用于增材制造中光的应用的技术及相关系统和方法技术方案

描述了用于照射增材制造设备的构建区域内的光固化材料的技术。根据一些方面，提供了可以沿着构建区域的边移动的光源，从而允许通过移动光源将光引导至构建区域内的任意期望位置。该配置还可以通过在维持从光源到构建体积的固定距离的同时移动光源来允许对于构建区域内的每个位置从光源到构建区域的距离基本上是相同的。所描述的方法可以通过在这样的设备中扩大或消除可以通过使用激光光源而施加的构建体积的区域的实际上限来允许在增材制造设备中制造更大的零件。

Technology and related systems and methods of light application in additive manufacturing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增材制造中光的应用的技术及相关系统和方法相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2017年10月20日提交的题为“TechniquesForApplicationOfLightInAdditiveFabricationAndRelatedSystemsAndMethods”的美国临时专利申请第62/575,250号的权益，并根据35U.S.C.§119(e)要求于2018年6月1日提交的题为“ImprovedStereolithographyTechniquesAndRelatedSystemsAndMethods”的美国临时专利申请第62/679,167号的权益，上述美国临时专利申请中的每一个的全部内容在此通过引用并入本文。
本专利技术总体上涉及用于在增材制造(例如3维打印)设备内引导光源的系统和方法。
技术介绍
增材制造例如3维(3D)打印通常通过使构建材料的一部分在特定位置处凝固来提供用于制造零件的技术。增材制造技术可以包括立体光刻、选择性或熔融沉积成型、直接复合制造、分层零件制造、选择性相区沉积、多相喷射凝固、弹道颗粒制造、颗粒沉积、激光烧结或其组合。许多增材制造技术通过形成连续的层来构建零件，所述连续的层通常是所期望的零件的横截面。通常，每个层形成为使得其粘附至先前形成的层或在其上构建零件的基板。在一种被称为立体光刻的增材制造方法中，通过连续地形成液体光聚合物(例如，可固化聚合树脂)的薄层——通常在基板上形成第一层，然后在一个层上形成另一层——来创建固体零件。暴露于光化辐射使液体光聚合物的薄层固化，这使其硬化并粘附至先前固化的层或构建平台的底表面。
技术实现思路
根据一些方面，提供了增材制造设备，其被配置成在构建平台上形成固体材料层，每个材料层被形成为除了与构建平台的表面和/或先前形成的材料层接触以外还与容器接触，该增材制造设备包括：容器，其具有在第一方向和垂直于第一方向的第二方向上延伸的内部底表面；以及可移动台，其被配置成在第一方向上移动，该可移动台被布置在容器下方并且包括多个光源，该多个光源沿第二方向彼此偏移并且能够操作成将光引导通过容器的内部底表面。根据一些方面，提供了增材制造的方法，该方法包括：在增材制造设备内，移动在容器下方的可移动台，该容器具有在第一方向和垂直于第一方向的第二方向上延伸的内部底表面，容器保存液体光聚合物，并且可移动台被配置成在第一方向上移动，可移动台被布置在容器下方并且包括多个光源，该多个光源沿第二方向彼此偏移并且能够操作成将光引导通过容器的内部底表面；以及将来自多个光源中的至少一些光源的光化辐射引导通过容器的内部底表面至由容器保存的液体光聚合物，从而形成固体材料层，该固体材料层除了与构建平台的表面和/或先前形成的材料层接触以外还与内部底表面接触。前述设备和方法实施方式可以利用上面或下面进一步详细描述的方面、特征和动作的任何适当的组合来实现。根据以下结合附图的描述，可以更全面地理解本教导的这些和其他方面、实施方式和特征。附图说明附图不旨在按比例绘制。为了清楚起见，并非每个部件都会在每个附图中标记。在附图中：图1A描绘了根据一些实施方式的说明性LED阵列；图1B描绘了根据一些实施方式的LED阵列和成像透镜的说明性布置的截面图；图2描绘了示出根据一些实施方式的光源和成像透镜的说明性布置的操作的截面图；图3A至图3B提供了根据一些实施方式的立体光刻增材制造设备的示意图；图3C至图3D描绘了根据一些实施方式的包括分段的辊(roller)的说明性可移动台；图4A至图4B示出了根据一些实施方式的在说明性立体光刻增材制造设备的操作期间可能发生的容器的表面的变形；图5A至图5C示出了根据一些实施方式的耦接至辊的LED阵列的移动；图6A至图6C示出了根据一些实施方式的耦接至辊的多个LED阵列的移动；图7示出了根据一些实施方式的具有环形几何形状的辊的光源；图8示出了根据一些实施方式的光源以及相关联的散热器和冷却风扇；以及图9A至图9B示出了说明性增材制造设备的系统部件和操作；图10示出了根据一些实施方式的跨构建区域延伸并且被配置成沿轴移动的线性LED阵列；图11是根据一些实施方式的适合于实践本专利技术的各方面的系统的框图；以及图12示出了可以在其上实现本专利技术的各方面的计算系统环境的示例。具体实施方式提供了用于在增材制造设备中生成和引导光源的系统和方法。如上面所讨论的，在增材制造中，可以在构建平台上形成多个材料层。在一些情况下，可以形成一个或更多个层，以与除了另一层或构建平台以外的表面接触。为了说明一种示例性增材制造技术，在图9A至图9B中描绘了所谓的逆立体光刻增材制造设备(或“打印机”)。说明性立体光刻打印机900被配置成在构建平台904上在面朝下方向上形成零件，使得该零件的层形成为除了与先前固化的层或构建平台接触以外还与容器906的表面接触。在图9A至图9B的示例中，立体光刻打印机900包括构建平台904、容器906、液体光聚合物910、激光器916以及扫描仪系统918。构建平台904与容器906的底部相对，容器906容纳有液体光聚合物910。在图9A至图9B的示例中，立体光刻打印机900被配置成在构建平台904上在面朝下方向上形成零件，例如图9B中所示的零件912，使得该零件的层形成为除了与先前固化的层或构建平台904接触以外还与容器906的表面接触。如图9B中所示，可以在立体光刻打印机900的构建体积内分层形成零件912，其中初始层附接至构建平台904。如本文所提及的，构建体积是增材制造设备中的可以由该设备通过使液体凝固或通过其他方式来生产固体材料的体积区域。容器的底部对能够对准部分构建区域的光化辐射而言可以是透明的。如本文所提及的，构建区域指的是构建体积的二维横截面。在图9B的示例中，例如，构建区域可以包括容器906的表面中的一些或全部。例如，构建区域可以由容器的光922可以指向的那些部分限定。如可以理解的那样，本文所公开的技术可以适合于用在其中零件由光固化材料形成的任何增材制造技术中，并且不限于图9A至图9B中所示的说明性逆立体光刻法。例如，所述技术还可以应用于所谓的立体光刻的正面朝上法(right-sideupapproach)。在图9A至图9B的示例中，将光引导至构建区域使液体光聚合物910暴露于光化辐射并固化该液体光聚合物的薄层，这使该液体光聚合物的薄层硬化。在图9B中，最近固化的层被称为层914。当形成层914时，其至少部分地与容器906的表面接触。层914的另一侧除了与容器906的透明底部接合以外还与先前固化的层接合。为了在形成层914之后形成零件的另外的层，必须破坏发生在容器906的透明底部与层914之间的任何接合。例如，层914的表面的一个或更多个部分(或整个表面)可以粘附至容器906，使得在形成后续层之前必须去除粘附。为了通过暴露于光化辐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造设备，所述增材制造设备被配置成在构建平台上形成固体材料层，每个材料层被形成为除了与所述构建平台的表面和/或先前形成的材料层接触以外还与容器接触，所述增材制造设备包括：/n容器，所述容器具有在第一方向和与所述第一方向垂直的第二方向上延伸的内部底表面；以及/n可移动台，所述可移动台被配置成在所述第一方向上移动，所述可移动台被布置在所述容器下方并且包括多个光源，所述多个光源沿所述第二方向彼此偏移并且能够操作成将光引导通过所述容器的内部底表面。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171020 US 62/575,250;20180601 US 62/679,1671.一种增材制造设备，所述增材制造设备被配置成在构建平台上形成固体材料层，每个材料层被形成为除了与所述构建平台的表面和/或先前形成的材料层接触以外还与容器接触，所述增材制造设备包括：
容器，所述容器具有在第一方向和与所述第一方向垂直的第二方向上延伸的内部底表面；以及
可移动台，所述可移动台被配置成在所述第一方向上移动，所述可移动台被布置在所述容器下方并且包括多个光源，所述多个光源沿所述第二方向彼此偏移并且能够操作成将光引导通过所述容器的内部底表面。


2.根据权利要求1所述的增材制造设备，还包括一个或更多个辊，所述一个或更多个辊被配置成与所述多个光源一致地在所述第一方向上移动。


3.根据权利要求2所述的增材制造设备，其中，所述一个或更多个辊被机械地耦接至所述可移动台。


4.根据权利要求1所述的增材制造设备，还包括至少一个透镜，所述至少一个透镜被耦接至所述可移动台并且被布置在所述多个光源中的一个或更多个光源与所述容器之间。


5.根据权利要求1所述的增材制造设备，其中，所述容器的内部底表面至少部分地由悬浮膜形成。


6.根据权利要求1所述的增材制造设备，其中，所述多个光源包括第一尺寸的多个光源和不同于所述第一尺寸的第二尺寸的多个光源。


7.根据权利要求6所述的增材制造设备，其中，所述第一尺寸的多个光源沿所述第一方向与所述第二尺寸的多个光源偏移。


8.根据权利要求1所述的增材制造设备，其中，所述多个光源包括：
沿所述第二方向彼此偏移的第一组光源；以及
沿所述第二方向彼此偏移并且沿所述第一方向与所述第一组光源偏移的第二组光源。


9.根据权利要求8所述的增材制造设备，其中，所述第二组光源中的每个光源在所述第一方向和所述第二方向二者上与所述第一组光源中的所有光源偏移。


10.根据权利要求1所述的增材制造设备，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·M·戈德曼，
申请(专利权)人：福姆实验室公司，
类型：发明
国别省市：美国;US