南極熊曝光：價值上億美元，美國Carbon的CLIP高速3D打印技術專利

高速3D打印技術CLIP專利在南極熊3D打印網(wǎng)曝光了，長達44頁。3D打印機還沒有開始賣，Carbon3D就已經(jīng)融資了上億美元，主要靠的就是這個專利技術。

近日，有熊友讀者投稿，向南極熊曝光了著名的Carbon3D公司的連續(xù)液態(tài)界面（CLIP，Countinuous Liquid Interface Production）3D打印技術專利文件。這項技術的核心是“利用一層透氧膜，隔離光敏樹脂液體和空氣中的氧氣，實現(xiàn)高速、連續(xù)的3D打印成型”，這項革命性的CLIP技術比現(xiàn)有的3D打印快25-100倍，而且取消了層的概念。下面是南極熊分析整理CLIP技術的專利（想要精讀的熊友，請在文章最后下載）。

本篇專利基本信息：
三維制造的方法和設備
申請?zhí)枺?01480008397.7 申請日：2014-02-10
申請(專利權)人： 卡本桑迪有限公司
地址 ：美國加利福尼亞州
發(fā)明(設計)人 ：J.M.德西蒙  A.埃爾莫什金  E.T.薩穆爾斯基
主分類號 G03F7/00(2006.01)I
分類號 G03F7/00(2006.01)I
公開(公告)號 105122136A
公開(公告)日 2015-12-02
專利代理機構： 中國專利代理(香港)有限公司 72001
代理人： 周李軍  石克虎
權利要求書4頁 ，說明書24頁，附圖16頁

南極熊從申請人可以看出，“卡本桑迪有限公司”就是Carbon3D的音譯，這是美國加利福尼亞州的Carbon3D作為權利主體，發(fā)明人是 J.M.德西蒙 等3人，德西蒙是Carbon3D的創(chuàng)始人，對其技術在中國進行專利保護申請。中國一些想做CLIP高速3D打印技術的廠商，就要瞪大眼睛看看了，很容易一不小心就侵犯了Carbon的專利，到時候受到法律制裁。

我們從申請時間可以看到，2014年2月10日，CLIP技術登上《science》雜志封面的時間是2015年3月份左右，也就是Carbon公司早在發(fā)布論文之前的一年多時間，就已經(jīng)注冊了公司并申請了專利。對原創(chuàng)的知識產(chǎn)權如此看重，南極熊不得不佩服。

△本發(fā)明的實施方案示意圖

發(fā)明主要內容：
1 形成三維物體方法

(a) 提供承載體和構建板，所述構建板包含半滲透性元件，所述半滲透性元件包含構建表面和與所述構建表面分開的進料表面（例如，在相對側上，或半滲透性元件的邊緣，和/或在它們的頂上但是與構建區(qū)域分開的位置），其中所述構建表面和所述承載體限定它們之間的構建區(qū)域，和其中所述構建表面與（液體或氣體）聚合抑制劑抑制流體接觸；

(b) 用可聚合液體填充所述構建區(qū)域，所述可聚合液體與所述構建表面接觸，

(c) 通過所述構建板照射（例如，用光化輻射）所述構建區(qū)域以在所述構建區(qū)域內產(chǎn)生固體聚合區(qū)域，同時形成或保持在所述固體聚合區(qū)域和所述構建表面之間形成的由所述可聚合液體組成的液膜脫離層，其中通過所述聚合抑制劑抑制液膜的聚合；和/或同時；

(d)將附著有聚合區(qū)域的承載體提升遠離構建板上的構建表面以產(chǎn)生在聚合區(qū)域和構建板頂區(qū)之間的后續(xù)構建區(qū)域（例如，在聚合區(qū)域和所述構建表面之間沒有形成空氣、氣體或蒸發(fā)團或間隙，而是通過所述可聚合液體保持液體與其接觸）。
(e)步驟(b)和(d)，或步驟(b)至(d)，可以連續(xù)或逐步方式重復（同時、連續(xù)或它們的任何組合），構建表面始終保持固定，以在每個重復中產(chǎn)生附著至先前聚合區(qū)域的后續(xù)聚合區(qū)域，直到聚合區(qū)域的重復沉積彼此附著形成所述三維物體（例如，在所述連續(xù)和/或重復期間，所述固體聚合區(qū)域保持與所述可聚合液體接觸，例如通過聚合區(qū)域梯度，和例如經(jīng)過至少10、20或30秒，或至少1或2分鐘的時間，和/或通過制造至少0.5、1、2、3、4或5厘米高度產(chǎn)品,直至完成（成品或中間產(chǎn)品，直到完成要形成的（成品或中間）三維物體）。

2 可聚合液體形成三維物體設備

設備通常包含：
(a)支撐體；
(b)操作關聯(lián)到所述支撐體的承載體，在承載體上形成所述三維物體；
(c)連接到所述支撐體的構建板，構建板包含固定在半滲透性元件，半滲透性元件包含構建表面和（任選，但在這一實施方案中優(yōu)選）構建表面分開的進料表面，構建表面和承載體限定他們之間的構建區(qū)域；
(d)與進料表面流體連通的聚合抑制劑來源；
(e)液體聚合物供給，其操作關聯(lián)到所述構建板并配置用以將液體聚合物供應至所述構建區(qū)域中用于固化聚合；
(f)照射源，其操作關聯(lián)到構建板并配置用以通過構建板照射構建區(qū)域和由液體聚合物在其中形成固體聚合區(qū)域；和
(g)控制器（任選），其操作關聯(lián)到承載體和照射光源，用于構建區(qū)域內在液體聚合區(qū)間或之后，將承載體提升遠離構建板（例如，隨著三維物體形成，控制器配置用以保持所述承載體上所述構建表面和固體聚合材料之間的聚合區(qū)域梯度）。

下面對各部分進行說明：
1 可聚合液體
任何適合的可聚合液體可用于使本發(fā)明起作用。實例包括，但不限于，丙烯酸類、甲基丙烯酸類、丙烯酰胺、苯乙烯類、烯烴、鹵化烯烴、環(huán)狀烯烴、馬來酸酐、鏈烯、炔、一氧化碳、官能化低聚物、多官能固化位點單體、官能化PEG等，包括它們的組合。
接著作者闡述了一些實例：酸催化可聚合液體、水凝膠、可光固化的硅酮樹脂、可光固化的聚氨酯、高性能樹脂、其他實例樹脂。
聚合抑制劑：可為液態(tài)或氣體形式，優(yōu)選氣體為抑制劑，如：空氣、富氧氣體。
2 設備
如圖2所示，包含照射源11例如數(shù)字光處理器（DLP），提供電磁輻射12，穿過反光鏡13照射由壁14和剛性構建板15限定的構建室，剛性構建板15形成構建室底部，該構建室填充有液體樹脂16.室15的底部由剛性構建板構造，其包含剛性半滲透性元件。構造中的物體17的頂部附著于承載體18。在垂直方向通過線性平臺19驅動承載體，也可使用替代結構。
構建板15通常由半滲透性元件組成，單獨或與一個或多個其他支撐基底組合。
半滲透性元件通常包含上表面部分、下表面部分和測表面部分。圖2的實施方案中，進料表面在下表面部分上，但是其中在上表面部分上或測表面部分上提供進料表面的備選構造可通過常規(guī)技術實現(xiàn)。在實施例中，半滲透性元件具有0.01、0.1或1毫米-10或100毫米的厚度或更大。半滲透性元件對聚合抑制劑的滲透性取決于：如大氣和抑制劑的壓力，抑制劑的選擇或速度等。通常當抑制劑為氧時，半滲透性元件對氧的滲透性可為10或20巴，至1000或2000巴，或更高。因此半滲透性元件可包含柔性聚合物膜。

△本發(fā)明設備的一個實施方案透視圖

如圖2所示，不同的不見安裝在支撐體或框架組件20上，由基底21、垂直元件22和水平桌23組成，照射源11牢固連接在基底21上，線性平臺操作關聯(lián)到垂直元件22、壁14可移除或牢固連接至水平桌23，其中構建板堅固地固定，以形成構建室。
構建板可由剛性半滲透元件的單一整體或整體構件組成，如圖3A顯示的多孔或微孔玻璃可層壓或固定到剛性半滲透材料。

或者圖3B所示，半滲透性元件作為上部可固定到透明下部元件上，所述下部元件其中形成有泄放通道，用于使進料氣體攜帶聚合抑制劑至半滲透元件。
優(yōu)選方案中，照射源為光化輻射源，如一個或多個光源，光源可為白熾光、熒光、磷光或冷光、激光、發(fā)光二極管。包括它們的陣列，優(yōu)選包括關聯(lián)到控制器的圖案形成元件。

圖4顯示備選承載體和制動器/驅動器裝置。

3方法
具體方法在本文前半部分已提到過。此方法因為不需要將脫離層機械脫離，或不需要機械移動構建表面以補充氧，所述方法可按連續(xù)方式實施。在實施例中對于每個步驟或增量，以均勻的增量（0.1或1微米，至10或100微米，或更高）順序實施提升步驟。

4控制器和控制過程
在實施例中，控制器為運行軟件的通用計算機，其通關適合的接口硬件和軟件操作關聯(lián)到監(jiān)控器、驅動器、泵和其它部件，用于控制三維打印或制造方法和設備的適合的軟件包括但不限于ReplicatorG開源3D打印程序、Slic3r、Skeinforge等。

5制造產(chǎn)品
通過本發(fā)明的方法和過程生產(chǎn)的三維產(chǎn)品可為最終成本或基本成品，或可為中間產(chǎn)品，其進一步經(jīng)受制造步驟，如表面處理、激光切割、電火花加工等。產(chǎn)品可具有0.1或1毫米至10或100毫米或更高的最大寬度。最大尺寸和寬度取決于具體的裝置的結構和光源的分辨率，且可調節(jié)，取決于實施方案的具體目標或要制造的制品。

下面是一些具體的實施例：
1 由分開的進料表面將抑制劑轉移到構建表面


      
2 抑制劑通過構建板轉移至構建表面

            
3 增加制造速率：壓力




4 桿和纖維的制造


5 說明性設備

6 700微米微針陣列的制造


7 2000微米微針陣列的制造



8 環(huán)結構制造



9 象棋棋子的制造


10 有肋的矩形棱柱的制造


11 盤管或螺旋結構的制造


12 固化深度相對于曝光時間



13 承載體可溶性犧牲（或脫離）層



14 在脫離層上制造矩形棱柱



15 圓柱籠結構制造


16 來自水凝膠的結構制造



17 基于水凝膠的結構制造




權利要求書4頁 ，說明書24頁，附圖16頁，一共44頁的專利文件
南極熊曝光：CLIP高速3D打印技術專利CN201480008397.pdf (1.32 MB, 下載次數(shù): 2214)

2017-4-6 17:46 上傳

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CLIP一種半滲透性元件組件CN205573042U.pdf (461.15 KB, 下載次數(shù): 2049)

2017-4-10 14:53 上傳

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非常好的資料