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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6817290
(24)【登録日】2020年12月28日
(45)【発行日】2021年1月20日
(54)【発明の名称】改良型ステレオリソグラフィシステム
(51)【国際特許分類】
B29C 64/255 20170101AFI20210107BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20210107BHJP
B29C 64/30 20170101ALI20210107BHJP
B29C 64/264 20170101ALI20210107BHJP
B29C 64/245 20170101ALI20210107BHJP
B29C 64/124 20170101ALI20210107BHJP
【ＦＩ】
B29C64/255
B33Y30/00
B29C64/30
B29C64/264
B29C64/245
B29C64/124
【請求項の数】10
【全頁数】26
(21)【出願番号】特願2018-507759(P2018-507759)
(86)(22)【出願日】2016年5月2日
(65)【公表番号】特表2018-515379(P2018-515379A)
(43)【公表日】2018年6月14日
(86)【国際出願番号】CA2016050509
(87)【国際公開番号】WO2016172805
(87)【国際公開日】20161103
【審査請求日】2019年4月26日
(31)【優先権主張番号】62/155,246
(32)【優先日】2015年4月30日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】PCT/CA2015/050860
(32)【優先日】2015年9月4日
(33)【優先権主張国】CA
(31)【優先権主張番号】62/275,175
(32)【優先日】2016年1月5日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】PCT/CA2016/050299
(32)【優先日】2016年3月17日
(33)【優先権主張国】CA
(73)【特許権者】
【識別番号】517380271
【氏名又は名称】フォアキャスト リサーチ アンド デベロップメント コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】Ｆｏｒｃａｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｒｐ．
(74)【代理人】
【識別番号】100130111
【弁理士】
【氏名又は名称】新保 斉
(72)【発明者】
【氏名】カスタノン、ディエゴ
【審査官】
▲高▼橋 理絵
(56)【参考文献】
【文献】
特表平０５−５０３２５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１６−５０９９６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１４／０３６３６１０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特表２０１７−５２３９３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０６−２２６８６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０２−０４６８４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０４−１３５８２７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ２９Ｃ ６４／００−６４／４０
Ｂ３３Ｙ １０／００−９９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
放出デバイスと、
前記放出デバイスの上に配設されるタンクであって、第１の光学的に透明な底壁、および第２の光学的に透明な底壁を有し、これらの間に空間が配設される、タンクと、
前記タンクから離れるように延在するリニアステージ、および、前記タンクから離れるように前記リニアステージに沿って移動可能なキャリアプラットフォームと、
前記タンク内部の前記タンクの前記第１の光学的に透明な底壁の上に配置されたヒドロゲルを含む湿潤性材料と、
前記タンクの前記第１の光学的に透明な底壁と前記タンクの前記第２の光学的に透明な底壁との間に配設された前記空間と流体連通している流体冷却システムと、を備える
ことを特徴とするステレオリソグラフィシステム。
前記放出デバイスの上に配設されるタンクであって、第１の光学的に透明な底壁、および第２の光学的に透明な底壁を有し、これらの間に空間が配設される、タンクと、
前記タンクから離れるように延在するリニアステージ、および、前記タンクから離れるように前記リニアステージに沿って移動可能なキャリアプラットフォームと、
前記タンク内部の前記タンクの前記第１の光学的に透明な底壁の上に配置されたヒドロゲルを含む湿潤性材料と、
前記タンクの前記第１の光学的に透明な底壁と前記タンクの前記第２の光学的に透明な底壁との間に配設された前記空間と流体連通している流体冷却システムと、を備える
ことを特徴とするステレオリソグラフィシステム。
【請求項2】
前記湿潤性材料は前記タンクの前記第１の光学的に透明な底壁上に塗布される
請求項１に記載のステレオリソグラフィシステム。
請求項１に記載のステレオリソグラフィシステム。
【請求項3】
前記湿潤性材料は前記タンクの前記第１の光学的に透明な底壁を覆うメンブレンである
請求項１に記載のステレオリソグラフィシステム。
請求項１に記載のステレオリソグラフィシステム。
【請求項4】
前記湿潤性材料はヒドロゲルおよび過酸化水素を含む
請求項１に記載のステレオリソグラフィシステム。
請求項１に記載のステレオリソグラフィシステム。
【請求項5】
前記湿潤性材料は水素供与体および脱酸素剤を含む
請求項１または４に記載のステレオリソグラフィシステム。
請求項１または４に記載のステレオリソグラフィシステム。
【請求項6】
前記湿潤性材料はグリセリンを含む
請求項１または４に記載のステレオリソグラフィシステム。
請求項１または４に記載のステレオリソグラフィシステム。
【請求項7】
前記湿潤性材料は紫外線抑制剤を含む
請求項１または４に記載のステレオリソグラフィシステム。
請求項１または４に記載のステレオリソグラフィシステム。
【請求項8】
前記湿潤性材料の表面のナノ構造は、垂直配向面、階層的に構造化された表面、または、これらの組み合わせである
請求項１に記載のステレオリソグラフィシステム。
請求項１に記載のステレオリソグラフィシステム。
【請求項9】
前記湿潤性材料の表面のナノ構造は、５ミクロン〜１５ミクロンの上面直径を有し、かつ１０ミクロン未満の間隔があけられた複数の突起部を含む
請求項１に記載のステレオリソグラフィシステム。
請求項１に記載のステレオリソグラフィシステム。
【請求項10】
前記湿潤性材料は、交差する線を有するパターンで施される接着剤を使用して前記タンクの前記第１の光学的に透明な壁に付着させる
請求項１に記載のステレオリソグラフィシステム。
請求項１に記載のステレオリソグラフィシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ステレオリソグラフィシステムに関し、とりわけ、光学的に透明な底部に湿潤性材料を有するタンクを有するステレオリソグラフィシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
全開示が参照により本明細書に組み込まれている、ＤｉＳｉｍｏｎｅらの特許文献１は、３次元物体を形成する方法を開示している。方法は、キャリア、および、ビルド面を有する光学的に透明な部材を提供することを含む。キャリアおよびビルド面は、それらの間にビルド領域を画定する。ビルド領域は、重合性液体が充填され、ビルド領域は、光学的に透明な部材を通して照射されて、重合性液体から固体ポリマーを形成しながら、同時に、キャリアをビルド面から離れるように前進させて固体ポリマーから３次元物体を形成し、また同時に、（ｉ）ビルド面と接触している重合性液体の不感帯を連続的に維持し、かつ、（ｉｉ）不感帯と固体ポリマーとの間で、これらのそれぞれと接触している重合帯の勾配を連続的に維持し、重合帯の勾配は、部分的に硬化した形態の重合性液体を含む。方法を実施するための装置も開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１４／１２６８３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、改良型ステレオリソグラフィシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
それに応じて、放出デバイスと、放出デバイスの上に配設されるタンクとを備えるステレオリソグラフィシステムが提供される。タンクは、第１の光学的に透明な底壁、および第２の光学的に透明な底壁を有し、これらの間に空間が配設される。タンクから離れるように延在するリニアステージ、および、タンクから離れるようにリニアステージに沿って移動可能であるキャリアプラットフォームがある。また、タンク内部のタンクの第１の光学的に透明な底壁には湿潤性材料がある。流体冷却システムは、タンクの第１の光学的に透明な底壁とタンクの第２の光学的に透明な底壁との間に配設された空間と流体連通している。
【0006】
湿潤性材料は、タンクの第１の光学的に透明な底壁上に塗布されてよい、または、湿潤性材料は、タンクの第１の光学的に透明な底壁を覆うメンブレンであってよい。タンクの第１の光学的に透明な底壁は、３００Ｋで２０Ｗ／（ｍ×Ｋ）を上回る熱伝導率を有することができる。タンクの第１の光学的に透明な底壁は、サファイアガラスまたは透明セラミックスピネルであってよい。
【0007】
湿潤性材料は、ヒドロゲルを含むことができ、ある特定の例では、ヒドロゲルおよび過酸化水素を含むことができる。湿潤性材料は、水素供与体および脱酸素剤を含むことができる。湿潤性材料はグリセリンを含むことができる。湿潤性材料は紫外線抑制剤を含むことができる。湿潤性材料は超疎水性表面を有することができる。湿潤性材料の超疎水性表面のナノ構造は、垂直配向面、階層的に構造化された表面、または、これらの組み合わせであってよい。湿潤性材料の超疎水性表面のナノ構造は、５ミクロン〜１５ミクロンの上面直径を有し、かつ１０ミクロン未満の間隔があけられた複数の突起部を含むことができる。湿潤性材料は、交差する線を有するパターンで施される接着剤を使用してタンクの底部に付着させることができる。
【0008】
流体冷却システムは、タンクの第１の光学的に透明な底壁とタンクの第２の光学的に透明な底壁との間に配設された空間に空気を送り出すことができる。流体冷却システムは、タンクの第１の光学的に透明な底壁とタンクの第２の光学的に透明な底壁との間に配設された空間に水を送り出すことができる。タンクを冷却する冷却デバイスがあり、この冷却デバイスはエアナイフであってよい。タンクの第２の光学的に透明な底壁は、紫外線ＯＬＥＤ、または紫外線ＬＥＤを有するＬＣＤモニタを含むことができる。タンクは、湿潤性材料と流体連通する貯留槽をさらに含むことができる。他の例では、タンクの光学的に透明な底壁および放出デバイスは一体であってよい。タンクを振動させる振動子があってよい。振動子は２５ＨＺ〜６０ＨＺで振動することができる。振動子は圧電振動子であってよい。
【0009】
また、放出デバイスと、放出デバイスの上に配設されるタンクとを備えるステレオリソグラフィシステムが提供される。タンクは、第１の光学的に透明な底壁、および第２の光学的に透明な底壁を有し、これらの間に空間が配設される。タンクから離れるように延在するリニアステージ、および、タンクから離れるようにリニアステージに沿って移動可能であるキャリアプラットフォームがある。また、タンク内部のタンクの第１の光学的に透明な底壁にはシリコーン材料がある。流体冷却システムは、タンクの第１の光学的に透明な底壁とタンクの第２の光学的に透明な底壁との間に配設された空間と流体連通している。シリコーン材料は超疎水性表面を有することができる。シリコーン材料の超疎水性表面のナノ構造は、垂直配向面、階層的に構造化された表面、または、これらの組み合わせであってよい。シリコーン材料の超疎水性表面のナノ構造は、５ミクロン〜１５ミクロンの上面直径を有し、かつ１０ミクロン未満の間隔があけられた複数の突起部を含むことができる。シリコーン材料は、交差する線を有するパターンで施される接着剤を使用してタンクの底部に付着させることができる。タンクを振動させる振動子があってよい。振動子は２５ＨＺ〜６０ＨＺで振動することができる。振動子は圧電振動子であってよい。
【0010】
本発明は、添付の図面を参照して、例としてのみ与えられる本発明の実施形態の以下の説明から、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】改良型ステレオリソグラフィシステムの斜視図
【図11】物体がタンクの底部から引き離されると屈曲する湿潤性材料による、樹脂の連続的に成層した硬化によって形成される、比較的小さい断面を有する物体の固形部を示す、図１のステレオリソグラフィシステムの部分図
【図15】物体と湿潤性材料との間の間隔を部分的に充填する樹脂によって、樹脂の連続的に成層した硬化によって形成される、比較的小さい断面を有する物体の固形部を示す、図１のステレオリソグラフィシステムの部分図
【図16】物体と湿潤性材料との間の間隔を部分的に充填する樹脂によって、樹脂の連続的に成層した硬化によって形成される、比較的小さい断面を有する物体の固形部を示す、図１のステレオリソグラフィシステムの部分図
【図27】別の改良型ステレオリソグラフィシステムの斜視図
【図31】本明細書に開示されたステレオリソグラフィシステムの制御部の論理を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【0012】
図面を参照、最初に図１および図２を参照すると、改良型ステレオリソグラフィシステム１０が示されている。ステレオリソグラフィシステム１０は、ステレオリソグラフィシステム１０を容易に所望の場所に移動させることを可能にするために、複数のキャスター、例えば、キャスター１４および１６に装着されるハウジング１２を備える。キャスター１４および１６は、構造および機能が実質的に同一であり、それぞれは、対応するブレーキ、例えば、キャスター１４のうちの１つに対して表記されるブレーキ１８を有する。ブレーキ１８は、地面係合ブレーキであり、ステレオリソグラフィシステム１０を所望の場所に固定させることが可能である。ハウジング１２は、下部２０および上部３０を有する。ハウジング１２の下部２０は、ハウジング１２の下部２０への進入を可能にしかつ制限するために、ハンドル２４およびロック２６を備えたドア２２を含む。ハウジング１２の下部２０はまた、ハウジング１２の下部２０において空気を循環させることができるように、図１にのみ示される通気孔２８を備える。同様に、ハウジング１２の上部３０は、ハウジング１２の上部３０への進入を可能にしかつ制限するために、ハンドル３４およびロック３６を備えたドア３２を含む。この例では、ハウジング１２の上部３０のドア３２は、光学的に透明な窓ガラス３８を備える。
【0013】
ここで図３を参照すると、ハウジング１２の下部２０内部に配設された放出デバイス４０がある。放出デバイスは、樹脂を硬化させるまたは重合させるために使用可能である任意の適した発光デバイスであってよい。放出デバイスの上のハウジング１２の上部３０内部にタンク４２が配設されている。また、ハウジング１２の上部３０にリニアステージ４４がある。リニアステージ４４は、タンク４２から垂直に離れるように延在し、キャリアプラットフォーム４６はリニアステージ４４に沿って移動可能である。ここまで説明したようなステレオリソグラフィシステム１０は、形成されている物体の底部に物体の断面が形成される「トップダウン」の３次元印刷技術において使用される一般的な従来のステレオリソグラフィシステムである。
【0014】
しかしながら、図４Ａに最も良く示されるように、ステレオリソグラフィシステム１０のタンク４２は新しい構造を有する。タンク４２は、光学的に透明である底壁４８を有する。タンク４２の底壁４８から延在する複数の側壁、例えば側壁５０、５２、および５４がある。タンク４２内部のタンク４２の底壁４８に光学的に透明な湿潤性材料５６がある。湿潤性材料５６は、湿らすことができる、すなわち、保水力がある任意の材料であってよい。この例では、湿潤性材料５６は、メンブレンの形態であり、タンク４２の底壁４８を覆う。しかしながら、他の例では、湿潤性材料５６は、タンク４２の底壁４８上で塗布または形成されてよい。湿潤性材料５６は、１ミリメートル〜４ミリメートルの厚さを有することができる。
【0015】
図４Ｂは、湿潤性材料５６の表面のナノ構造を示す。湿潤性材料５６の表面のナノ構造は、湿潤性材料５６の表面に沿って間隔があけられた、円錐台の形態の複数の突起部、例えば、突起部５８ａ、５８ｂ、および５８ｃを含む。この例では、突起部５８ａ、５８ｂ、および５８ｃは、１０ミクロン〜２０ミクロンのベース直径、および、５ミクロン〜１５ミクロンの上面直径を有する。突起部５８ａ、５８ｂ、および５８ｃは、この例では、１０ミクロン未満の間隔があけられている。湿潤性材料５６の表面のナノ構造によって、湿潤性材料５６の表面が超疎水性表面になっており、実例である、図５Ａ〜図５Ｄに示されるような代替的な適した形態をとることができる。図５Ｂにおいて、湿潤性材料の表面のナノ構造は、円筒状の複数の突起部を含む。図５Ｃおよび図５Ｄにおいて、湿潤性材料の表面のナノ構造は、花びらのナノ構造のレプリカである。湿潤性材料５６の表面のナノ構造は、化学的処置、レーザ彫刻、またはフォトリソグラフィによって調製可能である。湿潤性材料５６の表面のナノ構造は、垂直配向面、階層的に構造化された表面、または、これらの組み合わせであってよい。さらに代替的には、例えば、テフロン（登録商標）または別の疎水性材料によって湿潤性材料５６の表面のナノ構造を塗布可能であってよい。超疎水性表面を有する従来の「トップダウン」のステレオリソグラフィシステムにおいてシリコーン材料（例えば層）を提供するために、この段落において説明されるのと同じまたは同様のプロセスが使用可能であることは、当業者には理解されるであろう。
【0016】
ここで図６Ａ〜図６Ｃを参照すると、この例では、湿潤性材料５６は、定着剤またはシアノアクリレート接着剤などの光学的に透明な接着剤６０によってタンク４２の（図６Ａ〜図６Ｃには示されない）底壁４８に据え付けられる。湿潤性材料５６は、図６Ａに示されるように、タンク４２の底壁４８にその周辺部のみに付着させてよい。これによって、湿潤性材料５６は屈曲可能になる。湿潤性材料５６は、図６Ｂに示されるように、グリッドパターンでタンク４２の底壁４８に付着させることができる。これによって、湿潤性材料６５を画定された部分内部のみで屈曲させることができる。図６Ｃに示されるような円形パターン、または線を交差させることによる任意の他の適したパターンにおいて湿潤性材料５６を付着させることによって、同様の結果が達成できる。シリコーン材料を画定された部分内部のみで屈曲可能とするように、従来の「トップダウン」のステレオリソグラフィシステムにシリコーン材料（例えば層）を付着させるために、この段落において説明されるのと同じまたは同様のプロセスが使用可能であることは、当業者には理解されるであろう。
【0017】
タンク４２は、また、振動子６２および６４の形態であってよいアクチュエータを備える。この例では、振動子６２および６４は、超音波トランスデューサ、とりわけ、圧電アクチュエータまたは振動子である。しかしながら、任意の適した振動子が使用可能である。振動子６２および６４は、この例では垂直配向で使用されるが、他の例では水平配向で使用可能である。振動子６２および６４は２５Ｈｚ〜６０Ｈｚの周波数で振動することができる。振動子６２および６４は、必要とされる時にタンク４２を傾斜させるように機能する。しかしながら、タンクの両側に配設されるリニアアクチュエータを駆動させるモータなどの任意の適したアクチュエータは、他の例ではタンクを傾斜させるために使用可能である。
【0018】
図７は、ステレオリソグラフィシステム１０のタンク４２において樹脂７０から形成されている物体６８を示す。放出デバイス４０は、物体６８がキャリアプラットフォーム４６上で形成されている際に噴射空気または光線７２を放出する。放出デバイス４０が噴射空気または光線７２を放出し、かつ物体６８が形成される際に、キャリアプラットフォーム４６はタンク４２から離れるように上方に移動する。制御部７４は、物体が形成されるまたは物体の一部が形成されることに左右されて、噴射空気または光線の継続時間および強度を制御するために使用可能である。物体６８は、それに応じて、タンク４２における樹脂７０の、連続的な、連続的に成層した、または成層した硬化を使用して形成可能である。ステレオリソグラフィシステム１０はまた、物体６８が形成され、かつ高温が発生する時に、タンク４２およびこの内容物、すなわち、湿潤性材料５６および樹脂７０を冷却するために、冷却ファン７６などの冷却デバイスを備えることができる。冷却デバイスは、代替的には、エアナイフまたは別の適した冷却デバイスであってよい。物体６８が形成される際の比較的早い速度に起因して、本明細書に開示されるステレオリソグラフィシステム１０の動作中に高温が発生する。物体６８の断面を形成するように照射することによって樹脂を硬化させるまたは重合させることは、当業者には理解されるであろう。
【0019】
樹脂が硬化すると熱が生じるため、とりわけ、物体６８が連続的に形成されている時に、できるだけ熱を放散することが所望される。高い熱伝導率を有する材料からタンク４２の底壁４８を形成することによって、熱をより迅速に放散させることができ、これによって、蓄積される熱が少なくなることを受けて、物体６８の断面のサイズおよび高さを大きくすることが可能になる。さらに、タンク４２の底壁４８が高い熱伝導率を有する場合、気泡は一般的に、湿潤性材料および／または樹脂に形成されない。湿潤性材料および／または樹脂における気泡の形成は、物体６８の形成に悪影響を与える場合がある。
【0020】
それに応じて、高い熱伝導率を有する光学的に透明な材料からタンク４２の底壁４８を形成することが望ましい。３００Ｋで２５Ｗ／（ｍ×Ｋ）の熱伝導率を有するサファイアガラスは、タンク４２の底壁４８を形成するために使用可能である。３００Ｋで２５Ｗ／（ｍ×Ｋ）の熱伝導率を有する透明セラミックスピネルも、タンク４２の底壁４８を形成するために使用可能である。Ｓｔａｒｐｈｉｒｅ（商標）など、高い熱伝導率を有する低鉄ガラスも使用可能である。しかしながら、タンク４２の底壁４８は、２５Ｋで０．２０Ｗ／（ｍ×Ｋ）の熱伝導率を有するアクリルガラス、または、２５Ｋで０．９５Ｗ／（ｍ×Ｋ）の熱伝導率を有するソーダ石灰ガラスもしくはソーダ石灰シリカガラスから形成されてもよい。
【0021】
図８および図９に示されるように、物体６８の中空部７８の形成中、制御部７４は、噴射空気または光線７２の継続時間を減少させ、かつ、噴射空気または光線７２の強度を増加させることができる。噴射空気または光線７２の継続時間は、中空部７８の形成中に減少するが、これは、硬化される表面が小さくなることによって、樹脂を硬化させるまたは重合させるために必要とされる時間が少なくなるからである。しかしながら、噴射空気または光線７２の強度は、物体６８の形成を加速させるために、中空部７８の形成中、増加させるが、物体６８の断面は連続的に形成する。図８および図９は、タンク４２の底壁４８における湿潤性材料５６と、タンク４２における樹脂７０から形成される物体６８との間の間隙８０を示す。間隙８０によって物体６８は連続的に形成可能であるが、これは、物体６８がタンク４２の底壁４８上に直接形成されないことによって、全体的に、物体６８の中空部７８の形成中にタンク４２の底壁４８から物体６８をはがすまたは引き離す必要性が排除されるからである。
【0022】
図１０〜図１３において示されるように、比較的小さい断面を有する物体６８の固形部８２の形成中、制御部７４は、噴射空気または光線７２の継続時間を長くし、かつ、固形部８２の形成中、噴射空気または光線７２の強度を低下させることができる。噴射空気または光線７２の継続時間は、固形部８２の形成中長くなるが、これは、硬化される表面積が大きくなることによって、樹脂を硬化させるまたは重合させるための追加の時間が必要とされるからである。噴射空気または光線７２の強度は、湿潤性材料５６を乾燥させる場合がある過剰熱を最小化するために、固形部８２の形成中低下させる。図１０および図１３はまた、タンク４２の底壁４８における湿潤性材料５６と、タンク４２における樹脂７０から形成される物体６８との間の間隙８０を示す。間隙８０によって物体６８を樹脂７０の連続的に成層した硬化によって形成させることができるが、これは、物体６８がタンク４２の底壁４８上に直接形成されず、物体６８の固形部８２の形成中、図１０および図１１に最も良く示されるように、タンク４２の底壁４８から物体６８を容易に引き離すことができるからである。これは、湿潤性材料５６が湿潤性材料５６の部分８４に示されるように画定された部分内で屈曲できることによって、物体６８を引き離すために必要される力を低減させることに起因する。これによって、物体６８の固形部８２の断面を形成するために必要とされる時間は低減する。
【0023】
ここで図１４〜図１７を参照すると、物体６８における気泡の形成はまた、物体６８の底部８８とタンク４２の底壁４８との間の間隔を樹脂が充填するまで、噴射空気または光線を与えないことによって防止可能である。物体６８の形成中、図１４に最も良く示されるように、キャリアプラットフォーム４６がタンク４２の底壁４８から離れるように移動する際に間隙８０と物体６８の底部８８との間には一時的に間隔８６がある。間隔８６は、図１５および図１６に示されるように、樹脂７０によってほぼ瞬間的に充填される。しかしながら、図１５に示されるように、樹脂７０が間隔８６を完全に充填する前に物体６８の断面が形成される場合、間隔８６の周りの樹脂が物体６８の断面の形成中に硬化されるため、間隔８６によって物体６８に気泡を形成される。それに応じて、物体６８の断面の形成前に、図１６に示されるように、間隔８６が樹脂７０によって実質的に充填されるまで待つことが望ましい。このことは、以下のアルゴリズムを採用するように制御部７４をプログラミングすることによって達成可能である。ステップ１：開始。
ステップ２：図１４に示されるように、物体６８をタンク４８の底部から離れるように移動させる。
ステップ３：図１５および図１６に示されるように、形成されている物体６８の底部８８と間隙８０との間の間隔８６に樹脂が流れ込む際に、一時的に光を放出しない。
ステップ４：図１７に示されるように、形成されている物体６８の底部８８と間隙８０との間の間隔８６を樹脂７０が充填する際に、形成されている物体６８の所望の断面を形成するように樹脂を硬化させるために光を放出する。
ステップ５：ステップ２を繰り返す。
【0024】
図１８〜図２１に示されるように、比較的大きい断面を有する物体６８の固形部９０の形成中、物体６８の固形部９０を微量分はがすために、タンク４２を傾斜させることが望ましい場合がある。図６Ａ〜図６Ｃに示される振動子６２および６４は、キャリアプラットフォーム４６が図１８および図１９に示されるようにタンク４２から離れるように移動する間に交互に振動する。これによって、図２０に示されるように、物体６８と湿潤性材料５６との間の樹脂７０の流れを促進させる。物体６８の部分の別の断面は次いで、図２１に示されるように形成可能である。キャリアプラットフォーム４６は再配置され、物体６８が完全に形成されるまでプロセスは繰り返される。
【0025】
振動子６２および６４は、樹脂７０を硬化させるまたは重合させるために光が放出されない時はいつでも作動させることができる。振動子６２および６４はまた、樹脂７０の流れを助長させるために使用可能である。振動子６２および６４は、タンク４２の片側の振動子が上方に振動し、タンクの反対側の振動子が下方に振動するように配置されてよい。振動子６２および６４は、形成されている物体６８の断面に基づいて最も効果的である振動の組み合わせをもたらすために選択的に作動させることができる。
【0026】
図２２は、本明細書に開示されるステレオリソグラフィシステム１０で使用可能であるタンク１１０の第２の実施形態を示す。タンク１１０は、図４Ａに示されるタンク４２と実質的に同様である。タンク１１０は、タンク１１０内部のタンク１１０の底壁１１２における湿潤性材料１１４と共に光学的に透明な底壁１１２を有する。しかしながら、タンク１１０は、この第１の側に配設されるアクチュエータ１１６、および、この第２の側に配設されるヒンジ機構１１８を有する。この例では、アクチュエータ１１６は、タンク１１０を傾斜させるために、ヒンジ機構１１８を中心にタンク１１０を枢動させるモータ駆動のリニアアクチュエータである。
【0027】
図２３は、本明細書に開示されるステレオリソグラフィシステム１０で使用可能であるタンク１２０の第３の実施形態を示す。タンク１２０は、図４Ａに示されるタンク４２と実質的に同様である。タンク１２０は、光学的に透明な底壁１２２と共に、タンク１２０内部のタンク１２０の底壁１２２における湿潤性材料１２４を有する。しかしながら、タンク１２０は、湿潤性材料１２４と流体連通する貯留槽１２６をさらに有する。貯留槽１２６には水があってよく、これは、湿潤性材料を湿らせ続けるために、湿潤性材料１２４に施されてよい。
【0028】
図２４は、本明細書に開示されるステレオリソグラフィシステム１０で使用可能であるタンク１３０の第４の実施形態を示す。特に、タンク１４０が湿潤性材料から形成される光学的に透明な底壁１３２を有するということを除いて、タンク１３０は、図４Ａに示されるタンク４２と実質的に同様である。
【0029】
図２５は、本明細書に開示されるステレオリソグラフィシステム１０で使用可能であるタンク１４０の第５の実施形態を示す。タンク１４０は図４Ａに示されるタンク４２と実質的に同様である。タンク１４０は、光学的に透明な底壁１４２と共に、タンク１４０内部のタンク１４０の底壁１４２における湿潤性材料１４４を有する。しかしながら、タンク１４０は、入力導管１５４と流体連通するポンプ１５２を含む、閉ループ樹脂再循環および／または樹脂冷却システム１５０をさらに備える。入力導管１５４は３つの入力ポート１５６ａ、１５６ｂ、および１５６ｃを有し、これによって、入力導管１５４とタンク１４０との間の流体連通が可能になる。閉ループ樹脂再循環および／または樹脂冷却システム１５０はまた、タンク１４０と出力導管１６０との間の流体連通を可能にする出力ポート１５８を含む。出力ポート１５８とポンプ１５２との間で出力導管１６０に沿ってコイル１６２が配設されている。動作時に、ポンプ１５２は、出力ポート１５８を通してタンク１４０から樹脂を引き出す。樹脂は、出力導管１６０を通してポンプ１５２へ流れ、コイル１６２を通って流れると冷却可能である。ポンプ１５２は次いで、樹脂を、入力導管１５４を通して送り出し、かつ入力ポート１５６ａ、１５６ｂ、および１５６ｃを通してタンク１４０内に戻るようにする。樹脂は、樹脂における乱流を最小化するために毎秒約１００ｍｍの流量でタンク１４０に流れ込み、タンク１４０の底壁１４２に隣接してタンク１４０に流れ込む。閉ループ樹脂再循環および／または樹脂冷却システムはまた、従来の「トップダウン」のステレオリソグラフィシステムにおけるタンクで使用可能であることは、当業者には理解されるであろう。
【0030】
図２６は、本明細書に開示されるステレオリソグラフィシステム１０で使用可能であるタンク１７０の第６の実施形態を示す。タンク１７０は、第１の光学的に透明な底壁１７２ａおよび第２の光学的に透明な底壁１７２ｂを有する。タンク１７０の第１の底壁１７２ａおよびタンク１７０の第２の底壁１７２ｂは間隔があけられており、これらの間に空間１７３がある。湿潤性材料１７４は、タンク１７０内部のタンク１７０の第１の底壁１７２ａにある。タンク１７０は、入力導管１８４と流体連通するポンプ１８２を含む閉ループ流体冷却システム１８０をさらに備える。入力導管１８４は入力ポート１８６を有し、これによって、入力導管１８４と、タンク１７０の第１の底壁１７２ａとタンク１７０の第２の底壁１７２ｂとの間の空間１７３との間の流体連通が可能になる。閉ループ流体冷却システム１８０はまた、出力導管１９０と、タンク１７０の第１の底壁１７２ａとタンク１７０の第２の底壁１７２ｂとの間の空間１７３との間の流体連通を可能にする出力ポート１８８を含む。出力ポート１８８とポンプ１８２との間で出力導管１９０に沿ってコイル１９２が配設されている。動作時に、ポンプ１８２は、タンク１７０の第１の底壁１７２ａとタンク１７０の第２の底壁１７２ｂとの間の空間１７３に流体を送り出す。流体は空気または水であってよく、これは、タンク１７０の第１の底壁１７２ａを冷却し、かつ、湿潤性材料１７４に対する熱損傷を防止するために使用される。流体は次いで、出力ポート１８８から引き出され、かつ、出力導管１９０を通してポンプ１８２へ流れ、コイル１９２を通って流れると冷却可能である。ポンプ１８２は次いで、冷却された流体を入力導管１８４を通して送り出し、かつ、入力ポート１８６を通してタンク１７０の第１の底壁１７２ａとタンク１７０の第２の底壁１７２ｂとの間の空間１７３内に戻るようにする。閉ループ流体冷却システムがまた、従来の「トップダウン」のステレオリソグラフィシステムにおけるタンクで使用可能であることは、当業者には理解されるであろう。
【0031】
図２７は、特に、発光デバイス２４０がタンク２２０と一体化され、かつ、ステレオリソグラフィシステム２１０の冷却デバイスがエアナイフ２１２であるということを除いて、図７に示されるステレオリソグラフィシステム１０と実質的に同一である、別の改良されたステレオリソグラフィシステム２１０を示す。タンク２２０は図２８においてより詳細に示され、全体的に、図４Ａに示されるタンク４２と同様である。タンク２２０は、光学的に透明な底壁２２２と共に、タンク２２０内部のタンク２２０の底壁２２２における湿潤性材料２２４を有する。しかしながら、タンク２２０の底壁２２２は、この周縁部に沿って配設される、複数の発光デバイス、例えば、発光デバイス２２６および２２８をさらに含む。発光デバイスは、物体を形成するために連続的な光線をもたらす。タンクの底壁は、改造ＬＣＤモニタであってよく、このモニタにおいて、ＬＣＤモニタの白色バックライトは、発光デバイスとして機能する紫外線ＬＥＤライトと置き換えられる。これによって、白色光でＬＣＤモニタ上に先に投射されたと思われる画像を噴射空気または紫外線放出で連続的に投射させて、画像の形状の物体を形成可能とする。ＬＣＤモニタの白色バックライトが、発光デバイスとして機能する紫外線ＬＥＤライトと置き換えられる改造ＬＣＤモニタがまた、従来の「トップダウン」のステレオリソグラフィシステムにおけるタンクの底壁として使用可能であることは、当業者には理解されるであろう。
【0032】
図２９は、本明細書に開示されるステレオリソグラフィシステムで使用可能であるタンク２３０の第２の実施形態を示す。タンク２３０は図４Ａに示されるタンク４２と実質的に同様である。タンク２３０は、光学的に透明な底壁２３２と共に、タンク２３０内部のタンク２３０の底壁２３２における湿潤性材料２３４を有する。しかしながら、タンク２３０の底壁２３２には紫外線有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）２３６がある。紫外線ＯＬＥＤは、発光デバイスとして機能する。発光デバイスとして機能する紫外線ＯＬＥＤがまた、従来の「トップダウン」のステレオリソグラフィシステムにおけるタンクで使用可能であることは、当業者には理解されるであろう。
【0033】
図３０は、本明細書に開示されるステレオリソグラフィシステム１０で使用可能であるタンク２４０の第３の実施形態を示す。タンク２４０は、第１の光学的に透明な底壁２４２ａ、および発光デバイスとして機能する紫外線有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の形態の第２の底壁２４２ｂを有する。タンク２４０の第１の底壁２４２ａおよびタンク２４０の第２の底壁２４２ｂは、間隔があけられ、これらの間に空間２４３がある。湿潤性材料２４４はタンク２４０内部のタンク２４０の第１の底壁２４２ａにある。タンク２４０は、入力導管２５４と流体連通するポンプ２５２を含む閉ループ流体冷却システム２５０をさらに備える。入力導管２５４は入力ポート２５６を有し、これによって、入力導管２５４と、タンク２４０の第１の底壁２４２ａとタンク２４０の第２の底壁２４２ｂとの間の空間２４３との間の流体連通が可能になる。閉ループ流体冷却システム２５０はまた、出力導管２６０と、タンク２４０の第１の底壁２４２ａとタンク２４０の第２の底壁２４２ｂとの間の空間２４３との間の流体連通を可能にする出力ポート２５８を含む。出力ポート２８０とポンプ２５２との間で出力導管２６０に沿ってコイル２６２が配設されている。動作時に、ポンプ２５２は、タンク２４０の第１の底壁２４２ａとタンク２４０の第２の底壁２４２ｂとの間の空間２４３に流体を送り出す。流体は空気または水であってよく、これは、タンク２４０の第１の底壁２４２ａを冷却し、かつ、湿潤性材料２４４に対する熱損傷を防止するために使用される。流体は次いで、出力ポート２５８から引き出され、かつ、出力導管２６０を通してポンプ２５２へ流れ、コイル２６２を通って流れると冷却可能である。ポンプ２５２は次いで、冷却された流体を入力導管２５４を通して送り出し、かつ、入力ポート２５６を通して、タンク２４０の第１の底壁２４２ａとタンク２４０の第２の底壁２４２ｂとの間の空間２４３内に戻るようにする。閉ループ流体冷却システムがまた、従来の「トップダウン」のステレオリソグラフィシステムにおけるタンクで使用可能であることは、当業者には理解されるであろう。
【0034】
ステレオリソグラフィシステム２１０はまた、タンクと一体化された発光デバイスを制御する制御部２１４を備える。
【0035】
図３１は、本明細書に開示されたステレオリソグラフィシステムの制御部の論理を示すフローチャートである。最良のアリゴリズムを実行する時、制御部は、物体が、樹脂の連続的な、連続的に成層した、または成層した硬化によって形成されるべきかどうかを判断する。
【0036】
湿潤性材料湿潤性材料５６は、ヒドロゲル、例えばシリコーンヒドロゲル、または、任意の他の適した湿潤性材料であってよく、これによって、図２１〜図２９に示されるように、タンク４２において、湿潤性材料５６と樹脂との間の界面での間隙８０または「不感帯」が生じる。間隙８０によって、タンク４２における、湿潤性材料５６と樹脂との間の反発作用の分子間力が生じ得る、および／または、樹脂および水は混和しないため、間隙８０によって湿潤性材料５６および樹脂を分離する水の層が生じ得る。湿潤性材料５６と樹脂との間の分離は、グリセリンは樹脂と混和しないためグリセリンを湿潤性材料５６に加えることによって改良可能である。湿潤性材料５６と樹脂との間の分離は、紫外線抑制剤およびグリセリンを湿潤性材料５６に加えることによって、さらに改良できる。紫外線抑制剤およびグリセリンを加えることによって、湿潤性材料５６との間の界面における樹脂の非常に薄い層の硬化を防止する。
【0037】
湿潤性材料５６におけるグリセリンおよび紫外線抑制剤の濃度は、使用される樹脂のタイプに左右される。湿潤性材料５６におけるグリセリンの濃度は、ヒドロゲルベースの湿潤性材料に対して１容量％と低く、グリセリンゲルベースの湿潤性材料に対して９５容量％と高いものである場合がある。湿潤性材料５６における紫外線抑制剤の濃度は、０．５容量％〜２５容量％とすることができる。より多くの光開始剤を含有する高反応性樹脂が必要とするグリセリンおよび紫外線抑制剤は多くなる場合があるが、より少ない光開始剤を含有する低反応性樹脂が必要とするグリセリンおよび紫外線抑制剤は少なくてよい。
【0038】
ヒドロゲルベースの湿潤性材料湿潤性材料５６において使用されるヒドロゲルは、任意の手段によって調製されてよいが、以下の一般的な手段が典型的である。
【0039】
ポリ（アクリル酸）ヒドロゲルは、アクリル酸および／またはこの塩と、水溶性架橋剤、例えばメチレンビスアクリルアミドとの溶液で、１０％〜７０％の濃度の水溶液で、および、抑制剤としてメトキシヒドロキノン（ＭＨＣ）を使用して、調製されてよい。これによって、乾燥かつ重合させて保管できる結晶質のゲル弾性生成物をもたらすことができる。
【0040】
超吸水性ヒドロゲルは、モノマーとしてのアクリルアミドと、脱イオン水において希釈された架橋剤としてのビスアクリルアミドとの混合液として調製されてよい。
【0041】
ポリエチレングリコールヒドロゲルは、ラジカル発生剤（紫外線抑制剤）を使用してポリエチレングリコールアクリレートを架橋後、抑制剤として多量のヒドロキノンモノメチルエーテル（ＭＥＨＱ）を使用してヒドロゲルを安定させることによって、調製可能である。
【0042】
物理的に架橋したヒドロゲルは、分子のらせん形状が形成されるまで、溶液中のカッパカラギーナンを温めることによって調製されてよい。塩を含有する溶液（Ｎａ＋、Ｋ＋）の追加の使用によって、安定的なゲルを形成するために凝集したさらなるらせんがもたらされることになる。
【0043】
アルギン酸ナトリウムヒドロゲルは、１重量％の塩化カルシウムの混合液に注ぎ込まれた２重量％のアルギ酸ナトリウムの混合液として調製されてよい。
【0044】
パターン化ポリ（エチレングリコール）ベースのヒドロゲルは、光開始剤として２、２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンによる水溶液中にポリ（エチレングリコール）を溶解することによって調製されてよい。フォトリソグラフィ技術は、所望のパターンを得るために紫外線硬化プロセス中に使用される。
【0045】
ＰＥＧＤＡ冷結乾燥ゲルは、凍結乾燥ＰＥＧＤＡを水および光開始剤と混合することによって調製され、かつ、紫外線（３６５ｎｍ）にさらしてヒドロゲル構造を形成することができる。
【0046】
ポリビニルピロリドンベースのヒドロゲルは、特有の用途に必要とされるように、ポリビニルピロリドンを過酸化水素と混合することによって、かつ、架橋してゲル構造を形成するために紫外線（２５４ｎｍ）を使用することによって、調製されてよい。
【0047】
コラーゲン／ＨＥＭＡヒドロゲルは、ＨＥＭＡモノマー、過硫酸アンモニウム、および、メタ重亜硫酸ナトリウムと混合したコラーゲン溶液を使用することによって、調製されてよい。
【0048】
ポリヒドロキシエチルメタクリレートヒドロゲルは、ＳｕｃＭＡ、架橋剤としてトリプロピレングリコールジアクリレートを使用したヒドロキシエチルメタクリレート、および、ラジカル開始剤としての過硫酸アンモニウムおよびメタ重亜硫酸ナトリウムを混合することによって、調製されてよい。
【0049】
ポリヒドロキシエチルメタクリレートヒドロゲルは、熱重合によって調製されてもよい。ヒドロキシエチルメタクリレートは、架橋剤としてトリメチルプロパントリメタクリレート、および、ラジカル開始剤として過酸化ベンゾイルで重合可能である。この混合液は、次いで、ヒドロゲルの特性に従ってある期間にわたって７５℃まで温められる。
【0050】
上述されたヒドロゲル、および、２０％〜５０％の濃縮過酸化水素を使用して、４０ｍｌ〜６０ｍｌのヒドロゲルと６０ｍｌ〜８０ｍｌの過酸化水素との混合液を使用して湿潤性材料を調製可能である。上述されたヒドロゲルは、ヒドロゲルおよびペルフルオロカーボンの混合液を使用して湿潤性材料を調製するために使用されてもよい。これによって、重合を抑制する表面層を有する酸素を豊富に含む湿潤性材料をもたらすことができる。
【0051】
上述されたヒドロゲルは、水素供与体および脱酸素剤を合わせたヒドロゲルの混合液を使用して湿潤性材料を調製するために使用されてもよい。ヒドロゲルの特有の例は以下に提供される。
【実施例1】
【0052】
ヒドロゲルベースの湿潤性材料は、１容量％の寒天培地、２５容量％のグリセリン、０．５容量％のヒドロキノンモノメチルエーテル（ＭＥＨＱ）、１容量％のゲルマンＩＩ、７２．５容量％の脱イオン水を含むことができる。
【0053】
脱イオン水は、混合タンクに加えられることで、良好な渦を確保し、次いで、ヒドロキノンモノメチルエーテル、グリセリン、ゲルマンＩＩ、および寒天培地がゆっくりと加えられる。少なくとも４時間の混合が行われる。
【0054】
ヒドロゲルを流し込む調製は、所望の容量の混合液を９５℃まで加熱し、５分間、または混合液が均質になるまで、温度を９５℃で保持することによって行われる。混合液は金型に注ぎ込まれ、２４時間〜４８時間の凝固が可能である。
【0055】
寒天培地の濃度を増加することで、ヒドロゲルのより良い機械的強度を達成することができる。
【0056】
グリセリンの濃度を変化させることで、より良い機械的強度を達成する、または、より良い耐熱性を達成することができる。
【0057】
ヒドロキノンモノメチルエーテルの濃度を変化させることで、印刷プロセス中の樹脂重合のさらなる抑制を達成して、その結果として、間隙または「不感帯」を小さくするまたは大きくすることができる。
【実施例2】
【0058】
ヒドロゲルベースの湿潤性材料は、１容量％の寒天培地、２５容量％のグリセリン、０．５容量％のヒドロキノンモノメチルエーテル（ＭＥＨＱ）、１容量％のゲルマンＩＩ、脱イオン水において希釈された７２．５％容量の１５％濃縮過酸化水素を含むことができる。
【0059】
脱イオン水は、混合タンクに加えられることで、良好な渦を確保し、次いで、ヒドロキノンモノメチルエーテル、グリセリン、ゲルマンＩＩ、および寒天培地がゆっくりと加えられる。少なくとも４時間の混合が行われる。濃縮過酸化水素は、混合液を加熱して流し込む直前に加えられる。
【0060】
ヒドロゲルを流し込む調製は、所望の容量の混合液を９５℃まで加熱し、５分間、または混合液が均質になるまで、温度を９５℃で保持することによって行われる。混合液は金型に注ぎ込まれ、２４時間〜４８時間の凝固が可能である。
【0061】
過酸化水素の濃度を変化させることで、印刷プロセス中の樹脂重合の抑制を高めることができる。
【実施例3】
【0062】
ヒドロゲルベースの湿潤性材料は、１〜２容量％の寒天培地、２５容量％のグリセリン、０．５容量％のヒドロキノンモノメチルエーテル（ＭＥＨＱ）、１容量％のゲルマンＩＩ、０．４〜２容量％のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、６９．５〜７２．１容量％の脱イオン水を含むことができる。
【0063】
脱イオン水は、混合タンクに加えられることで、良好な渦を確保し、次いで、ヒドロキノンモノメチルエーテル、グリセリン、ゲルマンＩＩ、寒天培地、およびポリビニルアルコールがゆっくりと加えられる。少なくとも４時間の混合が行われる。
【0064】
ヒドロゲルを流し込む調製は、所望の容量の混合液を９５℃まで加熱し、５分間、または混合液が均質になるまで、温度を９５℃で保持する。混合液は金型に注ぎ込まれ、２４時間〜４８時間の凝固が可能である。
【0065】
ポリビニルアルコールの濃度を変化させることで、機械的強度を改良することができる。
【0066】
脱イオン水において希釈された濃縮過酸化水素を混合液に加えることで、印刷プロセス中の樹脂重合の抑制を高めることができる。
【実施例4】
【0067】
ヒドロゲルベースの湿潤性材料は、Ｎ、Ｎ、Ｎ’、Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン（ＴＭＥＤＡ）および、酸化剤、例えば過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）から成る促進剤溶液を使用して調整されたポリエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）を含むことができる。
【0068】
ポリエチレングリコールジアクリレートは、５％〜３０％の既知濃度で促進剤溶液に加えられる。この溶液は、Ｎ、Ｎ、Ｎ’、Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミンと１０〜５０ミリモルの蒸留水とを混合することによって調製される。過硫酸アンモニウム溶液は、過硫酸アンモニウムを蒸留水に加えることによって、１０〜５０ミリモルの濃度で調製される。この反応は、およそ３７℃の温度で２〜３時間持ち越される。
【0069】
このヒドロゲルベースの湿潤性材料の変化は、蒸留水を過酸化水素で置換することによってなされてよい。
【実施例5】
【0070】
ヒドロゲルベースの湿潤性材料は、重合を達成するための光開始剤、例えば、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）８１９フェニルビス（２、４、６−トリメチルベンゾイル）−ホスフィンオキシド、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）６５１（２、２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン）、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）２９５９（１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ)−フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン）、または、光開始剤の効果的な波長を考慮する任意の他の適した光開始剤を使用して、紫外線重合によって調製されるポリエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）を含むことができる。
【0071】
ポリエチレングリコールジアクリレート／蒸留水／光開始剤の混合は、５％〜３０％の終末濃度までの既知量のポリエチレングリコールジアクリレートと光開始剤（０．０５〜２．０％）とを混合することによって、達成される。光開始剤は、ポリエチレングリコールジアクリレートに加えられた後、６５℃まで加熱される間、光開始剤が完全に溶解しかつ均質になるまで撹拌する。ポリエチレングリコールジアクリレートおよび光開始剤の混合は、蒸留水を加えることによって最終容量まで行われ、この混合物が完全に溶解されるまで撹拌される。この最終溶液が１０〜２０分間紫外線光源にさらされることで、ヒドロゲルを形成する。生じたヒドロゲルは、いずれの未反応の化学物質も除去するために、水で軽くすすがれる。
【0072】
この調製法を変えるのは、前述される同じ比率を使用して、蒸留水の代わりに過酸化水素を使用して達成される。
【実施例6】
【0073】
ヒドロゲルベースの湿潤性材料は、重合を達成するための光開始剤、例えば、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）８１９フェニルビス（２、４、６−トリメチルベンゾイル）−ホスフィンオキシド、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）６５１（２、２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン）、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）２９５９（１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ)−フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン）、または、光開始剤の効果的な波長を考慮し、かつ７０％の濃度のエタノールに溶解された任意の他の適した光開始剤を使用する手段によって、紫外線重合によって調製されるポリエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）を含むことができる。
【0074】
５％〜２０％の濃度のエタノール／光開始剤の溶液は、エタノール中に光開始剤を溶解することによって調製される。溶液は、光開始剤が溶解されるまで、撹拌されかつ６０℃まで加熱されなければならない。光開始剤が溶解されると、温度はおよそ６０℃で維持されなければならない。ポリエチレングリコールジアクリレート（５％〜３０％）／蒸留されたＨ2Ｏ溶液は、既知量のポリエチレングリコールジアクリレートを蒸留水内に加えることによって調製される。混合液は、完全に均質になるまで撹拌される。エタノールおよび光開始剤は次いで、１〜５容量％の濃度でポリエチレングリコールジアクリレート／蒸留されたＨ2Ｏ溶液に加えられ、かつ、完全に均質になるまで撹拌される。最終溶液は、１０〜２０分間紫外線光源にさらされる。生じたヒドロゲルは、蒸留水を使用して軽く洗浄される。
【0075】
この調合物はまた、蒸留水の代わりに混合液を調製するための過酸化水素を使用して達成可能である。
【実施例7】
【0076】
ヒドロゲルベースの湿潤性材料は、アクリルアミド（ＡＡｍ）、Ｎ、Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡｍ）、過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）、およびＮ、Ｎ、Ｎ’、Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ）を含む。
【0077】
５〜２５ｗ／ｖ％の濃度の過硫酸アンモニウム溶液が調製される。５〜２０ｗ／ｖ％の濃度のアクリルアミド、および０．００５〜０．０２０ｗ／ｖ％の濃度のＮ’−メチレンビスアクリルアミドは、乾燥したフラスコ内で混合される。次いで、対応する量の蒸留水が所望の濃度に達するまで加えられる。生じた溶液は、全ての反応物が完全に溶解されるまで、撹拌プレートにおいて、磁気棒を使用して低速で撹拌される。過硫酸アンモニウム溶液（０．１００〜２．０ｖ／ｖ％）およびＮ、Ｎ、Ｎ’、Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン（０．０２０〜１．０ｖ／ｖ％）は次いで、重合を開始するために加えられる。該溶液は、全ての成分を混合するために手動で５〜７回優しく撹拌され、すぐに金型に注ぎ込まれる。１２０〜１８０分間の反応温度で重合が生じる。生じたヒドロゲルは、３日間蒸留水に浸漬されるが、この水を６〜８時間ごとに変えていずれの未反応モノマーも除去する。
【0078】
モノマー溶液から酸素を取り除くために、真空ポンプが使用可能である。これは、アクリルアミドおよびＮ、Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドの撹拌中に溶解したいずれの酸素も除去するためのものである。
【実施例8】
【0079】
高親水性構造を有するポリアクリルアミドヒドロゲルは、重合反応中にポリエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）を使用することによって得られる。ヒドロゲルは、以下の反応物、つまり、ポリエチレングリコールジアクリレート、アクリルアミド、Ｎ、Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡｍ）、Ｎ、Ｎ、Ｎ’、Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ）、および過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）を使用して合成される。
【0080】
０．００２０〜０．１００モルの濃度の既知量の過硫酸アンモニウム溶液は、蒸留水を使用して調整される。０．１０〜０．５０モルのＮ、Ｎ、Ｎ’、Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミンの溶液も調製される。過硫酸アンモニウム溶液およびＮ、Ｎ、Ｎ’、Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン溶液はレドックス開始剤系となる。反応物は、以下の濃度、つまり、５％〜３０％のアクリルアミド、５％〜３０％の過硫酸アンモニウム溶液、および１．０％〜５．０％のＮ、Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドで蒸留水中に溶解された。ポリエチレングリコールジアクリレート（２〜３０ｗ／ｖ％）は次いで、モノマー溶液中に溶解され、完全に溶解されるまでゆっくり撹拌される。ポリエチレングリコールジアクリレートが溶解されると、Ｎ、Ｎ’、Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン溶液は、５〜２０ｖ／ｖ％の濃度で加えられ、５〜８回手動で撹拌される。該溶液は次いで、すぐに金型に注ぎ込まれ、２０時間重合が行われた。重合が完了すると、生じたヒドロゲルは、蒸留水に浸水させていずれの未反応モノマーも除去し、水は３日間６〜８時間ごとに変えられた。
【0081】
モノマー溶液から酸素を取り除くために、真空ポンプが使用可能である。
【0082】
グリセリンベースの湿潤性材料グリセリンベースのゲルは、用途の熱的要件に従って変化させるグリセリンのｗｔ％でグリセリンの水溶液中に調製可能である。湿潤性材料は、樹脂をはじき、かつ高温に耐えることができるグリセリンゲルであってよい。
【0083】
上記の詳細の多くが例示としてのみ提供され、本発明の範囲を限定することは意図されず、本発明は特許請求の範囲を参照して判断される。