利用光固化立体成型将物体嵌入结构内的系统和方法技术方案

一种三维物体打印机，其利用光固化立体成型来形成结构，然后将一个或更多个物体嵌入在结构中。该打印机包括控制器，控制器操作紫外线(UV)放射源以参照形成在液体光聚物与嵌入物体的外表面之间的弯液面固化在液体光聚物与嵌入物体的外表面之间的分界面处的液体光聚物的部分。嵌入物体的结合加速了最终物体的形成并且提高了最终物体的耐用性。

【技术实现步骤摘要】
利用光固化立体成型将物体嵌入结构内的系统和方法
本文献涉及制造三维物体的打印机，更具体地涉及利用光固化立体成型来制造这种物体的打印机。
技术介绍
数字三维物体制造，又被称为数字增材制造，其为由数字模型制造实际任何形状的三维实体物体的过程。一些数字增材制造系统利用喷射器，该喷射器呈层状地喷射光聚物材料液滴以形成通过间或的紫外光固化的三维物体。其他系统利用光固化立体成型，其为将紫外线激光器聚焦在液体光聚物池中以使液体光聚物层固化从而制造三维固态物体的增材制造工艺。光固化立体成型工序涉及利用三维数学模拟或计算机辅助设计(CAD)程序来生产待制造的物体的数字图象数据。数字图象数据模型则被切分成极薄的层，通常厚度为0.1毫米左右。用于每个图像的数据被用于定位液体光聚物打印机的液池、聚焦激光以及使激光束从激光器运动通过池以每次一层地建造物体。池定位的一部分是使一罐液体光聚物定位其上的平台下降以利用薄面层的液体光聚物淹没每个所形成的层，然后将其暴露于紫外线激光器以固化物体的另一层。该工序继续，直到物体的全部层固化，固化层的堆叠限定三维物体。利用光固化立体成型的现有三维打印机在所采用的光聚物材料以及制造零件的速度和精度方面具有严重限制。材料的受限选择以及受限的精度可以使得所制造的物体具有低的强度和耐用性。因此，一些零件不能利用光固化立体成型技术制造，从而使用传统方法生产零件。因此，能够快速生产耐用物体的光固化立体成型系统将是有利的。
技术实现思路
一种利用光固化立体成型由液体光聚物形成三维物体的改进方法，该方法提高了所制造的物体的强度和耐用性，同时还提高了光固化立体成型工序的速度。该方法包括利用控制器操作至少一个致动器以使平台在包含液体光聚物的罐内运动，利用控制器操作操作地连接至紫外线(UV)放射源的至少一个致动器，以便在控制器操作UV放射源以发射UV射线并且固化液体光聚物的一部分以形成三维结构的层时使UV放射源运动，控制器参照层的图像数据操作至少一个致动器，利用控制器操作至少一个致动器以使平台下降到罐内，从而以预定深度将所形成的层浸没在液体光聚物内，利用控制器操作至少一个致动器，以便在控制器操作UV放射源以发射UV射线并且固化液体光聚物的一部分以形成三维物体的下一层并且保留下一层的对应于物体的截面的一部分的未固化部分时使UV放射源运动，控制器参照下一层的图像数据操作至少一个致动器，利用控制器操作至少一个致动器以将物体放置在下一层的未固化部分内，该物体具有延伸到液体光聚物之外的暴露区域，利用控制器操作第一致动器以使平台进一步下降至液体光聚物的罐内，以使液体光聚物能够在物体的外表面处包围该物体，利用控制器确认形成在包围物体的外表面的液体光聚物与物体的外表面之间的分界面处的弯液面，以及利用控制器操作至少一个致动器以便在控制器参照确认的弯液面操作UV放射源以固化包围的液体光聚物的一部分并且将包围的液体光聚物的固化部分结合至物体和三维结构的外表面时使UV放射源运动。一种由液体光聚物形成三维物体的改进的光固化立体成型系统，其具有提高的耐用性，同时还增大了光固化立体成型工序的速度。该系统包括包含大量液体光聚物的罐，构造成发射UV射线以固化液体光聚物的暴露于UV射线的部分的紫外线(UV)放射源，构造成设置在液体光聚物的下一层未固化部分内的物体，该物体具有延伸到液体光聚物之外的暴露区域，机械臂，操作地连接至位于包含液体光聚物的罐内的平台、UV放射源和机械臂的至少一个致动器，至少一个致动器构造成使平台在包含液体光聚物的罐内运动、以使UV放射源运动以及使机械臂运动，从而将物体放置在液体光聚物的下一层的未固化部分内，以及操作地连接至至少一个致动器和UV放射源的控制器。控制器被构造成：操作至少一个致动器以使平台在液体光聚物的罐内运动，操作至少一个致动器以使UV放射源运动，同时控制器操作UV放射源以固化液体光聚物的一部分并且形成三维结构的层，操作至少一个致动器以使平台下降到所述罐内，从而以预定深度将所的层浸没在液体光聚物中，操作至少一个致动器以使UV放射源运动，同时利用控制器操作UV放射源以固化液体光聚物的下一层的一部分并且保留下一层的对应于物体的截面的未固化部分，操作至少一个致动器以使机械臂运动，从而将物体放置在下一层的未固化部分内，操作至少一个致动器以使平台降下至罐内，从而使得液体光聚物能够包围物体的外表面，确认形成在物体的外表面与包围物体的外表面的液体光聚物之间的分界面处的弯液面，以及操作至少一个致动器以使UV放射源运动，同时控制器操作UV放射源以固化液体光聚物的包围物体的外表面的部分，从而将液体光聚物的固化部分结合至物体的外表面。附图说明在以下结合附图的说明中阐明了通过将预制造物体嵌入待形成的物体内来形成三维物体的光固化立体成型系统的前述方面和其他特征。图1A示出利用光固化立体成型用于形成三维结构以容纳嵌入物体的系统。图1B示出将待被嵌入的物体放置在所形成的结构内并且将物体与结构结合的图1A的系统。图2是待嵌入的物体与图1中示出的结构之间的接口的放大图，其示出接口处的液体光聚物中的弯液面。图3示出具有辅助定位待嵌入在结构中的物体的定位的另外的部件的图1A和图1B的系统。图4示出具有用于在物体的开口内形成结构的另外的部件的图1A和图1B中示出的系统的部件。图5是用于利用光固化立体成型形成具有嵌入物体的三维结构的工序的流程图。图6A至6D示出图3的系统的用途，以在物体上形成结构以及然后在围绕物体完成结构之前重定向物体。具体实施方式为了大致理解本文中公开的系统和方法的环境以及对于系统和方法的细节，对附图做出参照。在附图中，相同的附图标记指代相同的元件。图1A示出用于利用光聚物材料形成三维结构的系统，光聚物材料嵌入有预制造物体以给予强度和耐用性。系统10包括至少一个致动器34、控制器26和罐38，致动器34操作地连接至平台14和紫外线放射(UV)源18，控制器26操作地连接至至少一个致动器34和紫外线放射源18。平台14定位在包含液体光聚物12的罐38内并且构造成通过至少一个致动器34在罐38内竖直地运动。控制器26产生操作UV放射源以发射UV射线的信号。控制器26还产生操作至少一个致动器34以使平台14在罐38内运动以及使UV放射源运动以在罐中的液体光聚物的表面处或附近暴露液体光聚物的一部分的信号。暴露于UV射线的液体光聚物固化以形成硬质材料。如图1A所示，液体光聚物12的部分已被暴露以在罐38中形成三维结构20。当控制器26操作至少一个致动器以使平台14降低时，放置在平台14的水平面16上的结构20浸没在液体光聚物中以使得液体光聚物的薄层能够覆盖结构。当液体光聚物的这一薄层暴露于UV放射源18时，固化部分粘附到结构20的在前形成的部分上。至少一个致动器34是操作地连接至系统10的部件并且构造成使部件响应于来自控制器26的信号而运动的一个或更多个致动器。致动器34可以包括步进电机、机动化凸轮、蜗轮等以能够实现致动器与其连接的部件的受控运动。如图1B所示，结构20已形成有U形截面。该形状由控制器26形成，控制器26利用来自CAD/CAM文件等的结构的图像数据来操作至少一个致动器34以使平台14运动并且选择性地暴露液体光聚物的部分以形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用光固化立体成型由液体光聚物形成三维结构的增材制造方法，包括：利用控制器操作至少一个致动器以使平台在包含液体光聚物的罐内运动；利用控制器操作操作地连接至紫外线(UV)放射源的所述至少一个致动器，以便在所述控制器操作所述UV放射源以发射UV射线并且固化所述液体光聚物的一部分以形成三维结构的层时使UV放射源运动，所述控制器参照所述层的图像数据操作所述至少一个致动器；利用所述控制器操作所述至少一个致动器以使所述平台下降到所述罐内，从而以预定深度将所形成的层浸没在所述液体光聚物内；利用所述控制器操作所述至少一个致动器，以便在所述控制器操作所述UV放射源以发射UV射线并且固化液体光聚物的一部分以形成所述三维物体的下一层并且保留对应于物体的截面的一部分的所述下一层的未固化部分时使UV放射源运动，所述控制器参照所述下一层的图像数据操作所述至少一个致动器；利用所述控制器操作所述至少一个致动器以将所述物体放置在所述下一层的未固化部分内，所述物体具有延伸到所述液体光聚物之外的暴露区域；利用所述控制器操作所述第一致动器以使所述平台进一步下降至所述液体光聚物的所述罐内，以使所述液体光聚物能够在所述物体的外表面处包围所述物体；利用所述控制器确认形成在包围所述物体的外表面的所述液体光聚物与所述物体的外表面之间的分界面处的弯液面；以及利用所述控制器操作所述至少一个致动器以便在所述控制器参照确认的弯液面操作所述UV放射源以固化包围的液体光聚物的一部分并且将包围的液体光聚物的固化部分结合至所述三维结构和所述物体的外表面时使所述UV放射源运动。...

【技术特征摘要】
2015.11.19 US 14/9458281.一种利用光固化立体成型由液体光聚物形成三维结构的增材制造方法，包括：利用控制器操作至少一个致动器以使平台在包含液体光聚物的罐内运动；利用控制器操作操作地连接至紫外线(UV)放射源的所述至少一个致动器，以便在所述控制器操作所述UV放射源以发射UV射线并且固化所述液体光聚物的一部分以形成三维结构的层时使UV放射源运动，所述控制器参照所述层的图像数据操作所述至少一个致动器；利用所述控制器操作所述至少一个致动器以使所述平台下降到所述罐内，从而以预定深度将所形成的层浸没在所述液体光聚物内；利用所述控制器操作所述至少一个致动器，以便在所述控制器操作所述UV放射源以发射UV射线并且固化液体光聚物的一部分以形成所述三维物体的下一层并且保留对应于物体的截面的一部分的所述下一层的未固化部分时使UV放射源运动，所述控制器参照所述下一层的图像数据操作所述至少一个致动器；利用所述控制器操作所述至少一个致动器以将所述物体放置在所述下一层的未固化部分内，所述物体具有延伸到所述液体光聚物之外的暴露区域；利用所述控制器操作所述第一致动器以使所述平台进一步下降至所述液体光聚物的所述罐内，以使所述液体光聚物能够在所述物体的外表面处包围所述物体；利用所述控制器确认形成在包围所述物体的外表面的所述液体光聚物与所述物体的外表面之间的分界面处的弯液面；以及利用所述控制器操作所述至少一个致动器以便在所述控制器参照确认的弯液面操作所述UV放射源以固化包围的液体光聚物的一部分并且将包围的液体光聚物的固化部分结合至所述三维结构和所述物体的外表面时使所述UV放射源运动。2.根据权利要求1所述的方法，所述弯液面的确认还包括：利用所述控制器分析用于操作所述UV放射源并且固化所述液体光聚3的层的部分的图像数据。3.根据权利要求1所述的方法，所述弯液面轮廓的确认还包括：产生所述弯液面和所述包围的液体光聚物的光学传感器图像数据；以及利用所述控制器分析所产生的所述弯液面的图像数据。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：利用所述控制器操作所述至少一个致动器以便在确认所述弯液面之前使所述物体旋转。5.一种利用光固化立体成型由液体光聚物形成三维结构的系统，包括：罐，所述罐包含大量液体光聚物；平台，所述平台构造成用于在所述罐内运动；紫外线(UV)放射源，所述紫外线(UV)放射源构造成发射UV射线以固化所述液体光聚物的暴露于所述UV射线的部分；物体，所述物体构造成设置在所述液体光聚物的下一层未固化部分内，所述物体具有延伸到所述液体光聚物之外的暴露区域；机械臂；至少一个致动器，所述至少一个致动器操作地连接至位于包含所述液体光聚物的罐内的平台、所述UV放射源和所述机械臂，所述至少一个致动器构造成使所述平台在包含所述液体光聚物的所述罐内运动、以使所述UV放射源运动以及使所述机械臂运动，从而将所述物体放置在所述液体光聚物的所述下一层的所述未固化部分内。控制器，所述控制器操作地连接至所述至少一个致动器和所述UV放射源，所述控制器被构造成：操作所述至少一个致动器以使所述平台在所述液体光聚物的所述罐内运动；操作所述至少一个致动器以使所述UV放射源运动，同时所述控制器操作所述UV放射源以固化所述液体光聚物的一部分并且形成所述三维结构的层；操作所述至少一个致动器以使所述平台下降到所述罐内，从而以预定深度将所形成的层浸没在所述液体光聚物中；操作所述至少一个致动器以使所述UV放射源运动，同时利用所述控制器操作所述UV放射源以...

【专利技术属性】
技术研发人员：CH·刘，D·A·曼特尔，B·P·曼德尔，M·卡努恩格，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：美国,US