三维立体光造型装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了三维立体光造型装置，该三维立体光造型装置包括台架、支撑膜从而使膜与台架相对的支撑机构、压制机构、供给机构、照射单元、移动机构和控制机构。压制机构至少压制膜的直线状区域，从而在膜上形成最接近台架的直线状区域。供给机构将光固化材料提供到形成在台架和直线状区域之间的缝隙区域中。照射单元利用激光通过压制机构和膜照射提供到缝隙区域中的光固化材料。移动机构相对于膜移动台架和压制机构，从而形成光固化材料的一个固化层。控制机构控制台架和膜的直线状区域之间的距离，从而层积固化层。

【技术实现步骤摘要】
三维立体光造型装置本申请是分案申请，其原案申请的申请号为201010526744.9，申请日为2010年10月29日，专利技术名称为“三维立体光造型装置、三维立体光造型方法和三维物体”。
本专利技术涉及由光固化材料形成三维物体的三维立体光造型装置、三维立体光造型方法、以及通过三维立体光造型方法形成的三维物体。
技术介绍
过去，已知形成三维物体的造型装置是执行所谓的快速原型制作并广泛用于商业用途的装置。通常，三维造型装置通过根据用于要造型的对象物体的每个预定厚度的形状数据，即根据每一层的形状数据，来逐一形成层，从而对三维物体进行造型。作为三维造型装置的主要方式，立体光造型方式部分选择性地用激光照射光固化树脂，因此对树脂的期望部分进行固化和描绘，从而形成三维物体。例如，立体光造型方式包括自由液面方法和限制自由液面方法。在自由液面方法中，将光固化树脂的液面暴露在空气中，同时激光聚焦在空气和液面之间的界面上，从而进行描绘。自由液面方法具有这样的问题，即树脂的层叠精度(每一层的厚度的精度或者每一层的树脂的表面条件的精度)基于液面的表面精度而变化。由此，在限制液面方法中，通过平板玻璃的表面来限制光固化树脂的液面，并将激光通过玻璃聚焦到液面和玻璃表面之间的界面上，从而进行描绘(例如，参见日本已审查专利公开第H7-84033号，第0018段(在下文中，称为专利文献I))。在专利文献I中，将膜用作限制液面的构件。
技术实现思路
在使用玻璃或者膜的限制液面方法中，需要在对层进行造型后从玻璃上剥离固化的树脂。在该方法中，由于层的造型面积较大，因此需要较大的力来剥离固化的树脂。在一些情况下，所造型的三维物体会损坏或者从台座(在其上堆叠了造型的层的台架)上被剥离下来。此外，如上所述，如果层的造型面积增大，则当树脂固化时由于产生收缩力而使玻璃变形，或者由于被拉向树脂而凹陷(下垂，sag)。结果，所造型的三维物体的每一层的平坦度会恶化。此外，随着光固化树脂的粘性提高，由树脂给予台座表面或者玻璃表面的压力也增加了，其结果是玻璃表面变形，并且树脂的每层的厚度难以控制为预设的厚度。考虑到上述情况，期望提供一种能够从膜上剥离光固化材料、增加每层的平坦度、并且高精度地控制每层的厚度的三维立体光造型装置和三维立体光造型方法，并提供通过该方法形成的三维物体。根据本专利技术的一个实施方式，提供了一种三维立体光造型装置，其包括:台架、支撑机构、压制机构、供给机构、照射单元、移动机构和控制机构。支撑机构支撑膜从而使膜与台架相对。压制机构以在膜上形成与台架相对并最接近于台架的直线状区域方式至少压制由支撑机构所支撑的膜的直线状区域。直线状区域沿第一方向形成。供给机构将光固化材料提供到形成在台架和膜的直线状区域之间的缝隙区域中。照射单元利用激光通过压制机构和膜照射由供给机构提供到缝隙区域中的光固化材料。移动机构在第二方向上相对于膜而移动台架和压制机构，从而形成光固化材料的一个固化层。第二方向与第一方向不同。控制机构控制台架和膜的直线状区域之间的距离，从而利用激光层积光固化材料的固化层。通过压制机构，在膜上形成最接近台架的直线状区域。光固化材料在形成于直线状区域和台架之间的缝隙区域中或者缝隙区域附近曝光和固化。即，光固化材料基本上在台架和直线状区域之间的缝隙区域中固化，在膜的直线状区域的下游侧，该膜相对于压制机构而移动，从而该膜逐渐离开台架。结果，膜可整齐地从树脂的固化层上剥离。此外，并非宽的、平坦区域，而是直线状区域被压制以给膜施加张力，从而使膜与压制机构紧密接触。因此，即使将在固化光固化材料时所产生的收缩力施加给膜，也能防止在膜上造成诸如褶皱和凹陷的变形，还能防止在曝光之前由于光固化树脂的粘性而导致的膜变形。结果，可增强每个固化层的平坦性，并能够高精度地控制每个固化层的厚度。直线状区域可以是一维或是二维的。在直线状区域是二维的情况下，直线状区域可以是平坦区域或者弯曲区域。在直线状区域是弯曲区域的情况下，该区域在显微镜下基本上是平坦区域。压制机构压制膜，从而在膜上形成包括直线状区域的弯曲区域。利用该结构，能够减小在膜和压制机构之间产生的摩擦力。压制机构可包括具有对应于弯曲区域形状的曲面的透光构件。在该情况下，透光构件可以是棒状透镜。可将棒状透镜设置为绕着沿第一方向延伸的轴旋转。通过该结构，可以防止膜和压制机构相互刮擦。因此，可以抑制压制机构的劣化或者在膜的弯曲区域中产生褶皱或裂缝。三维立体光造型装置还包括校正透镜，以校正照射光固化材料的激光光束点的形状。当激光光束通过棒状透镜时，光束点的形状变形。在需要高精度地形成三维物体的情况下，校正透镜将光束点的形状校正为预期的形状，其结果是可提高曝光的分辨率。透光构件可是具有将圆柱表面作为曲面的柱面透镜。柱面透镜可在光轴方向上设置得比棒状透镜要薄，从而可增大数值孔径(NA)。因此，可减小激光光束的光点直径，并提高曝光的分辨率，其结果是可高精度地形成三维物体。压制机构可包括支撑透光构件的支撑构件。在这种情况下，支撑构件可包括曲面和流路。曲面被设置为与透光构件的曲面相连续以形成弯曲区域。流路将气体引入到膜与透光构件的曲面和支撑构件的曲面之间的缝隙中。所引入的气体用作缓冲，其可减小膜和压制机构之间的摩擦力。压制机构可压制膜，从而在膜上形成包括直线状区域的平坦区域和被设置为与平坦区域相连续的弯曲区域。由于包括直线状区域的区域是平坦的，因此相比于区域是弯曲的情况，可增加光固化材料的每个固化层的平坦性。压制机构可包括激光的光学路径、缝隙和曲面。在该情况下，缝隙具有对应于平坦区域的形状的开口表面，并且在该缝隙中形成光学路径。曲面被设置为与开口表面相连续，并对应于弯曲区域的形状。在该实施方式中，激光通过缝隙，并利用激光照射光固化材料。即，由于激光不通过透镜，因此不会造成激光的折射。因此，不会改变从物镜出射的激光的光点的形状，其可提高曝光的分辨率。压制机构还可包括将气体引入到膜与开口表面和曲面之间的缝隙中的流路。所引入的气体用作缓冲，其可减小膜和压制机构之间的摩擦力。三维立体光造型装置还可包括压力控制机构，用于控制缝隙中的压力。压力控制机构根据光固化材料被固化时所产生的收缩力或者其粘性来控制缝隙中的压力，其结果是能够控制光固化材料的每个固化层的平坦性。三维立体光造型装置还可包括扫描机构，用于利用激光沿第一方向对于压制机构和台架执行相应的扫描。移动机构可使台架和膜相对于压制机构整体移动。利用整体移动台架和膜的结构，相比于独立移动台架和膜的结构，可简化移动机构的结构。根据本专利技术的另一实施方式，提供了一种三维立体光造型方法，其包括通过压制机构、以在膜上形成与台架相对并最接近于台架的直线状区域的方式，至少压制被支撑为与台架相对的膜的直线状区域。直线状区域沿第一方向而形成。将光固化材料提供到形成在台架和膜的直线状区域之间的缝隙区域中。利用激光通过压制机构和膜照射提供到缝隙区域中的光固化材料。在第二方向上相对于膜移动台架和压制机构，从而形成光固化材料的一个固化层。第二方向与第一方向不同。控制台架和膜的直线状区域之间的距离，从而利用激光层积光固化材料的固化层。根据本专利技术的另一实施方式，提供了 一种通过上述三维立体光造型方法所形成的三维物体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维立体光造型装置，包括：台架；支撑机构，用于支撑膜从而使所述膜与所述台架相对；压制机构，用于以在所述膜上形成与所述台架相对并最接近于所述台架的直线状区域的方式至少压制由所述支撑机构所支撑的所述膜的所述直线状区域，所述直线状区域沿第一方向形成；供给机构，用于将光固化材料提供到形成在所述台架和所述膜的所述直线状区域之间的缝隙区域中；照射单元，用于利用激光通过所述压制机构和所述膜照射由所述供给机构提供到所述缝隙区域中的所述光固化材料；移动机构，用于在第二方向上相对于所述膜移动所述台架和所述压制机构，从而形成所述光固化材料的一个固化层，所述第二方向与所述第一方向不同；以及控制机构，用于控制所述台架和所述膜的所述直线状区域之间的距离，从而利用所述激光层积所述光固化材料的固化层。

【技术特征摘要】
2009.11.05 JP 2009-2539481.一种三维立体光造型装置，包括: 台架； 支撑机构，用于支撑膜从而使所述膜与所述台架相对； 压制机构，用于以在所述膜上形成与所述台架相对并最接近于所述台架的直线状区域的方式至少压制由所述支撑机构所支撑的所述膜的所述直线状区域，所述直线状区域沿第一方向形成； 供给机构，用于将光固化材料提供到形成在所述台架和所述膜的所述直线状区域之间的缝隙区域中； 照射单元，用于利用激光通过所述压制机构和所述膜照射由所述供给机构提供到所述缝隙区域中的所述光固化材料； 移动机构，用于在第二方向上相对于所述膜移动所述台架和所述压制机构，从而形成所述光固化材料的一个固化层，所述第二方向与所述第一方向不同；以及 控制机构，用于控制所述台架和所述膜的所述直线状区域之间的距离，从而利用所述激光层积所述光固化材料的固化层。2.根据权利要求1所述的三维立体光造型装置， 其中，所述压制机构压制所述膜，从而在所述膜上形成包括所述直线状区域的弯曲区域； 其中，所述压制机构包括具有与所述弯曲区域的形状相对应的曲面的透光构件； 其中，所述透光构件是具有圆柱表面作为所述曲面的柱面透镜。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：安河内裕之，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP