用于三维模型印刷的组合物和方法
【专利摘要】一种假复合材料，尤其可以包括第一相和第二相，其中每个相尤其可以包括有机化合物，其中每个相包括多层结构层，其中这些层是通过喷墨印刷法沉积的，其中假复合材料呈现出非均匀的三维结构。公开了一种制备假复合材料的方法。公开了一种印刷假复合材料的装置。此外，公开了一种使用各种合适材料来印刷三维物体的方法。
【专利说明】用于三维模型印刷的组合物和方法
[0001] 本申请是中国发明专利申请（申请日：2004年11月28日；申请号： 201010164916.2);发明名称：用于三维模型印刷的组合物和方法）的分案申请。 发明领域
[0002] 本发明一般性地涉及一种三维物体构造方法，并且具体地涉及用于三维印刷复杂 结构的方法和组合物。
[0003] 发明背景
[0004] 三维印刷（three-dimensional printing)通常通过构造层状部件（parts in layers)来进行，三维印刷是一种用于构造三维物体的方法。三维印刷相对迅速和灵活，能 够用于制备标准部件（prototype part)，例如直接从CAD文件来加工（tooling)和快速制 备三维的复杂结构。
[0005] 使用三维印刷可以使制造商能够在加工之前获得任意拟定产品的全三维模型 (full three-dimensional object),由此可以显著降低加工成本，并且获得设计和制备之 间的更好同步性。也可以获得较低的产品成本和改进的产品质量。
[0006] 使用三维印刷也可以直接制备全三维物体，由此充分降低成本，并且获得设计、生 产和消费（使用）之间更好的同步性。这样也可以获得较低的产品成本和改进的产品质量。
[0007] 已经对用于计算机控制的三维印刷开发出各种系统。在本申请受让人的美国专利 6, 259,962(在此将其引入作为参考）中，描述了用于三维模型印刷（three-dimensional model printing)的装置和方法的实施方式。依据该专利文献中的一些实施方式,所述装 置包括具有多个喷嘴的印刷头，与印刷头相连的分配器（其用于选择地分配层状界面材料 (interface material in layers))，和用于任选地固化所沉积的各层的固化设备。各沉积 层的厚度可以通过选择地调节来自多个喷嘴中每一个的输出量来控制。
[0008] 在本申请受让人的美国专利申请09/412, 618(在此将其引入作为参考）中，所描 述的实施方式包括用于三维模型印刷的装置和方法。该申请的一些实施方式描述了用于印 刷复杂三维模型的系统和方法，该系统和方法使用了具有不同硬度或弹性的界面材料，并 且混合来自于每个印刷头的界面材料，以控制形成三维模型的材料的硬度。该模型的结构 层（construction layer)可具有不同于用来形成隔离（和支撑）层的材料弹性模量（更 硬）的界面材料形成，从而能够形成复杂形状。
[0009] 可辐射固化油墨公开于，例如美国专利4, 303, 924、5, 889, 084和5, 270, 368中。其 中，美国专利4, 303, 924公开了用于喷滴印刷（jet-drop printing)的可福射固化组合物， 其含有多官能烯属不饱和材料、单官能烯属不饱和材料、反应性增效剂、染料着色剂和油溶 性盐。其中，美国专利5, 889, 084描述了用于喷墨印刷的可辐射固化油墨组合物，其包含阳 离子光反应性环氧化物或乙烯基醚单体或低聚物、阳离子光引发剂和着色剂。其中，美国专 利5, 270, 368公开了用于喷墨印刷的紫外可固化油墨组合物，其包含具有至少两种丙烯酸 酯组分的树脂成分、光引发剂和有机载体。
[0010] 公开于这些参考文献中的油墨组合物通常用于喷墨印刷。用于喷墨印刷的组合 物，通常不同地由用于构造三维物体的组合物来配制，因此具有不同的性能。例如，在室温 下高粘度对于三维物体来说是所期望的性能，并且因此通常将用于构造三维物体的组合物 设计成在室温下具有高粘度。相反，将用于喷墨印刷的组合物设计成在室温下具有低粘度， 以在印刷过程中良好运行。上述参考文献均没有公开特别为三维印刷而配制的组合物。
[0011] 用于立体光刻术（Stereolithography)的可福射固化组合物公开于美国专利 5, 705, 316。US5, 705, 316公开了具有至少一个乙烯基醚基团的化合物，其分子中还含有至 少一个其它官能团如环氧或丙烯酸酯基团；也公开了包含这些化合物的组合物；和使用这 些组合物制备三维物体的方法。美国专利5, 705, 316的化合物是不容易获得的复杂分子， 并且因此需要特别合成，这导致额外的时间和成本。
[0012] 因此，需要一种简单、容易获得的可固化组合物，所述组合物特别地配制成构造三 维物体。进一步需要一种简单、容易获得的可固化组合物，所述组合物通过在构造期间于物 体周围形成支撑和/或隔离层，而特别地配制成向三维物体提供支撑物。最后，需要一种构 造具有改性质量的三维物体的方法。
【发明内容】
[0013] 本发明实施方式涉及用于制备三维物体的组合物。本发明实施方式进一步涉及在 三维物体制备中用作支撑和/或隔离材料的组合物。本发明实施方式进一步涉及用于通过 三维印刷制备三维物体的方法，和涉及通过该方法获得的三维物体。
[0014] 因此，本发明的实施方式提供了一种通过选择分配的方法来制备三维物体的组合 物。该组合物尤其可以包括至少一种反应性组分、至少一种光引发剂、至少一种表面活性 齐LU和至少一种稳定剂。
[0015] 该组合物具有室温下大于50cps的第一粘度，以及具有第二温度下与喷墨印刷机 相容的第二粘度，其中第二温度高于室温。
[0016]根据本发明的实施方式，反应性组分为丙烯酸（酯）组分（acrylic component)、 具有一个或多个环氧取代基的分子、具有一个或多个乙烯基醚取代基的分子、乙烯基己内 酰胺、乙烯基吡咯烷酮，或者它们的任意组合。
[0017] 更进一步，根据本发明的实施方式，反应性组分为丙烯酸（酯）组分。该丙烯 酸（酯）组分为丙烯酸（酯）单体（acrylic monomer)、丙烯酸（酯）低聚物（acrylic oilogmer)、丙烯酸（酯）交联剂（acrylic crosslinker)，或者它们的任意组合。
[0018] 更进一步，根据本发明的实施方式，反应性组分尤其可以包括丙烯酸（酯）组分， 并且另外还包括具有一个或多个环氧取代基的分子、具有一个或多个乙烯基醚取代基的分 子、乙烯基己内酰胺、乙烯基吡咯烷酮，或者它们的任意组合。
[0019] 更进一步，根据本发明的实施方式，反应性组分尤其可以包括丙烯酸（酯）组分和 乙烯基己内酰胺。
[0020] 更进一步，根据本发明的实施方式，反应性组分尤其可以包括具有一个或多个乙 烯基醚取代基的分子。
[0021] 更进一步，根据本发明的实施方式，反应性组分尤其可以包括具有一个或多个环 氧取代基的分子。
[0022] 更进一步，根据本发明的实施方式，反应性组分尤其可以包括具有一个或多个乙 烯基醚取代基的分子，和具有一个或多个环氧取代基的分子。
[0023] 更进一步，根据本发明的实施方式，光引发剂为自由基光引发剂、阳离子光引发 齐U，或者它们的任意组合。
[0024] 更进一步，根据本发明的实施方式，组合物进一步包括至少一种颜料和至少一种 分散剂。该颜料为白色颜料、有机颜料、无机颜料、金属颜料，或者它们的组合。在一种实施 方式中，该组合物进一步包括染料。
[0025] 更进一步，根据本发明的实施方式，组合物的第一粘度大于80cps。在一种实施方 式中，第一粘度在80?300cps之间。在另一种实施方式中，第一粘度为约300cps。
[0026] 更进一步，根据本发明的实施方式，组合物在第二温度（该温度大于60°C )下的第 二粘度小于20cps。优选地，在第二温度（该温度大于60°C )下的第二粘度在8?15cps 之间。在一种实施方式中，在约85°C温度下第二粘度为约llcps。
[0027] 此外，根据本发明的另一种实施方式，提供了一种在通过选择分制剂法来制备三 维物体中用作支撑和/或隔离材料的组合物。该组合物尤其可以包括至少一种非反应性的 且低毒的化合物、至少一种表面活性剂和至少一种稳定剂。
[0028] 该组合物具有室温下大于50cps的第一粘度，以及具有第二温度下与喷墨印刷机 相容的第二粘度，其中第二温度高于室温。
[0029] 根据本发明的实施方式，该组合物尤其可以进一步包括至少一种反应性组分和至 少一种光引发剂。反应性组分为丙烯酸（酯）组分、具有一个或多个乙烯基醚取代基的分 子中的至少一种，或者反应性组分为水混溶性组分（water miscible component),在固化 之后，所述水混溶性组分当与水、或碱性或酸性水溶液接触时能够溶胀。
[0030] 更进一步，根据本发明的实施方式，反应性组分为丙烯酸（酯）组分。该丙烯酸 (酯）组分为丙烯酸（酯）单体、丙烯酸（酯）低聚物，或者它们的任意组合。
[0031] 更进一步，根据本发明的实施方式，反应性组分尤其可以包括至少一种水混溶性 组分，在固化之后，所述水混溶性组分当与水、或碱性或酸性水溶液接触时能够溶胀。该水 混溶性组分优选为聚乙二醇的丙烯酸酯化氨基甲酸酯低聚物衍生物（acrylated urethane oilogmer derivative of polyethylene glycol)、部分丙烯酸酯化的多元醇低聚物、具有 亲水取代基的丙烯酸酯化低聚物，或者它们的任意组合。该亲水取代基优选为酸取代基 (acidic substituent)、氨基取代基、轻基取代基，或者它们的任意组合。
[0032] 更进一步，根据本发明的实施方式，反应性组分尤其可以包括具有一个或多个乙 烯基醚取代基的分子。
[0033] 更进一步，根据本发明的实施方式，非反应性组分为聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、 甘油、乙氧基化多元醇、或丙二醇。
[0034] 更进一步，根据本发明的实施方式，光引发剂为自由基光引发剂、阳离子光引发 齐U，或者它们的任意组合。
[0035] 更进一步，根据本发明的实施方式，组合物的第一粘度大于80cps。在一种实施方 式中，第一粘度在80?300cps之间。在另一种实施方式中，第一粘度为约200cps。
[0036] 更进一步，根据本发明的实施方式，组合物在第二温度（该温度大于60°C )下的第 二粘度小于20cps。优选地，在第二温度（该温度大于60°C )下的第二粘度在8?15cps 之间。在一种实施方式中，在约85°C温度下第二粘度为约llcps。
[0037] 此外，本发明的实施方式提供了一种通过三维印刷来制备三维物体的方法。依据 实施方式，该方法包括 ：
[0038] 从印刷头中分配第一界面材料，该第一界面材料尤其可以包括至少一种反应性组 分、至少一种光引发剂、至少一种表面活性剂和至少一种稳定剂；从印刷头中分配第二界面 材料，该第二界面材料尤其可以包括至少一种非反应性的且低毒的化合物、至少一种表面 活性剂和至少一种稳定剂；以预定比例混合第一界面材料和第二界面材料，以制备用于形 成三维物体的结构层。
[0039] 更进一步，根据本发明的实施方式，第一界面材料的反应性组分为丙烯酸（酯）组 分、具有一个或多个环氧取代基的分子、具有一个或多个乙烯基醚取代基的分子、乙烯基吡 咯烷酮、乙烯基己内酰胺，或者它们的任意组合。
[0040] 更进一步，根据本发明的实施方式，第一界面材料的反应性组分尤其可以包括丙 烯酸（酯）组分。该丙烯酸（酯）组分为丙烯酸（酯）单体、丙烯酸（酯）低聚物、丙烯酸 (酯）交联剂，或者它们的任意组合。
[0041] 更进一步，根据本发明的实施方式，第一界面材料的反应性组分尤其可以包括丙 烯酸（酯）组分，并且另外还包括具有一个或多个环氧取代基的分子、具有一个或多个乙烯 基醚取代基的分子、乙烯基己内酰胺、乙烯基吡咯烷酮，或者它们的任意组合。
[0042] 更进一步，根据本发明的实施方式，第一界面材料的反应性组分尤其可以包括丙 烯酸（酯）组分和乙烯基己内酰胺。
[0043] 更进一步，根据本发明的实施方式，第一界面材料的反应性组分尤其可以包括具 有一个或多个乙烯基醚取代基的分子。
[0044] 更进一步，根据本发明的实施方式，第一界面材料的反应性组分尤其可以包括具 有一个或多个环氧取代基的分子。
[0045] 更进一步，根据本发明的实施方式，第一界面材料的反应性组分尤其可以包括具 有一个或多个环氧取代基的分子，和具有一个或多个乙烯基醚取代基的分子。
[0046] 更进一步，根据本发明的实施方式，第一界面材料进一步尤其可以包括至少一种 颜料和至少一种分散剂。该颜料为白色颜料、有机颜料、无机颜料、金属颜料，或者它们的组 合。在一种实施方式中，该第一界面材料进一步尤其可以包括染料。
[0047] 更进一步，根据本发明的实施方式，该方法可以进一步包括固化第一界面材料的 步骤。
[0048] 更进一步，根据本发明的实施方式，该第二界面材料尤其可以进一步包括至少一 种反应性组分和至少一种光引发剂。反应性组分为丙烯酸（酯）组分、具有一个或多个乙 烯基醚取代基的分子中的至少一种，或者反应性组分为水混溶性组分，在固化之后，所述水 混溶性组分当与水、或碱性或酸性水溶液接触时能够溶胀。
[0049] 更进一步，根据本发明的实施方式，反应性组分为丙烯酸（酯）组分。该丙烯酸 (酯）组分为丙烯酸（酯）低聚物、丙烯酸（酯）单体，或者它们的任意组合。
[0050] 更进一步，根据本发明的实施方式，反应性组分尤其可以包括至少一种水混溶性 组分，在固化之后，所述水混溶性组分当与水、或碱性或酸性水溶液接触时能够溶胀。该水 混溶性组分优选为聚乙二醇的丙烯酸酯化氨基甲酸酯低聚物衍生物、部分丙烯酸酯化的多 元醇低聚物、具有亲水取代基的丙烯酸酯化低聚物，或者它们的任意组合。该亲水取代基优 选为酸取代基、氨基取代基、羟基取代基，或者它们的任意组合。
[0051]更进一步，根据本发明的实施方式，第二界面材料的反应性组分尤其可以包括具 有一个或多个乙烯基醚取代基的分子。
[0052]更进一步，根据本发明的实施方式，非反应性组分为聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、 甘油、乙氧基化多元醇、或丙二醇。
[0053]更进一步，根据本发明的实施方式，第一界面材料和任选的第二界面材料的光引 发剂为自由基光引发剂、阳离子光引发剂，或者它们的任意组合。
[0054]更进一步，根据本发明的实施方式，该方法可以进一步包括辐射或固化第二界面 材料的步骤。
[0055]更进一步，根据本发明的实施方式，第一界面材料和第二界面材料的弹性模量和 强度不同。在一种实施方式中，第一界面材料比第二界面材料的弹性模量和强度高。
[0056]更进一步，根据本发明的实施方式，该方法可以进一步包括形成用于支撑该物体 的多层支撑层。在一种实施方式中，通过以预定比例混合第一界面材料和第二界面材料，形 成支撑层。在一种实施方式中，该支撑层与结构层的弹性模量和强度相同。在另一种实施 方式中，该支撑层比结构层的弹性模量和强度低。
[0057]更进一步，根据本发明的实施方式，该方法可以进一步包括：以预定比例混合第一 界面材料和第二界面材料，形成用于将所述物体与支撑层隔离的多层隔离层的步骤。在一 种实施方式中，该隔离层比结构层和支撑层的弹性模量和强度低。
[0058]更进一步，根据本发明的实施方式，第一界面材料和第二界面材料各自具有室温 下的第一粘度，以及具有第二温度下与喷墨印刷机相容的第二粘度，其可以相同或不同，其 中第二温度高于室温。
[0059] 此外，本发明的实施方式提供了一种由芯（core)组成的三维物体，所述芯由多层 结构层（construction layer)组成。所述结构层是通过以预定比例混合本文中所述第一 界面材料和第二界面材料而制备的。
[0060]更进一步，根据本发明的实施方式，该物体可以进一步包括多个用于支撑该芯的 支撑层。在一种实施方式中，通过以预定比例混合第一界面材料和第二界面材料来制备支 撑层。在一种实施方式中，支撑层与结构层的弹性模量和强度相同。在另一种实施方式中， 该支撑层比结构层的弹性模量和强度低。
[0061]更进一步，根据本发明的优选实施方式，该物体可以进一步包括用于从该芯中隔 离支撑层的多层隔离层。在一种实施方式中，隔离层位于支撑层和结构层之间。所述隔离 层是通过以预定比例混合第一界面材料和第二界面材料而制备的。在一种实施方式中，该 隔离层比结构层和支撑层的弹性模量和强度低。
[0062]本发明的一种实施方式提供了适用于构造三维物体的组合物，该组合物尤其可以 包括具有官能团的可固化组分（其中如果官能团为可聚合的反应性官能团时，那么官能团 为（甲基）丙烯酸类官能团）；光弓丨发齐IJ;表面活性齐U和稳定齐IJ;其中组合物具有第一温度 下约50?500cps的第一粘度，其中第一温度为室温；并且具有第二温度下低于20cps的第 二粘度，其中第二温度高于第一温度；其中在固化之后该组合物成为固体形式。
[0063]本发明的一种实施方式提供了适用于构造三维物体的组合物，该组合物尤其可以 包括不可固化组分（non curable component)，可固化组分（curable component)，表面 活性剂和稳定剂，其中不可固化组分不与可固化组分反应，其中组合物具有第一温度下约 20?500cps的第一粘度，其中第一温度为室温；并且具有第二温度下低于20cps的第二粘 度，其中第二温度高于室温；其中在固化之后该组合物形成固体、半固体或液体材料。
[0064]本发明的一种实施方式提供了适合在构造三维物体中用作支撑的组合物，该组合 物尤其可以包括不可固化组分，可固化的（甲基）丙烯酸（酯）组分，表面活性剂，自由基光 引发剂和稳定剂；其中不可固化组分不与可固化组分反应，其中组合物具有第一温度下约 20?500cps的第一粘度，其中第一温度为室温；并且具有第二温度下低于20cps的第二粘 度，其中第二温度高于第一温度；其中在固化之后该组合物形成固体、半固体或液体材料。 [0065]本发明的一种实施方式进一步提供了适合在构造三维物体中用作支撑的组合物， 该组合物尤其可以包括至少一种不可固化组分，至少一种可固化组分（包含具有一个或多 个环氧取代基的分子），至少一种表面活性剂，至少一种阳离子光引发剂和至少一种稳定 齐IJ ;其中不可固化组分不与可固化组分反应，其中组合物具有第一温度下约20?500cps的 第一粘度，其中第一温度为室温；并且具有第二温度下低于20cps的第二粘度，其中第二温 度高于第一温度；其中在固化之后该组合物形成固体、半固体或液体材料。
[0066] 本发明的一种实施方式进一步提供了通过三维印刷制备三维物体的方法，该方法 可以包括步骤：从分配器中分配适用于构造三维物体的第一组合物，该第一组合物可以包 括具有官能团的可固化组分（其中如果官能团为可聚合的反应性官能团时，那么官能团为 (甲基）丙烯酸类官能团）；光引发剂，表面活性剂和稳定剂；从分配器中分配适合在构造 三维物体中用作支撑的第二组合物，该组合物可以包括不可固化组分，可固化组分，表面活 性剂和稳定剂，其中不可固化组分不与可固化组分反应；以预定比例混合第一组合物和第 二组合物，以制备用于形成三维物体的多层结构层；由此固化第一组合物，形成固体形式， 以及由此辐射或固化第二组合物形成液体、固体或半固体形式。
[0067]本发明的一种实施方式进一步提供了由多层结构层组成的三维物体，其中通过以 预定比例混合本发明的第一组合物和第二组合物来制备该结构层。
[0068] 本发明提供了用于制备三维物体的组合物，包括在三维物体制备中用作支撑和/ 或隔离材料的组合物。因此，本发明的实施方式提供了适用于构造三维物体的组合物。该组 合物尤其可以包括具有官能团的可固化组分（其中如果官能团为可聚合的反应性官能团 时，那么官能团为（甲基）丙烯酸类官能团）；光引发剂，表面活性剂和稳定剂；其中所述组 合物具有第一温度下约50?500cps的第一粘度，其中所述第一温度为室温；并且具有第二 温度下低于20cps的第二粘度，其中所述第二温度高于所述第一温度；其中在固化之后该 组合物形成固体形式。因此，根据本发明的另一种实施方式，提供了适合在构造三维物体中 用于支撑的组合物。该组合物尤其可以包括不可固化组分，可固化组分，表面活性剂和稳定 齐U，其中不可固化组分不与所述可固化组分反应；其中所述组合物具有第一温度下约20? 500cps的第一粘度，其中所述第一温度为室温；并且具有第二温度下低于20cps的第二粘 度，其中所述第二温度高于所述第一温度；其中在固化之后该组合物成液体、固体或半固体 形式。本发明的实施方式提供了通过三位印刷来制备三维物体的方法。本发明实施方式进 一步提供了根据本发明的方法而制备的三维物体。
[0069]本发明的一种实施方式进一步提供了用于印刷三维物体的方法，该方法尤其可以 包括：通过三维印刷装置，沉积界面材料层的第一部分；和沉积所述界面材料层的另一部 分，所述另一部分与第一部分被间隔（space)隔开，其中第一部分、另一部分和间隔布置在 同一平面内。在另一种实施方式中，该方法尤其可以包括：在界面材料层内形成一个或多个 非连续的片段。在另一种实施方式中，该方法尤其可以包括：填充所述间隔。在另一种实施 方式中，该方法尤其可以包括：在所选区域中沉积所述部分。在另一种实施方式中，该方法 尤其可以包括：在另一平面中沉积另一层；该另一层包括另一个间隔，当垂直于该另一平 面观察时所述间隔和所述另一个间隔移位（displace)。
[0070]本发明的一种实施方式进一步提供了用于印刷三维物体的方法，该方法尤其可以 包括：沉积支撑结构；和在支撑结构的周围沉积刚性外型（rigid exterior);以及在刚性 外型的周围沉积隔离层（release layer)，所述隔离层在刚性外型与物体之间。在另一种 实施方式中，所述刚性外型的强度和弹性基本上相似于所述物体的强度和弹性。在另一种 实施方式中，该方法尤其可以包括由造型材料（modeling material)构造栅格,所述栅格 布置在所述支撑结构内。在另一种实施方式中，该方法尤其可以包括使所述支撑结构作为 单个单元移开。在另一种实施方式中，该方法尤其可以包括在物体与所述刚性结构之间为 所述隔离层留下空间。在另一种实施方式中，所述隔离层当暴露于辐射时可以保持未聚合 的状态。在另一种实施方式中，其中所述隔离层在辐照时可以部分固化。在另一种实施方 式中，所述隔离层是非平面的。在另一种实施方式中，该方法尤其可以包括：在所选的位置 沉积所述隔离层。在另一种实施方式中，该方法尤其可以包括：构造多个方向指示物（器） (direction indicator)，所述指示物在移开所述支撑结构时指明优先性顺序指令。在另一 种实施方式中，该方法尤其可以包括在优选的移开方向上构造具有锥形的所述支撑结构。 在另一种实施方式中，该方法尤其可以包括在所述支撑结构上沉积支撑结构指示物。在另 一种实施方式中，所述支撑结构尤其可以包括造型材料、支撑材料（support material),以 及它们的任意组合。在另一种实施方式中，所述隔离结构（release construction)尤其可 以包括造型材料、支撑材料，以及它们的任意组合。
[0071]本发明的一种实施方式进一步提供了构造三维物体的方法，该方法尤其可以包 括：沉积界面材料；和构造所述界面材料指示物，该指示物对至少部分所述界面材料显示 出优选移开指令。在另一种实施方式中，该方法尤其可以包括：使所述方向指示物显示在输 出设备上。在另一种实施方式中，所述指示物尤其可以包含拆卸顺序指令。在另一种实施 方式中，所述指示物尤其可以包括可见印刷（visuable printing)。
[0072]本发明的一种实施方式进一步提供了物体印刷方法，包括：以预定排列，分配多层 界面材料层，以使得该印刷模具（printed mold)的外壳主要包含造型材料，并且所述印刷 模具的内部主要包含支撑材料。在另一种实施方式中，该方法尤其可以包括在所述支撑材 料内构造造型材料的栅格。在另一种实施方式中，该方法尤其可以包括固化所述模具。在 另一种实施方式中，该方法尤其可以包括浇铸所述模具。在另一种实施方式中，该方法尤其 可以包括加热所述模具。
[0073]在本发明的一种实施方式中，界面材料尤其可以包括造型材料、支撑材料，以及它 们的任意组合。
[0074]本发明的一种实施方式进一步提供了用于印刷三维物体的装置，尤其包括控制器 (controller)，所述控制器能够沉积界面材料层第一部分，并且能够沉积所述界面材料层 另一部分，所述另一部分与第一部分被间隔隔开，其中第一部分、另一部分和间隔布置在同 一平面内。在另一种实施方式中，该控制器能够在所述层内形成一个或多个非连续片段。在 另一种实施方式中，该控制器能够填充所述间隔。在另一种实施方式中，该控制器能够在另 一平面上沉积另一层，该另一层包括另一个间隔，当垂直于该另一平面观察时所述间隔和 所述另一个间隔移位。在另一种实施方式中，该控制器能够沉积另一移位的层。
[0075] 本发明的一种实施方式进一步提供了用于印刷三维物体的装置，尤其包括控制 器，所述控制器能够构造支撑结构，其中在支撑结构的周围沉积刚性外型，以及在刚性外型 的周围沉积隔离层，所述隔离层在刚性外型与物体之间。在另一种实施方式中，所述刚性外 型可以具有与物体基本相似的强度和弹性。在另一种实施方式中，该控制器能够由造型材 料构造栅格，所述栅格布置在所述支撑结构内。在另一种实施方式中，该控制器能够整体移 开所述支撑结构。在另一种实施方式中，该控制器能够在物体与所述刚性结构之间为所述 隔离层留下空间。在另一种实施方式中，一层或多层隔离层当暴露于辐射时可以保持未固 化的状态。在另一种实施方式中，一层或多层隔离层在辐照时可以部分固化。在另一种实 施方式中，一层或多层隔离层是非平面的。在另一种实施方式中，一个或多个所述隔离结构 层沉积在所选的位置。在另一种实施方式中，该控制器能够构造多个方向指示物，所述指示 物在移开所述支撑结构时指明优先性顺序指令。在另一种实施方式中，该控制器能够在优 选的移开方向上构造具有锥形的所述支撑结构。在另一种实施方式中，该控制器能够在所 述支撑结构上沉积支撑结构指示物。
[0076] 本发明的一种实施方式进一步提供了用于印刷三维物体的装置，尤其包括控制 器，所述控制器能够构造界面层，以及构造界面层指示物，该指示物对至少部分所述界面材 料显示出指示指令。在另一种实施方式中，所述指示物显示在输出设备上。在另一种实施 方式中，所述指示物尤其可以包含拆卸顺序指令。在另一种实施方式中，所述指示物尤其可 以包括可见印刷。
[0077] 本发明的一种实施方式进一步提供了用于印刷三维物体的装置，尤其包括控制 器，所述控制器能够以预定排列，分配多层界面材料层，使得该印刷模具的外壳主要包含造 型材料，并且所述印刷模具的内部主要包含支撑材料。在另一种实施方式中，该控制器能够 在所述支撑材料内构造造型材料的栅格。在另一种实施方式中，该控制器能够固化所述模 具。
[0078] 在本发明的一种实施方式中，界面材料尤其可以包括造型材料、支撑材料，以及它 们的任意组合。
[0079] 在本发明的一种实施方式中，本发明提供了一种假复合材料（pseudo composite material)，所述假复合材料尤其包括第一相和第二相，其中每个相尤其可以包括有机化合 物，其中每个相包括多层结构层，其中所述层是通过喷墨印刷沉积的，其中所述假复合材料 呈现出非均匀的三维结构。
[0080] 在另一种实施方式中，该假复合材料尤其可以进一步包括一个或多个相，其中每 个相包括多层结构层。
[0081] 在一种实施方式中，本发明提供了一种尤其包括假复合材料的三维物体，其中该 假复合材料尤其可以包括第一相和第二相，其中每个相尤其可以包括有机化合物，其中每 个相包括多层结构层，其中所述层是通过喷墨印刷沉积的，其中所述假复合材料呈现出非 均匀的三维结构。
[0082]在另一种实施方式中，该三维物体尤其可以进一步包括一个或多个相，其中每个 相包括多层结构层。
[0083]在另一种实施方式中，该三维物体尤其可以进一步包括一个或多个相，其中每个 相包括多层结构层。
[0084]在另一种实施方式中，该三维物体尤其可以进一步包括用于支撑该三维物体结构 层的多层支撑层。在另一种实施方式中，该支撑层为根据本发明的任意支撑层。
[0085]在另一种实施方式中，该三维物体尤其可以进一步包括用于隔离支撑层的多层隔 离层，其中该隔离层位于支撑层和结构层之间。在另一种实施方式中，该隔离层为根据本发 明的任意隔离层。
[0086]在一种实施方式中，本发明提供了一种制备具有非均匀三维结构的假复合材料的 方法，该方法尤其可以包括步骤：从第一分配器中分配第一相组合物以制备第一相，其中该 第一相尤其可以包括有机化合物；从第二分配器中分配第二相组合物以制备第二相，其中 该第二相尤其可以包括有机化合物，由此沉积多层结构层，固化或硬化第一相组合物和第 二相组合物，由此制备具有非均匀三维结构的假复合材料。
[0087]在另一种实施方式中，所述用于制备具有非均匀三维结构的假复合材料的方法， 尤其可以进一步包括步骤：制备一个或多个相，其中每个相包括多层结构层。
[0088]在另一种实施方式中，所述用于制备具有非均匀三维结构的假复合材料的方法可 以特别地用于制备三维物体。
[0089]在一种实施方式中，本发明提供了一种制备三维物体的方法，该方法尤其可以包 括制备具有非均匀三维结构的假复合材料，该方法尤其可以包括步骤：从第一分配器中分 配第一相组合物以制备第一相，其中该第一相尤其可以包括有机化合物；从第二分配器中 分配第二相组合物以制备第二相，其中该第二相尤其可以包括有机化合物，由此沉积多层 结构层，固化或硬化第一相组合物和第二相组合物，由此制备具有非均匀三维结构的假复 合材料，由此制备三维物体。
[0090]在另一种实施方式中，所述用于制备三维物体的方法尤其可以进一步包括：生成 一个或多个相的步骤，其中每个相包括多层结构层。在另一种实施方式中，所述用于制备 三维物体的方法尤其可以进一步包括：制备用于支撑该三维物体结构层的多层支撑层的步 骤。在另一种实施方式中，所述用于制备三维物体的方法尤其可以进一步包括：制备用于隔 离该支撑层的多层隔离层的步骤，其中该隔离层位于支撑层和结构层之间。
[0091]在本发明的一种实施方式中，至少一层结构层尤其可以包括第一相组合物和第二 相组合物。
[0092]在本发明的一种实施方式中，在沉积一层结构层之后立刻进行固化或硬化。在另 一种实施方式中，在沉积不止一层结构层之后进行固化或硬化。在另一种实施方式中，在沉 积结构层期间进行固化或硬化。在另一种实施方式中，在受控的温度下进行固化。在另一 种实施方式中，该温度高于25 °C。
[0093]在一种实施方式中，本发明提供了用于印刷假复合材料的印刷机，尤其包括能够 制备第一相和第二相的控制器，其中每个第一相和第二相尤其可以包括有机化合物，由此 制备具有非均匀三维结构的假复合材料。在另一种实施方式中，该装置可以进一步包括至 少两个分配器。在另一种实施方式中，该装置可以进一步包括至少三个分配器。在另一种 实施方式中，可以使用不同相的组合。在另一种实施方式中，该装置可以特别地用于制备三 维物体。
[0094] 在本发明的一种实施方式中，第一相与第二相结构上不相同。在另一种实施方式 中，第一相与第二相化学成分不相同。在另一种实施方式中，第一相显不不同于第二相的性 能。
[0095] 在本发明的一种实施方式中，第一相组合物、第二相组合物，或者二者，尤其可以 包括可固化组分，在另一种实施方式中，该可固化组分可以是电子束可固化的、电磁辐射可 固化的、热可固化的，或者它们的任意组合。
[0096] 在本发明的一种实施方式中，第一相组合物、第二相组合物，或者二者，尤其可以 包括第一界面材料，其中该第一相组合物和第二相组合物不相同。在另一种实施方式中，该 第一界面材料为根据本发明的任意第一界面材料。
[0097] 在本发明的一种实施方式中，第一相组合物、第二相组合物，或者二者，尤其可以 包括预定比例的第一界面材料和第二界面材料，其中该第一相组合物和第二相组合物不相 同。在另一种实施方式中，该第一和/或第二界面材料为根据本发明的任意第一和/或第 二界面材料。
[0098] 在本发明的一种实施方式中，第一相组合物、第二相组合物，或者二者，尤其可以 包括根据本发明的适合于构造三维物体的任意组合物。在另一种实施方式中，第一相组合 物、第二相组合物，或者二者，尤其可以包括根据本发明的、适合于在构造三维物体中用作 支撑的任意组合物。
[0099] 在本发明的一种实施方式中，该假复合材料的至少一相可以为连续相。在另一种 实施方式中，至少一相可以为非连续相。
[0100] 在本发明的一种实施方式中，该假复合材料的性能其中可以是各向同性、各向异 性，或者它们的组合。在另一种实施方式中，该性能其中可以是机械性能、热机械性能、光学 性能、声学性能、电学性能或其任意组合。
[0101] 在另一种实施方式中，该假复合材料沿着该材料一个轴线上的机械强度可以高于 该材料沿着该材料另一轴线上的机械强度。
[0102] 在另一种实施方式中，该假复合材料沿着该材料一个轴线上的弹性可以高于该材 料沿着该材料另一轴线上的弹性。
[0103] 在另一种实施方式中，该假复合材料沿着该材料一个轴线上的折射率可以不同于 该材料沿着该材料另一轴线上的折射率。在另一种实施方式中，该材料沿着一个轴线上的 折射率可以不同。
[0104] 具体地，本发明涉及以下方面：
[0105] 1、一种用于印刷三维物体的方法，该方法包括：
[0106] 通过三维印刷装置，沉积界面材料层的第一部分；和
[0107] 沉积所述界面材料层的另一部分，所述另一部分与所述第一部分被间隔隔开，其 中所述第一部分、所述另一部分和所述间隔布置在同一平面内。
[0108] 2、项1的方法，其包括在所述界面材料层内形成一个或多个非连续的片段。
[0109] 3、项1的方法，其包括填充所述间隔。
[0110] 4、项1的方法，其包括在所选的区域中沉积所述部分。
[0111] 5、项1的方法，其包括在另一个平面中沉积另一个层，所述另一个层包括另一个 间隔，当垂直于所述另一个平面观察时所述间隔和所述另一个间隔移位。
[0112] 6、项1的方法，其中所述界面材料选自造型材料、支撑材料，以及它们的任意组 合。
[0113] 7、一种用于印刷三维物体的方法，该方法包括：
[0114] 沉积支撑结构；和
[0115] 在所述支撑结构的周围沉积刚性外型；以及
[0116] 在所述刚性外型的周围沉积隔离结构层，所述隔离结构层在所述刚性外型与物体 之间。
[0117] 8、项7的方法，其中所述刚性外型具有与所述物体基本相似的强度和弹性。
[0118] 9、项7的方法，该方法包括由造型材料构造栅格，所述栅格布置在所述支撑结构 内。
[0119] 10、项7的方法，其包括使所述支撑结构作为单个单元移开。
[0120] 11、项7的方法，其包括在物体与所述刚性结构之间为所述隔离结构层留下空间。
[0121] 12、项7的方法，其中所述隔离结构层当暴露于辐射时保持未聚合的状态。
[0122] 13、项7的方法，其中所述隔离结构层、所述支撑结构层或所述模型结构层在辐照 时部分凝固。
[0123] 14、项7的方法，其中所述模型结构层在辐照时硬化。
[0124] 15、项7的方法，其中所述隔离层是非平面的。
[0125] 16、项7的方法，其包括在所选的位置沉积所述隔离结构层。
[0126] 17、项7的方法，其包括构造多个方向指示物，所述指示物在移开所述支撑结构时 指明优先性指令。
[0127] 18、项7的方法，其包括在优选的移开方向上构造具有锥形的所述支撑结构。
[0128] 19、项7的方法，其包括在所述支撑结构上沉积支撑结构指示物。
[0129] 20、项7的方法，其中所述支撑结构选自造型材料、支撑材料，以及它们的任意组 合。
[0130] 21、项7的方法，其中所述隔离结构层由选自造型材料、支撑材料，以及它们的任 意组合的材料构造。
[0131] 22、一种构造三维物体的方法，该方法包括：
[0132] 沉积界面材料以形成支撑结构；和
[0133] 构造所述界面材料指示物，该指示物显示出至少部分所述支撑结构的优选移开指 令。
[0134] 23、项22的方法，其包括使所述方向指示物显示在输出设备上。
[0135] 24、项22的方法，其中所述指示物包含拆卸指令。
[0136] 25、项22的方法，其中所述指示物包括可见印刷。
[0137] 26、一种物体印刷方法，其包括：以预定排列，分配多层界面材料层以形成铸模，以 使得该模具的外壳主要包含造型材料，并且所述印刷模具的内部主要包含支撑材料。
[0138] 27、项26的方法，其包括在所述支撑材料内构造造型材料的栅格。
[0139] 28、项26的方法，其包括固化所述模具。
[0140] 29、项26的方法，其进一步包括浇铸所述模具的步骤，其中所述步骤包括将所述 物体密封在铸造浆液中，并且通过将所述物体烧断而形成用于铸造的模具。
[0141] 30、项26的方法，其中所述界面材料包括造型材料、支撑材料，以及它们的任意组 合中的一种或多种。
[0142] 31、一种印刷三维物体的装置，其包括：
[0143] 能够沉积界面材料层第一部分，并且能够沉积所述界面材料层另一部分的控制 器，所述另一部分与所述第一部分被间隔隔开，其中所述第一部分、所述另一部分和所述间 隔布置在同一平面内。
[0144] 32、项31的装置，其中所述控制器能够在所述层内形成一个或多个非连续片段。
[0145] 33、项31的装置，其中所述控制器能够填充所述间隔。
[0146] 34、项31的装置，其中所述控制器能够在另一平面上沉积另一层，所述另一层包 括另一个间隔，当垂直于所述另一平面观察时所述间隔和所述另一个间隔移位。
[0147] 35、项31的装置，其中所述控制器能够沉积另一移位的层。
[0148] 36、一种印刷三维物体的装置，其包括：
[0149] 能够构造支撑结构的控制器，其中在支撑结构的周围构造刚性外型，以及在刚性 外型的周围构造隔离层，所述隔离层在所述刚性外型与该物体之间。
[0150] 37、项36的装置，其中所述刚性外型具有与所述物体基本相似的强度和弹性。
[0151] 38、项36的装置，其中所述控制器能够由造型材料构造栅格，所述栅格布置在所 述支撑结构内。
[0152] 39、项36的装置，其中所述控制器能够使所述支撑结构作为整体移开。
[0153] 40、项36的装置，其中所述控制器能够在物体与所述支撑结构之间为所述隔离层 留下空间。
[0154] 41、项36的装置，其中所述一层或多层隔离层当暴露于辐射时保持未聚合的状 态。
[0155] 42、项36的装置，其中所述一层或多层隔离层在辐照时部分硬化。
[0156] 43、项36的装置，其中所述一层或多层隔离层是非平面的。
[0157] 44、项36的装置，其中所述一个或多个所述隔离结构层沉积在所选的位置。
[0158] 45、项36的装置，其中所述控制器能够构造多个方向指示物，所述指示物在至少 部分所述隔离层的移开时指明优先指令。
[0159] 46、项36的装置，其中所述控制器能够在优选的移开方向上构造具有锥形的所述 支撑结构。
[0160] 47、项36的装置，其中所述控制器能够在所述支撑结构上沉积支撑结构指示物。
[0161] 48、项36的装置，其中所述支撑结构选自于造型材料、支撑材料，以及它们的任意 组合。
[0162] 49、一种用于印刷三维物体的装置，其包括：
[0163] 能够构造界面层和构造界面层指示物的控制器，该指示物显示出至少部分所述界 面材料的指令。
[0164] 50、项49的装置，其中所述指示物显示在输出设备上。
[0165] 51、项49的装置，其中所述指示物包含拆卸顺序指令。
[0166] 52、项49的装置，其中所述指示物包括可见印刷。
[0167] 53、一种用于印刷三维物体的装置，其包括：
[0168] 控制器，所述控制器能够以预定排列，分配多层界面材料层以形成铸模，使得这种 模具的外壳主要包含造型材料，并且所述印刷模具的内部主要包含支撑材料。
[0169] 54、项53的装置，其中所述控制器能够在所述支撑材料内构造造型材料的栅格。
[0170] 55、项53的装置，其中所述控制器能够固化所述模具。
[0171] 56、项53的装置，其中所述控制器进一步能够铸造所述模具。
[0172] 57、项53的装置，其中所述界面材料包括造型材料、支撑材料或其任意组合中的 一种或多种。
[0173] 58、一种假复合材料，所述假复合材料包括第一相和第二相，其中每个相包括有机 化合物，其中每个相包括多层结构层，其中所述层是通过喷墨印刷沉积的，其中所述假复合 材料呈现出非均匀的三维结构。
[0174] 59、项58的假复合材料，其中所述第一相与所述第二相结构上不相同。
[0175] 60、项58的假复合材料，其中所述第一相与所述第二相化学成分不相同。
[0176] 61、项58的假复合材料，其中所述第一相显示不同于所述第二相的性能。
[0177] 62、项58的假复合材料，其中通过分配第一相组合物来制备所述第一相，并且通 过分配第二相组合物来制备所述第二相。
[0178] 63、项62的假复合材料，其中所述第一相组合物、所述第二相组合物，或者二者， 包括可固化组分。
[0179] 64、项63的假复合材料，其中所述可固化组分为电子束可固化的、电磁辐射可固 化的、热可固化的，或者它们的任意组合。
[0180] 65、项62的假复合材料，其中所述第一相组合物、所述第二相组合物，或者二者， 包括第一界面材料，其中所述第一相组合物和所述第二相组合物不相同。
[0181] 66、项62的假复合材料，其中所述第一相组合物、所述第二相组合物，或者二者， 包括预定比例的第一界面材料和第二界面材料，其中所述第一相组合物和所述第二相组合 物不相同。
[0182] 67、项58的假复合材料，其中至少一个相为连续相。
[0183] 68、项58的假复合材料，其中至少一个相为非连续相。
[0184] 69、项58的假复合材料，其中所述材料的性能是各向同性性能、各向异性性能，或 者它们的组合。
[0185] 70、项69的假复合材料，其中所述性能是机械性能、热机械性能、光学性能、声学 性能、电学性能或其任意组合。
[0186] 71、项69的假复合材料，其中所述假复合材料沿着所述材料一个轴线上的机械强 度高于所述材料沿着所述材料另一轴线上的机械强度。
[0187] 72、项58的假复合材料，其中所述假复合材料沿着所述材料一个轴线上的弹性， 高于所述材料沿着所述材料另一轴线上的弹性。
[0188] 73、项58的假复合材料，其中所述假复合材料沿着所述材料一个轴线上的折射 率，不同于所述材料沿着所述材料另一轴线上的折射率。
[0189] 74、项58的假复合材料，其中所述材料沿着一个轴线上的折射率不同。
[0190] 75、项58的假复合材料，其进一步包括一个或多个相，其中每个相包括多层结构 层。
[0191] 76、一种三维物体，其包括依据项58的假复合材料。
[0192] 77、项76的三维物体，其进一步包括一个或多个相，其中每个相包括多层结构层。
[0193] 78、项76的三维物体，其进一步包括用于支撑所述三维物体结构层的多层支撑 层。
[0194] 79、项78的三维物体，其进一步包括用于隔离所述支撑层的多层隔离层，其中所 述隔离层位于所述支撑层和所述结构层之间。
[0195] 80、一种制备具有非均匀三维结构的假复合材料的方法，所述方法包括步骤：
[0196] 从第一分配器中分配第一相组合物以制备第一相，其中所述第一相包括有机化合 物；
[0197] 从第二分配器中分配第二相组合物以制备第二相，其中所述第二相包括有机化合 物；
[0198] 由此沉积多层结构层；和
[0199] 固化或硬化所述第一相组合物和所述第二相组合物；
[0200] 由此制备具有非均匀三维结构的假复合材料。
[0201] 81、项80的方法，其进一步包括步骤：制备一个或多个相，其中每个相包括多层结 构层。
[0202] 82、项80的方法，其中至少一层结构层包括所述第一相组合物和所述第二相组合 物。
[0203] 83、项80的方法，其中在沉积一层结构层之后立刻进行所述固化或硬化。
[0204] 84、项80的方法，其中在沉积不止一层结构层之后进行所述固化或硬化。
[0205] 85、项80的方法，其中在沉积所述结构层期间进行所述固化或硬化。
[0206] 86、项80的方法，其中在受控的温度下进行所述固化或硬化。
[0207] 87、项86的方法，其中所述温度高于25°C。
[0208]88、项80的方法，其中所述第一相与所述第二相结构上不相同。
[0209] 89、项80的方法，其中所述第一相与所述第二相化学成分不相同。
[0210] 90、项80的方法，其中所述第一相显示不同于所述第二相的性能。
[0211] 91、项80的方法，其中所述第一相组合物和所述第二相组合物包含可固化组分。
[0212] 92、项91的方法，其中所述可固化组分为电子束可固化的、电磁辐射可固化的、热 可固化的，或者它们的任意组合。
[0213] 93、项80的方法，其中所述第一相组合物、所述第二相组合物，或者二者，包括第 一界面材料，其中所述第一相组合物和所述第二相组合物不相同。
[0214] 94、项80的方法，其中所述第一相组合物、所述第二相组合物，或者二者，包括预 定比例的第一界面材料和第二界面材料，其中所述第一相组合物和所述第二相组合物不相 同。
[0215] 95、项80的方法，其中至少一个相为连续相。
[0216] 96、项80的方法，其中至少一个相为非连续相。
[0217] 97、项80的方法，其中所述假复合材料的性能是各向同性性能、各向异性性能，或 者它们的组合。
[0218] 98、项97的方法，其中所述性能是机械性能、热机械性能、光学性能、声学性能、电 学性能或其任意组合。
[0219] 99、项80的方法，其中所述假复合材料沿着所述材料一个轴线上的机械强度，高 于所述材料沿着所述材料另一轴线上的机械强度。
[0220] 100、项80的方法，其中所述假复合材料沿着所述材料一个轴线上的弹性，高于所 述材料沿着所述材料另一轴线上的弹性。
[0221] 101、项80的方法，其进一步包括步骤：制备一个或多个相，其中每个相包含多层 结构层。
[0222] 102、项80的方法，其用于制备三维物体。
[0223] 103、项102的方法，其进一步包括步骤：制备一个或多个相，其中每个相包含多层 结构层。
[0224] 104、项102的方法，其进一步包括步骤：制备用于支撑所述三维物体的所述结构 层的多层支撑层。
[0225] 105、项104的方法，其进一步包括步骤：制备用于隔离所述支撑层的多层隔离层， 其中所述隔离层位于所述支撑层和所述结构层之间。
[0226] 106、一种能够印刷假复合材料的三维印刷机，所述印刷机包括：能够制备第一相 和第二相的控制器，其中所述第一相和所述第二相包含有机化合物，由此制备具有非均匀 三维结构的假复合材料。
[0227] 107、项106的印刷机，其中所述第一相与所述第二相结构上不相同。
[0228] 108、项106的印刷机，其中所述第一相与所述第二相化学成分不相同。
[0229] 109、项106的印刷机，其中所述第一相显示不同于所述第二相的性能。
[0230] 110、项106的印刷机，其中通过分配第一相组合物来制备所述第一相，并且通过 分配第二相组合物来制备所述第二相。
[0231] 111、项106的印刷机，其中所述第一相组合物、所述第二相组合物，或者二者，包 含可固化组分。
[0232] 112、项111的印刷机，其中所述可固化组分为电子束可固化的、电磁辐射可固化 的、热可固化的，或者它们的任意组合。
[0233] 113、项110的印刷机，其中所述第一相组合物、所述第二相组合物，或者二者，包 括第一界面材料，其中所述第一相组合物和所述第二相组合物不相同。
[0234] 114、项110的印刷机，其中所述第一相组合物、所述第二相组合物，或者二者，包 括预定比例的第一界面材料和第二界面材料，其中所述第一相组合物和所述第二相组合物 不相同。
[0235] 115、项106的印刷机，其中至少一个相为连续相。
[0236] 116、项106的印刷机，其中至少一个相为非连续相。
[0237] 117、项106的印刷机，其中所述材料的性能是各向同性性能、各向异性性能，或者 它们的组合。
[0238] 118、项117的印刷机，其中所述性能是机械性能、热机械性能、光学性能、声学性 能、电学性能或其任意组合。
[0239] 119、项106的印刷机，其中所述假复合材料沿着所述材料一个轴线上的机械强度 高于所述材料沿着所述材料另一轴线上的机械强度。
[0240] 120、项106的印刷机，其中所述假复合材料沿着所述材料一个轴线上的弹性高于 所述材料沿着所述材料另一轴线上的弹性。
[0241] 121、项106的印刷机，其中所述假复合材料沿着所述材料一个轴线上的折射率不 同于所述材料沿着所述材料另一轴线上的折射率。
[0242] 122、项106的印刷机，其中所述材料沿着一个轴线上的折射率不同。
[0243] 123、项106的印刷机，其进一步包括一个或多个相，其中每个相包括多层结构层。
[0244] 124、项106的印刷机，其中可以使用不同相的组合。
【专利附图】
【附图说明】
[0245] 通过以下详细描述以及结合附图，将更全面地理解和评价本发明，其中附图：
[0246] 图1为三维印刷系统实施方式的示意图；
[0247] 图2为根据本发明实施方式构造的三维物体的前视图；和
[0248] 图3为通过三维印刷来制备三维物体的方法的实施方式示意图；
[0249] 图4A为根据本发明一些实施方式的印刷盘和印刷物体的示意图；
[0250] 图4B为根据本发明实施方式的印刷物体的示意图；
[0251] 图4C?4D为根据本发明实施方式的3-D印刷示例性方法的流程图；
[0252] 图5A为根据本发明实施方式的印刷用于3-D物体的支撑结构的示例性方法的流 程图；
[0253] 图5B为根据本发明实施方式的具有刚性外壳的支撑结构的示意图；
[0254] 图5C?为根据本发明一些实施方式的印刷物体和相关隔离层的示意图；
[0255] 图5E为根据本发明实施方式的具有移开指示物的所印刷物体的示意图；
[0256] 图5F为根据本发明实施方式的使用指示物的3-D印刷示例性方法的流程图；
[0257] 图5G为根据本发明实施方式的具有锥形边的支撑结构的示意图；
[0258] 图5H为根据本发明实施方式的使用具有锥形边的支撑结构的3-D印刷方法的流 程图；
[0259] 图6A为根据本发明实施方式的3-D印刷示例性方法的流程图；
[0260] 图6B为根据本发明实施方式的具有刚性外壳和刚性内栅格的支撑结构的示意 图；
[0261] 图7为根据本发明实施方式的交替XY-平面层的PCM的示意图：一个层是由一种 光聚合物组合物（A和C的组合）制成的；并且另一层是由另一种光聚合物组合物（B和C 的组合）制成的。
[0262] 图8为根据本发明实施方式的交替XZ-平面层的PCM的示意图：每个模具结构层 是由连续组合的光聚合物组合物（A和B)制成的。
[0263] 图9为根据本发明一种实施方式的具有高强度光聚合物强化件的弹性连续相模 具的PCM的示意图：该高强度光聚合物（非连续相，B)构造成柱状，其周围为弹性光聚合物 (连续相，A);和
[0264] 图10为根据本发明实施方式的非弹性连续相模具的示意图：该弹性光聚合物可 以构成为微小的弹性区域（如连续相，A)，其周围为非弹性光聚合物（如非连续相，B)。
【具体实施方式】
[0265] 以下将对本发明进行描述，以使本领域的普通技术人员能够根据特定应用及其要 求的情境所规定来实现和利用本发明。对于本领域的普通技术人员来说，对所述实施方式 的各种改进将是显而易见的，并且本文中所定义的一般规则也可以应用于其它实施方式 中。因此，本发明并不旨在受限于所示和所述的特定实施方式，而是符合与本文中所披露的 原理和新特征相一致的最宽范围。换句话说，并未详细描述公知的方法、工序和组分，而并 不会使得本发明不清楚。
[0266] 本发明实施方式涉及用于制备三维物体的组合物，和涉及在三维物体制备中用作 支撑和/或隔离材料的组合物。本发明实施方式进一步涉及使用上述组合物通过三维印刷 来制备三维物体的方法；和涉及通过该方法获得的三维物体。
[0267] 所述用于制备三维物体的组合物，尤其可以包括：至少一种反应性组分、至少一种 光引发剂、至少一种表面活性剂和至少一种稳定剂。该组合物可以配制成与喷墨印刷机使 用相容，并且在室温下粘度大于50cps。
[0268] 所述在三维物体制备中用作支撑和/或第二界面材料的组合物，尤其可以包括： 至少一种非反应性的且低毒的组分、至少一种表面活性剂和至少一种稳定剂。该组合物进 一步可以含有至少一种反应性组分和至少一种光引发剂。该组合物可以配制成与喷墨印刷 机使用相容，并且在室温下粘度大于50cps。
[0269] 下面将进一步详细地描述该组合物。
[0270] 根据本发明的实施方式的三维物体，例如可以使用与美国专利申请 09/412, 618(受让给本申请受让人的，在此将其引入作为参考）实施方式相类似的三维印 刷系统来构造，但是也可以使用其它合适的三维印刷机。本文中参考图1，示出了三维印刷 系统。图1为三维印刷系统（附图标记10)的示意图，其包括一个或多个印刷头（附图标 记12)、和至少两个分配器（附图标记为14,且分别为14a和14b);分配器分别含有界面材 料（附图标记为16,分别为16a和16b)。也可以使用其它组分和组分的其它组。
[0271] 印刷头12具有多个喷墨型喷嘴18,通过这些喷嘴将界面材料16a和16b喷射。在 本发明的一种实施方式中，第一分配器14a与第一组喷嘴（附图标记18a)相连，并且第二 分配器14b与第二组喷嘴（附图标记18b)相连。因此，通过喷嘴18a喷射第一界面材料 16a，并且通过喷嘴18b喷射第二界面材料16b。可供选择地，在另一实施方式（未示出） 中，三维印刷系统可以包括至少两个印刷头。第一印刷头与第一分配器14a相连，并且用于 喷射第一界面材料16a ;和第二印刷头与第二分配器14b相连，并且用于喷射第二界面材料 16b〇
[0272] 该三维印刷系统10进一步包括控制器10、计算机辅助设计（CAD)系统22、固化单 元24、和任选地定位装置26。控制器20连接于CAD系统22、固化单元24、定位装置26、印 刷头12和每个分配器14。也可以通过所显示之外的其它单元来进行控制，例如一种或多种 单独的单元。
[0273] 所制备的三维物体（28)由多个层构成，各层的厚度通常通过选择地调节每个喷 墨喷嘴18的输出来控制。
[0274] 通过结合或混合来自于每个分配器的材料，其中每个分配器含有具有不同硬度的 界面材料，可以调节和控制形成所制备的三维物体的材料的硬度。因此，通过混合分别从每 个分配器输出的第一和第二界面材料，可以制备具有不同弹性模量和不同强度的三维物体 的不同部件。
[0275] 本文中所使用的术语"强度"，其用作与指示界面材料中弹性模量差别相关的术 语。材料强度例如可以通过参考其弹性模量来描述，弹性模量可以定义为："依据胡克定律 (Hooke' s law)，对于弹性变形的材料，在给定载荷情形下应力与其相应应变的比值"。
[0276] 根据本发明的一种实施方式，第一分配器14a含有第一界面材料16a (下文中称为 "第一界面材料"或"第一组合物"），并且第二分配器14b含有第二界面材料16b (下文中称 为"第二界面材料"或"第二组合物"）。第一界面材料的弹性模量和强度与第二界面材料 的弹性模量和强度不同（或者更硬）。通过混合第一界面材料和第二界面材料，可以制成 具有不同弹性模量和不同强度的三维物体的不同层，例如如本文中所定义的造型或"结构" 层（另外也称为造型结构）、支撑层（另外也称为支撑结构）和隔离层（另外也成为隔离结 构）。根据本发明的实施方式，依据将被印刷的三维物体的要求，在印刷过程期间通过该装 置沉积的每层材料，可以包括造型结构（model construction)、支撑结构和/或隔离结构 的组合。因此，当本文中提及结构层、支撑层和/或隔离层时，这些层中的任一或全部可以 是在印刷过程期间通过该印刷装置所印刷的部件或包括单一整体"层"的多个部件。
[0277] 例如，混合第一界面材料和第二界面材料形成多层结构层，该结构层定义为构成 三维物体的层。本文中所使用的"多个"指的是1或更大的数。
[0278] 进一步，混合第一界面材料和第二界面材料可以形成多层支撑层，该支撑层定义 为支撑三维物体，但不构成三维物体的层。
[0279] 进一步，混合第一界面材料和第二界面材料可以形成多层隔离层，该隔离层定义 为用于将层（如支撑层）与三维物体隔开的层（其不构成三维物体）。该隔离层通常比结 构层和支撑层的弹性模量和强度更低。
[0280] 在本发明的一种实施方式中，将支撑层设计成与结构层基本上一致，并且因此具 有与结构层基本上相同的弹性模量和基本上相同的强度。以这种方式，该结构层形成芯，并 且该支撑层类似于该芯的阴印刷（negative printing)。该隔离层位于结构层和支撑之间， 并且用于将结构层与支撑层隔开。
[0281] 在本发明的已知实施方式中，该支撑层比结构层的弹性模量和强度低。该支撑层 可以通过利用它们较脆弱的性能从该结构层中分离开，其将在下面详细描述。可供选择地， 可以通过将隔离层放置在结构层和支撑层之间，将支撑层从结构层上分离。
[0282] 为了更清楚地定义本发明，本文中参考了图2,其为玻璃杯（附图标记通常为30) 的三维模型。这种三维模型是使用图1喷墨印刷系统而印刷的，其通过混合第一界面材料 和第二界面材料以形成多层结构层32,所述多层结构层构成玻璃杯30。
[0283] 玻璃杯30的结构层32需要被外部支撑，例如在区域34中。更进一步，在印刷期 间需要形成内部空隙（internal void)(附图标记36)。因此，通过混合第一界面材料和第 二界面材料而形成的多层支撑层38被印刷出来。
[0284] 更进一步，第一界面材料和第二界面材料的组合形成了多层隔离层40。在本发明 的一种实施方式中，隔离层40位于结构层32和支撑层38之间。通常，隔离层40的弹性模 量不同于（更低于）支撑层38和结构层32的弹性模量。因此，隔离层40可以用于将支撑 层38与结构层32隔开。
[0285]以下将详细描述的本发明，尤其提供适合用作第一界面材料和第二界面材料的组 合物。
[0286]特别地设计和配制本发明实施方式的第一界面材料和第二界面材料，以通过使用 三维印刷构造三维物体。因此，根据本发明的实施方式，第一界面材料和第二界面材料分别 具有在室温下的第一粘度，和具有在第二温度下与喷墨印刷机相容的第二粘度，其可以是 相同的或不同的，其中第二温度高于室温，室温定义为约20?30°C。
[0287]在本发明的一种实施方式中，将第一和第二界面材料设计成在室温（其定义为约 20?30°C)下具有增加的粘度。在另一种实施方式中，第一和第二界面材料在室温下粘度 大于50cps，在另一种实施方式中，该粘度可以在80?300cps之间。在另一种实施方式中， 第一和第二界面材料在室温下粘度可以为约300cps。
[0288]在本发明的一种实施方式中，第一界面材料和第二界面材料具有第二温度下与喷 墨印刷相容的第二粘度，所述第二温度可高于室温。在另一种实施方式中，与喷墨印刷相容 的组合物可以在印刷温度下具有低粘度（例如，低于20cps)，以在印刷中适当起作用。在 另一种实施方式中，第一界面材料和第二界面材料在加热时具有优选低于20cps的粘度， 其能够在加热下构造三维物体。在本发明的一种实施方式中，通常用于构造三维模型的温 度高于60°C。在另一种实施方式中，该温度可以是约85°C。在本发明的一种实施方式中， 第一和第二界面材料在高于60°C的温度下可以具有8?15cps的粘度。在另一种实施方式 中，第一和第二界面材料在约85°C的温度下可以具有Ilcps的粘度。
[0289] 由于具有这种粘度，可以将本发明实施方式中的第一和第二界面材料与用于喷墨 印刷的现有技术制剂区别开来，现有技术制剂在室温下具有低粘度，且通常在室温下进行 印刷。对于三维物体来说，室温下的高粘度是所期望的性能，这是现有技术制剂中缺少的特 征。当然，其它实施方式可以具有其它粘度。
[0290] 第一界面材料
[0291]第一界面材料（通常为造型材料）是一种适用于构造三维物体的组合物。可以配 制该组合物，以在固化之后得到固体材料。在一种实施方式中，本发明描述了在固化之后形 成固体材料的组合物，其具有的机械性能容许构造和处理这种三维物体。在另一种实施方 式中，本发明提供了固化后形成类似固体弹性体材料的组合物，其具有的机械性能容许构 造和处理这种三维物体。
[0292]本发明的一种实施方式提供了一种第一界面材料，该第一界面材料尤其可以包括 至少一种反应性组分、至少一种光引发剂、至少一种表面活性剂和至少一种稳定剂。
[0293]本发明的一种实施方式提供了一种适用于构造三维物体的组合物，该组合物尤 其可以包括具有官能团的可固化组分（其中如果官能团为可聚合反应性官能团时，那么 该官能团为（甲基）丙烯酸类官能团）；光引发剂；表面活性剂和稳定剂；其中该组合 物具有第一温度下约50?500cps的第一粘度，其中该第一温度为环境温度（ambient temperature);并且具有第二温度下低于20cps的第二粘度,其中该第二温度高于第一温 度；其中在固化之后该组合物形成固体形式。
[0294]在本发明的一种实施方式中，该第一温度为室温。在另一种实施方式中，该室温在 20?30°C之间。在另一种实施方式中，该第一温度为环境温度。在另一种实施方式中，环 境温度在10?40°C之间。在另一种实施方式中，环境温度在15?35°C之间。在另一种实 施方式中，环境温度在20?30°C之间。
[0295] 在本发明的一种实施方式中，该第二温度高于40°C。在另一种实施方式中，该第二 温度高于50°C。在另一种实施方式中，该第二温度高于60°C。在另一种实施方式中，该第 二温度高于70°C。
[0296] 在本发明的一种实施方式中，该可固化组分为能够进行聚合的反应性组分。在本 发明的一种实施方式中，该可固化组分可以为（甲基）丙烯酸（酯）单体、（甲基）丙烯酸 (酯）低聚物、（甲基）丙烯酸（酯）交联剂，或者它们的任意组合。
[0297] 在本发明的一种实施方式中，该可固化组分可以是单官能单体和双官能低聚物的 组合。
[0298] 在本发明的一种实施方式中，单官能单体为高玻璃化转变温度的单官能单体。在 另一种实施方式中，双官能低聚物为低玻璃化转变温度的双官能低聚物。术语"玻璃化转变 温度（Tg) "定义为聚合物由硬和脆变为软和柔韧材料时的温度。
[0299] 在本发明的一种实施方式中，单官能单体的玻璃化转变温度可以高于60°C。在另 一种实施方式中，单官能单体的玻璃化转变温度可以高于70°C。在另一种实施方式中，单官 能单体的玻璃化转变温度可以为70?IKTC
[0300]在本发明的一种实施方式中，双官能低聚物的玻璃化转变温度可以低于40°C。在 另一种实施方式中，双官能低聚物的玻璃化转变温度可以低于30°C。在另一种实施方式中， 双官能低聚物的玻璃化转变温度可以为20?30°C。
[0301] 在本发明的一种实施方式提供了一种组合物，其中单官能单体的玻璃化转变温度 高于70°C，并且其中双官能低聚物的玻璃化转变温度低于40°C。
[0302] 在本发明的一种实施方式中，该组合物可以包括至少20%高玻璃化转变温度的单 官能单体。在另一种实施方式中，该组合物可以包括至少30%高玻璃化转变温度的单官能 单体。在另一种实施方式中，该组合物可以包括至少40%高玻璃化转变温度的单官能单体。 在另一种实施方式中，该组合物可以包括20?40%高玻璃化转变温度的单官能单体。在另 一种实施方式中，该组合物可以包括30?60%高玻璃化转变温度的单官能单体。
[0303] 在本发明的一种实施方式中，该组合物可以包括约20%低玻璃化转变温度的双官 能低聚物。在另一种实施方式中，该组合物可以包括约40%低玻璃化转变温度的双官能低 聚物。在另一种实施方式中，该组合物可以包括20?40%低玻璃化转变温度的双官能低聚 物。在另一种实施方式中，该组合物可以包括至少20%低玻璃化转变温度的双官能低聚物。 在另一种实施方式中，该组合物可以包括不大于40%低玻璃化转变温度的双官能低聚物。
[0304] 在本发明的一种实施方式中，该组合物可以包括至少40%高玻璃化转变温度的单 官能单体和至少20%低玻璃化转变温度的双官能低聚物。
[0305] 在本发明的一种实施方式中，该组合物可以包括至少20%高玻璃化转变温度的单 官能单体和不超过40%低玻璃化转变温度的双官能低聚物。
[0306] 丙烯酸（酯）单体为一种官能丙烯酸酯化的分子，例如其可以为丙烯酸和甲基丙 烯酸的酯。单体可以是单官能的或多官能的（例如双官能、三官能、四官能、和其它）。根据 本发明的实施方式，丙烯酸（酯）单官能单体的实例为丙烯酸苯氧基乙酯，其由Sartomer 以商品名SR-339销售。丙烯酸（酯）双官能单体的实例为丙氧基化（2)新戊二醇二丙烯 酸酯，其由Sartomer以商品名SR-9003销售。
[0307] 丙烯酸（酯）低聚物为官能丙烯酸酯化的分子，例如其可以为丙烯酸和甲基 丙烯酸的聚酯。丙烯酸（酯）低聚物的其它实例为氨基甲酸酯丙烯酸酯类（urethane acrylates)和氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯类（urethane methacrylates)。氨基甲酸酯丙烯 酸酯是由脂肪族或芳族或环脂肪族二异氰酸酯或多异氰酸酯与含羟基的丙烯酸酯制备的。 实例为由Cognius以商品名Photomer-6010销售的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物。
[0308] 丙烯酸（酯）交联剂为可以提供增强的交联密度的分子。这种树脂的实例为双三 轻甲基丙烧四丙烯酸酯（Ditrimethylolpropane Tetra-acrylate, DiTMPTTA)、季戊四醇四 丙烯酸酯（TETTA)、双季戊四醇五丙烯酸酯（DiPEP)。在本发明的一种实施方式中，该组合 物尤其可以进一步包括可固化组分，该可固化组分为具有一个或多个环氧取代基的分子、 具有一个或多个乙烯基醚取代基的分子、乙烯基己内酰胺、乙烯基吡咯烷酮，或者它们的任 意组合。在本发明的一种实施方式中，该组合物尤其可以进一步包括乙烯基己内酰胺。也 可以使用其它可固化组分。
[0309] 第一界面材料也可以包括可固化组分，例如该可固化组分为具有一个或多个乙烯 基醚取代基的分子。在本发明的一种实施方式中，包括具有一个或多个乙烯基醚取代基的 分子的组分的浓度为10?30%。在另一种实施方式中，该浓度为15?20%。在另一种实施 方式中，该浓度为15%。当然，可以使用其它浓度、和其它范围。至少具有乙烯基醚基团的常 规乙烯基醚单体和低聚物是适用的。乙烯基醚的实例为乙基乙烯基醚、丙基乙烯基醚、异丁 基乙烯基醚、环己基乙烯基醚、2-乙基己基乙烯基醚、丁基乙烯基醚、乙二醇单乙烯基醚、二 甘醇二乙烯基醚、丁二醇二乙烯基醚、己二醇二乙烯基醚、环己烷二甲醇单乙烯基醚等。根 据本发明的实施方式，乙烯基醚的实例为1，4-环己烷二甲醇二乙烯基醚，其由ISP以商品 名CHVE销售。
[0310] 在本发明的一种实施方式中，该第一界面材料也可以包括可固化组分，该可固化 组分为具有一个或多个环氧取代基的分子。在本发明的一种实施方式中，可以使用具有至 少一个环氧乙烷部分的常规环氧单体和低聚物。合适的含环氧的分子的非限定性实例示于 下表1中（注释：对于合适的材料也可以使用其它供应商）。
[0311] 表1:含环氧基的可可固化组分
[0312] CN 104275798 A IXm ~? 22/50 页
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【权利要求】
1. 一种用于印刷三维物体的方法，该方法包括： 通过三维印刷装置，沉积界面材料层的第一部分；和 沉积所述界面材料层的另一部分，所述另一部分与所述第一部分被间隔隔开，其中所 述第一部分、所述另一部分和所述间隔布置在同一平面内。
2. -种用于印刷三维物体的方法，该方法包括： 沉积支撑结构；和 在所述支撑结构的周围沉积刚性外型；以及 在所述刚性外型的周围沉积隔离结构层，所述隔离结构层在所述刚性外型与物体之 间。
3. -种构造三维物体的方法，该方法包括： 沉积界面材料以形成支撑结构；和 构造所述界面材料指示物，该指示物显示出至少部分所述支撑结构的优选移开指令。
4. 一种物体印刷方法，其包括：以预定排列，分配多层界面材料层以形成铸模，以使得 该模具的外壳主要包含造型材料，并且所述印刷模具的内部主要包含支撑材料。
5. -种印刷三维物体的装置，其包括： 能够沉积界面材料层第一部分，并且能够沉积所述界面材料层另一部分的控制器，所 述另一部分与所述第一部分被间隔隔开，其中所述第一部分、所述另一部分和所述间隔布 置在同一平面内。
6. -种印刷三维物体的装置，其包括： 能够构造支撑结构的控制器，其中在支撑结构的周围构造刚性外型，以及在刚性外型 的周围构造隔离层，所述隔离层在所述刚性外型与该物体之间。
7. -种用于印刷三维物体的装置，其包括： 能够构造界面层和构造界面层指示物的控制器，该指示物显示出至少部分所述界面材 料的指令。
8. -种用于印刷三维物体的装置，其包括： 控制器，所述控制器能够以预定排列，分配多层界面材料层以形成铸模，使得这种模具 的外壳主要包含造型材料，并且所述印刷模具的内部主要包含支撑材料。
9. 一种假复合材料，所述假复合材料包括第一相和第二相，其中每个相包括有机化合 物，其中每个相包括多层结构层，其中所述层是通过喷墨印刷沉积的，其中所述假复合材料 呈现出非均匀的三维结构。
10. -种能够印刷假复合材料的三维印刷机，所述印刷机包括：能够制备第一相和第 二相的控制器，其中所述第一相和所述第二相包含有机化合物，由此制备具有非均匀三维 结构的假复合材料。
【文档编号】B29CGK104275798SQ201410160191
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2004年11月28日 优先权日:2003年12月3日
【发明者】埃杜阿多.纳帕登斯基, 伊莱休.M.克里奇曼, 阿维.科恩 申请人:斯特拉特西斯有限公司