三维层压模制装置制造方法及图纸

一种三维层压模制装置，包括喷射支撑物材料以形成支撑物的喷射头和喷射模型材料来形成模型的喷射头。所述支撑物材料在室温下是固体。层压模制装置内部温度在层压模制过程中被控制在（所述支撑物材料的熔点－３０）℃到（所述支撑物材料的熔点－５）℃。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用喷墨系统形成三维物体的三维层压模制装置。
技术介绍
层压模制的原理与形成三维轮廓图的方法一样。也就是，三维物体被切片来产生薄片的形状，接着所述薄片形状被模制并一层层地层压起来。层压模制方法的例子包括利用光固化树脂的立体光刻(stereolithography)方法，利用金属或树脂粉末的粉末层压方法，树脂被熔化并被沉积的熔化沉积方法，和纸片、塑料片或薄金属板被层叠起来的片层压方法。这些层压模制方法随着三维CAD技术近来的传播而快速的传播，并且也被称为快速成型技术(prototyping technique)。在这些层压模制方法中，三维物体可从三维CAD数据中直接获得。自从金属模制变为可能以来，这种快速成型技术不仅被应用在试制领域中，而且被应用在实际制造领域中。进一步说，通过利用三维打印机、数字转换器、或扫描仪作为三维CAD的输出设备，快速成型技术也被用在三维拷贝机(copyingmachine)中。尤其是，利用喷墨系统的层压模制装置被期望用在普通业务三维打印机或三维拷贝机上，因为利用喷墨系统的层压模制装置具有简单的结构，并与利用不同系统的装置相比，更容易操作。利用喷墨系统的层压模制方法被分类为粉末层压方法和熔化树脂沉积方法。粉末层压方法是麻省理工开发的。在粉末层压方法中，利用喷墨装置将粘合剂喷射入浆粉或灰浆的粉末层中，接着，所述的被喷射的粘合剂被固化了。在另一方面，在熔化树脂沉积方法中，树脂被喷射以直接形成层压的形状，而无需使用任何支撑层。利用粉末的粉末层压方法需要在模制后去除不需要的粉末，并且由于粉末的散布，不适合办公室环境。因此，粉末层压方法不适合普通业务三维打印机或三维拷贝机。另一方面，熔化树脂沉积方法能在办公室环境中使用，并且适合普通业务三维打印机或三维拷贝机。熔化树脂沉积方法包括与喷射嘴(原理上与喷墨头一样)连接的机器人臂在XYZ三维方向上移动的方法，以及喷墨头设置在X-Y平面中且在Z方向上的的方法。然而，由于这些方法在模制过程没有使用支撑模型的支撑物，所以浮岛形(当层叠切片数据时，突然出现在层中的形状)或者长梁形，如字母H的水平横条，不能由这些方法形成。因此，可模制的形状是受限制的，所以这些方法不适合形成复杂的形状，如实际工业产品和医疗模型。作为这些方法的对策，日本专利No.3179547提出了利用支撑物的方法。明确地说，支撑树脂和模制树脂都被层压叠加了，并且如果必要，表面也被平整化。通过这种方法，甚至更复杂的形状也可被模制成。所述支撑物可被形成，使得模型被埋在所述支撑物中。作为替代，柱形的或片状的支撑物可在需要的地方形成。然而，从能对应任何复杂形状的角度看，前种方法是优选的，并且不需要特殊的数据处理。(后种方法需要用于提供支撑物的数据处理)在这种喷墨型层压模制方法中使用的材料被分类为在室温下是液体的材料和在室温下是固体的材料。有人建议对喷墨型层压模制，使用室温下为液体的光固化树脂或热固性树脂。然而，如果树脂粘性高，那么在喷嘴处会发生堵塞，相反，如果树脂粘性低，那么在层叠后的光固化或热固过程中会发生“滴落”。因此，日本专利No.2697138提出在光固化树脂滴的飞行路线中发射光线，以用所述光线照射飞行中的树脂滴。然而，这种方法的缺点在于，泄漏的光或反射光会照射喷墨头，导致喷嘴的堵塞。另一方面，作为室温下为固体的材料，在加热后转变成液体的树脂，如石蜡或热溶性树脂，被经常使用。在日本专利申请公开No.HEI-9-123290中，形成支撑物以使模型埋在所述支撑物中的方法被使用了，并且具有不同熔点的材料被用在所述模型和支撑物中，以便在模制处理后，利用溶点的不同将支撑物去除。然而，那些材料具有不足。也就是，作为模型材料，这些材料易碎，并且模型易破碎。进一步说，这些材料由于收缩会产生翘曲，这样模型的空间稳定性被削弱了。为了克服材料的脆性，日本专利申请公开No.2001-214098中提出了一种具有延展性的模型材料。同样，为了保持模型的空间稳定性，日本专利申请公开No.2001-58357提出了一种方法，其中利用旋转或高温辊子、转刀或其他类似物进行平滑处理的同时，执行层压模制，每次形成一层或几层模型。然而，在层压模制过程中执行平滑过程使层压模制的速度降低了。
技术实现思路
考虑到上述情况，本专利技术的目标是克服上述问题，并同时提供一种能高精度且高速地形成三维复杂物体的三维层压模制装置。为了实现上述和其他目标，本专利技术提供一种三维层压模制装置，包括喷射支撑物材料的第一喷射单元以形成掩埋模型的支撑层，喷射模型材料的第二喷射单元，容纳第一和第二喷射单元的外壳，和控制外壳内部温度的控制器。所述控制器将外壳内的温度控制在(溶点-30)℃到(溶点-5)℃。附图说明图1(a)是根据本专利技术一个优选实施例的层压模制装置的示意侧视图；图1(b)是图1(a)所示的层压模制装置的示意俯视图；图2是图1(a)所示的层压模制装置的喷射头的平面图；图3是图2所示喷射头的线性头的分解视图；图4是线性头的剖视图；图5是根据本专利技术优选实施例的喷射头的另一个例子的平面图；图6是根据实施例的变更实施方式的层压模制装置的示意图。具体实施例方式根据本专利技术的三维层压模制方法的解释将被提供。首先，利用三维CAD设计的、或利用三维扫描仪或数字转换器扫描的三维形体的表面数据或立体数据，被转换成STL格式并送入图1(a)所示的层压模制装置39中。要模制的三维形体的模制方向是基于输入的STL数据而被确定的。模制方向不是特别限制的，但通常是选择物体在Z方向(高度方向)的长度，也就是高度最低的方向。接着，确定三维形体的X-Y平面、X-Z平面、Y-Z平面的投影区域。为了块状形体的加固，除了X-Y平面的顶部表面以外，每个平面均被向外移了足够的量。所述移动量不是特别限制的，并且根据形状、大小和使用的材料而不同，但是通常移动量约为1到10mm。在这种方式下，限制模制形体(上表面是打开的)的块状形体是特定的。接着，块状形体在Z方向上以单层厚度被切成薄片。所述的单层厚度取决于使用的材料，但通常是20到60μm。如果仅有一个物体要模制，那么块状形体被放在稍后将描述的Z-载物台38(在每次单层模制完成后下降一个单层距离的平台)的中心。如果两个或多个物体要模制，那么相应的块状形体可被放在Z-载物台38上或可以一个叠一个。当使用材料被确定时，那些块状形体和薄片数据(轮廓数据)的准备以及在Z-载物台38上放置块状形体能被自动地执行。接着，利用图1(a)所示的模制装置39来执行层压模制。也就是，喷射头31，32喷射支撑物材料形成支撑层36，与此同时，模制装置39的喷射头30喷射模型材料形成模型35。此时，通过基于薄片数据的轮廓线的最外面框架的近似测定(判断喷射的支撑物材料和模型材料在轮廓线上的位置)，来控制喷射支撑物材料的位置和喷射模型材料的位置。模制装置39的构造将被描述。如图1(a)所示，模制装置39包括模制单元200、支座37、Z-载物台38和外壳40、传感器41和控制单元42。模制单元200、支座37、Z-载物台38和传感器41都容纳在外壳40内。传感器41是用来检测壳体40的在模型35或支撑物36表面附近的位置处的内部环境温度。如图1(b)所示，传感器41位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维层压模制装置，包括：第一喷射单元，它喷射支撑物材料以形成埋模型的支撑物层；第二喷射单元，它喷射模型材料来形成模型，所述模型材料具有熔点；外壳，它容纳第一和第二喷射单元；以及控制器，它将所述外壳内部温度 控制在（熔点－３０）℃至（熔点－５）℃的范围。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：前川勉，大内明美，藤井秀俊，玉桥邦裕，庄司裕，高荻浩，
申请(专利权)人：理光打印系统有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]