[发明专利]能固化成具有选择性视觉效果的层的液体可辐射固化树脂及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于通过加成法制造工艺来形成三维制品的可辐射固化树脂。

背景技术

用于制造三维制品的加成法制造工艺是本领域已知的。加成法制造利用物体的计算机辅助设计(CAD)数据逐层构建三维制件。这些三维制件可以由液体树脂、粉末或其他材料制成。

加成法制造工艺的非限制性实例为立体光刻(SL)。立体光刻是一种用于快速制造模型、原型、图案和某些应用中的生产件的公知方法。SL使用物体的CAD数据，其中将该数据转变为三维物体的薄的横截面。这些数据加载在计算机中，计算机控制穿过容纳在桶中的液体可辐射固化树脂组合物来扫描横截面图案的激光束，固化成与横截面相对应的树脂的薄层。用树脂再涂布固化层，激光束扫描另一个横截面，从而使在前一层的顶部上的另一个树脂层硬化。逐层地重复该过程直到完成三维物体。最初形成时，该三维物体通常未完全固化，因而可能要进行后固化(如果需要的话)。美国专利4,575,330中描述了SL法的实例。

立体光刻和其他加成法制造工艺中所用的用于形成三维物体的液体可辐射固化树脂可以通过光能固化。通常，液体可辐射固化树脂通过紫外(UV)光固化。这种光通常由激光器(例如在立体光刻中)、灯、或发光二极管(LED)产生。参见2010年12月16日递交的PCT专利申请PCT/US10/60677，其通过引用结合到本文中。立体光刻系统中激光能量的传递可以是连续波(CW)或调Q脉冲。CW激光器提供连续的激光能量，并且能用于高速扫描过程。

使用已知的树脂，最终的颜色和/或透明度通常在三维制品固化时在其中形成(发展)。已知的树脂可能是透明的液体形式，固化后形成不透明的三维制品。其他已知的树脂可能是无色的液体形式，能固化成有色的三维制品。此外，一些树脂在液体形式下看起来是第一颜色，固化后变成第二颜色。

在整篇专利申请中，术语“颜色”如下定义：颜色(英文拼写color，或可替换的拼写colour)是与人类对所谓的红色、黄色、绿色等种类相应的视觉感知特性。黑色是所有颜色都不存在时的视觉感知，而白色是所有颜色的视觉感知。颜色来自于光谱(光能相对于波长的分布)在眼内与光受体的光谱敏感性的相互作用。颜色的种类和颜色的物理规范(physical specification)也与物体、材料、光源等有关，这基于它们的物理性能，例如光吸收、反射、或发射光谱。通常，仅包括能被人察觉的成分(大约从400nm至700nm波长的光谱)的特征，因而客观上使颜色的心理现象与其物理规范有关。

颜色和透明性具有截然不同的原理。例如，有些东西可能从视觉上看起来是完全透明的，但仍是有颜色的。例如，某些有色玻璃对于眼睛来说是完全透明的，但具有颜色。类似地，有些东西可能是无色的，但也可能是透明或不透明的。“无色”被定义为缺少所有颜色。例如，纯净的液体水是透明且无色的。一个从视觉上感知是完全透明且有色(例如蓝色)的制品是反射蓝色而允许所有其他波长的光通过的。当一个观察者感知到白色，该制品可能看起来不那么透明，因为对于观察者来说所有的颜色均被反射回去，因而不能通过制品。

近年来，对于能产生具有优异的尺寸精度、形状稳定性、机械性能等性能的三维制品的液体可辐射固化树脂的需求日益增加。随着该发展，对于具有期望的颜色或透明性/不透明性同时具有上述优异性能的三维制品的需求也增大。这些有色的三维制品很有用，因为它们很美观，可以模仿商业材料的外形，并且可能具有遮光性能。随着该发展，对于其中在固化期间可以选择性控制颜色或不透明性的可辐射固化组合物的需求也增大。

2000年10月17日提交并且转让给Zeneca Limited的美国专利6,133,336描述了应对制备选择性有色的三维制品的挑战。该专利描述了一种在单一波长下、以较低和较高的剂量使用光来固化并为三维制品添加颜色的方法。使用较低剂量的光来固化液体树脂以形成固体，而使用较高剂量的光为树脂添加颜色。要求保护的方法仅用于添加颜色，而不是消除颜色。该专利还要求保护一种可光固化和可光着色的树脂用的组合物。然而，所公开的组合物具有较差的机械性能和较差的颜色稳定性。例如，初始固化之后，制品中未着色的部分在环境光下随时间变得有色。这种问题对于光敏感的着色技术来说很常见。

美国专利5,677,107(转让给Spectra Group Limited，Inc.)公开了一种通过添加或消除颜色来制备和选择性使三维制品着色的方法。着色剂是感光的，所要求保护的方法依靠使用感光的着色剂。