从光成形前体物片材制作三维物件的方法和设备技术

一种成像方法和装置能从物件的多个横截面部分产生一个整体三维物件。这些横截面部分对应于一种可光硬化液体组合物的邻接光成型前体物片材的光硬化部分。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及从物件的许多横截面部分制作整体三维物件的方法和设备。这些横截面部分对应于一种可光硬化液体组合物的各邻接光成形前体物片材的光硬化部分。已经有人提出很多利用光硬化生产三维仿型的系统。Scltex Corporation Ltd.1987年6月5日提交的欧洲专利申请No.250，121公开了一种利用可固化液体的三维仿型设备，并提供了有关这一技术的很好的文献总结。1986年3月11日公布的C.W.Hull美国专利No.4，575，330描述了一种通过在流体介质的选定表面上创造所要成形的物体的横截面图样产生三维物件的系统，该流体介质能对照射辐射、粒子轰击或化学反应所产生的适当协同激励做出响应而改变其物理状态。代表该物件各相继邻接横截面的各相继邻接层是自动形成并累积成一个整体，提供该预期物件的逐步分层积累，从而在成形过程中从该流体介质的一个基本上平的表面形成并堆积起一个三维物件。1988年6月21日公布的E.V.Fudlm美国专利4，752，498描述了一种改进的三维物件成形方法，该方法包括使有效量的光聚合物固化辐射透过一种与未固化液体光聚合物接触的辐射透射材料照射该未固化液体光聚合物。这种透射材料是一种使照射表面能进一步交联以便当下一层形成时能与之粘结的材料。使用这种方法，能制作多层物件。1989年1月31日公布的Fudlm的另一项美国专利4，801，477提到一种光导向部件，它可由含有铜、氧或其它可抑制光聚合物交联的成分的材料制成。Hideo Kodama(Rev.Scl.Instrum，52(11)，1770-1773，1981年11月)所著题为“用光硬化聚合物自动制作三维塑料仿型的方法”的论文描述了一种自动制作三维塑料仿型的方法。这种固体仿型的制作是让液体光硬化聚合物对紫外线曝光，并将各横截面固化层叠在一起。Alan J Herbert所著题为“固体物件生成”的论文(Journal of Applled Photographic Englneerlng，8(4)，185-188，1982年8月)描述了一种能产生固体或三维物件复制品的设备，很像一台复印机能对二维物件执行同样的任务一样。这台设备能根据贮存在计算机存贮器中的信息用光聚合物产生简单的三维物件。A.J.Herbert最近发表的一篇题为“三维固体物件生成综述”的文章(Journal of Imaglng Technology 15186-190(1989)也对各种不同方法做了很好的总结。这些方法多数涉及利用顺序照射想要固化的区域或体积，逐步生成三维物件的各固体部分。人们介绍了各种掩蔽技术以及直接激光写入法的利用，即用一个激光束按照预期图样使可光硬化组合物曝光，逐层建造一个三维仿型。除了各种曝光技术外，也介绍了若干种产生薄液层的方法，使得既能在一开始涂布一个平台，也能涂布以前曝光固化的相继各层。然而，上面提到的涂布方法既不能保证平整均匀的层厚，也不能保证迅速产生这样的涂层，它们也不能有效地防止在相继的涂布过程中对以前形成的涂层造成损害或失真，而且它们只能涂布较好为低粘度的液体配方。此外，它们也没有认识到在这种涂布工艺中所涉及的非常重要的参数，如在薄液层形成期间同时存在固体区和液体区的效应，流体流动和该流体流变学特征的影响，薄的光硬化层易因涂布期间的流体流动而变得失真的趋势，以及诸如氢键这样的弱力和诸如机械粘结与真空或压差力这样一些相当强的力对这些薄层及对正在成形的部分的影响。例如，Hull专利描述一种浸涂工艺，该工艺是将一个平台浸没于一个容器中一层距离以下，然后提升至该可光硬化液体表面一层厚度以内。Hull进一步建议较好采用低粘度液体，但由于其它实际原因，该可光硬化液体一般是高粘度液体。该平台和在该液体内有悬臂或梁的区域(在Z方向上没有被以前的层段支撑)的部分的移动，会造成各层中的偏转，致使成品部件精度不足。此外，这种方法也是相当慢的。1959年12月25日公布的O.J.Munz美国专利No.2，775，758和Scltex的申请描述了借助于泵或类似设备把可光硬化液体引入一容器中，使得能在以前的曝光层上以一层厚度形成新的液体水平面的方法。这样的方法，除了减少涂布期间各层的偏转外，具有上述Hull方法的缺点。所公布的Fudim专利描述了利用一种透射材料把光聚合物液体表面固定成预期形状(假定是平的)，通过它使具有预期厚度的光聚合物固化。这种透射材料通常是刚性的，而且或者是涂上去的，或者对固化的光聚合物本来就没有粘性。Fudlm所描述的这些方法没有解决使这样一种透射材料与紧密接触该透射材料表面形成的光聚合物分离方面固有的问题。虽然适合的涂层或固有适合的薄膜可显著降低化学键合的效应，但机械粘结连同氢键、真空力等依然存在，而且在某些情况下，大至足以引起在脱离该透射材料表面期间对光聚合物造成损害或失真。从层压的固体可光固化组合物片材制作三维物件，已公开于Scitex申请，日期为1988年2月27日的日本专利申请昭和63-45540(1989年9月1日以No.HEI 1-218831向公众公开)以及出版日期为1989年11月30日的国际出版物WO 89/11680 A1中。在使用层压固体薄膜制作三维物件方面，除其它问题外，有两个严重缺点。首先，各层的光固化和彼此粘合是困难的，因为光活性基团在固体结构中的活动性，比起类似基团在刚性较小的结构如凝胶或液体结构中的活动性，大大降低了。第二，光固化后层压片材其余部分的脱除也是困难的，这是由于这些部分的结构强度以及耐溶剂性能-为了耐受其中所描述的工艺条件需要赋与这些片材的性能-所致。在1988年6月21日公布的Feygln美国专利4，752，352中，公开了利用层压形成整体三维物件的设备与方法。该设备包括一个供料站，一个用于使材料形成许多层压片的工作站，一个装配站，用于使这些层压片按顺序叠放并使这些层压片粘合以完成该三维物件。在美国专利4，752，498中，Fudim也公开了一种产生复杂物件的方法，即用通过一种较好会排除空气的透明材料的辐射处理光聚合物，并分别制作若干三维部件或薄片，这些薄片有两个能进一步交联的表面，并把这些薄片粘在一起，然后，可以用辐射，较好是不存在氧及其它抑制剂，使这些薄片连成一体。本专利技术提供一种用于从物件的许多横截面部分制作整体三维物件的方法和设备。这些横截面部分对应于一种可光硬化液体组合物的邻接光成形前体物片材的光硬化部分。更具体地说，本专利技术涉及一种通过使相继各可光硬化片材对光化辐射成像曝光制作整体三维物件的改进方法，所述方法包括把一种可光硬化液体组合物盛放在一个容器内。所述方法中的改进包括(a)使该组合物的一个第一区域对光化辐射曝光，以便光成形一个前体物片材;(b)把该前体物片材转移到该组合物的一个第二区域;(c)使该前体物片材成像曝光，以便产生光硬化的和非光硬化的区域;(d)使该组合物的第一区域再次对光化辐射曝光，以便光成形一个新的前体物片材;(e)把该新前体物片材转移到该组合物的第二区域，置于以前成像曝光的前体物片材上面;(f)使该新前体物片材成像曝光，以便也产生光硬化的和非光硬化的区域;和(g)重复步骤(d)至(f)，直至该三维物本文档来自技高网...

【技术保护点】
在一种用于通过使相继各可光硬化片材对光化辐射成像曝光制作整体三维物体的方法中，所述方法包括把一种可光硬化液体组合物盛放在一个容器中，所述方法中的改进包括：（ａ）使该组合物的一个第一区域对光化辐射曝光，以便光成形一个前体物片材；（ｂ） 把该前体物片材转移到该组合物的一个第二区域；（ｃ）使该前体物片材成像曝光，以便产生光硬化的和非光硬化的区域；（ｄ）使该组合物的第一区域再次对光化辐射曝光，以便光成形一个新的前体物片材；（ｅ）把该新前体物片材转移到该组合物的第二区 域，置于以前成像曝光的前体物片材上面；（ｆ）使该新前体物片材成像曝光，以便也产生光硬化的和非光硬化的区域；和（ｇ）重复步骤（ｄ）至（ｆ），直到该三维物件已经完成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：埃夫斯塔西奥斯瓦西利乌，约翰A劳顿，
申请(专利权)人：帝人制机株式会社，
类型：发明
国别省市：US[美国]