギャップを形成する段階であって、前記ギャップが前記液体材料で満たされる、段階と、
光源によって、前記液体材料を照射して、前記３次元部品の第１の部分を形成する段階であって、前記３次元部品の前記第１の部分が、前記キャリア及び前記付着防止部材の前記上面と接触している、段階と、
前記付着防止部材の前記上面から離れる方向に前記キャリアを移動させて、前記付着防止部材の前記上面から前記３次元部品の前記第１の部分を分離する段階であって、前記付着防止部材は、前記３次元部品が前記液体貯蔵タンクの前記底面へ付着することを防止する、段階と、
を含む方法。
【請求項１２】
前記付着防止部材の前記上面から離れて第２の距離である第２の位置に前記キャリアを設定して、前記３次元部品の前記第１の部分と前記付着防止部材の前記上面との間に第２のギャップを形成する段階であって、前記第２のギャップが前記液体材料で満たされる、段階と、
前記光源によって、前記液体材料を刺激して、前記３次元部品の第２の部分を形成する段階であって、前記３次元部品の前記第２の部分が、前記付着防止部材の前記上面と接触している、段階と、
前記付着防止部材の前記上面から離れる前記方向に前記キャリアを移動させて、前記付着防止部材の前記上面から前記３次元部品の前記第２の部分を分離する段階と、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記光源によって、前記液体材料を照射して、前記３次元部品の第１の部分を形成する段階が、
前記光源によって、前記液体材料に向かって光を投影する段階であって、前記光が、前記付着防止部材の２つの隣接するキャビティの開口部間の距離より長い波長を有する、段階、
を含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のキャビティの内の少なくとも１つが、前記付着防止部材の底面上の又は側面上の開口部へと前記付着防止部材の前記上面上の前記開口部の内の１つから伸び、前記付着防止部材の前記底面が、前記液体貯蔵タンクと接触している、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記光源が、前記液体貯蔵タンクの下に位置づけられ、前記液体貯蔵タンクの前記底面が、光透過性である、請求項１１から１４の何れか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
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