可剥离的牺牲结构的增材制造的方法及系统与流程
相关申请案
本申请主张2017年12月28日提交的美国临时专利申请第62/611,064号的权益，其内容全部通过引用并入本文中。
技术领域及
背景技术：
在本发明的一些实施方式中，本发明涉及增材制造(am)，并且更具体地但非排他地，涉及一种可剥离的牺牲结构的增材制造的方法及系统。
增材制造(am)是一项技术，可通过增材形成步骤直接从计算机数据中制造任意形状的结构。任何增材制造系统的基本操作都包括将三维计算机模型切成薄截面，将结果转换为二维位置数据，然后将数据提供给控制设备，所述控制设备以分层的方式制造三维结构。
增材制造需要许多不同的制造方法，包括三维打印，例如三维喷墨打印、电子束熔炼、光固化成型、选择性激光烧结、叠层实体制造、熔融沉积成型等。
三维(3d)打印过程，例如三维喷墨打印是通过建构材料的逐层喷墨沉积来执行。因此，一建构材料从具有一组喷嘴的一分配头被分配，以在一支撑结构上沉积层体。取决于所述建构材料，可以使用一合适的装置固化(cured)或固化(solidified)所述层体。
各种三维打印技术存在并揭露于以下专利，例如，美国专利第6,259,962号、第6,569,373号、第6,658,314号、第6,850,334号、第6,863,859号、第7,183,335号、第7,209,797号、7,225,045号、第7,300,619号及第7,500,846号，以及美国专利申请公开第20130073068号，全部均由同一受让人提出，并在此通过引用并入其全文。
典型的增材制造工艺的建构材料包括一模型材料，所述模型材料被沉积以产生所需的物体，以及一支撑材料，所述支撑材料在建构过程中为物体的特定区域提供临时支撑，并确保后续物体层体的适当垂直放置。例如，在物体包括悬垂特征或形状的情况下，例如弯曲的几何形状、负角、空隙等，通常使用相邻的支撑结构来构造物体，所述支撑结构在打印过程中使用，然后被去除以显露所制造物体的最终形状。
已知的去除支撑材料的方法包括水射流冲击、化学方法，例如在溶剂中溶解，通常与热处理结合。例如，对于水溶性支撑材料，将制造的物体，包括其支撑结构，浸入能够溶解支撑材料的水中。
例如，在美国专利第6,228,923号、第7,255,825号、第7,479,510号、第7,183,335号及第6,569,373号中描述了用于增材制造的支撑材料，这些专利均归本受让人所有，并且通过引用全文并入。
转让给本受让人的美国专利第8,865,047号公开了一种构造支撑结构的方法，其中所述支撑结构包括一条带，所述条带与三维物体中设计成空的空间的一体积中的层体相交。通过对条带施加提升力，支撑结构从体积中被移除。
技术实现要素：
根据本发明的一些实施方式的一方面，提供了一种三维的物体的增材制造方。所述方法包含：依序地分配及固化多个层体，所述多个层体包含：(i)多个层体的一堆叠体，包括一模型材料，以与所述物体的形状相对应的一配置图案布置；(ii)多个层体的一堆叠体，包括一柔性材料，并形成一牺牲结构；以及(iii)多个层体的一堆叠体，包括一软性材料，所述软性材料的一弹性模量小于所述柔性材料的一弹性模量，并形成一中间结构在所述物体与所述牺牲结构之间；以及对所述牺牲结构施加一剥离力(例如，在干燥环境中)，以将所述牺牲结构与所述物体分隔。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于通过增材制造来制造三维的物体的系统。所述系统包括：多个分配头，例如至少一第一分配头，配置为分配一模型材料；一第二分配头，配置为分配一柔性材料；以及一第三分配头，配置为分配一软性材料，所述软性材料的一弹性模量小于所述柔性材料；一固化系统，配置为用于固化所述多个材料的每一个；以及一计算机控制器，具有一电路，所述电路配置为用于操作所述多个分配头及所述固化系统，以依序地分配及固化如上所描述的，并且可选地且优选地如下进一步详细说明及示例的多个层体。
根据本发明的另一方面，提供一种适用于家庭以及办公室环境的三维喷墨彩色打印机。在一些示例性实施方式中，家庭以及办公室使用的适用性是基于打印机使用可以容易地从模型结构，即，从被打印的三维的物体分离的材料(例如，通过手动将牺牲结构自物体上剥离)形成牺牲结构的至少一部分。可选地，形成可剥离的牺牲结构的至少一部分的柔性材料是一弹性体材料。分离可以在打印过程结束时进行，而无需专用设备或溶剂。这样，可以迅速、整齐地去除牺牲结构，并且几乎不产生废物。在一些示例性实施方式中，牺牲结构的附加部分可以由一软性材料形成，例如但不限于可溶于水或溶剂的一材料。可选地，软性材料被施加在形成物体的模型材料与牺牲结构(即中间结构)的柔性材料之间，并且可以附着到可剥离的柔性材料上并与其一起剥离。可选地，一旦柔性材料被去除，可以通过将物体摩擦或浸入水中而容易地去除物体上的中间结构的软性材料或软性材料的残余物。
在示例性实施方式中，家庭以及办公室使用的适用性还基于三维喷墨彩色打印系统的一紧凑尺寸，用于打印全彩物体，所述紧凑型系统包括至多三个打印头，例如每个头包括两个线性喷嘴阵列。每个喷嘴阵列专用于打印不同的材料，例如，所述系统沉积五种不同的彩色的模型材料及一支撑材料。为了使用一柔性材料来提供本发明的牺牲结构，而无需添加另一个打印头，并因此损害打印系统的紧凑尺寸，所述柔性材料可被使用来代替彩色的模型材料中的一个，使得所述紧凑型系统可以沉积四种不同颜色的模型材料、一柔性材料及一支撑材料。可选地，具有与其替换的彩色的模型材料的颜色相似的颜色的一柔性材料被选择，可选地并且优选地，黑色的模型材料被选择。在一些示例实施方式中，缺少的模型材料的颜色，例如黑色，是通过数字地结合提供供打印机使用的其他彩色的模型材料而产生的，例如，青色、洋红色及黄色(cyan,magentaandyellow,cmy)的一组合。
本发明人发现，当使用柔性材料代替物体中的模型材料之一时，例如当在物体中产生精细细节时，或是当使用柔性材料产生物体的相对较小的体积部分时，物体的机械性能没有受到显着影响。因此，除了用作牺牲结构的可剥离材料之外，黑色的柔性材料还可以例如用于在正在形成的三维的物体中产生精细的细节。
根据一些示例性实施方式的一方面，提供了一种三维的物体的增材制造方法，包括：依序地分配及固化多个层体，其中所述多个层体由以下材料形成(i)多个不同的彩色的模型材料，以与所述物体的形状及颜色定义相对应的一配置图案布置；(ii)一柔性材料，以一配置图案布置，以形成至少部分地包围所述物体的一牺牲结构；以及(iii)一软性材料，以一配置图案布置，以提供所述模型材料与所述牺牲结构之间的分隔。
可选地，所述软性材料的一弹性模量小于所述柔性材料的一弹性模量。
可选地，所述多个不同的彩色的模型材料不包括一黑色的模型材料。
可选地，所述柔性材料是黑色的。
可选地，所述物体的一黑色部是基于以下而形成的：(i)数字混合所述多个不同的彩色的模型材料，以产生一黑色；(ii)一定量的黑色柔性材料；或(iii)所述(i)与所述(ii)的一组合。
可选地，所述柔性材料是黑色的。
根据一些示例性实施方式的一方面，提供了一种计算机软件产品，包含：存储有多个程序指令的一计算机可读介质，所述多个指令在被一增材制造系统的一计算机控制器读取时，使所述系统依序地分配及固化由以下材料形成的多个层体：(i)多个不同的彩色的模型材料，以与所述物体的形状及颜色定义相对应的一配置图案布置；(ii)一柔性材料，以一配置图案布置，以形成至少部分地包围所述物体的一牺牲结构；以及(iii)一软性材料，以一配置图案布置，以提供所述模型材料与所述牺牲结构之间的分隔。
可选地，所述多个不同的彩色的模型材料不包括一黑色的模型材料。
可选地，所述柔性材料是黑色的。
可选地，所述多个指令包括通过以下方式在所述物体中形成一黑色的多个命令：(i)数字地混合多个彩色的模型材料；(ii)打印一定量的黑色柔性材料；或(iii)组合所述(i)与所述(ii)。
根据一些示例性实施方式的一方面，提供了一种用于制造三维的彩色的物体的增材制造(am)系统，所述系统包含：一建构材料供应设备，配置为容纳一组供应盒，其中所述一组供应盒包括：一组具有不同的彩色的模型材料的盒；包含一柔性材料的一盒；以及包含一软性材料的一盒，所述软性材料的一弹性模量小于所述柔性材料的一弹性模量；多个喷嘴阵列，安装在多个分配头中，所述多个分配头配置为接收来自所述建构材料供应设备的多个材料；一固化系统，配置为固化从所述多个分配头分配的所述多个材料；以及一计算机控制器，具有一电路，所述电路配置为用于操作所述多个分配头以及所述固化系统，以依序地分配及固化包含以下材料的多个层体：(i)多个不同的彩色的模型材料，以与所述的物体的形状及颜色定义相对应的一配置图案布置；(ii)所述柔性材料，以一配置图案布置，以形成至少部分地包围所述物体的一牺牲结构；以及(iii)所述软性材料，以一配置图案布置，以提供在所述模型材料与所述牺牲结构之间的分隔。
可选地，所述多个不同的彩色的模型材料不包括黑色的模型材料。
可选地，所述柔性材料是黑色的。
可选地，所述多个分配头配置为通过打印以下材料来操作，以在所述物体中打印一黑色：(i)多个不同的彩色的模型材料的一数字混合物；(ii)一定量的黑色柔性材料；或(iii)所述(i)与所述(ii)的一组合。
根据一些示例性实施方式的一方面，提供了一种用于制造三维物体的增材制造系统，所述系统包含：一建构材料供应设备，配置为最多容纳六个供应盒，其中所述多个供应盒选自于包括以下的一群组：具有不同彩色的模型材料的多个盒；具有柔性材料的多个盒；以及具有软性材料的多个盒，其中所述软性材料的一弹性模量小于所述柔性材料的一弹性模量；最多六个的喷嘴阵列，安装在多个分配头中，所述多个分配头配置为接收来自所述建构材料供应设备的多个材料；一固化系统，配置为固化从所述多个分配头分配的所述多个材料；以及一计算机控制器，具有一电路，所述电路配置为用于操作所述多个分配头以及所述固化系统，以依序地分配及固化包含以下材料的多个层体：(i)多个不同的彩色的模型材料，以与所述物体的形状及颜色定义相对应的一配置图案布置；(ii)所述柔性材料，以一配置图案布置，以形成至少部分地包围所述物体的一牺牲结构；以及(iii)所述软性材料，以一配置图案布置，以提供在所述模型材料与所述牺牲结构之间的分隔；其中所述多个不同的彩色的模型材料不包括黑色的模型材料。
根据一些示例性实施方式的一方面，提供了一种用于通过增材制造来制造三维物体的系统，所述系统包含：一建构材料供应设备，配置为最多容纳六个供应盒，其中所述多个供应盒选自于包括以下的一群组：具有多个不同的彩色的模型材料的多个盒；具有柔性材料的多个盒；以及具有软性材料的多个盒，其中所述软性材料的一弹性模量小于所述柔性材料的一弹性模量，并且其中所述多个不同的彩色的模型材料包括白色、青色、洋红色及黄色；最多三个的分配头，配置为接收来自所述建构材料供应设备的多个材料；一固化系统，配置为固化所述多个材料中的每一个；以及一计算机控制器，具有配置为用于操作所述多个分配头以及所述固化系统的一电路，以依序地分配及固化包含以下材料的多个层体：(i)所述多个不同的彩色的模型材料，以与所述物体的形状及颜色定义相对应的一配置图案布置；(ii)所述柔性材料，以一配置图案布置，以形成至少部分地包围所述物体的一牺牲结构；以及(iii)所述软性材料，以一配置图案布置，以提供在所述模型材料与所述牺牲结构之间的分隔；其中所述三个分配头中的至少一部分配置为以数字地混合青色、洋红色及黄色来操作，以在所述物体中产生一黑色。
可选地，所述柔性材料是黑色的，并且其中所述柔性材料被施加以形成被定义为黑色的所述物体的至少一部分。
可选地，所述柔性材料是黑色的，并且其中所述柔性材料被包括在所述不同的彩色的模型材料的数字混合中，以在所述物体中产生所述黑色。
可选地，若所述黑色部的一体积大于一定义的阈值，则所述物体的一黑色部是基于所述不同的彩色的模型材料的数字混合而形成的。
可选地，若所述黑色部的所述体积小于所述定义的阈值，则所述黑色部由所述柔性材料制成。
可选地，所述软性材料以一配置图案布置，以在所述牺牲结构中形成多个间隔。
可选地，所述多个间隔形成在相对于所述物体的多个对称的平面上。
可选地，所述软性材料配置为填充由所述物体的一几何形状定义的多个孔。
可选地，所述软性材料配置为包含多个精细特征，在所述多个精细特征的附近施加一拉力或剥离力时，所述精细特征易于断裂。
可选地，所述软性材料由水溶性的一凝胶形成。
可选地，由所述软性材料提供的在所述模型材料与所述牺牲结构之间的所述分隔的一厚度为100微米至300微米。
可选地，所述牺牲结构的一最小厚度为自约500微米至约3毫米。
可选地，所述模型材料的至少一部分的一弯曲模量为2000兆帕至4000兆帕。
可选地，所述模型材料包括至少一个另外的不可固化材料，其中所述不可固化材料选自于包括以下的一群组：一着色剂、一引发剂、一分散剂、一表面活性剂、一稳定剂及一抑制剂。
可选地，所述牺牲结构的特征为：当固化后根据国际标准astmd-624进行测量时，所述牺牲结构固化后的一抗撕裂性为至少每米4千牛顿。
可选地，所述牺牲结构的特征为：当根据国际标准astmd-624进行测量时，所述牺牲结构固化后的一抗撕裂性为自约每米4千牛顿至约每米8千牛顿。
可选地，所述牺牲层配置用以被剥离，并且其中所述剥离力的一大小为自约1牛顿至约20牛顿。
可选地，所述牺牲层配置为使得5牛顿的所述剥离力导致至少0.02的一弯曲应变。
可选地，所述柔性材料是包括多个二氧化硅颗粒的一制剂。
可选地，所述制剂的特征为：在硬化时的一抗撕裂性比具有相同的柔性材料但不含所述多个二氧化硅颗粒的一固化制剂高至少0.5千牛顿/米。
可选地，所述多个二氧化硅颗粒的一平均粒径小于1微米
可选地，所述多个二氧化硅颗粒的至少一部分包括一亲水性表面。
可选地，所述多个二氧化硅颗粒的至少一部分包括一疏水性表面。
可选地，所述多个二氧化硅颗粒的至少一部分包括多个官能化的二氧化硅颗粒。
可选地，所述多个二氧化硅颗粒的至少一部分被多个可固化官能基官能化。
可选地，所述多个可固化官能基包括多个(甲基)丙烯酸酯基团。
可选地，所述制剂中的所述多个二氧化硅颗粒的一含量的范围为所述制剂的总重量的约1至约20重量％、约1至约15重量％，或约1至约10重量％。
可选地，所述柔性材料与所述多个二氧化硅颗粒的一重量比的范围为约30：1至约4：1。
可选地，所述柔性材料的一含量为所述制剂的一总重量的至少40％或至多50％。
可选地，所述柔性材料包括以下材料的一个或多个：一单官能弹性体单体、一单官能弹性体低聚物、一多官能弹性体单体、一多官能弹性体低聚物。
可选地，所述制剂包括一另外的可固化材料。
可选地，所述制剂包括一弹性体单官能可固化材料、一弹性体多官能可固化材料以及一另外的单官能可固化材料。
可选地，所述弹性体单官能材料的一浓度的范围为按重量计约10％至约30％。
可选地，所述弹性体单官能可固化材料的一浓度的范围为按重量计约50％至约70％。
可选地，所述弹性体多官能可固化材料的一浓度的范围为按重量计约10％至约20％。
可选地，所述单官能可固化材料的一浓度的范围为按重量计约20％至约30％。
可选地，所述弹性体单官能可固化材料的一浓度的范围为按重量计约30％至约50％。
可选地，所述弹性体多官能可固化材料的一浓度的范围为按重量计约10％至约30％。
可选地，所述柔性材料是一紫外线可固化的弹性体材料。
所述柔性材料是一丙烯酸弹性体。
除非本文另有定义，否则本文所用的所有技术及/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。尽管与本文描述的那些类似或等同的方法及材料可以用于本发明的实施方式的实践或测试中，但是下面描述了示例性的方法及/或材料。如有抵触，以专利说明书及其定义为准。另外，材料、方法及示例仅是说明性的，并不意图必然是限制性的。
本发明的实施方式的方法及/或系统的实现可以涉及手动、自动或其组合来执行或完成所选择的任务。此外，根据本发明的方法及/或系统的实施方式的实际仪器及设备，可以使用一操作系统通过硬件、软件、固件或它们的一组合来实现所几个选择的任务。
例如，根据本发明的实施方式的用于执行选择的任务的硬件可以被实现为一芯片或一电路。作为软件，根据本发明的实施方式的所选任务可以被实现为由一计算机使用任何合适的操作系统所执行的多个软件指令。在本发明的一示例性实施方式中，根据本文所述的方法及/或系统的示例性实施方式的一个或多个任务由一数据处理器执行，例如用于执行多个指令的一计算平台。
可选地，所述数据处理器包括用于存储指令及/或数据的一易失性存储器及/或用于存储指令及/或数据的一非易失性存储器，例如一磁硬盘及/或可移动介质。可选地，还提供一网络连接。还可选地提供一显示器及/或一用户输入装置，例如键盘或鼠标。
附图说明
本文仅通过示例，参考附图及图像描述了本发明的一些实施方式。现在具体地具体参考附图，要强调的是，示出的细节是作为示例，并且出于对本发明的实施方式的说明性讨论的目的。在这方面，结合附图进行的描述对于本领域技术人员而言显而易见的是可以如何实践本发明的实施方式。
在附图中：
图1a至图1d是根据本发明的一些实施方式的增材制造系统的示意图；
图2a至图2c是根据本发明的一些实施方式的打印头的示意图；
图3a及图3b是示出根据本发明的一些实施方式的坐标变换的示意图；
图4是根据本发明的一些实施方式的一增材制造全彩系统的示意图；
图5a及图5b是根据本发明的一些实施方式的增材制造系统的一打印块的示例性俯视图及立体图；
图6是根据本发明的各个示例性实施方式的方法的流程图；
图7a是根据本发明的一些实施方式的使用多个支撑材料的一组合来支撑一被打印的物体的一示例性方法的简化流程图；
图7b是根据本发明的一些实施方式的使用一增材制造系统来进行彩色打印的一示例性方法的简化流程图；
图8a及图8b是根据本发明的一些实施方式的两种不同的配置的示意图，所述配置用于使用一可剥离的柔性材料以及一中间的软性结构来打印一物体；
图9a及图9b是根据本发明的一些实施方式的用于打印包括大支撑体积的一物体的两种不同配置的示意图，所述物体被一可剥离的柔性材料以及一中间的软性结构包围；
图10a及图10b是根据本发明的一些实施方式的与一可剥离的柔性材料以及一中间的软性结构一起打印的具有一闭环几何形状的一物体的示意图；
图11a、图11b及图11c是根据本发明的一些实施方式的用于打印包括一孔的一物体的三种不同配置的示意图，所述物体被一可剥离的柔性材料以及一中间的软性结构包围；
图12a、图12b及图12c是根据本发明的一些实施方式的用于打印包括一高纵横比插槽的一物体的三种不同配置的示意图，所述物体被一可剥离的柔性材料以及一中间的软性结构包围；
图13a、图13b及图13c是根据本发明的一些实施方式的用于打印一物体的三种不同配置的示意图，所述物体包括具有形成一牺牲结构的周围的柔性材料的的一精细特征；
图14a、图14b、图14c及图14d示出了根据本发明的一些实施方式的从一彩色模型剥离一黑色弹性体牺牲结构的一示例性过程；
图15是示出根据本发明的一些实施方式的以不同的模型/柔性材料的组合打印的各种黑色样品的邵氏a(shorea)值的图表；以及
图16是示出根据本发明的一些实施方式的以不同的模型/柔性材料的组合打印的各种黑色样品的粘性值的图表。
具体实施方式
在本发明的一些实施方式中，本发明涉及增材制造(am)，并且更具体地但非排他地，涉及用于由一增材制造设备形成的一全彩三维物体的一可剥离牺牲结构的增材制造的方法及系统。
在详细解释本发明的至少一个实施方式之前，应当理解，本发明的应用并不一定限于在以下描述中阐述及/或在附图或示例中示出的结构的细节以及部件的布置及/或方法。本发明能够具有其他实施方式，或是能够以各种方式被实践或执行。
本实施方式的方法及系统通过以与物体的形状相对应的一配置图案形成多个层体，以一分层的方式基于计算机物体数据制造三维物体。所述计算机物体数据可以是任何已知格式，包括但不限于标准曲面细分语言(standardtessellationlanguage,stl)或立体光刻轮廓(stereolithographycontour,slc)格式、虚拟现实建模语言(virtualrealitymodelinglanguage,vrml)、增材制造文件(additivemanufacturingfile,amf)格式、绘图交换格式(drawingexchangeformat,dxf)、多边形档案格式(polygonfileformat,ply)，或任何其他适合计算机辅助设计(computer-aideddesign,cad)的格式。
如本文所用，术语“物体”是指整个物体或其一部分。术语“物体”描述增材制造的一最终产品。若支撑材料已被用作建构材料的一部分，此术语是指在除去支撑材料之后，通过本文所述的方法获得的产品。因此，“物体”基本上由硬化的(例如，固化的)模型材料构成(至少95重量％(wt％))。
每一层由一增材制造设备形成，所述增材制造设备扫描一二维表面并将其图案化。在扫描时，所述设备访问二维层或表面上的多个目标位置，并针对每个目标位置或多个目标位置的一个群组，确定所述目标位置或所述多个目标位置的所述群组是否将被建构材料占据，以及将向其递送哪种类型的建构材料。所述确定是根据所述表面的一计算机图像而做出的。
术语数字混合是指以微观尺度或体素级别，以一交错的方式分配两个或更多个可选地具有不同颜色或特性的材料。当宏观地观察时，这种数字混合可以显示出不同于单个材料的颜色或特性的新的颜色或特性。
每个体素或体素块都会产生不同的模型材料，例如，数字混合区域的新颜色是几个不同的模型材料在体素级别上进行空间组合的结果。
如本文在不同材料及/或颜色的上下文中使用的术语“在体素级别”包括体素块之间的差异，以及单个体素或几个体素的群组之间的差异。
在本发明的一些实施方式中，增材制造包括三维打印，更优选地三维喷墨打印。在这些实施方式中，一建构材料从具有一组喷嘴的一分配头被分配，以将建构材料分层地沉积在一支撑结构上。因此，增材制造设备将建构材料分配在将要占据的目标位置中，并使其他目标位置空缺。
根据本发明的一些实施方式的设备包括多个分配头，每个分配头配置成分配一个或多个不同的建构材料。因此，不同的建构材料可以占据不同的目标位置。建构材料的类型可分为两大类：模型材料及支撑材料。在制造过程及/或其他目的(例如，提供中空或多孔物体)期间，支撑材料用作一支撑基质或结构，以支撑物体或物体部件。支撑结构可以另外地包括模型材料元素，例如，用于获得进一步的支撑强度。
模型材料通常是被配制用于增材制造的一组合物，并且其可选地并且优选地能够独自地形成一三维物体，即，无需与任何其他物质混合或组合。
最终的三维物体由模型材料或两个或多个模型材料的一组合，或是模型与支撑材料的一组合，或其修改(例如，在固化(solidification)后，例如但不限于固化(curing))制成的。所有这些操作都是固体自由成型制造领域的技术人员所熟知的。
在增材制造设备的打印头的同一通过期间，(多个)材料可选地并且优选地被分层沉积。层内的(多个)材料以及多个材料的(多个)组合可以根据被打印的物体的所需特性来进行选择。
根据本公开的一些示例性实施方式，一增材制造设备，例如一三维喷墨打印机，可以打印具有多种不同颜色的三维物体，并且还可以打印一牺牲结构，所述牺牲结构能以适合家庭及办公室使用的一方法来简单地从三维物体被分离出。现有系统通常使用不易与三维物体分离的材料形成牺牲结构。它们通常是污秽的，并且需要专用设备来去除打印的物体上的牺牲结构。这些已知方法对于家庭或办公室环境皆不方便。本发明人发现需要干净且易于移除的牺牲结构，并且已经发明了一种允许这种容易移除的技术。形成牺牲结构的材料可以具有弹性体品质，使其适合于从形成物体的模型材料上被剥离下来。
家用以及办公室用的一三维喷墨打印机是可选的且优选地设计成紧凑且易于使用的。在一些示例性实施方式中，根据一些示例性实施方式的紧凑型打印机或打印系统最多包括三个喷墨打印头，例如，每个喷墨打印头包括两个线性喷嘴阵列，其中每个喷嘴阵列可专用于打印不同的材料，使得，例如，系统能够沉积五种不同颜色的模型材料及支撑材料，通常是青色、洋红色、黄色、黑色、白色及一支撑材料。
为了添加一柔性材料，以形成可剥离的牺牲结构或其至少一部分，而又不影响打印系统的紧凑性，例如，无需添加额外的打印头，彩色的模型材料中的一种可以替换为具有与被替代的彩色的模型材料的颜色相似的颜色的一柔性材料，以形成牺牲结构。因此，紧凑型系统可以沉积四种不同颜色的模型材料、一柔性材料及一支撑材料。
尽管根据本发明的实施方式，可以使用柔性材料代替任何一种或几种彩色的模型材料，但是本发明人发现，使用一黑色的柔性材料代替黑色的模型材料是有利的，原因如下：(1)在打印一全彩物体时，黑色未广泛用作一模型材料；(2)三维数字颜色通常不需要大量的黑色“体素”来获得所需的颜色效果；(3)可以通过沉积以下材料之一来创建需要黑色模型材料的物体的大黑色区域：单独的黑色的柔性材料；产生一黑色的颜色的彩色的模型材料的一数字组合，例如青色、洋红色及黄色(cyan,magentaandyellow,cmy)；或是黑色的柔性材料与cmy模型材料的一数字组合；(4)物体的黑色的精细细节及小体积，即当需要少量时，可以使用黑色的柔性材料形成，而不会显着地影响物体的机械性能。
本领域技术人员将容易理解，尽管本实施方式可能特别适合于一紧凑的全彩系统，包括三个双线性通道打印头(或六个单线性通道打印头)，用于打印五种基色彩色的模型材料及一个支撑材料(cmykw-s)，本发明还适用于包括另外的或替代的彩色的模型材料的全彩系统，例如透明、橙色、紫色、浅青色、浅洋红色，其会需要三个以上的双通道(或六个单通道)打印头，以生成可用的调色盘(colorpalette)。在本发明的一些特定的实施方式中，全彩打印系统包括：至少四个用于喷射基色彩色的模型材料的通道(即：喷嘴阵列，例如一线性喷嘴阵列)；至少一个用于喷射一软性材料的通道；以及至少一个用于喷射一柔性材料的通道，优选地为一黑色的柔性材料。
图1a中示出了根据本发明的一些实施方式的一种适于一物体112的增材制造的系统110的代表性且非限制性示例。系统110包括一增材制造设备114，具有一分配单元16，所述分配单元16包括多个分配头。如图2a至图2c所示，每个头优选地包括一个或多个喷嘴122的一阵列，通过其分配一液态建构材料124。
优选地，但非必须地，设备114是一三维打印设备，在这种情况下，分配头是打印头，并且建构材料通过喷墨技术被分配。不必一定是这种情况，因为对于某些应用，增材制造设备可以不必采用三维打印技术。根据本发明的各种示例性实施方式设想的增材制造设备的代表性示例包括但不限于熔融沉积成型(fuseddepositionmodeling)设备及熔融材料沉积(fusedmaterialdeposition)设备。
每个分配头可选地并且优选地经由一建构材料贮存器进料，所述建构材料贮存器可以可选地包括一温度控制器(例如，一温度传感器及/或一加热装置)，以及一料位传感器。为了分配建构材料，例如在压电喷墨打印技术中，一电压信号被施加到分配头，以经由分配头喷嘴选择性地沉积材料液滴。每个喷头的分配速度取决于喷嘴的数量、喷嘴的类型以及施加的电压信号速率(频率)。这样的分配头是固体自由成型制造领域的技术人员所熟知的。
在图1a的代表性示例中，示出了四个分配头16a、16b、16c及16d。头16a、16b、16c及16d中的每一个皆具有一喷嘴阵列。在此示例中，头16a及16b可以被指定用于(多个)模型材料，并且头16c及16d可以被指定用于支撑材料。因此，头16a可以分配一第一模型材料，头16b可以分配一第二模型材料，并且头16c及16d皆可以分配支撑材料。在一替代实施方式中，头16a、16b及16c中的每一个可以分配一个或多个不同的模型材料。在替代实施方式中，头16c及16d例如可以结合在具有两个喷嘴阵列的一单个头中，用于沉积支撑材料。在另一替代实施方式中，头16a及16b皆可以分配相同的模型材料，或是组合在具有两个喷嘴阵列的一单个头中，用于沉积一个或两个不同的模型材料。在另一个替代实施方式中，分配单元16仅包括头16a(用于分配一模型材料)及16c(用于分配一支撑材料)，并且系统110除了头16a及16c之外不包括任何其他的分配头。
然而，应当理解，这并不旨在限制本发明的范围，并且模型材料沉积头(模型头)的数量、支撑材料沉积头(支撑头)的数量以及任何一个或多个头中的喷嘴阵列的数量可以不同。
在一优选的实施方式中，有m个模型头，每个模型头具有m个p个喷嘴的阵列；以及s个支撑头，每个支撑头具有s个q个喷嘴的阵列，使得m×m×p＝s×s×q。m×m模型阵列以及s×s支撑阵列中的每一个都可以制造为一单独的实物单元，而可以从阵列的群组中进行组装及拆卸。在此实施方式中，每个这样的阵列可选地并且优选地包括其自身的一温度控制器以及一料位传感器，并且接收用于其操作的一单独控制的一个或多个电压。
设备114还可包括一固化系统324，例如硬化装置324，其可以包括配置为发射光、热或类似物的任何装置，而可以使被沉积的材料固化，并且可选地且优选地硬化。例如，固化系统324可以包括一个或多个辐射源，其可以是例如一紫外线、可见光或红外灯，或其他电磁辐射源或电子束源，取决于所使用的模型材料。在本发明的一些实施方式中，固化系统324用于固化(curing)或固化(solidifying)模型材料。在本发明的一些实施方式中，固化系统324用于固化(curing)或固化(solidifying)模型材料及支撑材料。
分配头及辐射源优选地安装在一框架或块体128上，所述框架或块体128优选地可操作地在作为工作表面的一托盘360上往复移动。在本发明的一些实施方式中，辐射源安装在块体中，使得它们跟随在分配头之后，以至少部分地固化(solidify)(例如，固化(cure))刚由所述分配头分配的材料。托盘360被水平地放置。根据常见惯例，选择x-y-z笛卡尔坐标系(cartesiancoordinatesystem)，使得x-y平面平行于托盘360。托盘360优选地配置为垂直地(沿着z方向)移动，通常向下移动。在本发明的各种示例性实施方式中，设备114还包括一个或多个调平装置(levelingdevices)132，例如一辊326。调平装置132用于在其上形成连续层体之前矫直、调平及/或建立新形成的层体的一厚度。调平装置326优选地包括一废弃物收集装置136，用于收集在调平期间产生的多余材料。废弃物收集装置136可包括将材料输送到一废物箱或废物筒的任何机构。
在使用中，单元的多个分配头16沿一扫描方向移动，所述扫描方向在本文中称为x方向，并在所述单元的多个分配头16通过托盘360的过程中以一预定配置选择性地分配建构材料。所述建构材料通常包括一种或多种支撑材料以及一种或多种模型材料。在所述单元的多个分配头16通过之后，通过辐射源126将所述(多个)模型材料固化。在所述多个头的反向通过中，回到刚沉积的层的起点，可以根据预定的配置来执行建构材料的一附加分配。在所述多个分配头的前向及/或反向通行中，由此形成的层可以通过调平装置326进行矫直，所述调平装置优选地遵循所述多个分配头前向及/或反向移动时的路径。一旦所述多个分配头沿x方向返回其起始点，它们就可以沿一指标化(indexing)方向(在此称为y方向)移动到另一个位置，并继续通过沿x方向的往复运动来构建同一层体。
可选地，多个分配头可以在前向及反向移动之间或在一个以上的前向-反向移动之后在y方向上移动。由多个分配头执行以完成单个层体的一系列扫描在本文中称为一单个扫描周期。
一旦完成层体，根据随后要打印的层体的期望厚度，将托盘360沿z方向降低到一预定的z水平。重复此过程以一分层的方式来形成三维物体112。
在另一个实施方式中，托盘360可以在层体内，在单元的多个分配头16的前向及反向通路之间沿z方向移动。进行这种z位移是为了使调平装置在一个方向上与表面接触，并防止在另一方向上接触。
系统110可选地并且优选地包括一建构材料供应系统或设备330，其包括多个建构材料容器或盒，并且向制造设备114的打印头供应多个建构材料。
一计算机化控制器，例如控制单元152，控制制造设备114，并且可选地且优选地还控制供应系统330。控制器152通常包括一电子电路，所述电子电路被配置为执行控制多个操作。控制器152优选地与一数据处理器154通信，所述数据处理器154基于计算机物体数据(例如，以任何前述格式(例如：stl)在计算机可读介质上表示的一cad配置)发送与制造指令有关的数字数据。通常，控制器152控制施加到每个分配头或喷嘴阵列的电压，以及相应的打印头中的建构材料的温度。
一旦制造数据被加载到控制器152，它就可以在没有用户干预的情况下运行。在一些实施方式中，控制器152例如使用数据处理器154或使用与单元152通信的一用户接口116从操作员接收附加输入。用户接口116可以是本领域中已知的任何类型，例如但不限于一键盘、一触摸屏等。例如，控制器152可以接收一种或多种建构材料类型及/或属性作为附加输入，例如但不限于颜色、特征失真及/或转变温度、粘度、电性能、磁性能。其他属性及属性组也被考虑在内。
根据本发明的一些实施方式，图1b至图1d示出适一种适用于一物体的增材制造的系统10的另一代表性且非限制性示例。图1b至图1d分别示出了系统10的俯视图(图1b)、侧视图(图1c)及等距视图(图1d)。
在本实施方式中，系统10包括一托盘12及多个分配头16，可选地并且优选地是喷墨打印头，每一个分配头具有多个分离的喷嘴。托盘12可以是圆盘形状或可以是环形的。非圆形状也可以考虑，只要它们可以绕一垂直轴旋转。
可选地并且优选地，托盘12及头16安装为以允许托盘12与头16之间的相对旋转运动。这可以通过以下方式来实现：(i)将托盘12配置为相对于头16绕一垂直轴14旋转；(ii)将头16配置为相对于托盘12绕垂直轴14旋转；或是(iii)将托盘12及头16配置为绕垂直轴14但以不同的旋转速度(例如，反向旋转)旋转。尽管下面的实施方式特别强调配置(i)，其中托盘是配置成相对于头16绕垂直轴14旋转的一旋转托盘，但是应当理解，本申请还考虑了配置(ii)及配置(iii)。本文描述的实施方式中的任何一个实施方式可以被调整为适用于配置(ii)及(iii)中的任何一个，并且本领域的普通技术人员，在提供本文描述的细节的情况下，将知道如何进行这样的调整。
在下面的描述中，平行于托盘12并且从轴14向外指向的一方向称为径向方向r，平行于托盘12并且垂直于径向方向r的一方向在本文中称为方位角方向
如本文中所使用的术语“径向位置”是指在托盘12上或上方与轴14相距一特定距离的一位置。当所述术语与一打印头结合使用时，所述术语是指距轴14特定距离的打印头的一位置。当将所述术语与托盘12上的一点结合使用时，所述术语对应于属于多个点的一轨迹的任何点，所述轨迹是一个半径为距轴14特定距离的一圆，并且中心在轴14。
如本文所使用的术语“方位角位置”是指托盘12上或上方相对于一预定参考点在一特定方位角的一位置。因此，径向位置是指属于多个点的一轨迹的任何点，所述轨迹是形成相对于所述参考点的特定方位角的一直线。
如本文所使用的术语“垂直位置”是指在一特定点处与垂直轴14相交的一平面上的一位置。
托盘12用作三维打印的一水平表面。通常但不是必须地，在其上打印一个或多个物体的工作区域小于托盘12的总面积。在本发明的一些实施方式中，所述工作区域是环形的。所述工作区域在26处示出。在本发明的一些实施方式中，托盘12在整个物体形成过程中沿相同方向连续地旋转，并且在本发明的一些实施方式中，托盘在物体形成过程中至少反转一次旋转方向(例如，以一振荡的方式)。托盘12是可选的并且优选是可拆卸的。拆卸托盘12可以用于维护系统10，或是在需要时用于在打印一新物体之前更换托盘。在本发明的一些实施方式中，系统10具有一个或多个不同的替换托盘(例如，替换托盘的一套件)，其中两个或多个托盘被指定用于不同类型的物体(例如，不同的重量)、不同的操作模式(例如不同的转速)等。根据需要，托盘12的更换可以是手动或自动的。当采用自动更换时，系统10包括一托盘更换装置36，配置成用于将托盘12从其在头16下方的位置移除，并以一替换托盘(未示出)进行更换。在图1b的代表性图示中，图1b的托盘更换装置36被示为一驱动器38，其具有配置为拉动托盘12的一可动臂40，但是其他类型的托盘更换装置也可以被考虑。
在一些实施方式中，系统10包括定位在头16下方的一托盘支撑构件30，使得托盘12在托盘支撑构件30与头16之间。托盘支撑构件30可用于防止或减少在头16操作时可能发生的托盘12的振动。在打印头16绕轴14旋转的配置中，托盘支撑构件30优选地也旋转，使得托盘支撑构件30总是始终在头16的正下方(托盘12在头16与托盘12之间)。
托盘12及/或打印头16可选地并且优选地配置为沿着平行于垂直轴14的垂直方向z移动，以改变托盘12与打印头16之间的垂直距离。在通过沿垂直方向移动托盘12改变垂直距离的配置中，托盘支撑构件30优选地还与托盘12一起垂直地移动。在通过头16沿垂直方向改变垂直距离的配置中，在保持托盘12的垂直位置固定的同时，托盘支撑构件30也保持在一固定的垂直位置。
垂直移动可以由一垂直驱动器28建立。一旦完成一层体，根据随后要打印的层体的期望厚度，可以通过一预定的垂直步进来增加托盘12与打印头16之间的垂直距离(例如，托盘12相对于头16降低)。重复此过程以一分层的方式形成一三维物体。
头16以及可选地并且优选地系统10的一个或多个其他部件的操作，例如托盘12的移动，由一控制器20控制。所述控制器可以具有一电子电路以及电路可读的一非易失性存储介质，其中存储介质存储程序指令，所述程序指令在被电路读取时使电路执行控制操作，如下文进一步详述。
控制器20还可以与一主计算机24通信，所述主计算机以上述任何格式基于计算机物体数据来发送与制造指令有关的数字数据。物体数据格式通常根据一笛卡尔坐标系(cartesiancoordinatesystem)进行构造。在这些情况下，计算机24优选地执行用于将计算机物体数据中的每个切片的坐标从笛卡尔坐标系转换成极坐标系(polarsystemofcoordinates)的过程。计算机24可选地并且优选地根据变换后的坐标系来发送制造指令。或是，计算机24可以按照由计算机物体数据提供的原始坐标系来传送制造指令，在这种情况下，由控制器20的电路执行坐标变换。
坐标的变换允许在一旋转托盘上进行三维打印。在常规的三维打印中，打印头沿直线在一固定托盘上方往复移动。在这样的常规系统中，只要打印头的分配速率一致，则在托盘上的任何点的打印分辨率都是相同的。与常规的三维打印不同，在同一时间内并非所有头部的喷嘴在托盘12上覆盖相同的距离。坐标的变换可选地并且优选地被执行，以确保在不同的径向位置处有相等量的多余材料。图3a及图3b中提供了根据本发明的一些实施方式的坐标变换的代表性示例，示出了一物体的三个切片(每个切片对应于物体的不同层体的制造指令)，其中图3a示出了笛卡尔坐标系中的一切片，而图3b示出了在将坐标过程的变换应用于各个切片之后的同一切片。
通常，如下所述，控制器20基于制造指令并基于所存储的程序指令来控制施加至系统10的各个部件的电压。
通常，控制器20在托盘12的旋转期间控制打印头16以分层分配建构材料的液滴，以便在托盘12上打印一三维物体。
系统10可选地并且优选地包括一固化系统18，其可以可选地并且优选地包括一个或多个辐射源，所述辐射源可以是例如一紫外线、可见光或红外灯，或是其他电磁辐射源，或是电子束源，取决于所使用的模型材料。辐射源可以包括任何类型的辐射发射装置，包括但不限于发光二极管、数字光处理(digitallightprocessing,dlp)系统、电阻灯等。固化系统18用于固化(solidifying)(例如固化(curing))模型材料。在本发明的各种示例性实施方式中，固化系统18的操作由控制器20控制，所述控制器20可以激活及停用固化系统18，并且还可以可选地控制由固化系统18产生的辐射量。
在本发明的一些实施方式中，系统10还包括一个或多个调平装置32，其可以被制造为一辊或一刀片(blade)。所述调平装置32用于在其上形成连续层体之前将新形成的层体矫直。在一些可选的实施方式中，调平装置32具有一圆锥状辊的形状，被定位成使得其对称轴34相对于托盘12的表面倾斜，并且其表面平行于托盘的表面。在系统10(图1c)的侧视图中示出了此实施方式。
所述一圆锥状辊可以具有圆锥或平截头锥体(conicalfrustum)的形状。
圆锥状辊的打开角度优选地被选择而为圆锥沿着其轴34的任何位置处的半径与所述位置与轴14之间的距离之间的一恒定的比率。此实施方式允许辊32有效地将层体调平，因为当辊旋转时，辊表面上的任何点p的一线速度都与托盘在点p垂直下方的线速度成比例(例如相同)。在一些实施方式中，辊具有平截头锥体的形状，而具有一高度h、在距轴14最近的距离处的一半径r1及距轴14最远的距离处的一半径r2，其中参数h、r1及r2满足关系r1/r2＝(rh)/h，并且其中r是辊距轴14的最远距离(例如，r可以是托盘12的半径)。
可选地并且优选地控制器20控制调平装置32的操作，控制器20可以激活及停用调平装置32，并且还可以可选地控制其沿着垂直方向(平行于轴14)及/或径向方向(平行于托盘12并指向或背向轴14)的位置。
在本发明的一些实施方式中，打印头16配置为相对于托盘沿径向方向r往复运动。当头16的喷嘴阵列22的长度短于沿着托盘12上的工作区域26的径向方向的宽度时，这些实施方式是有用的。头16沿着径向方向的运动可选地并且优选地由控制器20控制。
一些可选的实施方式考虑通过从不同的分配头分配不同的材料来制造一物体。这些实施方式特别提供了从一给定数量的材料中选择材料的能力，并定义所选择的材料的期望组合及其特性。根据本实施方式，定义了每种材料与层体的沉积的空间位置，以实现用不同的材料占据不同三维空间位置，或是实现用两种或更多种不同的材料占据基本上相同的三维位置或相邻的三维位置，从而允许材料的沉积后空间组合，例如层体内材料的数字组合，从而在相应的一个或多个位置处形成一第三材料。
考虑了建构材料的任何沉积后组合或混合。例如，当一特定材料被分配，它可以保留其原本特性。然而，当它与在相同或附近位置处分配的另一个模型材料或其他分配材料同时进行分配时，会形成一复合材料，其具有与被分配的材料的不同的一个或多个特性。
因此，本发明的实施方式根据表征物体的每个部分所需的特性，能够在物体的不同部分中沉积广泛范围的材料组合，以及制造可以由多种不同的材料组合组成的一物体。
在图2a至图2c中示出了打印头16的示例性实施方式。这些实施方式可以用于上述任何增材制造系统，包括但不限于系统110及系统10。
图2a至图b示出了具有一个(图2a)以及两个(图2b)喷嘴阵列22的一打印头16。阵列中的喷嘴优选地沿着一直线线性地对齐。在一特定的打印头具有两个或更多个线性喷嘴阵列的实施方式中，喷嘴阵列可选地并且优选地彼此平行。
当采用类似于系统110的一系统时，所有打印头16可选地并且优选地沿着指标化方向(indexingdirection)定向，且所有打印头16沿着扫描方向的位置彼此偏移。
当采用类似于系统10的一系统时，所有打印头16可选地并且优选地径向地(平行于径向方向)定向，其方位角位置彼此偏移。因此，在这些实施方式中，不同打印头的喷嘴阵列彼此不平行，而是彼此成一定角度，所述角度大约等于各个头之间的方位角偏移。例如，一个头可以径向地定向并定位在方位角位置
图4是根据本发明的一些实施方式的一增材制造全彩系统的示意图。通常，增材制造系统600(即设备)是三维喷墨打印设备，包括一建构材料供应系统或设备630，以及扫描一建构物的表面或托盘660的打印块或框架620。在本发明的一个实施方式中，建构材料供应系统630包括六个液体建构材料供应盒，用于经由材料贮存器625向增材制造系统600供应六种不同的液体建构材料。为了打印物体650，盒“c”供应青色的模型材料，盒“m”供应洋红色的模型材料，盒“y”供应黄色的模型材料，盒“w”供应白色的模型材料，以及盒“k”供应黑色的模型材料。盒“s”供应可用于形成中间结构651及/或形成打印三维物体650所需的一支撑结构的一部分的一软性材料。根据本发明的一些实施方式，盒“k”代替黑色的模型材料，提供黑色柔性材料，以打印至少一部分的可剥离的牺牲结构652以及物体本身的一些区域。形成中间结构651的软性材料可被选择以具有糊状的稠度，并且可选地可被选择为可水洗的。
在本发明的一些实施方式中，打印块620包括至多三个喷墨打印头616，用于选择性地将建构材料沉积在托盘660上。每个打印头616经由材料贮存器625从供应设备630的六个盒中的两个盒接收建构材料。每个打印头具有喷嘴624的两个线性阵列，例如如图2b所示，每个喷嘴阵列专用于分配由供应设备630供应的不同建构材料。可选地，两个或更多个喷嘴阵列可专用于分配相同的材料。
通常，打印块620另外包括一调平装置670，用于调平一打印层，以及一个或多个硬化装置680，用于硬化所述打印层。
打印块620优选地可操作以在用作工作表面的托盘660上往复移动。托盘660为水平放置。根据一般惯例，一xyz笛卡尔坐标系被选择，使得x-y平面平行于托盘660。在一些示例性实施方式中，打印块620沿着一扫描方向(在此称为x方向)移动，并且打印头616在其通过托盘660的过程中以一预定配置来选择性地分配建构材料。打印头616通过之后进行硬化，例如使用硬化装置680之一来固化建构材料。在打印块620的反向通行中，回到其刚沉积的层体的起点，可以根据预定配置进行建构材料的一附加分配。然后，操作另一个硬化装置680。可选地，两个硬化装置在一个或两个方向上进行操作。
在打印块620的前向及/或反向通行中，形成的层体可以由调平装置670矫直，所述调平装置670优选地沿着打印头616的向前及/或向后移动的路径。一旦打印块620沿着x方向返回到其起始点，它就可以沿着一指标化(indexing)方向(在此称为y方向)移动到另一个位置，并且通过沿着x方向的往复运动来继续构建相同的层体。替代地，打印块620可以在向前及向后移动之间或者在一个以上向前-向后移动之后在y方向上移动。由分配头执行以完成单个层体的一系列扫描在本文中称为单个扫描周期。
一旦所述层体完成，根据随后将要打印的层体的所需厚度，将托盘660沿z方向降低到一预定的z水平。重复此过程以一分层的方式形成三维物体650。
一控制单元640控制包括在建构供应系统630以及打印块620中的元件的操作。控制单元640通常包括被配置为执行控制操作的一电子电路。控制单元640优选地与一处理器641通信，所述处理器641基于计算机物体数据(例如，以标准曲面细分语言格式等在一计算机可读介质上表示的一cad配置)来发送与制造指令有关的数字数据。通常，处理器641包括一存储单元及/或存储能力，用于存储计算机物体数据，并用于存储基于计算机物体数据与制造指令有关的数据。通常，控制单元640控制打印块620的元件，例如，施加到每个打印头616或每个喷嘴阵列624、硬化单元680及辊670的电压，以及从建构材料供应设备630中的六个盒631中的每一个建构材料的供应。
一旦制造数据被加载到控制单元640，增材制造系统600就可以在没有用户干预的情况下运行。在一些实施方式中，控制单元640例如使用数据处理器641或使用与单元640通信的一用户接口642接收来自操作员的附加输入。
图5a及图5b是根据本发明的一些实施方式的一增材制造系统的一材料贮存器的示例性俯视图及立体图。材料贮存器625包括多个分隔的隔室608，用于将建构材料从供应系统630引导到打印头616(参见图4)。材料贮存器625的每个隔室608可以被成形为具有一个或多个出口的一定义的通道，材料通过所述通道被引入一打印头616。可选地，出口被定位在隔室608的每个端部609处。根据本发明的一些实施方式，隔室608a设计成将两种不同的建构材料供应到一第一打印头616中的两个不同的喷嘴阵列，隔室608b设计成将两种不同的建构材料供应到一第二打印头616中的两个不同的喷嘴阵列，以及隔室608c设计成将两种不同的建构材料供应到一第三打印头616中的两个不同的喷嘴阵列。通常，一单个打印头616的第一阵列与第二阵列不重叠，并且这两个阵列可同时用于打印两个不同的建构材料。
在一个示例性配置中，贮存器625以四种不同的颜色加上软性材料以及一柔性的黑色材料来安排模型材料。因此，六种不同的建构材料被沉积，即通过三个双喷嘴阵列打印头616来进行分配，并产生了一全彩三维物体650以及一可剥离的柔性牺牲结构，所述可剥离的柔性牺牲结构易于例如在家中或办公室环境被移除。
图6是根据本发明的各种示例性实施方式的方法的流程图。所述方法可用于制造任何具有一可剥离牺牲结构的物体，包括但不限于一人造医疗结构(例如：一牙科结构)、一模具以及用于一电子装置的一壳体。
所述方法开始于200，并且可选地并且优选地进行至201，在201以任何前述格式接收计算机物体数据。所述方法可以进行到202，在202分配建构材料的一层体。建构材料可以是一模型材料、一柔性材料及/或一软性材料。在本发明的一些实施方式中，所述方法针对一特定的层体来选择性地分配一个或多个模型材料的区域、一个或多个柔性材料的区域以及一个或多个软性材料的区域。模型材料优选地以与所述物体的形状相对应的一配置图案并根据所述计算机物体数据来进行分配。
所述方法可选地并且优选地进行至203，在203，固化被分配的建构材料。固化过程的类型取决于所分配的材料的类型。例如，当建构材料是紫外线可固化的，固化包括施加紫外线辐射，当建构材料是通过其他辐射(例如红外或可见光)可固化的，固化包括施加固化所述建构材料的一波长的辐射。
多次依序地执行操作202及203，并且在一些实施方式中还优选地201，从而依序地分配及固化多个层体，并且完成物体数据或定义的多个层体的块体204。这在图6中以一回环箭头从操作204指向操作201示出。可选地，操作204可以循环回到操作202。多个层体被分配以形成一三维物体，所述三维物体主要包括固体的模型材料(例如51至100％)；一牺牲结构，主要包括一柔性材料(例如80至100％)；以及一中间结构，主要包括一软性材料(例如80至100％)。在本发明的一些实施方式中，所述方法为至少一个层体分配数字材料。
一旦形成所有的层体，所述方法优选地进行到205，在205将一剥离力施加到所述牺牲结构，以将所述牺牲结构与所述三维物体分离，优选地以其整体，与用作一中间结构的软性材料的一部分或全部一起从所述三维物体分离而出。优选地，在干燥环境中进行剥离。根据本文所述的本发明的任何实施方式中的一些实施方式，剥离力的大小为约1牛顿(n)至约20n，例如约5n、约10n或约15n。可选地，一旦牺牲结构被去除，优选地使用一环境友好的液体(例如：水)来洗涤所述三维物体，以去除其表面上的软性材料的残余物。
所述方法在206结束。
根据本发明的一些实施方式，通过剥离去除牺牲结构与常规技术不同，在常规技术中，采用水喷射(waterjets)或其他化学方法，例如在加热或不加热的情况下溶解在一溶剂中。
本发明人发现，在许多情况下，传统的支撑物移除可能涉及危险材料、体力劳动及/或需要训练有素的人员的特殊设备、防护服及昂贵的废弃物处理。本发明人意识到，溶解过程可能受到扩散动力学的限制，并且可能需要很长的时间。本发明人还认识到，在某些情况下，必须进行后处理以从物体表面除去残余物质的痕迹，例如支撑材料或硬化的模型材料及支撑材料的混合物。本发明人还认识到，需要升高温度的去除也可能是有问题的，因为这可能不方便并且需要专用设备。
为了解决这些问题，本发明人设计了一种制造技术，便于通过剥离去除牺牲结构，而无需水喷射(waterjets)、化学工艺及/或高温。可以通过一种以上的方式确保通过剥离有效地去除牺牲结构。
在本发明的一些实施方式中，牺牲结构包括由一柔性材料制成的多个牺牲层体的一堆叠体。可以采用任何柔性材料，例如一弹性体材料。下文提供了适合用作根据本发明的一些实施方式的一弹性体材料的一弹性体材料的一代表性示例，并且在标题为“橡胶类材料的增材制造(additivemanufacturingofrubber-likematerials)”的国际专利申请中进一步详细说明，所述国际专利申请主张于2016年5月29日提交的美国临时专利申请第62/342,970号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
图7a是根据本发明一些的实施方式的使用软性材料与柔性材料的一组合来支撑一打印的物体的一示例性方法的简化流程图。根据一些示例性实施方式，用于通过一三维喷墨增材制造系统打印的一物体的一支撑结构可以包括两种不同的材料。一种材料可以是一柔性材料，例如一弹性体材料，配置为形成一可剥离结构，以在本文所述的打印过程结束时自物体剥离，而另一种材料可以是一软性材料，可以用于在物体与可剥离材料之间提供一中间的软性结构，以及填充难以触及的体积，例如部分封闭的体积，无法从中剥离牺牲结构。
可选地，软性材料可以是水溶性的，例如，可以通过浸入水中而无需任何专用设备将其去除的一凝胶状光敏聚合物。可选地，软性材料可以是支撑材料sup705tm、sup706tm或sup707tm或其一组合，均由以色列的
在一些示例性实施方式中，柔性可剥离的材料可以例如以下所列形成：由tangoplustmflx930(邵氏27a(shore27a))、tangoblackplustmflx980(邵氏27a)、tangograytmflx950(邵氏70a)、tangoblacktmflx973(邵氏70a)、agilus30tmclearflx935(邵氏30a)或agilus30tmblackflx985(邵氏30a)或其组合，均由以色列的
根据一些示例性实施方式，所述方法开始于接收到的计算机物体数据(505)。所述计算机物体数据可以包括主要使用模型材料来打印以形成一三维物体的区域，以及主要使用其他建构材料，例如柔性及/或软性材料来打印以形成一支撑结构的区域。要用作一支撑结构的区域可被识别(510)，并与要使用模型材料打印的区域区分开。支撑结构的一些部分可以使用柔性可剥离的材料，例如弹性材料来进行打印(515)，以及支撑结构的其他部分可以选择使用软性材料来进行打印(520)。基于选择，执行打印(525)。在打印之后，一用户可以剥离柔性材料，并可选地将仍附着有任何软性材料的残留物的物体进行冲洗或浸入水中，以溶解剩余的软性材料，并完全地提供干净的打印的物体。
在一些示例性实施方式中，软性材料被打印以填充可由物体结构定义的深而窄的孔，或任何其他难以触及及/或隐藏的体积(例如，部分封闭的体积)。软性材料还可用于保护三维物体的精细特征，若在精细特征的附近施加一拉力或剥离力，这些特征可能容易断裂。在一些示例性实施方式中，软性材料在待打印的物体与由一柔性材料制成的牺牲结构之间提供一中间结构，以易于使牺牲结构与物体分离。软性材料的厚度可以是例如1至10个体素、1至25个体素、1至50个体素，或10至200微米(μm)、10至500μm或10至1000μm。可选地，软性材料的厚度可以是取向的函数。在一些示例性实施方式中，与一水平分隔层相比，软性材料的一分隔层可以被定义为在一z方向(垂直方向)上更薄。分隔层的厚度还可以是打印机属性以及用于构建物体的一种或多种材料的物理、化学及/或其他特性的一函数。
可剥离的柔性材料的机械性能取决于其厚度及几何形状。可选地，可剥离的柔性材料的厚度可以基于一所需的机械性能来限定。例如，与一较厚的层体相比，一较薄的可剥离材料的层体可能更具柔韧性，并且可能更容易剥离。可选地，由可剥离的柔性材料形成的牺牲结构的至少一部分的弯曲模量为2000兆帕(mpa)至4000mpa。可选地，可以使用可剥离的柔性材料的一组合来定义例如一栅格的一图案，并且软性材料可以被定义以实现一所需的的机械性能。
图7b是根据本发明的一些实施方式的以一增材制造系统进行彩色打印的一示例性方法的简化流程图。可选地，一增材制造系统可以不包括一黑色模型(即坚固)材料，而是可以使用黑色的柔性材料。所述方法开始于识别与要以黑色打印的三维物体的区域相对应的计算机物体数据(530)。根据一些示例性实施方式，可以使用不同的彩色的模型材料(例如，cmy)的一组合、单独的黑色的柔性材料，或是彩色的模型材料与黑色的柔性材料的一组合来打印待打印的物体中的一黑色部分或元件。在一些示例性实施方式中，在仅使用黑色的柔性材料或与模型材料的一组合来打印一黑色区域之间进行一决定。可选地，若要以黑色打印的数据是在物体内被指定为以黑色打印的的大量体积的一部分(535)，则可以使用不同的彩色的模型材料来打印此区域，所述不同的彩色的模型材料被数字地组合以创建一黑色的模型材料，可选地与一定数量的黑色柔性材料组合(550)。否则，当以黑色打印的数据是少量体积的一部分时，此区域优选地使用黑色的柔性材料进行打印，以获得真实的黑色，并减少为此目的建构材料的消耗(540)。对于物体表面的精细外部细节或结构，为了保持表面特性(例如，薄壁)，优选地使用多个建构材料的一组合。
图8a及图8b皆是根据本发明的一些实施方式的打印具有一可剥离的柔性材料以及一中间的软性结构的物体的两种不同配置的示意图。可剥离的柔性材料例如是形成一牺牲结构的一弹性体材料。在层体构建过程中，一物体715或716分层打印，并且封闭在由软性材料710及可剥离的柔性材料705形成的一牺牲结构706中。在一些示例性实施方式中，打印有可剥离的柔性材料705的多个部分可以进行分裂。在一些示例中，可以通过将牺牲结构分裂成多个部分以容易地去除可剥离材料705的方式来进行划分，例如通过使用软性材料710的条体分隔可剥离材料705的多个部分。在其他示例中，分裂可以通过断裂来形成或另外形成，例如使用暴露(即在牺牲结构的表面为可见的)的软性材料的条体710来分隔可剥离的柔性材料705的一表面，以便于进一步去除。现在参考物体716的图8b，在一些示例性实施方式中，一突片755可以选择性地由可剥离的柔性材料705形成，以使柔性材料易于抓取，从而开始其移除。可选地，可剥离的柔性材料705可以例如在突片755附近分裂，例如通过可以暴露在裂缝的表面的软性材料710。
图9a及图9b皆是根据本发明的一些实施方式的用于打印包括大的支撑体积的一物体的两种不同配置的示意图，所述物体周围有一可剥离的柔性材料705以及软性材料710的一中间结构。当一大体积的支撑物，即牺牲结构706被施加于构建的物体717时，牺牲结构706中的可剥离的柔性材料705的块体在打印过程结束时可能难以去除。在一些示例性实施方式中，软性材料710可以被施加以填充体积706的一部分。可选地，可以使用可剥离的柔性材料705封装软性材料710。添加软性材料710软化体积706，从而可以更容易地将其移除。此外，通过使用可剥离的柔性材料705封装软性材料710，可移除体积706，同时保持可剥离的柔性材料705中包含的软性材料710，从而避免在移除软性材料710时可能发生的任何潜在的混乱或残留，以及改善打印物体717的机械性能。
图10a及图10b是根据本发明的一些实施方式的具有一闭环几何形状并与包括一可剥离的柔性材料的一牺牲结构706以及一中间的软性结构一起打印的一物体718的示意图。图10a是相对于托盘或打印表面垂直地打印的一示例性闭环的物体的横截面，而图10b是相对于托盘或打印表面水平地打印的一闭环物体的示意性三维图像。在两种情况下，当打印具有闭环几何形状以及一中空部707的一物体718时，形成所述物体所需的牺牲结构706可能难以去除，即在打印完成时剥离。在这种情况下，为了简化剥离过程，可剥离的柔性材料705可以定义为沿着物体718的一内周及/或外周的至少一部分打印有软性材料的一裂缝，在打印过程之后，可以从其开始剥离柔性材料705。软性材料710可以暴露在裂缝处，并且可以提供用于在裂缝处分离可剥离的柔性材料705(例如，如图10b所示)。裂缝可使得从具有一闭环几何形状的一物体718移除柔性材料705变得更容易。
图11a、11b及11c全是根据本发明的一些实施方式的用于打印包括一孔的一物体的三种不同配置的示意性侧视图，所述物体周围有由一可剥离的柔性材料形成的一牺牲结构以及一中间软性结构。在一些示例性实施方式中，一物体719的几何形状可以定义具有一狭窄开口的一腔体729。如图11a所示的建构物体719可以在腔体729内包括大块体的可剥离的柔性材料705。在此配置中，可能难以从腔体729剥离柔性材料705。替代地，物体719可定义为使用软性支撑材料710填充腔体729来进行打印，如图11b所示，或是使用软性支撑材料710填充腔体729的大部分来进行打印，并且柔性材料705以锥形部分地穿入腔体729，如图11c所示，使得柔性材料705可以容易地被去除。在图11c所示的配置中，与图11b所示的配置相比，清洁时间可以基于软性支撑材料710的体积的减少而降低。
图12a、图12b及图12c全是根据本发明的一些实施方式的用于打印包括一高纵横比的腔体的一物体的三种不同配置的示意图，所述物体周围有包括一可剥离的柔性材料的一牺牲结构以及一中间的软性结构。物体720包括一高纵横比的腔体721。在一配置中，如图12a所示，腔体721可以在打印过程中被柔性材料705填充。在一些示例性实施方式中，基于图12a中所示的配置，在打印过程结束时去除柔性材料705可能是困难的。由于腔体721的几何形状，在拉动柔性材料705时施加的剪切力可能会使柔性材料705断裂，从而使得难以将物体720与牺牲结构完全分离。替代地，在一些示例性实施方式中，腔体721可定义为被软性材料710完全地填充，如图12b所示，或是被软性材料710部分地填充，如图12c所示。在图12c所示的示例中，物体720被打印有柔性材料705，所述柔性材料705以一锥形的几何形状穿进腔体721，以便在打印过程结束时容易地与物体720分离。
图13a、图13b及图13c全是根据本发明的一些实施方式的三种不同配置的示意图，用于打印包括一精细特征的一物体，所述精细特征的周围有形成一牺牲结构的柔性材料。物体722可以包括一个精细特征723或一个以上的精细特征。在一些示例性实施方式中，理想的是使用软性材料710的一较厚的层体覆盖物体722的精细特征723，以避免在打印过程结束时拉扯柔性材料705以暴露物体722的同时破坏精细特征723。
在一些示例性实施方式中，如图13a所示，在物体722周围具有基本上相同厚度的软性材料710的一层体可能不足以保护精细特征723。替代地，在一些示例性实施方式中，精细特征723可以在打印之前被识别出，并且软性材料710的一较厚的层体可被选择以覆盖精细特征723，如图13b及图13c所示。精细特征723周围的软性材料710的层体的厚度及形状可被定制，以提供足够的保护，同时节省提供保护所需的材料量，并节省与去除软性材料710相关的清洁时间。例如在图13c示出了具有较少支撑材料(例如柔性可剥离材料及/或软性材料)的一可选配置。
以下是根据本发明一些实施方式的适合用作一柔性材料的一弹性体材料的描述。
本文所述的弹性体制剂包含一弹性体材料。可选地及优选地，所述弹性体制剂还包含二氧化硅颗粒。
短语“弹性体材料”描述了本文定义的一可固化(solidifiable)(例如，可固化(curable))材料，其在固化后(例如，在暴露于能量，例如但不限于固化能时)获得一弹性体(一橡胶或类似橡胶的材料)的特性。
弹性体材料通常包含一个或多个可聚合(可固化)基团，其在暴露于一合适的固化能时进行聚合，与赋予聚合的及/或交联的材料弹性的一部分连接。这样的部分通常包含烷基、亚烷基链、烃基、烷二醇基团或链(例如，如本文所定义的低聚或聚(烷二醇)、如本文所定义的聚氨酯、低聚乙烷或聚氨酯基团等，包括其任何组合，且在本文中也称为“弹性体部分”。
根据本发明一些实施方式的一弹性体单官能可固化材料可以是由式i表示的一含乙烯基的化合物：
其中r1及r2中的至少一个是及/或包含一弹性体部分，如本文所述。
式i中的(＝ch2)基团表示一可聚合基团，并且根据一些实施方式，是一紫外线可固化的基团，使得柔性材料是一紫外线可固化的材料。
例如，r1是或包含本文定义的一弹性体部分，并且r2是例如氢、c(1-4)烷基、c(1-4)烷氧基或任何其他取代基，只要它不干扰固化材料的弹性体性质。
在一些实施方式中，r1为羧酸盐，且化合物为一单官能丙烯酸酯单体。在这些实施方式的一些实施方式中，r2为甲基，并且化合物为单官能甲基丙烯酸酯单体。可固化材料，其中r1为羧酸盐且r2为氢或甲基，在本文中统称为“(甲基)丙烯酸酯”。
在任何这些实施方式中的一些实施方式中，羧酸基团-c(＝o)-ora包含ra，ra是本文所述的一弹性体部分。
在一些实施方式中，r1为酰胺，并且化合物为单官能丙烯酰胺单体。在这些实施方式的一些实施方式中，r2是甲基，并且化合物是单官能甲基丙烯酰胺单体。可固化材料，其中r1是酰胺并且r2是氢或甲基，在本文中统称为“(甲基)丙烯酰胺”。
(甲基)丙烯酸酯及(甲基)丙烯酰胺在本文中统称为(甲基)丙烯酸材料。
在一些实施方式中，r1是环状酰胺，并且在一些实施方式中，r1是环状酰胺，例如内酰胺，并且化合物是一乙烯内酰胺(vinyllactam)。在一些实施方式中，r1是一环状羧酸盐，例如内酯，并且化合物是乙烯基内酯(vinyllactone)。
当r1及r2之一或两者包含一聚合物或低聚物部分时，式i的单官能可固化化合物是一典型的聚合物或低聚物单官能可固化材料。否则，它是一典型的单体单官能可固化材料。
在多官能弹性体材料中，两个或更多个可聚合基团经由一弹性体部分彼此连接，如本文所述。
在一些实施方式中，一多官能弹性体材料可以由式i表示，如本文所述，其中r1包含由本文所述的一可聚合基团终止的一弹性体材料。
例如，一双官能弹性体材料可由式i*表示：
其中e是如本文所述的一弹性体连接部分，并且r’2如本文对于r2所定义。
在另一个示例中，一三官能弹性体材料可以由式ii表示：
其中e是如本文所述的一弹性体连接部分，并且r’2及r”2各自独立地如本文对于r2所定义。
在一些实施方式中，一多官能(例如，双官能、三官能或更高)弹性体材料可以由式iii共同表示：
其中：
r2及r’2如本文所定义；
b是如本文所定义的一双官能或三官能支化单元(取决于x1的性质)；
x2及x3各自独立地不存在；为本文所述的一弹性体部分；或选自于一烷基、一烃基、亚烷基链、一环烷基、一芳基、一烷二醇、一氨基甲酸酯部分及其任何组合；以及
x1不存在或选自于一烷基、一烃基、一亚烷基链、一环烷基、一芳基、一烷二醇、一氨基甲酸酯部分及一弹性体部分，每个任选地被一甲基(丙烯酸酯)部分(o-c(＝o)cr”2＝ch2)取代(例如，终止)，及其任意组合，或者x1为：
其中：b’是一支化单元，与b相同或不同。
x’2及x’3分别各自地如本文中对x2及x3的定义；以及
r”2及r”’2如本文对r2及r’2的定义。
前提是x1、x2及x3中的至少一个是或包含本文所述的一弹性体部分。
如本文所用的术语“支化单元”描述多自由基，优选脂族或脂环族基团。“多自由基”是指连接部分具有两个或更多个连接点，使得其连接在两个或更多个原子及/或基团或部分之间。
也就是说，支化单元是一化学部分，当连接到一物质的一单个位置、基团或原子上时，会产生两个或多个与所述单个位置、所述基团或所述原子相连的官能基，因此将一个单一官能基“支化”成两个或多个官能基。
在一些实施方式中，支化单元衍生自具有2个、3个或更多个官能基的一化学部分。在一些实施方式中，支化单元是本文所述的一支链烷基或一支链连接部分。
还考虑了具有4个或更多个可聚合基团的多功能弹性体材料，并且可以具有与式iii所示结构相似的结构，同时包括例如具有较高支化度的支化单元b，或包括具有两个(甲基)丙烯酸酯部分的x1部分，如本文所定义或与式ii所示的那些类似的，同时包括，例如连接至弹性体部分的另一个(甲基)丙烯酸酯部分。
在一些实施方式中，弹性体部分，例如式i中的ra，或在式i*、ii及iii中表示为e的部分是或包含：烷基，其可以是直链或支链的，并且优选地具有3个或更多个，或4个或更多个碳原子；亚烷基链，优选的长度为3个或更多个，或4个或更多个碳原子；本文所定义的烷二醇，本文所定义的低聚(烷二醇)或聚(烷二醇)，优选的长度为4个或更多个原子；本文所定义的氨基甲酸乙酯、氨基甲酸酯低聚物或聚氨酯，优选的长度为4个或更多个碳原子；以及前述的任意组合。
在本文描述的任何实施方式的一些实施方式中，弹性体材料是本文描述的一(甲基)丙烯酸可固化材料，并且在一些实施方式中，它是丙烯酸酯。
在本文描述的任何实施方式的一些实施方式中，弹性体材料是或包括一单官能弹性体材料，并且在一些实施方式中，所述单官能弹性体材料由式i表示，其中r1为-c(＝o)-ora，并且ra是(例如，长度为4个或更多个、优选地6个或更多个，优选地8个或更多个碳原子的)一亚烷基链，或如本文所定义的聚(烷二醇)链。
在一些实施方式中，弹性体材料是或包括一多官能弹性体材料，并且在一些实施方式中，多官能弹性体材料由式i*表示，其中e是(例如，长度为4个或更多个，或6个或更多个碳原子的)一亚烷基链，及/或如本文所定义的聚(烷二醇)链。
在一些实施方式中，弹性体材料是或包括一多官能弹性体材料，并且在一些实施方式中，多官能弹性体材料由式ii表示，其中e是(例如，长度为3个或更多个、4个或更多个、或5个或更多个碳原子的)一支链烷基。
在本文描述的任何实施方式的一些实施方式中，弹性体材料是例如式i、i*、ii或iii的一弹性体丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯(也称为丙烯酸或甲基丙烯酸弹性体)，并且在一些实施方式中，丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯被选择使得在硬化时，聚合物材料的一tg低于0℃或低于-10℃。
示例性的弹性体丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯可固化材料包括但不限于：2-丙烯酸,2-[[((丁基氨基)羰基]氧基]乙基酯(2-propenoicacid,2-[[(butylamino)carbonyl]oxy]ethylester)(一示例性的聚氨酯丙烯酸酯(uretheaneacrylate))，以及以商品名sr335(丙烯酸月桂酯(laurylacrylate))及sr395(丙烯酸异癸酯(isodecylacrylate))销售的化合物(来自sartomer)。其他示例包括以商品名sr350d(三官能三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(trifunctionaltrimethylolpropanetrimethacrylate,tmptma))、sr256(2-(2-乙氧基乙氧基)丙烯酸乙酯(2-(2-ethoxyethoxy)ethylacrylate))、sr252(聚乙二醇(600)二甲基丙烯酸酯(polyethyleneglycol(600)dimethacrylate))、sr561(烷氧基化己二醇二丙烯酸酯(alkoxylatedhexanedioldiacrylate))销售的化合物(来自sartomer)。
在本文描述的任何实施方式的一些实施方式中，弹性体材料包括一个或多个单官能弹性体材料(例如，一单官能弹性体丙烯酸酯，例如如式i所示)，以及一个或多个多官能(例如，双官能)弹性体材料(例如，一双官能弹性体丙烯酸酯，例如如式i*、ii或iii所示)，并在本文所述的任何相应的实施方式中。
在本文描述的任何实施方式的一些实施方式中，(多个)弹性体材料的一总量为包含所述弹性体材料的弹性体制剂的总重量的至少40％、至少50％，或至少60％，并且可以高达70％或甚至80％。
在本文描述的任何实施方式的一些实施方式中，弹性体制剂还包含二氧化硅颗粒。
在本文描述的任何实施方式的一些实施方式中，二氧化硅颗粒的一平均粒径小于1μm，即，二氧化硅颗粒是亚微米颗粒。在一些实施方式中，二氧化硅颗粒是纳米颗粒，且一平均粒径的范围为0.1μm至900纳米(nm)、0.1nm至700nm、1nm至700nm、1nm至500nm，或1nm至200nm，包括其间的任何中间值及子范围。
在一些实施方式中，这种颗粒的至少一部分在被引入制剂时可以聚集。在这些实施方式的一些实施方式中，聚集体的一平均尺寸不超过3μm，或不超过1.5μm。
在本实施方式的上下文中，可以使用任何可商购的亚微米二氧化硅颗粒的制剂，包括气相二氧化硅(fumedsilica)、胶体二氧化硅(colloidalsilica)、沉淀二氧化硅(precipitatedsilica)、层状二氧化硅(例如：蒙脱土)以及气溶胶辅助自组装二氧化硅颗粒(aerosolassistedself-assemblyofsilicaparticles)。
二氧化硅颗粒可以具有一疏水性或一亲水性表面的特征。颗粒表面的疏水性或亲水性的性质取决于颗粒上的表面基团的性质。
当二氧化硅未经处理，即基本上由si及o原子组成时，颗粒通常具有硅烷醇(si-oh)表面基团，因此是亲水的。未处理(或未涂覆)的胶体二氧化硅、气相二氧化硅、沉淀二氧化硅及层状二氧化硅均具有亲水性表面，并被视为是亲水性二氧化硅。
层状二氧化硅可经处理，以使以季铵及/或铵为表面基团终止的长链碳氢化合物为特征，并且其表面的性质是由烃链的长度决定的。疏水性二氧化硅是疏水性基团键合到颗粒表面的二氧化硅的一种形式，也称为处理过的二氧化硅或官能化二氧化硅(二氧化硅与疏水基团反应)。
具有疏水表面基团的二氧化硅颗粒，例如但不限于：烷基，优选长度为2个或更多个碳原子，优选长度为4个或更多个，或6个或更多碳原子的中级至高级烷基、环烷基、芳基，及本文定义的其他碳氢化合物，或疏水聚合物(例如，聚二甲基硅氧烷)，是疏水性二氧化硅的颗粒。
因此，本文所述的二氧化硅颗粒可以未经处理(未官能化)，因此是亲水性颗粒。
可选地，本文所述的二氧化硅颗粒可以通过反应来处理或官能化，以与其表面上的部分形成键。
当所述部分为亲水性部分时，所述官能化的二氧化硅颗粒为亲水性的。
具有亲水性表面基团(例如但不限于羟基、胺、铵、羧基、硅烷醇、氧代等)的二氧化硅颗粒是亲水性二氧化硅的颗粒。
当所述部分为疏水性部分时，如本文所述，官能化的二氧化硅颗粒为疏水性的。
在本文描述的任何实施方式的一些实施方式中，至少一部分或全部的二氧化硅颗粒具有一亲水性表面(即，例如是未经处理的二氧化硅的亲水性二氧化硅颗粒，例如：胶体二氧化硅)。
在本文描述的任何实施方式的一些实施方式中，至少一部分或全部的二氧化硅颗粒具有一疏水性表面(即，疏水性二氧化硅颗粒)。
在一些实施方式中，疏水性二氧化硅颗粒是官能化的二氧化硅颗粒，即经一个或多个疏水性部分处理的二氧化硅颗粒。
在本文描述的任何实施方式的一些实施方式中，至少一部分或全部的二氧化硅颗粒是通过可固化官能基(在其表面上具有可固化基团的颗粒)官能化的疏水性二氧化硅颗粒。
可固化官能基可以是本文所述的任何可聚合基团。在一些实施方式中，可固化官能基可通过与制剂中的可固化单体相同的聚合反应，及/或当暴露于与可固化单体相同的固化条件下时为可聚合的。在一些实施方式中，如本文所定义，可固化基团是(甲基)丙烯酸(丙烯酸或甲基丙烯酸)基团。
本文所述的亲水性及疏水性、官能化的及未处理的二氧化硅颗粒可以是可商购的材料，或是可以使用本领域众所周知的方法来制备。
在这些实施方式的上下文中使用的“至少一部分”是指至少10％、至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％，或至少98％的颗粒。
二氧化硅颗粒也可以是两种或更多种类型的二氧化硅颗粒的一混合物，例如，两种或更多种本文所述的任何二氧化硅颗粒。
在本文所述的任何实施方式的一些实施方式中，在包含二氧化硅颗粒的一模型材料制剂中的所述二氧化硅颗粒的一含量按重量计为弹性体制剂的总重量的约1％至约20％、约1％至约15％，或约1％至约10％的范围内。
二氧化硅颗粒的含量可以根据需要进行控制，以控制固化材料的机械性能。例如，较高量的二氧化硅颗粒，可使得固化的牺牲结构的弹性模量较高。
在本文描述的任何实施方式的一些实施方式中，二氧化硅颗粒的一含量使得弹性体制剂中的(多个)弹性体材料与二氧化硅颗粒的一重量比为约50：1至约4：1，或约30：1至大约4：1，或约20：1至约2：1，包括其间的任何中间值及子范围。
根据本文描述的任何实施方式的一些实施方式，弹性体制剂还包含一个或多个另外的可固化材料。
另外的可固化材料可以是一单官能可固化材料、一多官能可固化材料或其混合物，并且每个材料可以是一单体、一低聚物或一聚合物或其组合。
优选地，但不是强制性的，另外的可固化材料暴露于与可固化弹性体材料可聚合的相同固化能下时，例如暴露于辐射(例如，紫外线-可见光辐射)时，是可聚合的。
在一些实施方式中，另外的可固化材料是使得当硬化时，聚合物材料的tg高于一弹性体材料的tg，例如，一tg高于0℃、5℃或高于10℃。
在全文中，“tg”是指玻璃化转变温度，定义为e”曲线的局部最大值的位置，其中e”是材料的损耗模量与温度的函数关系。
广义而言，当温度在包含tg温度的一温度范围内升高，一材料，特别是一聚合物材料的状态逐渐从一玻璃态转变为一橡胶态。
在本文中，“tg范围”是在如上定义的tg温度下，e”值是其值的至少一半(例如，可以达到其值)的温度范围。
不希望受任何特定理论的约束，假定一聚合物材料的状态在如上所定义的tg范围内从玻璃态逐渐变为橡胶态。在本文中，术语“tg”是指在本文定义的tg范围内的任何温度。
在一些实施方式中，另外可固化材料是单官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯((甲基)丙烯酸酯)。非限制性示例包括：丙烯酸异冰片酯(isobornylacrylate,iboa)、甲基丙烯酸异冰片酯(isobornylmethacrylate)、丙烯酰吗啉(acryloylmorpholine,acmo)、丙烯酸苯氧乙酯(phenoxyethylacrylate)，由sartomer公司(美国)以商品名sr-339销售；氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物(urethaneacrylateoligomer)，例如以商品名cn131b销售，以及任何其他可用于增材制造方法的丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯。
在一些实施方式中，另外的可固化材料是一多官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯((甲基)丙烯酸酯)。多官能(甲基)丙烯酸酯的非限制性示例包括丙氧基化(2)新戊二醇二丙烯酸酯(propoxylated(2)neopentylglycoldiacrylate)，由sartomer公司(美国)以商品名sr-9003销售；二三羟甲基丙烷四丙烯酸酯(ditrimethylolpropanetetra-acrylate,ditmptta)、季戊四醇四丙烯酸酯(pentaerythitoltetra-acrylate,tetta)、双季戊四醇五丙烯酸酯(dipentaerythitolpenta-acrylate,dipep)以及脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯(aliphaticurethanediacrylate)，例如以商品名ebecryl230销售。多官能(甲基)丙烯酸酯低聚物的非限制性示例包括乙氧基化或甲氧基化的聚乙二醇二丙烯酸酯或二甲基丙烯酸酯(ethoxylatedormethoxylatedpolyethyleneglycoldiacrylateordimethacrylate)；乙氧基化双酚a二丙烯酸酯(ethoxylatedbisphenoladiacrylate)、聚乙二醇-聚乙二醇氨基甲酸酯二丙烯酸酯(polyethyleneglycol-polyethyleneglycolurethanediacrylate)、部分丙烯酸化的多元醇低聚物(partiallyacrylatedpolyololigomer)以及聚酯基氨基甲酸酯二丙烯酸酯(polyester-basedurethanediacrylates)，例如以商品名cnn91销售。
任何其他可固化材料可被考虑，优选地，当硬化时具有如本文所定义的一tg的一可固化材料。
在本文所述的任何实施方式的一些实施方式中，弹性体制剂还包含一引发剂，用于引发可固化材料的聚合。
当所有的可固化材料(弹性体的及另外的，若存在的话)是可光聚合的，则在这些实施方式中可以使用一光引发剂。
合适的光引发剂的非限制性示例包括二苯甲酮(芳香酮)，例如二苯甲酮、甲基二苯甲酮、米氏酮(michler'sketone)及氧杂蒽酮；酰基氧化膦型光引发剂，例如2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦(2,4,6-trimethylbenzolydiphenylphosphineoxide,tmpo)、2,4,6-三甲基苯甲酰乙氧基苯基氧化膦(2,4,6-trimethylbenzoylethoxyphenylphosphineoxide,tepo)以及双酰基膦氧化物(bisacylphosphineoxides,bapo's)；苯偶姻(benzoins)及苯偶姻烷基醚(bezoinalkylethers)，例如安息香、安息香甲基醚及安息香异丙醚等。光引发剂的示例是α-氨基酮、双酰基膦氧化物(bisacylphosphineoxides,bapo's)，以及以商品名
一光引发剂可以单独使用或与一共引发剂组合使用。二苯甲酮是一光引发剂的一示例，它需要一第二分子，例如胺，来产生一自由基。吸收辐射后，二苯甲酮与一三元胺通过夺氢反应生成α-氨基自由基，引发丙烯酸酯的聚合。一类共引发剂的非限制性示例是链烷醇胺，例如三乙胺、甲基二乙醇胺及三乙醇胺。
包含一光引发剂的一制剂中的所述光引发剂的一浓度可以为约0.1至约5wt％，或约1至约5wt％，包括其间的任何中间值及子范围。
根据本文描述的任何实施方式中的一些实施方式，弹性体制剂还包含一个或多个另外的不可固化材料，例如，一着色剂、一分散剂、一表面活性剂、一稳定剂及一抑制剂中的一个或多个。
(多个)制剂中包含一抑制剂，用于在暴露于固化条件之前防止或减慢聚合及/或固化。常用的抑制剂，例如自由基抑制剂被予以考虑。
考虑了常用的表面活性剂、分散剂、着色剂及稳定剂。若存在的话，每种组分的示例性浓度为含有所述组分的制剂的总重量的约0.01至约1、约0.01至约0.5，或约0.01至约0.1wt％的范围内。
在本文所述的任何实施方式的一些实施方式中，弹性体材料是一紫外线可固化材料，并且在一些实施方式中，其是弹性体(甲基)丙烯酸酯，例如，一弹性体丙烯酸酯。
在本文所述的任何实施方式的一些实施方式中，在弹性体制剂中包括一另外的可固化组分，并且在一些实施方式中，所述组分是一紫外线可固化的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。
在本文所述的任何实施方式的一些实施方式中，二氧化硅颗粒是(甲基)丙烯酸酯官能化的二氧化硅颗粒。
在本文所述的任何实施方式的一些实施方式中，弹性体制剂包含一个或多个单官能弹性体丙烯酸酯、一个或多个多官能弹性体丙烯酸酯、一个或多个单官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，以及一个或多个多官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。
在这些实施方式的一些实施方式中，弹性体制剂还包含一个或多个光引发剂，例如，
在本文描述的任何实施方式的一些实施方式中，所有可固化材料以及二氧化硅颗粒被包括在一单一制剂中。
在一些实施方式中，弹性体制剂包括二氧化硅颗粒、一个或多个光引发剂以及可选地其他组分。
在根据本文描述的任何实施方式中的一些实施方式的示例性制剂中，所有可固化材料是(甲基)丙烯酸酯。
在本文所述的任何示例性制剂中，一光引发剂的一浓度按重量计为包含所述光引发剂的一制剂的总重量的约1％至约5％、约2％至约5％、约3％至约5％，或约3％至约4％的范围内(例如3、3.1、3.2、3.25、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.85、3.9，包括其间的任何中间值)
在本文所述的任何示例性制剂中，一抑制剂的一浓度按重量计为包含所述抑制剂的一制剂的总重量的0至约2％，或0至约1％的范围内，并且例如按重量计为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或约1％，包括其间的任何中间值。
在本文所述的任何示例性制剂中，一表面活性剂的一浓度按重量计为包含所述表面活性剂的一制剂的总重量的0至约1％的范围内，例如按重量计为0、0.01、0.05、0.1、0.5或约1％，包括其间的任何中间值。
在本文所述的任何示例性制剂中，一分散剂的一浓度按重量计为包含所述分散剂的一制剂的总重量的0至约2％的范围内，并且例如按重量计为0、0.1、0.5、0.7、1、1.2、1.3、1.35、1.4、1.5、1.7、1.8或约2％，包括其间的任何中间值。
在根据本文描述的任何实施方式中的一些实施方式的示例性制剂中，一弹性体材料的一浓度按重量计为约30％至约90％的范围内、约40％至约90％的范围内，或约40％至约85％的范围内。
在一些实施方式中，弹性体材料包括一单官能弹性体材料以及一多官能弹性体材料。
在一些实施方式中，单官能弹性体材料的一浓度按重量计为约20％至约70％，或约30％至约50％的范围内，包括其间的任何中间值及子范围。在示例性实施方式中，单官能弹性体材料的一浓度按重量计为约50％至约70％、约55％至约65％，或约55％至约60％(例如58％)的范围内，包括其间的任何中间值及子范围。在示例性实施方式中，单官能弹性体材料的一浓度按重量计为约30％至约50％、约35％至约50％，或约40％至约45％(例如42％)的范围内，包括其间的任何中间值及子范围。
在一些实施方式中，多官能弹性体材料的一浓度按重量计为约10％至约30％的范围内。在示例性实施方式中，单官能弹性体材料的一浓度按重量计为约10％至约20％，或约10％至约15％(例如12％)的范围内。在示例性实施方式中，单官能弹性体材料的一浓度按重量计为约10％至约30％、约10％至约20％，或约15％至约20％(例如16％)的范围内。
在根据本文描述的任何实施方式中的一些实施方式的示例性制剂中，一另外的可固化材料的一总浓度按重量计为约10％至约40％，或按重量计约15％至约35％的范围内，包括其间的任何中间值及子范围。
在一些实施方式中，另外的可固化材料包括一单官能可固化材料。
在一些实施方式中，单官能另外的可固化材料的一浓度按重量计为约15％至约25％，或约20％至约25％(例如：21％)的范围内，包括其间的任何中间值及子范围。在示例性实施方式中，单官能弹性体材料的浓度按重量计为约20％至约30％，或约25％至约30％(例如：28％)的范围内，包括其间的任何中间值及子范围。
在根据本文描述的任何实施方式中的一些实施方式的示例性制剂中，弹性体材料包括一单官能弹性体材料以及一多官能弹性体材料；所述单官能弹性体材料的一浓度按重量计为约30％至约50％的范围内(例如，约40％至约45％)，或约50％至约70％(例如，约55％至约60％)的范围内；以及多官能弹性体材料的一浓度按重量计为约10％至约20％的范围内；并且所述一个或多个制剂还包含一另外的单官能可固化材料，其一总浓度按重量计为约20％至约30％的范围内。
根据本文描述的任何实施方式中的一些实施方式，弹性体制剂包含至少一个弹性体单官能可固化材料，至少一个弹性体多官能可固化材料以及至少另外的单官能可固化材料。
根据本文所述的任何实施方式中的一些实施方式，可固化单官能材料的一浓度按重量计为弹性体制剂的总重量的10％至30％的范围内。
根据本文所述的任何实施方式中的一些实施方式，弹性体单官能可固化材料的一浓度按重量计为弹性体制剂的总重量的50％至70％的范围内。
根据本文所述的任何实施方式中的一些实施方式，弹性体多官能可固化材料的一浓度按重量计为弹性体制剂的总重量的10％至20％的范围内。
根据本文所述的任何实施方式中的一些实施方式，可固化单官能材料的一浓度按重量计为弹性体制剂的总重量的10％至30％的范围内；弹性单官能可固化材料的一浓度按重量计为弹性体制剂的总重量的50％至70％的范围内；以及弹性体多官能可固化材料的一浓度按重量计为弹性体制剂的总重量的10％至20％的范围内。
根据本文所述的任何实施方式中的一些实施方式，可固化单官能材料的一浓度按重量计为弹性体制剂的总重量的20％至30％的范围内。
根据本文所述的任何实施方式中的一些实施方式，弹性体单官能可固化材料的一浓度按重量计为弹性体制剂的总重量的30％至50％的范围内。
根据本文所述的任何实施方式中的一些实施方式，弹性体多官能可固化材料的一浓度按重量计为弹性体制剂的总重量的10％至30％的范围内。
根据本文所述的任何实施方式中的一些实施方式，可固化单官能材料的一浓度按重量计为弹性体制剂的总重量的20％至30％的范围内；弹性体单官能可固化材料的一浓度按重量计为弹性体制剂的总重量的30％至50％的范围内；以及弹性体多官能可固化材料的一浓度按重量计为弹性体制剂的总重量的10％至30％的范围内。
在一些实施方式中，本文所述的一弹性体制剂的特征为：当硬化时，撕裂强度至少为4,000牛顿/公尺(n/m)、至少4500n/m或至少5,000n/m。
在一些实施方式中，本文所述的一弹性体制剂的特征为：当硬化时，撕裂强度与不含所述二氧化硅颗粒的制剂的撕裂强度相比高至少500n/m、至少700n/m，或至少800n/m。
在一些实施方式中，本文所述的一弹性体制剂的特征为：当硬化时，拉伸强度至少为2mpa。
在本文所述的任何实施方式的一些实施方式中，提供了一试剂盒，包含如本文在任何相应实施方式中所述的弹性体制剂及其任何组合。
在全文中，短语“橡胶”、“橡胶材料”、“弹性体材料”及“弹性体”可互换地使用，以描述具有弹性体特性的材料。短语“类橡胶材料(rubbery-likematerial)”或“类橡胶材料(rubber-likematerial)”用于描述具有橡胶特性的材料，并且是通过增材制造(例如三维喷墨打印)而非涉及热塑性聚合物硫化的常规工艺制备的。
术语“类橡胶材料”在本文中也可互换地称为“弹性体材料”。
弹性体或橡胶是具有低tg(例如，低于室温，优选地低于10℃，低于0℃并且甚至低于-10℃)的特征的柔性材料。
下面描述了本文以及本领域中使用的表征橡胶状(弹性体)材料的一些特性。
邵氏a硬度(shoreahardness)，也称为邵氏硬度或简称为硬度，描述了一材料对永久压痕的抵抗力，由a型硬度计标度定义。邵氏硬度通常根据astmd2240进行测定。
弹性模量(elasticmodulus)，也称为弹性模量(modulusofelasticity)或杨氏模量(young’smodulus,)，或拉伸模量(tensilemodulus)，或“e”，描述了当一力被施加时，材料对弹性变形的抵抗力，或是换句话说，即当沿着一轴施加相反的力时，一物体沿着所述轴变形的趋势。弹性模量通常通过一拉伸试验(例如，根据astmd624)进行测量，并由弹性变形区域中的一应力-应变曲线的线性斜率确定，其中应力是引起变形的力除以施加力的面积，而应变是由变形引起的某些长度参数的变化与长度参数的原始值的比率。应力与材料上的拉力成正比，而应变与材料的长度成正比。
拉伸强度(tensilestrength)描述了一材料的抗张强度，或是换句话说，其承受趋于拉长的载荷的能力，并且定义为在一弹性体复合材料断裂之前拉伸期间施加的最大应力(单位：mpa)。拉伸强度通常通过一拉伸试验(例如，根据astmd624)来测量，并且被确定为一应力-应变曲线的最高点，如本文以及本领域中所述。
延伸率(elongation)是一材料的一均匀截面的伸长率(extension)，以原始长度的百分比表示，并且通常根据astmd412进行确定。
z拉伸伸长率是在z方向上打印时如本文所述测量的伸长率。
抗撕裂性描述了撕裂一材料所需的最大力，以每单位长度的力单位表示，其中力基本上平行于样品的主轴作用。抗撕裂性可以通过astmd412方法进行测量。astmd624可用于测量抗撕裂(撕裂起始)的能力以及抗撕裂膨胀(撕裂扩展)的能力。通常，一样品被固定在两个固定器之间，并施加均匀的拉力，直到发生变形。然后通过将施加的力除以材料的厚度来计算撕裂强度。
恒定伸长率下的抗撕裂性描述了试样在恒定伸长率(低于断裂伸长率)下撕裂所需的时间。
因此，在全文中，短语“建构材料制剂”、“未固化的建构材料”、“未固化的建构材料制剂”、“建构材料”及其他变体共同描述了被分配以依序地形成多个层体的材料，如本文所述。此短语包括被分配以形成物体的未固化的材料，即一个或多个未固化的模型材料制剂，以及被分配以形成支撑物的未固化的材料，即未固化的支撑材料制剂。
在全文中，短语“固化的模型材料”或“硬化的模型材料”描述了如本文所述在将分配的建构材料暴露以固化时，以及可选地，若一支撑材料被分配，则同样在去除固化的支撑材料时，形成本文定义的物体的建构材料的部分。所述固化的模型材料可以是一单一的固化材料，也可以是两种或多种固化材料的一混合物，取决于本文所述方法中所使用的模型材料制剂。
短语“固化的模型材料”或“固化的模型材料制剂”可以被认为是固化的建构材料，其中建构材料仅由模型材料制剂组成，而不由支撑材料制剂组成。也就是说，此短语是指建构材料中用于提供最终物体的部分。
在全文中，短语“模型材料制剂(modelingmaterialformulation)”，在本文中也可互换地称为“模型制剂(modelingformulation)”、“模型制剂(modelformulation)”、“模型材料制剂(modelmaterialformulation)”，或简称为“制剂(formulation)”，描述了被分配以形成物体的建构材料的部分或全部。模型材料制剂是一未固化的模型制剂(除非另有具体说明)，其在暴露于固化能时形成物体或其一部分。
在本发明的一些实施方式中，用于三维喷墨打印的一模型材料制剂被配制，并且能够独自形成一三维物体，即，无需与任何其他物质混合或组合。
一未固化建构材料可以包括一个或多个模型制剂，并且可以进行分配，使得在固化时，物体的不同部分由不同的固化的模型制剂或其不同组合制成，并因此由不同的固化的模型材料或固化的模型材料的不同混合物制成。
形成建构材料的制剂(模型材料制剂及支撑材料制剂)包含一个或多个可固化材料，当所述可固化材料暴露于固化能时，会形成硬化(固化)材料。
在全文中，一“可固化材料”是一化合物(通常为一单体或低聚化合物，还可选地为一聚合物材料)，当暴露于固化能时，如本文所述，其固化或硬化以形成固化材料。可固化材料通常是可聚合材料，当暴露于合适的能源时，会发生聚合及/或交联。
聚合可以是例如自由基聚合、阳离子聚合或阴离子聚合，并且，并且每个在暴露于固化能，例如辐射、热等时，可以被引发，如本文所述。
在本文所述的任何实施方式中的一些实施方式中，一可固化材料是一可光聚合材料，如本文所述，其在暴露于辐射时聚合及/或发生交联，并且在一些实施方式中，所述可固化材料是一紫外线可固化的材料，其在暴露于紫外线辐射时聚合及/或发生交联，如本文所述。
在一些实施方式中，本文所述的可固化材料是通过光诱导的自由基聚合而聚合的一可光聚合材料。替代地，可固化材料是通过光致阳离子聚合而聚合的一可光聚合材料。
在本文所述的任何实施方式中的一些实施方式中，一可固化材料可以是一单体、一低聚物或一短链聚合物，每个皆如本文所述是可聚合的及/或可交联的。
在本文所述的任何实施方式中的一些实施方式中，当一可固化材料暴露于固化能(例如：辐射)时，其通过链伸长及交联中的任何一个或组合而硬化(固化)。
在本文所述的任何实施方式中的一些实施方式中，一可固化材料是一单体或多个单体的一混合物，当暴露于发生聚合反应的固化能时，可在聚合反应时形成一聚合物材料。这种可固化材料在本文中也称为单体可固化材料。
在本文所述的任何实施方式中的一些实施方式中，一可固化材料是一低聚物或多个低聚物的一混合物，当暴露于发生聚合反应的固化能时，可在聚合反应时形成一聚合物材料。这种可固化材料在本文中也称为低聚物可固化材料。
在本文所述的任何实施方式中的一些实施方式中，一可固化材料，无论是单体的或是低聚物的，都可以是一单官能可固化材料或一多官能可固化材料。
在本文中，单官能可固化材料包含一个官能基，所述官能团在暴露于固化能(例如辐射)时可发生聚合。
一多官能可固化材料包含两个或多个，例如2、3、4或更多个，当暴露于固化能时可发生聚合的官能基。多官能可固化材料可以是例如双官能、三官能或四官能可固化材料，其分别包含可进行聚合的2、3或4个基团。多官能可固化材料中的两个或更多个官能基通常通过如本文所定义的连接部分彼此连接。当所述连接部分是低聚物或聚合物的部分时，多官能基是低聚物或聚合物多官能可固化材料。多官能可固化材料在受到固化能及/或作为交联剂时可发生聚合。
根据本发明的一些实施方式，所述中间结构的一厚度为约100μm至约300μm，更优选地为约210μm至约290μm，更优选地为约220μm至约280μm，例如约250μm。
根据本发明的一些实施方式，所述牺牲结构的特征为，当固化后根据国际标准astmd-624进行测量时，所述牺牲结构固化后的一抗撕裂性为每米至少4千牛顿(kn)。
根据本发明的一些实施方式，所述牺牲结构的特征为，当根据国际标准astmd-624进行测量时，所述牺牲结构固化后的一抗撕裂性为每米约4kn至每米约8kn，更优选地为每米约5kn至每米约7kn。
根据本发明的一些实施方式，所述剥离力的大小为约1n至约20n，例如约10n。
根据本发明的一些实施方式，所述牺牲结构的一厚度被选择使得约5n的一剥离力导致至少0.02，更优选地至少0.022，更优选地0.024，更优选地0.026的一弯曲应变。
根据本发明的一些实施方式，所述剥离力的大小为约1n至约10n，例如约5n。
根据本发明的一些实施方式，所述牺牲结构的一最小厚度为约500μm至约3毫米(mm)，更优选地为约500μm至约2.5mm，更优选地为约500μm至约2mm。
根据本发明的一些实施方式，对于模型层的堆叠体以及分层的牺牲结构中的至少一个，当根据国际标准astmd-790-04测量时，所述模型材料的一弯曲模量为约2000mpa至约4000mpa，更优选地为约2000mpa至约3500mpa，约2200mpa至约3200mpa。
根据本发明的一些实施方式，所述柔性材料选自于单官能弹性体单体、单官能弹性体低聚物、多官能弹性体单体、多官能弹性体低聚物及其任意组合。
根据本发明的一些实施方式，所述制剂还包含至少一个另外的可固化材料。
根据本发明的一些实施方式，所述另外的可固化材料选自于一单官能可固化单体、一单官能可固化低聚物、一多官能可固化单体、一多官能可固化低聚物及其任何组合。
根据本发明的一些实施方式，至少一个模型材料制剂还包括至少一个另外的不可固化材料，例如，一着色剂、一引发剂、一分散剂、一表面活性剂、一稳定剂及一抑制剂。
根据本发明的一些实施方式，所述柔性材料是一紫外线可固化的弹性体材料。
根据本发明的一些实施方式，所述柔性材料是一丙烯酸弹性体。
根据本发明的一些实施方式，所述制剂的特征为，在硬化时的一抗撕裂性比具有相同的弹性体材料但不含二氧化硅颗粒的固化制剂高至少0.5kn/米。
根据本发明的一些实施方式，所述制剂包含至少一个弹性体单官能可固化材料、至少一个弹性体多官能可固化材料，以及至少另外的单官能可固化材料。
根据本发明的一些实施方式，可固化单官能材料的一总浓度按重量计为制剂的总重量的10％至30％的范围内。
根据本发明的一些实施方式，弹性体单官能可固化材料的一总浓度按重量计为制剂的总重量的50％至70％的范围内。
根据本发明的一些实施方式，弹性体多官能可固化材料的一总浓度按重量计为制剂的总重量的10％至20％的范围内。
根据本发明的一些实施方式，可固化单官能材料的一总浓度按重量计为制剂的总重量的10％至30％的范围内；弹性体单官能可固化材料的一总浓度按重量计为制剂的总重量的50％至70％的范围内；以及弹性体多官能可固化材料的一总浓度按重量计为制剂的总重量的10％至20％的范围内。
根据本发明的一些实施方式，可固化单官能材料的一总浓度按重量计为制剂的总重量的20％至30％的范围内。
根据本发明的一些实施方式，弹性体单官能可固化材料的一总浓度按重量计为制剂的总重量的30％至50％的范围内。
根据本发明的一些实施方式，弹性体多官能可固化材料的一总浓度按重量计为制剂的总重量的10％至30％的范围内。
根据本发明的一些实施方式，可固化单官能材料的一总浓度按重量计为制剂的总重量的20％至30％的范围内；弹性体单官能可固化材料的一总浓度按重量计为制剂的总重量的30％至50％的范围内；以及弹性体多官能可固化材料的一总浓度按重量计为制剂的总重量的10％至30％的范围内。
可以预计，在本申请到期的专利有效期内，将开发出许多与增材制造相关的建构材料，并且术语“模型材料”及“支撑材料”的范围旨在预先包括所有此类新技术。
本文所提到的不同材料的颜色表示如下：青色(c)、洋红色(m)、黄色(y)、白色(w)、黑色(k)。支撑材料可以表示为(s)。透明(clear)/透明(transparent)材料可以表示为(t)。多个材料可以串联称为例如：cmy、cmywks等。
如本文所用，术语“约”是指约±10％。
在本文中，词语“示例性”用来表示“用作一示例、实例或说明”。描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为比其他实施方式优选或有利，及/或从其他实施方式中排除特征的并入。
在本文中，词语“可选地”用来表示“在一些实施方式中提供，而在其他实施方式中不提供”。本发明的任何特定实施方式可以包括多个“可选的”特征，除非这些特征抵触。
术语“包含”(comprises)、“包含”(comprising)、“包括”(includes)、“包括”(including)、“具有”(having)及其词形变化是指“包括但不限于”。
术语“由...组成”(consistingof)意指“包括并且限于”。
术语“基本上由...组成”(consistingessentiallyof)是指组合物、方法或结构可包括另外的成分、步骤及/或部件，但只有当另外的成分、步骤及/或部件实质上不改变所要求保护的组合物、方法或结构的基本特征及新特征。
本文所使用的单数形式“一(a)”、“一(an)”及“所述(the)”包括复数引用，除非上下文另外明确指出。例如，术语“一化合物”或“至少一化合物”可以包括多个化合物，包括其混合物。
如本文所用，术语“约”是指约±10％。
在整个申请中，本发明的各种实施方式可以以一范围形式呈现。但应当理解是，范围形式的描述仅仅是为了方便及简洁，不应被解释为对本发明的范围的强行限制。因此，范围的描述应当被认为已经具体公开了所有可能的子范围以及范围内的单个数值。例如，对从1到6的一范围的描述应视为已明确公开了例如从1至3、从1至4、从1至5、从2至4、从2至6、从3至6等子范围，以及在所述范围内的单个数值，例如1、2、3、4、5及6。无论范围的宽度皆适用。
每当在本文中指示一数值范围时，其意在包括在指示的范围内的任何引用数字(分数或整数)。短语“在一第一指示数字与一第二指示数字之间的范围”以及“自一第一指示数字至一第二指示数字的范围”在本文中可互换使用，并且意在包括第一及第二指示数字以及它们之间的所有分数及整数。
应当理解，为了清楚起见，在分开的实施方式的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施方式中组合提供。相反地，为了简洁起见，在单个实施方式的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独地、或以任何合适的子组合、或适当地在本发明的任何其他描述的实施方式中提供。在各种实施方式的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施方式的必要特征，除非所述实施方式在没有那些元素的情况下不起作用。
如上文所述以及如以下权利要求书所述，本发明的各种实施方式及方面在以下示例中得到实验支持。
示例
现在参考以下示例，其与上述描述一起以非限制性方式示出本发明的一些实施方式。
示例1
概念证明
进行实验以确定适合于确保通过剥离去除牺牲结构的参数。
一个被制造的物体是一彩色猫头鹰雕像。
图14a、14b、14c及14d是示出一柔性的牺牲结构从彩色猫头鹰雕像上剥离的过程的图像。所述牺牲结构由柔性的黑色材料形成的。可选地，所述柔性的牺牲结构可以在其与所形成的物体之间形成有软性材料的一薄的分隔层体。
示例2
邵氏a(shorea)实验
在本发明的一些实施方式中，当使用一黑色的柔性材料代替黑色的模型材料从而形成一可剥离的牺牲结构时，包含大量柔性的黑色材料的物体的区域可能具有降低的物理性质，例如其邵氏a值显着地下降。为了解决此问题，设想了两个主要方案：(1)使用彩色的模型材料的一数字组合(cmy)打印黑色区域以获得黑色，并避免物理特性的变化；或(2)将黑色的柔性材料与一定比例的彩色cmy材料结合使用，以使物理性能不会降低。尽管方案(1)在某些情况下可能是合适的，但它也存在一些缺点，因为仅使用cmy颜色的一混合物很难获得“纯黑色”颜色，并且cmy模型材料的消耗会增加。对于第二种方案，进行了实验以确定与柔性材料结合使用所需的模型材料的最小含量，以免邵氏a值降低。
按照标准测试方法astmd2240，使用一邵氏硬度计zwick3110..13(zwick/roell，德国)，在一j750polyjettm打印机(
表1
以上实验表明，若样品包含至少约30％的模型材料与随机分布在样品的结构之间的一柔性材料(最多70％)组合，则样品的邵氏a值类似于对包含100％模型材料的样品测得的邵氏a值，但未观察到物理性质的变化。
示例3
粘性实验
在本发明的一些实施方式中，当使用一黑色柔性材料代替黑色模型材料从而可以形成一可剥离的牺牲结构时，由于柔性材料的化学成分的原因，包含大量黑色的物体的区域倾向于发粘。为了解决“粘性”问题，设想了两个主要方案：(1)使用彩色的模型材料的一组合(cmy)来打印黑色区域，以数字方式模拟黑色并避免一粘性效果；或是(2)将黑色的柔性材料与一定比例的彩色cmy材料结合使用，直到几乎没有发现粘性为止。尽管方案(1)在某些情况下可能是适当的，但它也存在一些缺点，因为仅靠混合cmy颜色很难创建“纯黑色”颜色，并且会增加cmy模型材料的消耗。关于第二种选择，进行了实验以确定与柔性材料结合使用以使粘性效果可忽略的所需的模型材料的最小含量。
使用一lr30klloyd仪器设备(ametek，美国)测量粘性值。将一圆形探针与打印在一j750polyjettm打印机(
表2
以上实验表明，若样品包含至少约30％的模型材料与随机分布在样品结构之间的一柔性材料(最多70％)的组合，则粘性效应可忽略不计。
尽管已经结合本发明的特定实施方式描述了本发明，但是显然地，对于本领域技术人员来说许多替代、修改及变化将是显而易见的。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求的精神及广泛范围内的所有这样的替代、修改及变化。
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