本發(fā)明涉及三維成型設(shè)備和三維成型方法。

背景技術(shù)：

形成三維結(jié)構(gòu)的多種不同方法已為公眾所熟知。例如，在稱為快速成型的技術(shù)中，基于將三維結(jié)構(gòu)的表面描述為三角形多邊形的集合的標(biāo)準(zhǔn)三角化語言(stl)格式的數(shù)據(jù)，計(jì)算沿著三維結(jié)構(gòu)的層疊方向切割的截面形狀，并且按照該截面形狀形成各層，從而形成三維結(jié)構(gòu)。

作為形成三維結(jié)構(gòu)的方法，有噴射法、噴射粘結(jié)法、光學(xué)加工法(sl：立體平版印刷術(shù))、熔化沉積法(fdm：熔融沉積造型)、粉末燒結(jié)法(sls：選擇性激光燒結(jié))等等。

在噴射法中，重復(fù)進(jìn)行用于通過從噴射頭向制模平臺(tái)選擇性地噴射造型材料(比如光可固化樹脂)并且通過固化造型材料來形成造型材料層的處理，以層疊多個(gè)造型材料層，從而形成三維結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，在噴射法中，要為制模平臺(tái)供應(yīng)在形成三維結(jié)構(gòu)期間支撐造型材料的支撐材料。在存在突出懸空部分(即，向外張開部分)的情況下，在三維結(jié)構(gòu)中，支撐材料主要用來在完成三維結(jié)構(gòu)的形成之前支撐突出懸空部分，并且會(huì)在完成三維結(jié)構(gòu)的形成之后被除去。更進(jìn)一步地，支撐材料不僅用于支撐突出懸空部分，而且在三維結(jié)構(gòu)為具有幾乎垂直的表面的形狀(比如立方體)的情況下，還可以用于通過防止該表面下滴來保護(hù)該表面。而且，在三維結(jié)構(gòu)成型時(shí)使用uv固化造型材料的方法的情況下，支撐材料也被用于覆蓋和保護(hù)造型材料，以防止成型完成部分因受到uv光過度照射而質(zhì)量下降。

作為形成三維結(jié)構(gòu)的技術(shù)，jp-a-2015-123687公開了一種形成結(jié)構(gòu)的方法，包括噴射用來形成結(jié)構(gòu)的造型材料和用來形成造型材料支架的支撐材料的處理，其中造型材料和支撐材料是如此噴射的：使得著落在噴射對(duì)象上的造型材料的密度大于著落在該噴射對(duì)象上的支撐材料的密度。

jp-a-2012-96430公開了一種三維成型設(shè)備，在該設(shè)備中，在沿著至少一個(gè)方向進(jìn)行掃描的同時(shí)將最終被形成為結(jié)構(gòu)的造型材料以及用來支撐造型材料的突出懸空部分并最終會(huì)被除去的支撐材料噴射到成型板上，重復(fù)進(jìn)行固化造型材料和支撐材料的操作，以形成在高度方向上具有預(yù)定厚度的切片，并且沿著高度方向?qū)⑦@些切片層疊起來，從而形成結(jié)構(gòu)，該設(shè)備包括：造型材料噴射單元，在其中沿著一個(gè)方向分別布置用于放置結(jié)構(gòu)的多個(gè)成型板、用于噴射造型材料的多個(gè)造型材料噴嘴和用于噴射支撐材料的多個(gè)支撐材料噴嘴；固化單元，用于固化造型材料和支撐材料；頭單元，其配備有造型材料噴射單元和固化單元；水平驅(qū)動(dòng)單元，用于沿著水平方向往復(fù)掃描頭單元；垂直驅(qū)動(dòng)單元，用于沿著高度方向移動(dòng)成型板與頭單元之間的相對(duì)位置；和控制單元，用于控制水平驅(qū)動(dòng)單元和垂直驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)，并且用于控制造型材料通過造型材料噴射單元的噴射以及造型材料和支撐材料通過固化單元進(jìn)行的固化，其中控制單元使得水平驅(qū)動(dòng)單元能夠沿著一個(gè)方向往復(fù)掃描頭單元，使得造型材料噴射單元能夠?qū)⒃煨筒牧虾椭尾牧蠂娚涞匠尚桶迳?，并且使得固化單元能夠在往?fù)掃描的正向路徑和返回路徑中的至少任何一個(gè)路徑上對(duì)造型材料和/或支撐材料進(jìn)行固化，從而形成切片，然后沿著高度方向移動(dòng)成型板與頭單元之間的相對(duì)位置，并且重復(fù)進(jìn)行切片的層疊，從而形成結(jié)構(gòu)，并且其中支撐材料的噴射量大于造型材料的噴射量，并且支撐材料的分辨率(resolution)小于造型材料的分辨率。

jp-a-2015-139957公開了一種三維成型設(shè)備，包括：成型臺(tái)，其中層疊有多個(gè)造型材料層，各個(gè)造型材料層具有由第一能量可固化的造型材料制成的第一造型材料區(qū)和由第二能量可固化的造型材料制成的第二造型材料層區(qū)，第二造型材料層區(qū)在形成結(jié)構(gòu)期間與第一造型材料接觸并且在結(jié)構(gòu)形成之后被除去；第一造型材料區(qū)形成單元，該單元通過噴射第一造型材料形成第一造型材料區(qū)；第二造型材料區(qū)形成單元，該單元通過噴射第二造型材料形成第二造型材料區(qū)；能量施加裝置，該裝置施加用于固化第一造型材料區(qū)和第二造型材料區(qū)中的至少一個(gè)區(qū)域的能量；和控制單元，其至少控制能量施加裝置，其中控制單元在形成第一造型材料區(qū)和第二造型材料區(qū)中的一個(gè)區(qū)域之后、形成它們中的另一個(gè)區(qū)域之前調(diào)節(jié)施加到第一造型材料區(qū)和第二造型材料區(qū)中的所述一個(gè)區(qū)域上的能量的量，從而調(diào)節(jié)第一造型材料區(qū)和第二造型材料區(qū)之間的交界面上的第一造型材料和第二造型材料的混合度，該交界面是在形成所述另一個(gè)區(qū)域的時(shí)候形成的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

相比于僅僅使用支撐材料作為支撐三維結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)的情況，本發(fā)明實(shí)施例的至少一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低的控制和使支撐結(jié)構(gòu)更加容易去除。

[1]按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種三維成型設(shè)備，包括：噴射造型材料的造型材料噴射單元；噴射支撐材料的支撐材料噴射單元；和控制器，其對(duì)造型材料噴射單元和支撐材料噴射單元進(jìn)行控制，從而使得造型材料和支撐材料被布置為具有包含造型材料和支撐材料的布局圖案的支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)支撐或保護(hù)要由造型材料形成的三維結(jié)構(gòu)。

[2]在按照[1]的三維成型設(shè)備中，布局圖案可以是造型材料和支撐材料交替配置的網(wǎng)格狀圖案。

[3]在按照[1]的三維成型設(shè)備中，布局圖案可以是漸變狀圖案，其中支撐結(jié)構(gòu)中越接近于三維結(jié)構(gòu)的位置，支撐材料在支撐結(jié)構(gòu)中所占的比例越大，并且支撐結(jié)構(gòu)離三維結(jié)構(gòu)越遠(yuǎn)，造型材料在支撐結(jié)構(gòu)中所占比例越大。

[4]在按照[1]的三維成型設(shè)備中，布局圖案可以是造型材料和支撐材料隨機(jī)布置的隨機(jī)圖案。

[5]在按照[1]到[4]中任何一個(gè)的三維成型設(shè)備中，控制器可以控制造型材料噴射單元和支撐材料噴射單元，使得造型材料和支撐材料二者中的每一個(gè)在三維結(jié)構(gòu)的高度方向上不被連續(xù)布置。

[6]在按照[1]到[5]中任何一個(gè)的三維成型設(shè)備中，控制器可以針對(duì)通過對(duì)沿著高度方向?qū)θS結(jié)構(gòu)進(jìn)行投影得到的投影區(qū)域進(jìn)行分段而獲得的多個(gè)分段區(qū)域中的每一個(gè)，根據(jù)三維結(jié)構(gòu)的造型數(shù)據(jù)來確定支撐結(jié)構(gòu)所需的高度，并且可以控制造型材料噴射單元和支撐材料噴射單元，使得造型材料和支撐材料被布置為按照布局圖案的具有該高度的支撐結(jié)構(gòu)。

[7]在按照[1]到[6]中任何一個(gè)的三維成型設(shè)備中，支撐材料可以是可溶于水的或可熱熔的。

[8]按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種三維成型方法，包括：對(duì)造型材料和支撐材料的噴射進(jìn)行控制，從而使得造型材料和支撐材料被布置為具有包含造型材料和支撐材料的布局圖案的支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)支撐或保護(hù)要由造型材料形成的三維結(jié)構(gòu)。

根據(jù)[1]的三維成型設(shè)備和根據(jù)[8]的三維成型方法，相比于僅僅使用支撐材料作為支撐三維結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)的情況，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低的控制和使支撐結(jié)構(gòu)除去更加容易。

根據(jù)[2]的三維成型設(shè)備，相比于造型材料和支撐材料的布局圖案不是網(wǎng)格狀圖案的情況，不能很容易地連續(xù)布置造型材料和支撐材料。

根據(jù)[3]的三維成型設(shè)備，相比于造型材料和支撐材料的布局圖案不是漸變狀圖案的情況，可以依據(jù)與三維結(jié)構(gòu)之間的距離輕松改變支撐材料的份額。

根據(jù)[4]的三維成型設(shè)備，相比于造型材料和支撐材料的布局圖案不是隨機(jī)圖案的情況，可以使得支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不致偏倚。

根據(jù)[5]的三維成型設(shè)備，相比于沒有考慮支撐結(jié)構(gòu)中的造型材料和支撐材料在高度方向上的布局的情況，可以對(duì)造型材料和支撐材料在高度方向上的連續(xù)布置進(jìn)行控制。

根據(jù)[6]的三維成型設(shè)備，相比于在沒有為通過對(duì)沿著高度方向投影三維結(jié)構(gòu)而獲得的投影區(qū)域進(jìn)行分段而得到的多個(gè)分段區(qū)域中的每一個(gè)獲得支撐結(jié)構(gòu)所需的高度就確定了支撐結(jié)構(gòu)的情況，可以在創(chuàng)建層疊造型材料和支撐材料所需的數(shù)據(jù)的同時(shí)形成三維結(jié)構(gòu)。

根據(jù)[7]的三維成型設(shè)備，相比于支撐材料既不是水溶性的又不是熱熔性的情況，可以輕松除去支撐結(jié)構(gòu)。

附圖說明

將會(huì)基于下列附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的示范性實(shí)施例，其中：

圖1是三維成型設(shè)備的框圖；

圖2是三維成型設(shè)備的側(cè)視圖；

圖3是按照第一示范性實(shí)施例的由控制器執(zhí)行的處理的流程圖；

圖4是三維結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；

圖5是圖解說明三維結(jié)構(gòu)的截面的視圖；

圖6是表示截面圖像的例子的視圖；

圖7是圖解說明三維結(jié)構(gòu)的截面的視圖；

圖8是表示截面圖像的例子的視圖；

圖9是圖解說明三維結(jié)構(gòu)的截面的視圖；

圖10是表示截面圖像的例子的視圖；

圖11是圖解說明需要支撐結(jié)構(gòu)的區(qū)域的視圖；

圖12是圖解說明需要支撐結(jié)構(gòu)的區(qū)域的視圖；

圖13a到13c是表示造型材料和支撐材料的布局圖案的例子的視圖；

圖14是表示造型材料和支撐材料沿著高度方向的布局圖案的例子的視圖；

圖15是表示造型材料和支撐材料沿著高度方向的布局圖案的例子的視圖；

圖16是按照第二示范性實(shí)施例的由控制器執(zhí)行的處理的流程圖；

圖17是圖解說明支撐結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的視圖；

圖18a和圖18b是圖解說明三維結(jié)構(gòu)的投影區(qū)域的視圖；

圖19是表示投影區(qū)域的劃分的例子的視圖；

圖20是表示針對(duì)各個(gè)塊的支撐結(jié)構(gòu)的例子的視圖；

圖21是表示針對(duì)各個(gè)塊的支撐結(jié)構(gòu)的例子的視圖；

圖22是表示用于實(shí)例中的三維成型設(shè)備進(jìn)行掃描的分辨率圖案的視圖，分辨率圖案具有造型圖案，其中正方形投影被排布成網(wǎng)格狀圖案；和

圖23是表示支撐材料粘度調(diào)節(jié)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的視圖。

具體實(shí)施方式

(第一示范性實(shí)施例)

在下文中，將會(huì)參照附圖詳細(xì)介紹本示范性實(shí)施例。

圖1是按照本示范性實(shí)施例的三維成型設(shè)備10的方框圖。如圖1中所示，三維成型設(shè)備10被配置為包括控制器12。

控制器12被配置為：中央處理單元(cpu)12a、只讀存儲(chǔ)器(rom)12b、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)12c和非易失性存儲(chǔ)器12d分別通過總線12f與輸入/輸出接口(i/o)12e連接。

i/o12e與多個(gè)功能單元連接，比如造型材料容納單元14、造型材料噴射頭16、支撐材料容納單元18、支撐材料噴射頭20、uv光源22、xy掃描單元24、造型平臺(tái)升降單元26、清潔單元28、存儲(chǔ)單元30和通信單元32。

造型材料容納單元14容納用于形成三維結(jié)構(gòu)的造型材料。造型材料由uv可固化樹脂構(gòu)成，uv可固化樹脂具有在紫外(uv)光(即紫外線)照射下發(fā)生固化的性質(zhì)。

稍后將會(huì)介紹造型材料的詳細(xì)說明。

造型材料噴射頭16按照來自cpu12a的指令依照噴射法噴射從造型材料容納單元14供應(yīng)的造型材料。

支撐材料容納單元18容納用于支撐或保護(hù)三維結(jié)構(gòu)的支撐材料。支撐材料用于在直到三維結(jié)構(gòu)的形成完成之前支撐三維結(jié)構(gòu)的突出懸空部分(向外張開部分)，并且會(huì)在完成三維結(jié)構(gòu)的形成之后被除去。更進(jìn)一步地，例如，在三維結(jié)構(gòu)為具有幾乎垂直的表面的形狀(類似于立方體)的情況下，支撐材料用于通過防止該表面下滴來保護(hù)該表面。而且，支撐材料還用于覆蓋和保護(hù)造型材料，以防止三維結(jié)構(gòu)因uv光照射而質(zhì)量惡化。與造型材料類似，支撐材料由uv可固化樹脂構(gòu)成，uv可固化樹脂具有在uv光照射下發(fā)生固化的性質(zhì)。

稍后將會(huì)介紹支撐材料的詳細(xì)說明。

支撐材料噴射頭20按照來自cpu12a的指令依照噴射法噴射從支撐材料容納單元18供應(yīng)的支撐材料。

通過壓力噴射各種材料液滴的壓力型(壓電式)噴射頭被用于造型材料噴射頭16和支撐材料噴射頭20二者。各個(gè)噴射頭并不局限于此，只要是噴射型噴射頭即可，并且可以是通過由泵產(chǎn)生的壓力噴射各種材料的噴射頭。

在從支撐材料噴射頭20噴射支撐材料時(shí)，支撐材料要被加熱到40℃到90℃(優(yōu)選地，45℃到80℃，并且更加優(yōu)選地，50℃到75℃)。

即使在從造型材料噴射頭16噴射造型材料時(shí)，優(yōu)選地，造型材料的加熱溫度也處于如上所述的相同范圍內(nèi)。

uv光源22用uv光照射從造型材料噴射頭16噴射出來的造型材料和從支撐材料噴射頭20噴射出來的支撐材料，以固化造型材料和支撐材料。uv光源22是依據(jù)造型材料和支撐材料的種類而選擇的。對(duì)于uv光源22來說，采用的是例如具有諸如金屬鹵化物燈、高壓汞燈、超高壓汞燈、深度紫外光燈、使用微波而不用來自外部的電極激勵(lì)汞燈的燈、紫外線激光器、氙氣燈或uv-led這樣的光源的裝置。

可以使用電子束照射裝置來代替uv光源22。作為電子束照射裝置，舉例來說可以是例如掃描型、簾型或等離子放電型電子束照射裝置。

如圖2中所示，造型材料噴射頭16、支撐材料噴射頭20和uv光源22可以被安裝在配備有xy掃描單元24的掃描軸24a上。造型材料噴射頭16和uv光源22在掃描軸24a上被安裝成彼此分隔開預(yù)定距離w。支撐材料噴射頭20在掃描軸24a上被安裝成與造型材料噴射頭16相鄰。造型材料噴射頭16的位置和支撐材料噴射頭20的位置可以顛倒。也就是說，在圖2中，造型材料噴射頭16面對(duì)uv光源22的側(cè)面，但是支撐材料噴射頭20可以面對(duì)uv光源22的側(cè)面。

xy掃描單元24驅(qū)動(dòng)掃描軸24a，從而使得造型材料噴射頭16、支撐材料噴射頭20和uv光源22沿著x方向和y方向移動(dòng)，就是說，被在xy平面上掃描。

造型平臺(tái)升降單元26沿著z軸方向升降圖2中所示的造型平臺(tái)34。在形成三維結(jié)構(gòu)時(shí)，cpu12a對(duì)造型材料噴射頭16、支撐材料噴射頭20和uv光源22進(jìn)行控制，使得造型材料和支撐材料被噴射到造型平臺(tái)34上，并且使得所噴射的造型材料和支撐材料受到uv光的照射。進(jìn)一步地，cpu12a對(duì)xy掃描單元24進(jìn)行控制，使得造型材料噴射頭16、支撐材料噴射頭20和uv光源22得以在xy平面上掃描，并且對(duì)造型平臺(tái)升降單元26進(jìn)行控制，使得造型平臺(tái)34沿著z軸方向逐漸下降。

在形成三維結(jié)構(gòu)時(shí)，cpu12a對(duì)造型平臺(tái)升降單元26進(jìn)行控制，使得從造型材料噴射頭16、支撐材料噴射頭20和uv光源22到造型平臺(tái)34上的三維結(jié)構(gòu)40在z軸方向上的距離為預(yù)定距離h0或更大，以使得造型材料噴射頭16、支撐材料噴射頭20和uv光源22不與造型平臺(tái)34上的三維結(jié)構(gòu)40接觸。

清潔單元28具有通過抽吸附著在造型材料噴射頭16和支撐材料噴射頭20的噴嘴上的材料來進(jìn)行清潔的功能。例如，清潔單元28被設(shè)置在造型材料噴射頭16和支撐材料噴射頭20的掃描范圍之外的避讓區(qū)內(nèi)，并且通過在執(zhí)行清潔的時(shí)候?qū)⒃煨筒牧蠂娚漕^16和支撐材料噴射頭20避讓到避讓區(qū)內(nèi)來執(zhí)行清潔。

存儲(chǔ)單元30存儲(chǔ)三維造型程序30a、造型數(shù)據(jù)30b和支撐材料數(shù)據(jù)30c，稍后將對(duì)此加以介紹。

cpu12a讀取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元30中的三維造型程序30a。更進(jìn)一步地，cpu12a將三維造型程序30a記錄在諸如cd-rom之類的記錄介質(zhì)中，并且可以通過由cd-rom驅(qū)動(dòng)器讀取所記錄的三維造型程序來執(zhí)行這一程序。

通信單元32是與輸出三維結(jié)構(gòu)的造型數(shù)據(jù)30b的外部裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的接口。

cpu12a按照從外部裝置發(fā)來的造型數(shù)據(jù)30b控制各個(gè)功能單元，從而形成三維結(jié)構(gòu)。

接下來，將會(huì)介紹本示范性實(shí)施例的操作。圖3示出了要由cpu12a執(zhí)行的三維造型程序30a的流程圖。在從外部裝置指令三維結(jié)構(gòu)的形成時(shí)執(zhí)行圖3中的處理。

更進(jìn)一步地，在下文中，將以圖4中所示的形成三維結(jié)構(gòu)40的情形為例進(jìn)行介紹。如圖4中所示，三維結(jié)構(gòu)40具有兔子形狀。

在步驟100(s100)中，從外部裝置接收三維結(jié)構(gòu)40的造型數(shù)據(jù)30b，并且將所接收的造型數(shù)據(jù)30b存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元30中。，使用例如標(biāo)準(zhǔn)三角化語言(stl)格式(其為表達(dá)三維形狀的數(shù)據(jù)格式)作為三維結(jié)構(gòu)40的造型數(shù)據(jù)30b的格式。因此，圖4中所示的三維結(jié)構(gòu)40被表示為一組三角形多邊形。表示三維形狀的數(shù)據(jù)格式并不局限于stl，也可以使用其它格式。

在步驟102(s102)中，按照在步驟100(s100)中接收的造型數(shù)據(jù)30b創(chuàng)建三維結(jié)構(gòu)40的分層數(shù)據(jù)(切片數(shù)據(jù))。具體來說，將平行于地平面(xy平面)(三維結(jié)構(gòu)40的底部在該平面內(nèi)與造型平臺(tái)34相接觸)的切片平面沿著高度方向(z軸方向)平移各個(gè)預(yù)定的分層間距，并且確定切片平面與多邊形的相交點(diǎn)，從而創(chuàng)建表示三維結(jié)構(gòu)40在切片平面內(nèi)的截面圖像的切片數(shù)據(jù)。針對(duì)被分切成各個(gè)預(yù)定的分層間距對(duì)應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)40高度的各個(gè)截面圖像創(chuàng)建這種切片數(shù)據(jù)。

例如，如圖5中所示，平行于地平面50的切片平面52內(nèi)的截面圖像變?yōu)槿鐖D6所示的截面圖像54。更進(jìn)一步地，例如，如圖7中所示，平行于地平面50的切片平面56內(nèi)的截面圖像變?yōu)槿鐖D8所示的截面圖像58。而且，例如，如圖9中所示，平行于地平面50的切片平面60內(nèi)的截面圖像變?yōu)槿鐖D10所示的截面圖像62。

在步驟104(s104)中，基于步驟102(s102)中創(chuàng)建的三維結(jié)構(gòu)40的各個(gè)層的切片數(shù)據(jù)確定支撐三維結(jié)構(gòu)40所需的支撐結(jié)構(gòu)。

雖然三維結(jié)構(gòu)40是通過在造型平臺(tái)34上相繼層疊造型材料而形成的，但是在例如存在圖4中所示的作為兔子耳朵下部(三維結(jié)構(gòu)40的下側(cè)會(huì)變?yōu)殚_放空間的部分，所謂的突出懸空部分)的情況下，有必要從下面支撐該突出懸空部分。因此，要基于各層的切片數(shù)據(jù)確定作為位于突出懸空部分下方的空間的支撐結(jié)構(gòu)42。

具體來說，例如，參考從最上層開始依序的兩個(gè)相鄰層的切片數(shù)據(jù)。兩個(gè)相鄰層中的上層中存在三維結(jié)構(gòu)40的區(qū)域或者被確定為需要支撐材料68的區(qū)域被設(shè)定為第一區(qū)域，而在兩個(gè)相鄰層中的下層中不存在三維結(jié)構(gòu)并且與第一區(qū)域相對(duì)應(yīng)的區(qū)域被設(shè)定為第二區(qū)域(在xy平面中與第一區(qū)域相同的區(qū)域)。在這種情況下，為了支撐上層的第一區(qū)域，將第一區(qū)域確定為需要支撐材料68。按照這一順序從最上層一直到最下層順序地進(jìn)行這一確定過程。

例如，如圖11中所示，如果假設(shè)圖7中所示的切片平面56(在下文中，稱為“下層56”)和圖9中所示的切片平面60(在下文中，稱為“上層60”)是相鄰層，那么當(dāng)各層的截面圖像在z軸方向上重合時(shí)，獲得了圖11中所示的圖像。此時(shí)，緊鄰在上層60的截面圖像62b(第一區(qū)域)之下的區(qū)域，即，下層56的與截面圖像62b相對(duì)應(yīng)的區(qū)域(第二區(qū)域)成為不存在三維結(jié)構(gòu)的區(qū)域。因此，如圖12中所示，下層56的與截面圖像62b相對(duì)應(yīng)的區(qū)域64就被確定為需要支撐材料68的區(qū)域。順便說一下，在下層56的與截面圖像62a相對(duì)應(yīng)的區(qū)域中，由于這一區(qū)域是與下層56的截面圖像58重疊的區(qū)域，即，在上層中存在造型材料的區(qū)域，則這一區(qū)域被確定為不需要支撐材料的區(qū)域。從最上層一直到最下層按這一順序連續(xù)進(jìn)行這樣的確定過程。這樣，就確定了如圖4中所示的需要支撐材料68的支撐結(jié)構(gòu)42。

在步驟106(s106)中，創(chuàng)建在步驟104(s104)中確定的支撐結(jié)構(gòu)42的支撐材料數(shù)據(jù)30c。由于需要在包括支撐結(jié)構(gòu)42的整體形成完成之后除掉支撐結(jié)構(gòu)42，因此支撐結(jié)構(gòu)42是由相比于造型材料更加易碎的、水溶的和熱熔的材料制成的。這樣，由于支撐材料相對(duì)于造型材料而言密度和強(qiáng)度更低，因此存在無法支撐位于其上的沉重實(shí)體部分的可能性。更進(jìn)一步地，由于支撐材料具有較高的體積收縮比，因此存在支撐結(jié)構(gòu)42的形狀隨時(shí)間變化的情況。

在本示范性實(shí)施例中，在將支撐結(jié)構(gòu)42看成平行于xy平面的截面的情況下，支撐材料數(shù)據(jù)30c被創(chuàng)建成這樣：將造型材料和支撐材料布置成包含造型材料和支撐材料的布局圖案。具體來說，例如，如圖13a中所示，該布局圖案被設(shè)置為網(wǎng)格狀圖案，其中交替排布著造型材料66和支撐材料68。在這種情況下，優(yōu)選地是均勻排布造型材料66和支撐材料68。更進(jìn)一步地，一個(gè)格子中造型材料66的尺寸可以被設(shè)置為可通過造型材料噴射頭16噴射出來的最小單位的尺寸，也可以被設(shè)置為某種程度的尺寸。更進(jìn)一步地，所有造型材料66的尺寸可以是彼此不同的。此外，支撐材料68在上述特征方面也與造型材料66相同。

由此，在造型材料66以及支撐材料68都被布置在支撐結(jié)構(gòu)42中的情況下，相比于只在支撐結(jié)構(gòu)42中布置支撐材料68的情況而言，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了防止支撐結(jié)構(gòu)42強(qiáng)度下降和易于去除支撐結(jié)構(gòu)42的效果。更進(jìn)一步地，體積收縮比下降，從而防止了支撐結(jié)構(gòu)42的形狀隨時(shí)間變化。

如圖13b中所示，布局圖案可以被設(shè)置為漸變狀布局圖案。在這種情況下，越接近三維結(jié)構(gòu)40，支撐結(jié)構(gòu)42中的支撐材料68的占比(每單位面積支撐材料68的量)越高，越遠(yuǎn)離三維結(jié)構(gòu)40，支撐結(jié)構(gòu)42中造型材料66的占比(每單位面積造型材料66的量)越高。因此，越接近三維結(jié)構(gòu)40，支撐結(jié)構(gòu)42的強(qiáng)度越低，并且因此從三維結(jié)構(gòu)40上剝離支撐結(jié)構(gòu)就變得容易。更進(jìn)一步地，越遠(yuǎn)離三維結(jié)構(gòu)40，支撐結(jié)構(gòu)42的強(qiáng)度越高，從而很容易支撐沿著高度方向分離開的在支撐結(jié)構(gòu)上形成的三維結(jié)構(gòu)40，并且可以防止支撐結(jié)構(gòu)42的形狀由于體積收縮而隨時(shí)間變化。由此，更為有效地同時(shí)實(shí)現(xiàn)了防止支撐結(jié)構(gòu)42強(qiáng)度下降和易于去除支撐結(jié)構(gòu)42的效果。更進(jìn)一步地，防止了支撐結(jié)構(gòu)42的形狀隨時(shí)間發(fā)生變化。

支撐材料68占比的變化(每單位面積支撐材料68量的變化)是可以任意設(shè)置的。例如，其變化可以是恒定的，并且也可以是越接近三維結(jié)構(gòu)40越大并且越遠(yuǎn)離三維結(jié)構(gòu)40越小。

如圖13c中所示，布局圖案可以被設(shè)置為隨機(jī)布局圖案。在這種情況下，支撐結(jié)構(gòu)42中造型材料66和支撐材料68的布局是隨機(jī)確定的?？梢葬槍?duì)支撐結(jié)構(gòu)42的各個(gè)區(qū)域改變隨機(jī)密度。

這樣一來，支撐材料數(shù)據(jù)30c被創(chuàng)建成這樣：將造型材料66和支撐材料68布置在具有包含造型材料66和支撐材料68的布局圖案的支撐結(jié)構(gòu)42中，并且將創(chuàng)建的支撐材料數(shù)據(jù)30c存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元30中。

在造型材料66和支撐材料68的布局圖案被設(shè)置為如圖13a中所示的網(wǎng)格狀布局圖案的情況下，優(yōu)選地，如圖14中所示，支撐結(jié)構(gòu)42中各層的布局圖案被設(shè)置成：沿著高度方向(層疊方向)均等地交替配置造型材料66和支撐材料68。

這樣一來，在造型材料66和支撐材料68的布局為清晰布局圖案的情況下，優(yōu)選地支撐材料數(shù)據(jù)30c被設(shè)置為這樣：在高度方向上分別不連續(xù)地配置造型材料66和支撐材料68。

即使在造型材料66和支撐材料68的布局圖案被設(shè)置為如圖13b中所示的漸變狀布局圖案的情況下或者在它們的布局圖案被設(shè)置為如圖13c所示的隨機(jī)布局圖案的情況下，優(yōu)選地，支撐結(jié)構(gòu)42中各層的布局圖案被設(shè)置成：沿著高度方向，盡可能分別不連續(xù)地配置造型材料66和支撐材料68。例如，如圖15中所示，各層的布局圖案被設(shè)置成不同的布局圖案70和72彼此相鄰。在這種情況下，例如，通過改變?cè)谠O(shè)置漸變狀布局圖案或隨機(jī)布局圖案時(shí)使用的隨機(jī)種子或隨機(jī)算法或者通過進(jìn)行三維誤差擴(kuò)散或掩模處理，造型材料66和支撐材料68可以分別在高度方向上盡可能不連續(xù)地配置。

更進(jìn)一步地，造型材料66和支撐材料68的布局圖案可以是由用戶任意設(shè)置的。在這種情況下，例如，用戶指定其中以柱狀、階梯狀和螺旋狀中的任何形狀將造型材料66配置在支撐材料68中的布局圖案。

可以在創(chuàng)建切片數(shù)據(jù)的同時(shí)執(zhí)行支撐材料數(shù)據(jù)30c的創(chuàng)建。

在圖4的例子中，示出的是支撐結(jié)構(gòu)42直接存在于造型材料下方的情況，但是支撐材料數(shù)據(jù)30c可以被創(chuàng)建成這樣：支撐結(jié)構(gòu)42變?yōu)榫哂谐蛳路綇堥_的形狀并且直接位于造型材料下方的支撐結(jié)構(gòu)。

例如，存在使用熔融沉積造型(fdm)作為層疊方法的情況或者即使在沒有直接位于造型材料下方的支撐結(jié)構(gòu)時(shí)也能憑借材料的強(qiáng)度使自支撐成為可能的情況。在這種情況下，支撐材料數(shù)據(jù)30c可以被創(chuàng)建成在一定程度上省略支撐結(jié)構(gòu)。

即使在從幾何學(xué)角度不需要支撐結(jié)構(gòu)的立方體的情況下，在發(fā)生造型材料下滴的情況下，也會(huì)有三維結(jié)構(gòu)的表面精度下降的情況出現(xiàn)。因此，即使當(dāng)在幾何學(xué)角度不需要支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，也可以創(chuàng)建支撐材料數(shù)據(jù)30c來使得在三維結(jié)構(gòu)周圍形成支撐結(jié)構(gòu)。

在步驟108(s108)，用于開始用uv光進(jìn)行照射的指令被發(fā)送到uv光源22。這樣，uv光源22開始用uv光進(jìn)行照射。

在步驟110(s110)，執(zhí)行造型處理。也就是說，控制xy掃描單元24，使得造型材料噴射頭16和支撐材料噴射頭20掃描xy平面，控制造型平臺(tái)升降單元26，使得造型平臺(tái)34沿著z軸方向逐漸下降，控制造型材料噴射頭16，從而按照在步驟102(s102)中創(chuàng)建的切片數(shù)據(jù)噴射造型材料，并且控制支撐材料噴射頭20，從而按照在步驟106(s106)中創(chuàng)建的支撐材料數(shù)據(jù)30c噴射支撐材料。

在步驟112(s112)，判斷三維結(jié)構(gòu)40和支撐結(jié)構(gòu)42的形成是否完成。如果這一形成沒有完成，則繼續(xù)進(jìn)行步驟114(s114)，并且如果這一形成完成，則繼續(xù)進(jìn)行步驟118(s118)。

在步驟114(s114)，判斷執(zhí)行造型材料噴射頭16和支撐材料噴射頭20清潔的時(shí)機(jī)是否到來。如果執(zhí)行這一清潔的時(shí)機(jī)到了，則繼續(xù)執(zhí)行步驟116(s116)。同時(shí)，如果執(zhí)行這一清潔的時(shí)機(jī)沒有到，則繼續(xù)執(zhí)行步驟110(s110)，并且繼續(xù)進(jìn)行造型處理。

舉例來說，執(zhí)行這一清潔的時(shí)機(jī)可以是，例如，每次預(yù)定的時(shí)間段屆滿以及每次造型材料和支撐材料中的至少一者消耗了預(yù)定量。不過，執(zhí)行這一清潔的時(shí)機(jī)并不局限于此。

在執(zhí)行這一清潔的時(shí)機(jī)被設(shè)定為每次預(yù)定的時(shí)間段屆滿的情況下，優(yōu)選地，通過多次不同地改變?cè)摃r(shí)間段來測(cè)量頭的堵塞狀態(tài)，并且將其間頭沒有發(fā)生堵塞的時(shí)間段中的最長(zhǎng)時(shí)間段設(shè)定為執(zhí)行這一清潔的時(shí)機(jī)。這樣做的原因在于，該時(shí)間段變得越短，清潔的次數(shù)越多，因而完成造型處理所花費(fèi)的時(shí)間就會(huì)變得更長(zhǎng)。因此，要防止清潔的不必要執(zhí)行。

在步驟116(s116)，向xy掃描單元24發(fā)送指令以將造型材料噴射頭16和支撐材料噴射頭20移動(dòng)到避讓區(qū)，并且向清潔單元28發(fā)送指令以執(zhí)行對(duì)造型材料噴射頭16和支撐材料噴射頭20的清潔。這樣，造型材料噴射頭16和支撐材料噴射頭20被移動(dòng)到了避讓區(qū)，并且清潔單元28清潔造型材料噴射頭16和支撐材料噴射頭20。此時(shí)，在執(zhí)行這一清潔的時(shí)機(jī)被設(shè)定為每次造型材料和支撐材料中的至少一者消耗了預(yù)定量的情況下，只有噴射已經(jīng)消耗了預(yù)定量的材料的頭可以得到清潔。

在步驟118(s118)，停止用uv光進(jìn)行照射的指令被發(fā)送到uv光源22。這樣，uv光源22停止用uv光進(jìn)行照射。

如上所述，在本示范性實(shí)施例中，由于在支撐三維結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)中配置了造型材料以及支撐材料，因此，相比于在支撐結(jié)構(gòu)中僅使用支撐材料的情況而言，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了維持三維結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和易于去除支撐結(jié)構(gòu)的效果。此外，通過維持支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度防止了形狀隨時(shí)間變化。

(第二示范性實(shí)施例)

在下文中，將會(huì)介紹本發(fā)明的第二示范性實(shí)施例。在本示范性實(shí)施例中，將會(huì)介紹在創(chuàng)建切片數(shù)據(jù)和支撐材料數(shù)據(jù)30c的同時(shí)執(zhí)行造型處理的情況。由于設(shè)備構(gòu)造與第一示范性實(shí)施例的相同，因此省略了對(duì)它的介紹。

接下來，將會(huì)介紹本示范性實(shí)施例的操作。圖16示出了要由cpu12a執(zhí)行的三維造型程序30a的流程圖。在從外部裝置指令三維結(jié)構(gòu)的形成時(shí)執(zhí)行圖16中的處理。

首先，在步驟200(s200)中，類似于圖3的步驟100(s100)，從外部裝置接收三維結(jié)構(gòu)40的造型數(shù)據(jù)30b，并且將所接收的造型數(shù)據(jù)30b存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元30中。

在步驟202(s202)，預(yù)測(cè)需要支撐結(jié)構(gòu)的區(qū)域。如圖17中所示，雖然三維結(jié)構(gòu)40的形成是通過沿著高度方向從地表面開始順序地層疊造型材料來執(zhí)行的，但是即使在到達(dá)造型時(shí)的高度都不需要支撐結(jié)構(gòu)的情況下，也會(huì)有在繼續(xù)推進(jìn)造型的步驟中需要支撐三維結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)的情況。例如，如圖17中所示，xy平面中的區(qū)域74和76在執(zhí)行到達(dá)它們的高度的造型時(shí)不需要支撐結(jié)構(gòu)，但是需要為三維結(jié)構(gòu)出現(xiàn)時(shí)的高度提供支撐結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵撊S結(jié)構(gòu)是隨著造型的進(jìn)展而出現(xiàn)的。因此，在本示范性實(shí)施例中，在造型開始之前，要預(yù)測(cè)需要支撐結(jié)構(gòu)的區(qū)域。

具體地說，基于造型數(shù)據(jù)30b獲得沿著高度方向投影三維結(jié)構(gòu)40時(shí)在xy平面上的投影區(qū)域。在沿著高度方向直接從上向下看圖4中所示的三維結(jié)構(gòu)40的情況下，所看到的三維結(jié)構(gòu)40為圖18a中所示。這樣，xy平面上的投影區(qū)域是如圖18b中所示的投影區(qū)域78。因此，投影區(qū)域78的內(nèi)部被設(shè)定為需要支撐結(jié)構(gòu)的區(qū)域。

接下來，如圖19中所示，投影區(qū)域78被劃分成多個(gè)塊80。然后，針對(duì)各個(gè)塊獲得高度方向的最大值，并且將支撐結(jié)構(gòu)限定為最高到達(dá)所獲得的最大值。由此，可以防止不必要地形成支撐結(jié)構(gòu)。圖20示出將支撐結(jié)構(gòu)42限定為最高到達(dá)針對(duì)各個(gè)塊所獲得的高度方向上的最大值的情況的例子。更進(jìn)一步地，圖21表示與圖20的情況相比存在更大量的塊80的情況的例子。

如圖21中所示，隨著塊80數(shù)量的增加，減少不必要支撐結(jié)構(gòu)42的效果愈加明顯。例如，支撐結(jié)構(gòu)42被設(shè)定為必要最小值。也就是說，在不必要的支撐結(jié)構(gòu)被設(shè)定為0的情況下，需要在將投影區(qū)域78中包含的所有像素看作塊的同時(shí)處理投影區(qū)域78中包含的所有像素，但是處理時(shí)間變長(zhǎng)了。同時(shí)，當(dāng)塊80的數(shù)量過少時(shí)，處理時(shí)間縮短，但是不必要的支撐結(jié)構(gòu)42增多。因此，要在考慮處理時(shí)間與減少不必要的支撐結(jié)構(gòu)42之間的平衡的前提下設(shè)定塊80的數(shù)量。

例如，可以將投影區(qū)域78中包含的像素的數(shù)量與通過按照分層間距劃分三維結(jié)構(gòu)40的高度而獲得的層數(shù)(切片數(shù)據(jù)的數(shù)量)之中較小的一個(gè)設(shè)定為塊80的數(shù)量。

在步驟204(s204)，類似于圖3中的步驟108(s108)，用于開始用uv光進(jìn)行照射的指令被發(fā)送到uv光源22。

在步驟206(s206)中，類似于圖3的步驟102(s102)，創(chuàng)建三維結(jié)構(gòu)40的分層數(shù)據(jù)(切片數(shù)據(jù))。

在步驟208(s208)，類似于圖3的步驟106(s106)，創(chuàng)建在步驟202(s202)中預(yù)測(cè)出來的支撐結(jié)構(gòu)42的支撐材料數(shù)據(jù)30c。

由于步驟210到218(s210到s218)與圖1的步驟110到118(s110到s118)相同，因此將省略它們的介紹。

如上所述，在本示范性實(shí)施例中，由于造型處理是在創(chuàng)造切片數(shù)據(jù)和支撐材料數(shù)據(jù)30c的同時(shí)執(zhí)行的，因此三維結(jié)構(gòu)40的造型時(shí)間得到了縮短。更進(jìn)一步地，類似于第一示范性實(shí)施例，由于在支撐三維結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)中配置了造型材料以及支撐材料，因此，相比于在支撐結(jié)構(gòu)中僅使用支撐材料的情況而言，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了維持三維結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和易于去除支撐結(jié)構(gòu)的效果。此外，通過維持支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度防止了形狀隨時(shí)間變化。

在層數(shù)等于或大于投影區(qū)域78中包含的像素?cái)?shù)量的情況下，也就是說，在三維結(jié)構(gòu)40的高度相對(duì)較高的情況下，可以執(zhí)行本示范性實(shí)施例的造型處理。更進(jìn)一步地，在層數(shù)小于投影區(qū)域78中包含的像素?cái)?shù)量的情況下，也就是說，在三維結(jié)構(gòu)40的高度相對(duì)較低的情況下，可以執(zhí)行第一示范性實(shí)施例中介紹的造型處理。

(支撐材料)

在下文中，將會(huì)更加詳細(xì)地介紹支撐材料。

支撐材料是用于噴射法的支撐材料。支撐材料包含可熱水溶解、可輻射固化的化合物以及從由甘油聚合物的脂肪酸酯、甘油聚合物的環(huán)氧乙烷加成物和甘油聚合物的聚氧化丙烯加成物組成的組中選取的至少一種基于甘油聚合物的化合物。

這里，“可熱水溶解性”指的是在用放射線照射之后固化的化合物表現(xiàn)出在至少40℃到90℃的熱水中的溶解性。更進(jìn)一步地，“可溶解性”指的是，在將固化的化合物浸入上述溫度范圍的熱水中時(shí)，該化合物會(huì)溶解在熱水中從而表現(xiàn)出流動(dòng)性，并且無法維持化合物在固化時(shí)形成的形狀。

更進(jìn)一步地，本說明書中的熱水指的是上述溫度范圍的熱水。

按照本示范性實(shí)施例，當(dāng)支撐材料滿足上述配置時(shí)，就提供了一種能夠形成具有出色的形狀精度的三維結(jié)構(gòu)的支撐材料。

對(duì)由這一效果表現(xiàn)出的評(píng)價(jià)機(jī)理作出如下推斷。

在現(xiàn)有技術(shù)中，三維結(jié)構(gòu)的形成是由噴墨型噴射頭使用可輻射固化的造型材料和可輻射固化的支撐材料來執(zhí)行的。例如，通過噴墨來噴射并通過用放射線照射來固化造型材料以形成一個(gè)結(jié)構(gòu)，并且通過噴墨來噴射并通過用放射線照射來固化支撐材料以形成支撐結(jié)構(gòu)，從而形成具有目標(biāo)形狀的結(jié)構(gòu)，然后除掉支撐結(jié)構(gòu)，從而獲得三維結(jié)構(gòu)。

這里，要求用于噴墨的支撐材料具有達(dá)到這種程度的粘度：在由噴射頭噴射支撐材料時(shí)，支撐材料可以在一定溫度(通常是45℃到85℃的溫度)下從噴射頭中噴射出來。另一方面，從由支撐材料精確形成具有期望形狀的支撐結(jié)構(gòu)的角度來說，要求在支撐材料被從噴射頭中噴射出來之后、直到通過用放射線進(jìn)行照射來固化支撐材料之前，抑制支撐材料從所噴射到的位置發(fā)生運(yùn)動(dòng)。

與此不同，按照本示范性實(shí)施例的用于噴墨的支撐材料包含從上述組中選取的基于甘油聚合物的化合物。因此，即使當(dāng)支撐材料的低粘度的流動(dòng)性達(dá)到在噴射支撐材料時(shí)支撐材料可以從噴射頭中噴射出來的程度，在支撐材料噴射出來之后，也會(huì)因支撐材料的溫度降低而粘度增大，從而降低了它的流動(dòng)性。由此，支撐材料從噴射位置的運(yùn)動(dòng)得到了減小，并且因而防止了直到通過用放射線進(jìn)行照射來固化支撐材料之前的支撐材料運(yùn)動(dòng)，從而形成了具有出色的形狀精度的支撐結(jié)構(gòu)。結(jié)果，由于支撐結(jié)構(gòu)在形狀精度方面表現(xiàn)優(yōu)異，因此對(duì)使用按照本示范性實(shí)施例的支撐材料連同造型材料一起形成的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)以具有優(yōu)異的形狀精度。

更進(jìn)一步地，按照本示范性實(shí)施例的包含可輻射固化的化合物和從上述組中選取的基于甘油聚合物的化合物的支撐材料會(huì)在放射線照射下表現(xiàn)出優(yōu)異的可固化性。由于與支撐材料在受到放射線照射而固化之前相比，支撐材料的溶解溫度會(huì)在支撐材料受到放射線照射而固化之后增高，因此會(huì)在固化之后在支撐結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步進(jìn)行層疊，以形成下一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)。因此，即使在固化后進(jìn)一步噴射的支撐材料要著落于其上的情況下，由于支撐材料的噴射造成的熱而導(dǎo)致的支撐材料形變發(fā)生的可能性也很小。由此，形成了在形狀精度方面表現(xiàn)優(yōu)異的支撐結(jié)構(gòu)。

要求支撐材料在形成支撐結(jié)構(gòu)之后(即，在支撐材料固化之后)具有可去除性。與此不同，在本示范性實(shí)施例中，支撐材料包含可熱水溶解、可輻射固化的化合物和從上述組中選取的基于甘油聚合物的化合物。由于可熱水溶解、可輻射固化的化合物表現(xiàn)出在熱水中的可溶解性，并且基于甘油聚合物的化合物也是一種可以溶解于熱水的化合物，因此當(dāng)在除掉支撐結(jié)構(gòu)的時(shí)候使用熱水時(shí)，支撐結(jié)構(gòu)會(huì)溶解于熱水中，并且因而可以容易地除掉支撐結(jié)構(gòu)。

在下文中，將會(huì)詳細(xì)介紹按照本示范性實(shí)施例的支撐材料的組分。

按照本示范性實(shí)施例的支撐材料包含可熱水溶解、可輻射固化的化合物和基于甘油聚合物的化合物。除了上述組分外，支撐材料可以包含其它添加劑，比如增塑劑、輻射聚合引發(fā)劑、阻聚劑、表面活性劑和著色劑。

(可熱水溶解、可輻射固化的化合物)

可輻射固化化合物是可由放射線(例如，紫外線和電子束)固化(聚合)的化合物。可輻射固化化合物可以是單體，并且也可以是低聚物。

“可熱水溶解性”指的是在用放射線照射之后固化的化合物表現(xiàn)出在上述的溫度范圍的熱水中的溶解性。

舉例來說，具有可輻射固化官能團(tuán)(可輻射聚合官能團(tuán))的化合物可以作為可輻射固化化合物?？奢椛涔袒倌軋F(tuán)的例子包括烯屬不飽和雙鍵(例如，n-乙烯基團(tuán)、乙烯醚基團(tuán)、(甲基)丙烯酰基團(tuán))、環(huán)氧基團(tuán)和氧雜環(huán)丁烷基團(tuán)。在這些化合物當(dāng)中，具有烯屬不飽和雙鍵(例如，丙烯?；鶊F(tuán))的化合物是較佳選擇。

可熱水溶解、可輻射固化的化合物的例子包括羥乙基(甲基)丙烯酸酯(ch2＝c(-r)-c(＝o)-ch2ch2oh/r：氫或甲基基團(tuán))、(甲基)丙烯酰胺(ch2＝c(-r)-c(＝o)-nh2/r：氫或甲基基團(tuán))、羥乙基(甲基)丙烯酰胺(ch2＝c(-r)-c(＝o)-nh-ch2ch2oh/r：氫或甲基基團(tuán))、(甲基)丙烯酰嗎啉、丙烯酸(ch2＝ch-c(＝o-oh))、甲氧基三乙二醇丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯和甲氧基聚乙二醇胺丙烯酸酯。

在這些當(dāng)中，從改善噴射時(shí)低粘度下噴射法的可噴射性、易于用放射線照射進(jìn)行固化以及改善在固化后使用熱水可去除性的角度出發(fā)，羥乙基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酰嗎啉、丙烯酸、甲氧基三乙二醇丙烯酸酯和甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯是優(yōu)選的，并且羥乙基(甲基)丙烯酸酯是更優(yōu)選的。

在本說明書中，(甲基)?；镏傅氖潜┧狨ズ彤惗∠┧岫?。更進(jìn)一步地，(甲基)丙烯酰指的是丙烯?；鶊F(tuán)和異丁烯酰基團(tuán)二者。

可輻射固化化合物的粘度

可輻射固化化合物的粘度(23℃)優(yōu)選地為5mpa·s到80mpa·s，更優(yōu)選地是8mpa·s到60mpa·s，并且進(jìn)一步更加優(yōu)選地是10mpa·s到50mpa·s。

粘度可以按照稍后將會(huì)介紹的使用rheomat115(由contraves制造)的測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量。

可輻射固化化合物的含量

相對(duì)于支撐材料的總量而言，可輻射固化混合物的含量?jī)?yōu)選地是按重量占40％到按重量占80％，并且更加優(yōu)選地是按重量占45％到按重量占65％。

(基于甘油聚合物的化合物)

按照本示范性實(shí)施例的支撐材料包含從由甘油聚合物的脂肪酸酯、甘油聚合物的環(huán)氧乙烷加成物和甘油聚合物的聚氧化丙烯加成物組成的組中選取的至少一種基于甘油聚合物的化合物。

作為甘油聚合物的脂肪酸酯中的甘油聚合物，通過兩個(gè)甘油分子至二十個(gè)甘油分子的聚合而獲得的甘油聚合物是較佳的選擇，并且它的例子包括雙聚甘油、三聚甘油、四聚甘油、五聚甘油、六聚甘油、七聚甘油、八聚甘油、九聚甘油、十聚甘油、十一聚甘油和十二聚甘油。在這些甘油聚合物當(dāng)中，四聚甘油、六聚甘油或十聚甘油是較佳選擇。

作為脂肪酸，16碳原子到20碳原子的脂肪酸是較佳的選擇，并且它們的例子包括飽和脂肪酸，比如棕櫚酸、硬脂酸和花生酸。

舉例來說，上述甘油聚合物的脂肪酸酯中的甘油聚合物可以作為甘油聚合物的環(huán)氧乙烷加成物和甘油聚合物的聚環(huán)氧丙烯加成物中的甘油聚合物。

環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷的添加量?jī)?yōu)選為60摩爾到120摩爾，并且更加優(yōu)選地是80摩爾到100摩爾。

基于甘油聚合物的化合物可以單獨(dú)使用或者以兩種或更多種的組合物的形式使用。

舉例來說，甘油聚合物的脂肪酸酯與甘油聚合物的環(huán)氧乙烷加成物或甘油聚合物的聚氧化丙烯加成物的混合物可以作為兩種或更多種的組合物的例子。具體來說，甘油聚合物的硬脂酸酯(例如，十聚甘油的硬脂酸酯)與甘油聚合物的環(huán)氧乙烷加成物(例如，雙聚甘油的環(huán)氧乙烷加成物)的混合物可以作為例子。

在使用甘油聚合物的脂肪酸酯(a)與甘油聚合物的環(huán)氧乙烷加成物或甘油聚合物的聚氧化丙烯加成物(b)進(jìn)行組合的情況下，它們的重量比(a：b)處于70:30到90:10的優(yōu)選范圍內(nèi)，并且更加優(yōu)選的范圍是75:25到85:15。

基于甘油聚合物的化合物的hlb值(在使用兩種或更多種基于甘油聚合物的化合物制作它們的組合物的情況下，它們的混合物的親水親油平衡(hydrophilelipophilebalance)值/hlb值)優(yōu)選地為7到13，并且更加優(yōu)選地是8到12。當(dāng)它們的hlb為7或以上時(shí)，支撐材料在熱水中的可溶解性可以得到改善。更進(jìn)一步地，當(dāng)它們的hlb值為13或以下時(shí)，支撐材料從噴射頭中噴出之后支撐材料粘度增大的性能會(huì)得到進(jìn)一步改善，并且因而支撐結(jié)構(gòu)的形狀精度得到進(jìn)一步改善。

基于甘油聚合物的化合物的粘度

優(yōu)選地，基于甘油聚合物的化合物在常溫(23℃)下是固態(tài)。

由噴墨型噴射頭噴射支撐材料時(shí)的溫度是70℃，并且基于甘油聚合物的化合物在這一溫度下的粘度優(yōu)選地是200mpa·s到1500mpa·s，更加優(yōu)選地是400mpa·s到1200mpa·s，并且進(jìn)一步更加優(yōu)選地是600mpa·s到1000mpa·s。

粘度可以是按照稍后將會(huì)介紹的使用rheomat115(由contraves制造)的測(cè)量方法測(cè)量的。

基于甘油聚合物的化合物的含量

相對(duì)于支撐材料的總量而言，基于甘油聚合物的化合物的含量(在使用兩種或更多種基于甘油聚合物的化合物作為它們的組合物的情況下，基于甘油聚合物的化合物的總含量)優(yōu)選地是按重量占5％到按重量占45％，更加優(yōu)選地是按重量占10％到按重量占35％，并且進(jìn)一步更加優(yōu)選地是按重量占15％到按重量占30％。

(增塑劑)

按照本示范性實(shí)施例的支撐材料可以更進(jìn)一步包含增塑劑。

舉例來說，非可輻射固化聚合物可以作為增塑劑。非可輻射固化聚合物指的是輻射(例如，紫外線或電子束)不會(huì)造成固化(聚合)反應(yīng)的聚合物。

非可輻射固化聚合物優(yōu)選地是從由聚醚多醇、蓖麻油多元醇和聚酯多元醇組成的組中選取的至少一種。

聚醚多醇

聚醚多醇的例子包括多元醇的聚合物、多元醇和烯化氧的加合物和烯化氧的開環(huán)聚合物。

多元醇的例子包括乙二醇、二甘醇、丙二醇、二丙二醇醚、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、1,2-己二醇、3-甲基1,5-戊二醇、2-丁基-2-乙-1,3-丙二醇、2,4-二乙基-1,5-戊二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、2-甲基1,8-辛二醇、1,8-癸二醇、十八烷二醇、甘油、三羥甲基丙烷、季戊四醇和己三醇。

烯化氧的例子包括環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、氧化丁烯、氧化苯乙烯、表氯醇和四氫呋喃。

蓖麻油多元醇

蓖麻油多元醇的例子包括通過用多元醇對(duì)蓖麻油進(jìn)行改性而得到的改性蓖麻油，和通過用多元醇對(duì)蓖麻油脂肪酸(從蓖麻油獲得的脂肪酸)進(jìn)行改性得到的改性蓖麻油脂肪酸。

多元醇的例子包括在聚醚多醇的介紹中舉例說明的多元醇。

蓖麻油多元醇中的羥值優(yōu)選地是100mgkoh/g到300mgkoh/g，并且更加優(yōu)選地是130mgkoh/g到200mgkoh/g。

聚酯多元醇

聚酯多元醇的例子包括多元醇和二元酸的反應(yīng)物以及環(huán)狀酯化合物的開環(huán)聚合物。

多元醇的例子包括在聚醚多醇的介紹中舉例說明的多元醇。

二元酸的例子包括羧酸(例如，丁二酸，己二酸，癸二酸，二聚酸，馬來酸，鄰苯二甲酸，間苯二甲酸和對(duì)苯二甲酸)和羧酸的酐。

環(huán)狀酯化合物的例子包括ε-己內(nèi)酯和β-甲基-δ-戊內(nèi)酯。

這里，非可輻射固化的聚合物與上述各種不同的多元醇一起，可以被用于與多元醇組合。特別地，多元醇可以是被用于與聚酯多元醇組合。也就是說，舉例來說，可以將聚酯多元醇和多元醇的混合物作為非可輻射固化聚合物。

相對(duì)于可輻射固化聚合物的總量而言，與前面提到的各種不同的多元醇相組合時(shí)使用的多元醇的含量可以是按重量占30％到按重量占60％(優(yōu)選地是按重量占35％到按重量占50％)。尤其是，在使用聚酯多元醇和多元醇的混合物的情況下，它們的比例(聚酯多元醇/多元醇)可以是30/70到10/90(優(yōu)選地是25/75到20/80)。

多元醇的例子包括聚醚多醇的介紹中舉例說明的多元醇。

非可輻射固化聚合物的重量平均分子量

非可輻射固化聚合物的重量平均分子量?jī)?yōu)選地是200到1000，并且更加優(yōu)選地是250到850。

非可輻射固化聚合物的重量平均分子量是通過使用聚苯乙烯作為標(biāo)準(zhǔn)材料的凝膠滲透色譜法(gpc)測(cè)得的值。

非可輻射固化聚合物的粘度

非可輻射固化聚合物的粘度(25℃)優(yōu)選地是200mpa·s或以下，更加優(yōu)選地是100mpa·s或更少，并且進(jìn)一步更加優(yōu)選地是70mpa·s或更少。

粘度可以是按照稍后將會(huì)介紹的使用rheomat115(由contraves制造)的測(cè)量方法測(cè)量的。

增塑劑的含量

相對(duì)于支撐材料的總量而言，增塑劑的含量?jī)?yōu)選地是按重量占25％到按重量占60％，更加優(yōu)選地是按重量占30％到按重量占55％，進(jìn)一步更加優(yōu)選地是按重量占35％到按重量占50％。

增塑劑可以單獨(dú)使用或者以兩種或更多種增塑劑的組合物的形式使用。

(輻射聚合引發(fā)劑)

舉例來說，公知的聚合引發(fā)劑，比如輻射自由基聚合引發(fā)劑和輻射陽離子聚合引發(fā)劑，可以作為輻射聚合引發(fā)劑。

輻射自由基聚合引發(fā)劑的例子包括芳香酮、?；⒀趸衔铩⒎枷阄帖}化合物、有機(jī)過氧化物，含硫化合物(噻噸酮化合物、含苯硫基基團(tuán)的化合物，等等)、六芳基雙咪唑化合物、酮肟酯化合物、硼酸酯化合物、嗪鎓化合物、茂金屬化合物、活性酯化合物、具有碳-鹵素鍵的化合物和烷基胺化合物。

輻射自由基聚合引發(fā)劑的具體例子包括公知的輻射聚合引發(fā)劑，比如苯乙酮、苯乙酮苯甲基縮酮、1-羥基二苯酮、2,2-二甲氧-2-苯基苯乙酮、氧雜蒽酮、芴酮、苯甲醛、芴、蒽醌、三苯胺、咔唑、3-對(duì)甲基苯乙酮、4-氯代二苯甲酮、4,4'-二甲氧基二苯甲酮、4,4'-二氨基二苯甲酮、米蚩酮、安息香丙醚、苯偶姻乙醚、苯甲基二甲基縮酮、1-(4-異丙苯基)-2-羥-2-甲基丙醇-1-酮、2-羥甲基二惡戊烷-苯丙烷-1-酮、噻噸酮、二乙基噻噸酮、2-異丙基噻噸酮、2-氯代噻噸酮、甲基二惡戊烷-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-嗎啉代-丙烷-1-酮、雙(2,4,6-三甲基苯甲?；?-苯膦氧化物、2,4,6-三甲基苯甲?；?聯(lián)苯-氧化膦、2,4-二乙基噻噸酮和雙(2,6-二甲氧基苯甲?；?-2,4,4-三甲基苯甲?；趸ⅰ?/p>

輻射聚合引發(fā)劑的含量

相對(duì)于可輻射固化化合物而言，輻射聚合引發(fā)劑的含量?jī)?yōu)選地是按重量占1％到按重量占10％，并且更加優(yōu)選地是按重量占3％到按重量占5％。

輻射聚合引發(fā)劑可以單獨(dú)使用或者以兩種或更多種輻射聚合引發(fā)劑的組合物的形式使用。

(阻聚劑)

阻聚劑的例子包括公知的阻聚劑，比如苯酚基阻聚劑(例如，p-甲氧基苯酚、甲酚、t-丁基鄰苯二酚、3,5-二-t-丁基-4-羥基甲苯、2,2'-亞甲基-雙(4-甲基-6-t-丁基酚)、2,2'-亞甲基-雙(4-乙-6-丁基酚)、4,4'-硫代-雙(3-甲基－6-t-丁基酚)，等等)、位阻胺、對(duì)苯二酚單乙醚(mehq)和對(duì)苯二酚。

阻聚劑的含量

相對(duì)于可輻射固化化合物而言，阻聚劑的含量?jī)?yōu)選地是按重量占0.1％到按重量占1％，并且更加優(yōu)選地是按重量占0.3％到按重量占0.5％。

阻聚劑可以單獨(dú)使用或者以兩種或更多種阻聚劑的組合物的形式使用。

(表面活性劑)

表面活性劑的例子包括公知的表面活性劑，比如基于硅樹脂的表面活性劑、丙烯酸表面活性劑、陽離子表面活性劑、離子表面活性劑、非離子型表面活性劑、兩性表面活性劑和基于氟的表面活性劑。

表面活性劑的含量

相對(duì)于可輻射固化化合物而言，表面活性劑的含量?jī)?yōu)選地是按重量占0.05％到按重量占0.5％，并且更加優(yōu)選地是按重量占0.1％到按重量占0.3％。

表面活性劑可以單獨(dú)使用或者以兩種或更多種表面活性劑的組合物的形式使用。

(其它添加劑)

除了上述添加劑之外的其它添加劑的例子包括公知的添加劑，比如著色劑、溶劑、敏化劑、定影劑、殺真菌劑、防腐劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、螯合劑、增稠劑、分散劑、聚合加速劑、穿透增強(qiáng)器和潤(rùn)濕劑(保濕劑)。

(支撐材料的特性)

支撐材料的表面張力處于20mn/m到40mn/m的范圍內(nèi)。

這里，表面張力是由wilhelmy型表面張力計(jì)(由kyowainterfacescienceco.,ltd.出品)在溫度為23℃、相對(duì)濕度(rh)為55％的環(huán)境下測(cè)量的值。

支撐材料的粘度(23℃)處于30mpa·s到50mpa·s的范圍內(nèi)。

由噴墨型噴射頭噴射支撐材料時(shí)的溫度是70℃，并且支撐材料在這一溫度下的粘度優(yōu)選地是5mpa·s到20mpa·s，更加優(yōu)選地是8mpa·s到18mpa·s，并且進(jìn)一步更加優(yōu)選地是10mpa·s到15mpa·s。

粘度是通過在剪切速度為1400s-1的條件下使用rheomat115(由contraves出品)作為測(cè)量裝置并且將測(cè)量溫度設(shè)置為上述溫度而測(cè)量得到的值1。

(造型材料)

在下文中，將會(huì)介紹造型材料。

造型材料包含可輻射固化化合物(用于造型材料的可輻射固化化合物)。除了前面提到的組分外，造型材料可以進(jìn)一步包含其它添加劑，比如輻射聚合引發(fā)劑、阻聚劑、表面活性劑和著色劑。

舉例來說，具有可輻射固化官能團(tuán)(可輻射聚合官能團(tuán))的化合物可以作為用于造型材料的可輻射固化化合物(造型材料用的可輻射固化化合物)。可輻射固化官能團(tuán)的例子包括烯屬不飽和雙鍵，例如，n-乙烯基團(tuán)、乙烯醚基團(tuán)、(甲基)丙烯?；鶊F(tuán)、環(huán)氧基團(tuán)和氧雜環(huán)丁烷基團(tuán)。具有烯屬不飽和雙鍵基團(tuán)(優(yōu)選地，(甲基)丙烯?；鶊F(tuán))的化合物作為可輻射固化化合物是較佳選擇。

用于造型材料的可輻射固化化合物的具體例子包括氨基甲酸乙酯(甲基)丙烯酸酯、環(huán)氧(甲基)丙烯酸酯和聚酯(甲基)丙烯酸酯。在這些當(dāng)中，氨基甲酸乙酯(甲基)丙烯酸酯是作為用于造型材料的可輻射固化化合物的較佳選擇。

相對(duì)于造型材料的總量而言，造型材料用的可輻射固化化合物的含量?jī)?yōu)選地是按重量占94％到按重量占99％，并且更加優(yōu)選地是按重量占93％到按重量占97％。

特別地，在造型材料用的可輻射固化化合物中，優(yōu)選地是，氨基甲酸乙酯(甲基)丙烯酸酯與另一種可輻射固化化合物(例如，單官能團(tuán)或多官能團(tuán)(甲基)丙烯酸酯)一起使用。在這種情況下，相對(duì)于造型材料的總量而言，氨基甲酸乙酯(甲基)丙烯酸酯的含量?jī)?yōu)選是按重量占10％到按重量占60％，并且更加優(yōu)選地是按重量占20％到按重量占50％。更進(jìn)一步地，相對(duì)于造型材料的總量而言，上述另一種可輻射固化化合物的含量?jī)?yōu)選是按重量占40％到按重量占75％，并且更加優(yōu)選地是按重量占50％到按重量占65％。

造型材料用可輻射固化化合物可以單獨(dú)使用或者以兩種或更多種造型材料用可輻射固化化合物的組合物的形式使用。

針對(duì)支撐材料舉例給出的組分，也可以用作用于造型材料的輻射聚合引發(fā)劑、阻聚劑、表面活性劑和著色劑。舉例說明的造型材料的特性與支撐材料的特性的范圍也是相同的。

(制造三維結(jié)構(gòu)的方法)

通過按照本示范性實(shí)施例的三維成型設(shè)備10，執(zhí)行制造三維結(jié)構(gòu)的方法，包括步驟：通過噴墨法噴射可輻射固化造型材料并且通過用放射線照射來對(duì)所噴射的可輻射固化造型材料進(jìn)行固化，以形成三維結(jié)構(gòu)；和通過噴墨法噴射支撐材料并且通過用放射線照射來對(duì)所噴射的支撐材料進(jìn)行固化，以形成支撐三維結(jié)構(gòu)的至少一部分的支撐結(jié)構(gòu)。在按照本示范性實(shí)施例的制造三維結(jié)構(gòu)的方法中，在形成三維結(jié)構(gòu)之后，通過將支撐結(jié)構(gòu)溶解于40℃到90℃(優(yōu)選地是60℃到90℃，更加優(yōu)選地是60℃到80℃)的熱水中來除掉支撐結(jié)構(gòu)，以便形成三維結(jié)構(gòu)。

具體來說，可以采用將具有支撐結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)沉浸到熱水中并且因而分解支撐結(jié)構(gòu)以除掉支撐結(jié)構(gòu)的方法(沉浸法)、將熱水噴射到具有支撐結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)上從而分解支撐結(jié)構(gòu)以通過水壓除掉支撐結(jié)構(gòu)的方法(噴射法)等等。就簡(jiǎn)單的去除方法而言，通過沉浸法去除支撐結(jié)構(gòu)是更佳的選擇。在沉浸法中，優(yōu)選地也可以使用超聲波照射。

所獲得的結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行后處理，比如打磨處理。

三維成型設(shè)備10可以配備容納造型材料并可拆卸地加裝在三維成型設(shè)備10上的造型材料盒。類似地，三維成型設(shè)備10可以配備容納支撐材料并可拆卸地加裝在三維成型設(shè)備10上的支撐材料盒。

在下文中，將會(huì)參照實(shí)例更加詳細(xì)地介紹本發(fā)明。

不過，本發(fā)明并不局限于這些實(shí)例。這里，“份”是以重量為基礎(chǔ)的，除非另作說明。

(實(shí)例1)

支撐材料sa1

制備基于甘油聚合物的化合物

從100℃到200℃加熱并攪拌80份十聚甘油三硬酯酸鹽和20份雙聚甘油-環(huán)氧乙烷100摩爾加合物，直到它們?nèi)刍?，并且將熔化物冷卻到室溫(25℃)，以獲得hlb值為10的基于甘油聚合物的化合物1。

支撐材料sa1的制備

羥乙基丙烯酸酯(hea)：100份

(可熱水溶解uv可固化化合物)

蓖麻油多元醇：50份

(增塑劑，由itohoilchemicalsco.,ltd.出品的"urich-31"，羥值：157mgkoh/g到170mgkoh/g，粘度(25℃)：40mpa·s或更低)

基于甘油聚合物的化合物1：50份

聚合引發(fā)劑：5.0份

(由basf公司出品的"darocur1173"，2-羥基-2-甲基-1-苯丙烷-1-酮)

阻聚劑：0.5份

(由rahnag公司出品的"genorad16")

將上述組分相互混合，以制備支撐材料sa1。

(實(shí)例2)

按照與實(shí)例1中相同的方式獲得支撐材料，只是將實(shí)例1中使用的基于甘油聚合物的化合物1改為按如下方式制備的基于甘油聚合物的化合物2。

制備基于甘油聚合物的化合物2

從100℃到200℃加熱并攪拌20份十聚甘油三硬酯酸鹽和80份雙聚甘油-環(huán)氧乙烷100摩爾加合物，直到它們?nèi)刍?，并且將熔化物冷卻到室溫(25℃)，以獲得hlb值為9.5的基于甘油聚合物的化合物2。

(實(shí)例3)

按照與實(shí)例1中相同的方式獲得支撐材料，只是將實(shí)例1中使用的羥乙基丙烯酸酯(hea)改為丙烯酰嗎啉。

(實(shí)例4)

按照與實(shí)例1中相同的方式獲得支撐材料，只是將實(shí)例1中使用的增塑劑(蓖麻油，urich-31)改為聚酯多元醇(p-400，由adekacorporation出品)

(比較例1)

按照與實(shí)例1中相同的方式獲得支撐材料，只是不使用實(shí)例1中的羥乙基丙烯酸酯(hea)、聚合引發(fā)劑(darocur1173)和阻聚劑(genorad16)。

(比較例2)

按照與實(shí)例1中相同的方式獲得支撐材料，只是不使用實(shí)例1中的基于甘油聚合物的化合物1。

(比較例3)

按照與實(shí)例3中相同的方式獲得支撐材料，只是不使用實(shí)例3中的基于甘油聚合物的化合物1。

(比較例4)

按照與實(shí)例4中相同的方式獲得支撐材料，只是不使用實(shí)例4中的基于甘油聚合物的化合物1。

(比較例5)

按照與實(shí)例1中相同的方式獲得支撐材料，只是將實(shí)例1中的基于甘油聚合物的化合物改為乙烯-醋酸乙烯共聚物(商品名：701d，由moribestoresinc.出品)。

(評(píng)價(jià))

噴墨噴射適用性的評(píng)價(jià)

通過測(cè)量粘度來評(píng)價(jià)支撐材料的噴墨噴射適用性。

70℃下的粘度是在1400s-1的剪切速度的條件下用rheomat115(由contraves出品)測(cè)量的。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

a(o)：15mpa·s或更小

b(δ)：大于15mpa·s且30mpa·s或以下

c(x)：大于30mpa·s

形狀精度(分辨率)的評(píng)價(jià)

準(zhǔn)備具有造型圖案的分辨率圖案，其中以網(wǎng)格(參照?qǐng)D22)的形式分別排布4mm，3mm，2.5mm，2mm，1.8mm，1.5mm，1.4mm，1.2mm，1.0mm，0.8mm，0.6mm，0.5mm，0.45mm，0.4mm，0.35mm，0.3mm和0.25mm的正方形投影部分(高度：0.5mm)。

選擇由fujifilmdimatrixinc.出品的polaris頭(型號(hào)：pq512/85)作為噴射頭、選取integrationtechnologyltd.出品的subzero-055(強(qiáng)度100w/cm)作為紫外線照射光源，將它們?cè)O(shè)置在包括驅(qū)動(dòng)單元和控制單元的成型設(shè)備中，并且使用這一成型設(shè)備作為測(cè)試用成型設(shè)備。在成型設(shè)備中，噴射頭和光源往復(fù)地一起移動(dòng)，層疊出20μm厚的支撐材料層，并且每次掃描通過紫外線照射執(zhí)行一次固化處理，從而由支撐材料形成支撐結(jié)構(gòu)。更進(jìn)一步地，在成型設(shè)備中，支撐材料在遮光狀態(tài)下借助進(jìn)料泵從儲(chǔ)存槽經(jīng)由saint－gobaintmk.k.出品的tygon2375抗化學(xué)腐蝕管道穿過由nihonpallltd.出品的profilestara050過濾器(過濾精度5μm)，以便從支撐材料中除去異類材料，然后結(jié)果得到的支撐材料被供給給噴射頭。

由上述成型設(shè)備對(duì)分辨率圖案進(jìn)行掃描，以形成支撐材料圖案。

根據(jù)支撐結(jié)構(gòu)圖案是否可以被分解到這樣程度的大小來評(píng)價(jià)形狀精度(分辨率)。

可熱水去除性的評(píng)價(jià)

將形狀精度(分辨率)評(píng)價(jià)時(shí)形成的支撐結(jié)構(gòu)圖案沉浸到60℃的熱水中。

根據(jù)支撐結(jié)構(gòu)圖案是否分解來評(píng)價(jià)可熱水去除性。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

a(o)：在5分鐘之內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)圖案分解并且固體消失

b(δ)：支撐結(jié)構(gòu)圖案分解，但是固體消失花費(fèi)了30分鐘以上

c(x)：支撐結(jié)構(gòu)圖案不分解，并且固體保持不變

表1

從表1的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，相比于支撐材料不包含基于甘油聚合物的化合物的各個(gè)比較例2、3和4，在使用了包含可熱水溶解、可輻射固化的化合物和特定的基于甘油聚合物的化合物的各個(gè)實(shí)例中，所形成的支撐結(jié)構(gòu)的形狀精度非常優(yōu)異。

支撐材料的粘度調(diào)節(jié)

在下文中，將會(huì)介紹支撐材料的粘度調(diào)節(jié)的試驗(yàn)結(jié)果。圖23表示針對(duì)多種圖案的結(jié)構(gòu)，評(píng)價(jià)支撐材料在55℃(噴射頭的溫度)下的粘度和在uv固化后支撐材料的可溶性的結(jié)果。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

o：支撐材料分解了(在超聲波處理的情況下在1分鐘之內(nèi))

o-：需要花些時(shí)間分解支撐材料(在超聲波處理的情況下3分鐘到5分鐘)

δ++：分解之后的瞬間仍有未溶解的物質(zhì)，不過過一會(huì)兒也溶解了

δ+：分解之后的瞬間仍有未溶解的物質(zhì)，不過經(jīng)過一夜也溶解了

δ：支撐材料破碎，但是不分解

我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)參照包含羥乙基丙烯酸酯(hea)、對(duì)苯二酚單甲基醚(mehq)、雙?；⒀趸?bapo)、irgacure379(由basf公司出品的2-二甲基氨基-2-(4-甲芐基)-1-(4-嗎啉-4-基-苯基)-丁-1-酮)、itx(2-異丙基噻噸酮)、tegowet270(由evonikjapan出品的聚醚改性硅氧烷共聚物)和p-400(聚酯多元醇)的結(jié)構(gòu)fxs49評(píng)價(jià)用heaa(羥乙基丙烯酰胺)替代了hea的合成物fxs52的粘度和可溶性的時(shí)候，在uv固化之后，借助超聲波作用，合成物fxs52在很短的時(shí)間內(nèi)分解。

heaa因其內(nèi)部的酰胺基的氫鍵而具有非常高的粘度，并且在固化之后具有很高的形狀保持性能。heaa在55℃(噴射頭的溫度)下的粘度是43.2mpa·s，這是很高的粘度，即使增大非可uv固化組分p-400的量也不會(huì)明顯下降。其原因在于，p-400在55℃下的初始粘度是17mpa·s。這樣，一種降低heaa粘度的嘗試是使用低粘度的單官能團(tuán)單體hea或oh改性蓖麻油(h31)，其為低粘度非可uv固化組分，直到heaa可以被用于噴墨法。

如圖23中所示，在用hea和h31進(jìn)行粘度調(diào)節(jié)時(shí)，要權(quán)衡水中的可溶性和粘度之間的關(guān)系，并且結(jié)構(gòu)fxs63是唯一可接受程度的結(jié)構(gòu)。

這樣，找到了可溶于水的支撐材料組成，這種支撐材料組成可以在uv固化之后被水溶解并且具有能夠用噴墨法噴射出來的粘度。作為可溶于水的支撐材料的所必須的要求，下面舉例給出了四點(diǎn)。

(1)需要50wt％或以上的非可uv固化組分。

(2)不使用雙官能或更多官能的反應(yīng)組分。

(3)選擇具有高靈敏度的單官能單體，并且要防止由副反應(yīng)引起的交聯(lián)反應(yīng)。

(4)uv固化之后的聚合物和非可uv固化的組分彼此相分離并彼此相組合。

不使用可溶于水的支撐材料，也可以使用可熱熔的支撐材料?？蔁崛壑尾牧系睦影ㄍㄟ^加熱液化并通過自然冷卻凝固的粉末狀水溶性蠟和尿素粉末。

在各個(gè)上述示范性實(shí)施例中，介紹了造型平臺(tái)34在造型材料噴射頭16掃描xy平面的同時(shí)沿著z軸方向逐漸下降的情況。不過，在造型平臺(tái)34固定的狀態(tài)下，造型材料噴射頭16可以在掃描xy平面的同時(shí)沿著z軸方向逐漸升高。更進(jìn)一步地，造型平臺(tái)34和造型材料噴射頭16可以移動(dòng)，以致在z軸方向上分離開。

在各個(gè)上述示范性實(shí)施例中介紹的三維造型設(shè)備10的結(jié)構(gòu)(參見圖1)僅僅是一個(gè)實(shí)例。在不超出本發(fā)明的思想的范圍內(nèi)，可以除掉不必要的部件或者添加新的部件。

前面本發(fā)明示范性實(shí)施例的介紹是為了圖解和說明的目的而給出的。并沒有打算詳盡無遺或者將本發(fā)明局限于所公開的確切形式。顯然，對(duì)于本領(lǐng)域從業(yè)者而言，很多改造和變形是顯而易見的。選取和介紹這些實(shí)施例是為了更好地解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域其它技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明為了適合于預(yù)期的特定用途而對(duì)應(yīng)于各種不同實(shí)施方式并且具有各種不同修改形式。我們希望本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書以及它們的等價(jià)內(nèi)容來限定。