[發(fā)明專利]用于使用惰性氣體防止在3D打印系統(tǒng)中光引發(fā)聚合反應(yīng)的氧阻聚的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980082395.5
• 申請(qǐng)日: 2019-12-04
• 公開（公告）號(hào): CN113412186B
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邁克爾·澤諾;吉夫·吉蘭;丹尼爾·利普茨;尤瓦爾·謝伊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: IO技術(shù)集團(tuán)公司
• 主分類號(hào): B29C64/10
• 分類號(hào): B29C64/10;B29C64/264;B29C64/364;B33Y30/00
• 代理公司: 北京律誠(chéng)同業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國(guó);吳啟超

通過使用惰性氣體流從反應(yīng)表面清除氧氣來防止光引發(fā)聚合反應(yīng)的氧阻聚的系統(tǒng)和方法。在一些實(shí)施方案中，使用氣體擴(kuò)散系統(tǒng)清除氧氣，所述氣體擴(kuò)散系統(tǒng)通過擴(kuò)散器將惰性氣體引入U(xiǎn)V光源與工件的可UV固化層之間的工作空間中。所述擴(kuò)散器可由透明或擴(kuò)散材料制成以允許UV光穿過它，并包括一系列微孔，用于所述氣體穿過朝向所述工件。可加熱所述惰性氣體流以維持期望且均勻的反應(yīng)溫度。

相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)要求2018年12月11日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/777,902的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)通過使用惰性氣體流從反應(yīng)表面清除氧氣來防止3D打印系統(tǒng)使用的光引發(fā)聚合反應(yīng)的氧阻聚。

背景技術(shù)

許多增材制造或所謂的三維(“3D”)打印、應(yīng)用使用可紫外線(“UV”)光固化的聚合物。UV固化過程由三個(gè)階段組成：光引發(fā)、增長(zhǎng)(propagation)和終止。在光引發(fā)期間，光引發(fā)劑在暴露于UV輻射時(shí)產(chǎn)生自由基。這些自由基與附近的單體反應(yīng)并將它們轉(zhuǎn)化為自由基。接下來，在增長(zhǎng)階段，自由基單體與其他單體鍵合并將那些單體轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂苫Ｒ源朔绞絾误w形成聚合物鏈。這個(gè)過程繼續(xù)直到達(dá)到終止為止。終止可以多種方式發(fā)生，包括如果兩條鏈彼此鍵合，自由基轉(zhuǎn)移到單體，或者如果該鏈與來自環(huán)境中的分子發(fā)生反應(yīng)，而不是與單體發(fā)生反應(yīng)。

氧氣與光致聚合物之間存在抑制固化的兩種相互作用：淬滅和清除。在光引發(fā)劑已經(jīng)通過暴露于UV輻射而激發(fā)之后，它產(chǎn)生自由基。分子氧容易與此自由基反應(yīng)，從而防止其在鏈增長(zhǎng)過程中與單體反應(yīng)。這是淬滅反應(yīng)。這種反應(yīng)還產(chǎn)生氧自由基。在清除反應(yīng)中，此氧自由基與是正在增長(zhǎng)的聚合物鏈的一部分的自由基反應(yīng)。這種反應(yīng)產(chǎn)生反應(yīng)性較低的自由基，這導(dǎo)致聚合過程提前終止。這兩個(gè)過程可寫成：

淬滅反應(yīng)：PI^*+O₂^*→PI+O₂^*

清除反應(yīng)：R·+O₂^*→R-O-O·

由于這些現(xiàn)象，如果光致聚合物在3D打印過程中的固化期間暴露于氧氣，則它可能在暴露于空氣的表面上產(chǎn)生未固化的聚合物殘余物。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，UV固化系統(tǒng)包括氣體擴(kuò)散系統(tǒng)，所述氣體擴(kuò)散系統(tǒng)用于將惰性氣體引入U(xiǎn)V光源與工件的可UV固化層之間的工作空間中。透明蓋將UV光源與工作空間分隔開，并且惰性氣體(例如，Ar、CO₂、He、Ne等)從進(jìn)氣口流入并通過擴(kuò)散器朝向工件流出。氣體壓力均勻器用于確保整個(gè)系統(tǒng)中的恒定壓力。

擴(kuò)散器由透明或擴(kuò)散材料制成，以允許來自UV光源的UV光穿過它。擴(kuò)散器包括一系列微孔，用于使惰性氣體穿過流向工件。孔的小直徑允許其密堆積排列(closed-packedarray)，使得氣體均勻地分布在整個(gè)工作空間(即，整個(gè)固化區(qū)域)中。孔的小直徑還意指擴(kuò)散器的表面的較大區(qū)域沒有孔從而使其光學(xué)性質(zhì)更加均勻。這確保相對(duì)均勻的光分布。孔覆蓋有“橋”，“橋”材料是制成擴(kuò)散器的UV透明材料。這確保所有穿過擴(kuò)散器的光穿過透明材料的至少一定厚度，從而進(jìn)一步改進(jìn)光分布。

在已經(jīng)將可UV固化材料沉積在工件的表面上并將工件引入U(xiǎn)V固化系統(tǒng)的工作空間中之后，將惰性氣體泵送穿過(pump?through)擴(kuò)散器。氣體的此流動(dòng)從工作空間的相鄰于擴(kuò)散器的區(qū)域清除氧氣。此區(qū)域的厚度與氣體壓力有關(guān)，因?yàn)樗黄却┻^擴(kuò)散器。在將工件維持在工作空間的已經(jīng)從其中清除氧氣的區(qū)域中之后，然后UV固化系統(tǒng)通過暴露于來自UV光源的光而固化可UV固化材料層。