用于生成三维物体的方法和装置制造方法及图纸

用于生成三维物体的增材制造装置，该装置包括：(a)承载件，用于支承在其上形成的所述三维物体；(b)透明构件，允许电磁辐射穿过其传递，透明构件设置构造表面，其中，该构造表面与承载件在其之间限定构造区域；(c)供应单元，与所述构造表面可操作地相关联，并且配置成将材料供应至所述构造表面，以用于凝固或聚合；(d)第一辐射源，引导辐射穿过透明构件，以使构造表面上由供应单元分配的材料凝固；以及(e)第二辐射源，相对于所打印物体定位，用于引导电磁辐射穿过构造区域，以实施所打印物体的后固化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生成三维物体的方法和装置
技术介绍
增材制造是生成三维物体的方法。在这种过程中，以与去除制造过程相反的逐层方式，将计算机生成的3D模型转换成物理物体，以构造所期望的物体。增材制造过程包括从CAD文件、3D扫描或其它方法生成数字截面图案、网格或体积像素、体元，并且逐层或逐体元或连续地凝固可凝固材料，以生成至少一个三维物体。增材制造过程本质上与为了实现3D物体的最佳具体性能而选择的材料有关。材料可以是液体、糊状物、粉末、胶体或任何其它聚合状态，并且通常通过包括但并不限于喷墨打印、挤出、泵送的多个方法进行分配。将这种材料转换成固体三维物体通常由适合的光化辐射和/或加热执行。基于凝固感光材料的增材制造的已知方法和装置有时称为立体光刻、数字光过程、连续液体接口打印、赫利奥光刻(Heliolithography)和喷墨3D打印。图1A和图1B示出了现有技术中已知的、用于增材制造或3D物体生成的现有技术系统。这些系统以自上而下的配置进行操作，其中，以逐层的方式生成三维物体。在这种现有技术系统中，通过由来自电磁辐射源4的辐射激活下感光材料的凝固，在增长物体2的顶部表面1处执行层形成。感光材料存储在槽3中，其中，一旦层已凝固，则由承载件5支承的增长物体就降低。图1B示出了现有技术中已知的另一装置，该装置以自上而下的配置操作，其中，增长物体在与感光材料不同相位的第二介质中进一步降低。感光材料和该其它介质不可混合。第二相位为增长物体提供一些支承，但大物体的后固化受到第二相位以及它如何与电磁辐射相互作用的限制。本专利技术不涉及自上而下的装置。图2示出了现有技术中已知的另一装置，该装置还适合以自下而上配置的增材制造或3D物体生成。通常，在这种系统中，三维物体以逐层方式生成，其中，通过由来自电磁辐射源8的辐射激活下的感光材料的凝固，在增长3D物体7的底部表面6处执行层形成。感光材料在具有透明底部的浅槽9中进行分配，通过透明底部，电磁辐射在构造区域10有选择地接触感光材料。承载件11配置成接收并且保持凝固材料，该凝固材料形成所述增长物体，并且一旦层凝固则提升所述3D物体，以允许分配感光材料的新层，从而用于选择性地固化。图3A和图3B也示出了现有技术中已知的装置，这些装置用于生成三维(3D)物体。图3A示出了以自下而上配置操作的现有技术的装置。图3B示出了以自上而下配置操作的现有技术的装置。由自下而上装置(图3A中示出)生成的中空部分12和中空部分13不保持任何未固化的感光材料。相比之下，在完成前面层的选择固化时，每当3D物体在槽中降低，由自上而下装置(图3B中示出)生成的相同的中空部分12’就填充有未固化的感光材料。在上述装置中，通常称为树脂的感光材料的薄层暴露于通常以紫外线(UV)或可见光谱的辐射，以有选择地使得树脂交联或‘固化’。两种配置是公知的：在其中一个配置中，新层形成在增长物体的底部表面处，有时称为自下而上(图2)；在另一配置中，新层形成在增长物体的顶面处，有时称为自上而下(图1A)。在自上而下配置中，新层形成在增长物体2的顶部表面1处，然后在每个辐射步骤之后，所述物体降低至树脂槽3中，直到所需要厚度的树脂的新层涂覆在顶部上，并且进行新辐射步骤。将增长物体浸入液体感光材料的(潜在)深池中的过程限制可生成物体的功能性尺寸，并且将树脂的大体积暴露至增材制造过程。在自上而下配置中，具有完全不能通过的外壁的中空物体填充有不需要的液体感光材料。当将物体提升出槽时，通过特意生成的排流孔排流这种液体树脂会导致翘曲和壁变形，尤其是对于大物体。在自下而上配置(图2)中，新层6形成在增长物体7的底部表面处。在每个辐射步骤之后，提高物体，以在下一辐射步骤之前允许放置新树脂。在新凝固层与浅感光材料槽9的底部之间存在附着力，并且该附着力作为凝固层的尺寸的函数增加。在下一感光材料层凝固之前，根据要求移除这些附着力在增长物体上引入机械应力，并且导致翘曲、分层、弯曲和/或不对准。这些机械应力作为凝固层和物体长度尺寸的函数增加。另外，基于凝固感光材料生成的3D物体仅部分地凝固或固化，从而通过增长物体的所增加的重量使大3D物体暴露至附加应力，因而导致分层和变形。部分地凝固或固化的物体需要后固化，以提高它们的固化度以及它们的热性能、机械性能和化学性能。当前已知的用于后固化的方法包括热加热、红外辐射和UV烘箱。在传统的热加热固化中，能量通过长循环周期和高能量需求带来的热的对流、传导和辐射传递至材料。在后固化过程期间的热梯度可导致固化聚合物中的不均匀固化、残余应力和缺陷。UV后固化是最初生成三维物体的光化反应的延续。WO1989010249A1和EP0403146A2描述了在3D生成装置之外的后固化方法，其中，所生成物体浸入液体介质，并且通过诸如UV或可见光的电磁辐射源来实现后固化。US20100310698描述了作为自上而下3D生成装置的集成部分的后固化方法。在这种装置中，具有完全不能通过的外壁的中空3D物体填充有不需要的液体树脂。当将物体提升出槽时，通过特意生成的排流孔排流这种液体树脂可导致翘曲和壁变形，尤其是对于大物体。另外，即使可以，由于诸如红外线和微波辐射的后固化辐射源与保持介质的干涉，3D物体或固体物体的内部结构的后固化也非常受限。另外，将所生成的3D物体支承在感光材料的池中或部分地在单独介质中，在完成3D物体之后，特别是对于大3D物体的生成之后，增加了大量成本、无利资本或不可用材料。彼此紧密靠近的多个物体或固体物体的UV后固化是困难的，因为UV固化仅发生在“视线”中，意味着表面上的每个点必须直接暴露至UV。例如具有不能穿透的壁或阴影区域的3D物体内部的硬化区域在同时固化多个物体时仍然未固化。由感光材料生成3D物体的现有技术使得所生成的物体受限于截面大小和其第三尺寸，并且物体的几何形状受限于薄的和/或打开的格式壁结构。这些限制是在物体生成期间可实现的固化度的结果。固化度是涉及感光材料成分、辐射强度、曝光时间和层厚度的许多参数的函数。在光敏3D物体生成方法和装置之中施加最高辐射密度中的一个的SLA，所生成的3D物体可实现约80％固化度。使用UV室或热烘箱的后固化过程可增加固化至90％。因为固化时间会随着物体尺寸、材料成分、温度和所使用的UV波长而在从分钟至小时的范围变化，所以有些难以控制用于3D打印物体的后固化时间。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术提供用于生成三维物体的增材制造装置，该装置包括：(a)承载件，用于支承在其上形成的所述三维物体；(b)透明构件，允许电磁辐射穿过其传递，该透明构件提供构造表面，其中，该构造表面与承载件在其间限定构造区域；(c)供应单元，与所述构造表面可操作地关联，并且配置成将材料供应至所述构造表面，以用于凝固或聚合；(d)第一辐射源，引导辐射穿过透明构件，以是构造表面上的、由供应单元分配的材料凝固；以及(e)第二辐射源，相对于所打印物体定位，用于引导电磁辐射穿过构造区域，以实施所打印物体的后固化。在实施方式中，第二源定位成允许相对于承载件的虚构平面的正交轴在大致横向方向上引导来自第二源的辐射，以实施所打印物体的后固化。在实施方式中，第二辐射源包括定位成围绕所打印物体的多个辐射源，以用于引导电磁辐射，从而实施所打印物体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生成三维物体的增材制造装置，所述装置包括：(a)承载件，用于支承在其上形成的所述三维物体；(b)透明构件，允许电磁辐射穿过其传递，所述透明构件设置构造表面，其中，所述构造表面与所述承载件在其之间限定构造区域；(c)供应单元，与所述构造表面可操作地相关联，并且配置成将材料供应至所述构造表面，以用于凝固或聚合；(d)第一辐射源，引导辐射穿过所述透明构件，以使所述构造表面上由所述供应单元分配的材料凝固；以及(e)第二辐射源，相对于所打印物体定位，用于引导电磁辐射穿过所述构造区域，以实施所打印物体的后固化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.22 AU 20169024491.一种用于生成三维物体的增材制造装置，所述装置包括：(a)承载件，用于支承在其上形成的所述三维物体；(b)透明构件，允许电磁辐射穿过其传递，所述透明构件设置构造表面，其中，所述构造表面与所述承载件在其之间限定构造区域；(c)供应单元，与所述构造表面可操作地相关联，并且配置成将材料供应至所述构造表面，以用于凝固或聚合；(d)第一辐射源，引导辐射穿过所述透明构件，以使所述构造表面上由所述供应单元分配的材料凝固；以及(e)第二辐射源，相对于所打印物体定位，用于引导电磁辐射穿过所述构造区域，以实施所打印物体的后固化。2.根据权利要求1所述的增材制造装置，其中，所述第二源定位成允许相对于所述承载件的虚构平面的正交轴在大致横向方向上引导来自所述第二源的辐射，以实施所打印物体的后固化。3.根据权利要求1或权利要求2所述的增材制造装置，其中，所述第二辐射源包括多个辐射源，所述多个辐射源围绕所打印物体定位，以用于引导电磁辐射，并且实施所打印物体的后固化。4.根据权利要求1至3中任一项所述的增材制造装置，其中，所述第二辐射源相对于安装布置定位，所述安装布置定位成至少部分地围绕所打印物体。5.根据权利要求4所述的增材制造装置，其中，所述安装布置包括用于围绕所打印物体的至少部分的包围件。6.根据权利要求5所述的增材制造装置，其中，所述包围件包括限定内容积的一个或多个内壁，其中，所述内容积用于在其中定位所打印物体的至少部分。7.根据权利要求6所述的增材制造装置，其中，所述第二辐射源中的一个或多个沿着所述包围件的内壁定位，以相对于所述承载件的虚构平面的正交轴在大致横向方向上引导电磁辐射，以用于所打印物体的后固化。8.根据权利要求7所述的增材制造装置，其中，所述包围件的内壁配置成允许由所述内壁反射或吸收电磁辐射，并且允许定位在由所述包围件限定的所述内容积中的所打印物体的后固化。9.根据权利要求8所述的增材制造装置，其中，所述包围件包括圆柱形或多边形的截面，所述圆柱形或多边形的截面用于在由所述包围件的内壁限定的所述内容积中封闭所打印物体的至少部分。10.根据权利要求5至9中任一项所述的增材制造装置，其中，能够改变所述构造表面的尺寸，以及其中，所述构造表面优选能够移动，以允许来自所述第二源中的一个或多个的电磁辐射穿透所述构造表面进入所述构造区域。11.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造装置，其中，所述第二辐射源能够移动地安装，以允许所述第二辐射源相对于由所述承载件支承的所打印物体移动。12.根据权利要求11所述的增材制造装置，其中，所述第二辐射源沿着一个或多个引导布置安装，以允许所述第二辐射源沿着一个或多个方向移动。13.根据当引用权利要求4时的权利要求12所述的增材制造装置，其中，所述包围件沿着所述一个或多个引导布置安装。14.根据权利要求13所述的增材制造装置，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬·韦伯曼，史蒂文·韦伯曼，
申请(专利权)人：波默先进制造解决方案有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU