通过喷墨打印三维物体的制作方法

背景技术：

技术实现思路

1、本发明提供了一种与在数字喷墨打印中使用的喷墨组合物的流动性和关键性质相关的问题的解决方案，所述问题阻碍了此类组合物和技术用于三维(3d)物体。如本领域已知的，喷墨组合物必须符合某些流变学(rheological)要求，其对于3d物体打印中的增材(additive)方法是不利的，然而，本发明教示了通过使用两部分的胶凝(jellification)反应来形成出现物体的每一层，同时这些层仍然是湿的和未固化的，而利用这些相同的性质，以在任何基材上形成复杂的高分辨率3d物体，所述基材包括不平坦和吸收性的表面，例如：织物)。每个层通过喷墨打印成层(layer-forming)组合物和凝胶(jellification)组合物而形成，而成层组合物在接触基材(或前一层)上的凝胶组合物时凝结。3d物体是通过在所有层都还湿(未固化)的情况下逐层添加，最后通过热固化物体而形成的。

2、因此，根据本发明的一些实施方案的一方面，提供了一种在基材的表面上打印或以其他方式形成三维固体(solid)物体的方法，其通过以下方式进行：

3、(a)使用成层组合物和凝胶组合物在所述表面的区域上喷墨打印图案，从而形成第一凝胶层；

4、(b)在所述第一凝胶层上重复步骤(a)，从而在所述第一凝胶层上形成第二凝胶层；

5、(c)重复步骤(b)n次，以在所述第二凝胶层上形成第n凝胶层，从而形成三维凝胶物体，其中n为等于或大于1的整数；以及

6、(d)固化所述三维凝胶物体，从而形成所述三维物体。

7、根据本发明的一些实施方案，所述第一凝胶层、所述第二凝胶层和所述第n凝胶层中的每一个的厚度/高度独立地为至少10微米(μm)。

8、根据本发明的一些实施方案，所述三维凝胶物体中的可辨别的结构特征的空间分辨率为至少0.1毫米(mm)。

9、根据本发明的一些实施方案，n大于2，或大于4。

10、根据本发明的一些实施方案，所述成层组合物和所述凝胶组合物中的每一个基本上不含紫外线固化剂(uv-curable agent)。

11、根据本发明的一些实施方案，所述成层组合物包含颜料(pigment)。

12、根据本发明的一些实施方案，所述颜料是不透明的。

13、根据本发明的一些实施方案，不透明的所述颜料的浓度为1至40wt％。

14、根据本发明的一些实施方案，所述颜料是半透明的。

15、根据本发明的一些实施方案，半透明的所述颜料的浓度为2至30wt％。

16、根据本发明的一些实施方案，所述成层组合物包含凝胶剂(gelling agent)，所述凝胶剂在小于7的ph下、在接触阳离子时或是在接触金属氧化物时凝结。

17、根据本发明的一些实施方案，所述凝胶剂选自于由ph敏感性碱溶性聚合物(ph-sensitive alkali-soluble polymer)所组成的群组，所述ph敏感性碱溶性聚合物选自于由聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚氨酯(polyurethane)、聚酯(polyester)、聚丁二烯(polybutadiene)、聚氯乙烯(polyvinylchloride)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、聚乙酸乙烯酯(polyvinyl acetate)、聚亚胺(polyimine)及其任何混合物和/或共聚物所组成的群组。

18、根据本发明的一些实施方案，所述成层组合物中的所述凝胶剂的浓度为0.1至30wt％。

19、根据本发明的一些实施方案，所述成层组合物还包含浓度为0至30wt％的非凝结成膜剂(non-coagulating film-forming agent)。

20、根据本发明的一些实施方案，选择所述凝胶剂，和/或当所述非凝结成膜剂存在时，选择所述非凝结成膜剂，使得独立固化的1mm厚的膜表现出至少5％的伸长率(elongation factor)，所述独立固化的1毫米厚的膜由包含所述凝胶剂和/或所述非凝结成膜剂的所述成层组合物所形成。

21、根据本发明的一些实施方案，所述成层组合物在25℃下的粘度为4至25cps。

22、根据本发明的一些实施方案，所述成层组合物中的最大分散粒径(maximaldispersed particle size)为小于5μm。

23、根据本发明的一些实施方案，以10至120皮升(pl)的液滴尺寸来打印所述成层组合物。

24、根据本发明的一些实施方案，所述凝胶组合物包含选自于由酸、二价阳离子和金属氧化物所组成的群组的凝胶引发剂(gelling initiator)。

25、根据本发明的一些实施方案，所述凝胶组合物中的所述凝胶引发剂的浓度为0.1至20wt％。

26、根据本发明的一些实施方案，所述凝胶引发剂是暂时酸(transitory acid)，并且所述凝胶组合物的ph为3至6.5。

27、根据本发明的一些实施方案，在施加所述凝胶组合物之前、同时或之后施加所述成层组合物。

28、根据本发明的一些实施方案，所述方法是针对所述成层组合物和所述凝胶组合物中的每一个在吸收性的基材上进行，并且在步骤(a)之前，还包含在所述基材的表面上施加基底凝胶组合物(base jelling composition)。

29、根据本发明的一些实施方案，所述基底凝胶组合物以5至50毫克/平方厘米(mg/cm2)的量来进行施加。

30、根据本发明的一些实施方案，所述方法的步骤(d)是通过将所述三维凝胶物体加热至90至200℃的温度来进行的。

31、根据本发明的一些实施方案，所述方法基本上没有光引发、传播和/或任何uv光影响的固化。

32、根据本发明的一些实施方案的另一方面，提供了一种在其表面上具有3d物体的基材，所述在其表面上具有3d物体的基材是通过本文提供的方法来获得的。

33、根据本发明的一些实施方案，所述三维物体在断裂或从所述表面分离之前可拉伸至至少5％的纵向伸长率(longitudinal elongation)。

34、根据本发明的一些实施方案，所述三维物体的高度(z轴)为至少30μm、40μm、50μm或至少60μm。

35、根据本发明的一些实施方案，本文提供的方法中使用的基材选自于由吸收性材料、非吸收性材料、柔性(flexible)材料和可拉伸材料所组成的群组。

36、根据本发明的一些实施方案，所述吸收性材料是织物。

37、根据本发明的一些实施方案，所述三维物体的上面或是所述三维物体内基本上没有分层标记。

38、根据本发明的一些实施方案，所述三维物体包括至少一可辨别的层。

39、根据本发明一些实施方案的另一方面，提供了一种三维物体，其通过权利要求1-26中任一项所述的方法获得，并且还可通过将所述物体与所述基材分离来获得。

40、根据本发明的一些实施方案，所述物体表现出至少50μm的高度。

41、根据本发明的一些实施方案，所述三维物体在断裂之前可拉伸至至少5％的纵向伸长率。

42、根据本发明的一些实施方案，所述物体的上面或是在所述物体内基本上没有分层标记。

43、根据本发明的一些实施方案，所述物体包含至少一可辨别的层。

44、根据本发明的一些实施方案的另一方面，提供了一种三维的凝胶物体，其包含至少三层的凝胶的成层组合物(jellified layer-forming composition)。

45、根据本发明的一些实施方案，所述凝胶物体中的成层组合物是通过接触凝胶组合物而胶凝化的。

46、根据本发明的一些实施方案，所述凝胶物体中的所述多个层中的至少一个层的特征在于与其它层的性质不同的至少一性质。

47、根据本发明的一些实施方案，所述性质是颜色。

48、根据本发明的一些实施方案，所述凝胶物体与基材的表面接触。

49、根据本发明的一些实施方案的另一方面，提供了一种三维的固体(solid)物体，其包含至少三层的固化的成层组合物。

50、根据本发明的一些实施方案，所述固体物体中的至少一个层的特征在于与其它层的性质不同的至少一性质。

51、根据本发明的一些实施方案，所述性质是颜色。

52、根据本发明的一些实施方案，所述固体物体与基材的表面接触。

53、除非另外定义，本文中使用的所有技术和/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。尽管与本文描述的方法和材料相似或等同的方法和材料可以用于本发明的实施方案的实践或测试，但是仍将示例性方法和/或材料描述如下。如有抵触，以专利说明书(包括定义)为准。另外，材料、方法和实施方案仅是说明性的，而非旨在必然是限制性的。