用于实体成像的材料输送张紧和定轨系统技术方案

一种实体成像装置和方法，其利用辐射透明的构建材料承载件和构建材料分配系统，该构建材料分配系统精确地控制转移至辐射透明构建材料承载件的可固化液体构建材料层的厚度，以便在使用电光辐射源构建的三维目标中获得高分辨率成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在用于分层形成三维目标的装置中使用可固化构建材料通过图像投射系统形成横截面层。更具体地，本专利技术涉及用于控制环形带的张紧和定轨(tracking)的装置和方法，其中该环形带用于以所需厚度输送可固化液体构建材料，该可固化液体构建材料用于响应于UV或可见辐射光的照射而形成所构建的三维目标。
技术介绍
近年来，已经发展了许多种不同的三维模型快速制造技术来用于工业应用。这些实体成像技术有时称为快速原型设计制造(“RP&M”)技术。通常，快速原型设计制造技术使用表示待形成目标横截面的切片数据组，而从工作介质分层构建三维目标。通常，最初由计算机辅助设计(CAD)系统提供目标表示。当前最通用的RP&M技术是光固化成型技术(Stereolithography)，这是从CAD数据生成三维目标的第一个在商业上成功的实体成像技术。光固化成型技术可定义为以下这样的技术，其通过在工作表面对各材料层的选择性曝光以固化和粘附目标的连续的各层(即，薄层)，而从流体状材料自动制成三维目标。在光固化成型技术中，表示三维目标的数据输入为或转换成表示目标各横截面的二维层数据。最常使用计算机控制紫外(UV)激光束辐射来根据二维层数据而连续地形成材料层并将其选择性地转换或固化(即，硬化)成连续薄层。在转换期间，将连续薄层粘合到先前形成的薄层，以允许三维目标的整体形成。这是添加工艺。近来更多的设计是利用可见光来启动聚合反应，以使通常称为树脂的光聚合物构建材料固化。光固化成型技术代表了一种无需模具制造就快速制作复杂或简单部件的前所未有的方法。由于该技术依靠使用计算机产生其横截面图案，所以存在到CAD/CAM的固有数据链路。这些系统已经遇到了其不得不克服的有关收缩、卷曲和其它变形以及分辨率、精度的困难，还有在生产特定目标形状中的困难。尽管光固化成型技术显示出其本身是形成三维目标的有效技术，但是随着时间的发展，还发展了其它实体像技术，以解决光固化成型技术中固有的困难，并提供其它RP&M优点。这些替代技术连同光固化成型技术一起共同地称为实体自由制造(solid freeform fabrication)技术或实体成像技术。它们包括分层目标制造(LOM)、激光熔结、熔融沉积成型(FDM)和各种基于喷墨的系统，这些基于喷墨的系统输送液体粘合剂至粉末材料或输送通过温度变化或光电硬化而固化的构建材料。最近，使用数字光处理技术的一种技术利用可见光来启动聚合反应，以使通常称为树脂的光聚合物构建材料固化。这些附加技术每个都改善了精度、构建速度、材料特性、降低成本和构建目标的外观中的一个或多个方面。所有成功的实体成像技术或自由制造技术必须形成接近全密度(full density)或没有不期望有的孔隙或气孔。气孔引起的孔隙会在要构建的目标中产生不连续性和脆弱点，并且无法精确地复制从CAD表示产生的目标的三维方面。在使用中间转移工艺分层布置可固化液体树脂的技术中，这个问题尤其严重。中间转移表面的使用减少了必须从完成部件去除的多余树脂的量，并消除了构建大桶或大型树脂容器的需要，其中可固化液体树脂从中间转移表面转移至支撑台或材料的底层。这确实消除了超出构建所需部件所必需量的附加树脂的成本。但是，它增加了在形成材料横截面时，对于所转移液体树脂的可靠且一致的层厚以及对于用作转移表面的环形带的定轨和张紧的需求。另外，现有实体自由制造方法尽管有了很大的提高，但是仍未实现在短的构建时间内制造高精度且外观吸引人的三维目标的真正低成本系统。在本专利技术的设计中，通过以生成精确反映CAD表示的三维目标的方式结合使用数字成像投射或激光扫描来利用低成本实体成像技术中的材料转移技术和设备，同时始终施加均匀厚度的可固化液体材料来形成三维目标，可解决这些问题。
技术实现思路
本专利技术一方面在于提供一种实体成像装置，其利用辐射透明构建材料承载件和构建材料分配系统，该构建材料分配系统精确地控制可固化流体构建材料的转移层的厚度，以便在使用UV辐射或可见光和光聚合物构建材料构建的三维目标中获得高分辨率成像。本专利技术这方面的实施例涉及一种利用可固化液体构建材料的实体成像系统，所述实体成像系统从横截面数据分层形成三维目标，所述实体成像系统包括a.机架；b.连接到所述机架的可固化液体构建材料分配器，所述构建材料分配器具有开口，通过所述开口分配所述构建材料；c.可转动地安装到所述机架的柔性环形构建材料承载件，所述承载件具有在第一边缘和相对的第二边缘之间的第一侧和相对的第二侧，所述第一侧从所述构建材料分配器以流体楔的形式接收液体构建材料；d.安装在所述机架上的辐射源，所述辐射源在受激励时用于有选择地固化所述液体构建材料；e.辐射调制装置，用于有选择地照射所述三维目标中各层内的像素，以便固化所述构建材料；以及f.安装到所述支架的构建材料承载件张紧装置，当所述构建材料承载件绕着预定路径旋转通过所述构建材料分配器中的所述开口时，所述构建材料承载件张紧装置控制所述构建材料承载件中的张力以控制所述流体楔，使得较小的张力产生由所述构建材料承载件接收的较厚的构建材料层，而较大的张力产生由所述构建材料承载件接收的较薄的构建材料层。本专利技术的一个特征是使用辐射透明环形带和带张紧系统来控制涂覆到所述带并分层转移到接收基底以产生三维部件的可固化液体构建材料层的厚度。本专利技术的另一个特征是所述可固化液体构建材料从分配料筒中的通道借助于流体楔分配到所述环形带上。本专利技术的另一个特征是使用带定轨和调整系统，以便在所述环形带沿着旋转路径行进时，保持所述环形带居中。本专利技术的另一个特征是所述环形带上的张力控制涂覆到所述环形带上的可固化构建材料层的厚度，所述张力越大，所述层就越薄。本专利技术的另一个特征是光学传感器感测所述环形带在带边缘处的存在，当在边缘感测不到信息时发信号以校正带定轨。本专利技术的优点是实现了低成本的实体成像装置，该实体成像装置在构建三维目标过程中提供精确和可重复的构建材料层。本专利技术的另一个优点是所述带张紧材料分配设计在分层制造三维目标时是简单有效的。本专利技术通过使用如下实体成像装置和方法，获得了这些及其它方面、特征和优点，该装置和方法使用环形带作为辐射透明构建材料承载件，并使用带张紧系统来控制分配器处形成的流体楔，以控制涂覆到所述带并转移到接收基底的可固化液体构建材料层的厚度。附图说明结合附图，通过对下面本专利技术详细描述的研究，可清楚本专利技术的这些及其它方面、特征和优点，附图中图1是柔性传送实体成像系统的正面透视图，其中该系统使用辐射透明柔性环形带作为构建材料转移装置并使用定轨与张紧装置；图2是柔性传送实体成像系统的局部分解正面透视图，示出了辐射透明柔性环形带以及定轨与张紧装置；图3是柔性传送实体成像系统的后透视图，示出了辐射透明柔性环形带、光投射仪和构建材料供给料筒； 图4是柔性传送实体成像系统的正视图；图5是柔性传送实体成像系统及用于升降支撑台的一个步进电机的正面透视图，其中可固化液体构建材料从辐射透明柔性环形带转移至支撑台以在支撑台上形成三维目标；图6是柔性环形带定轨和感测系统的俯视图；以及图7是柔性环形带定轨系统的一部分的视图，该系统在带沿着绕柔性传送实体成像系统的路径行进时控制带的定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用可固化液体构建材料的实体成像系统，所述实体成像系统从横截面数据分层形成三维目标，所述实体成像系统包括：　　　　ａ．机架；　　　　ｂ．连接到所述机架的可固化液体构建材料分配器，所述构建材料分配器具有开口，通过所述开口分配所述构建材料；　　　　ｃ．可转动地安装到所述机架的柔性环形构建材料承载件，所述承载件具有在第一边缘和相对的第二边缘之间的第一侧和相对的第二侧，所述第一侧从所述构建材料分配器以流体楔的形式接收液体构建材料；　　　　ｄ．安装在所述机架上的辐射源，所述辐射源在受激励时用于有选择地固化所述液体构建材料；　　　　ｅ．辐射调制装置，用于有选择地照射所述三维目标中各层内的像素，以便固化所述构建材料；以及　　　　ｆ．安装到所述支架的构建材料承载件张紧装置，当所述构建材料承载件绕着预定路径旋转通过所述构建材料分配器中的所述开口时，所述构建材料承载件张紧装置控制所述构建材料承载件中的张力以控制所述流体楔，使得较小的张力产生由所述构建材料承载件接收的较厚的构建材料层，而较大的张力产生由所述构建材料承载件接收的较薄的构建材料层。

【技术特征摘要】
US 2006-5-3 11/416,8121.一种利用可固化液体构建材料的实体成像系统，所述实体成像系统从横截面数据分层形成三维目标，所述实体成像系统包括a.机架；b.连接到所述机架的可固化液体构建材料分配器，所述构建材料分配器具有开口，通过所述开口分配所述构建材料；c.可转动地安装到所述机架的柔性环形构建材料承载件，所述承载件具有在第一边缘和相对的第二边缘之间的第一侧和相对的第二侧，所述第一侧从所述构建材料分配器以流体楔的形式接收液体构建材料；d.安装在所述机架上的辐射源，所述辐射源在受激励时用于有选择地固化所述液体构建材料；e.辐射调制装置，用于有选择地照射所述三维目标中各层内的像素，以便固化所述构建材料；以及f.安装到所述支架的构建材料承载件张紧装置，当所述构建材料承载件绕着预定路径旋转通过所述构建材料分配器中的所述开口时，所述构建材料承载件张紧装置控制所述构建材料承载件中的张力以控制所述流体楔，使得较小的张力产生由所述构建材料承载件接收的较厚的构建材料层，而较大的张力产生由所述构建材料承载件接收的较薄的构建材料层。2.如权利要求1所述的系统，其中所述构建材料承载件为柔性环形带。3.如权利要求2所述的系统，其中所述柔性环形带为辐射透明的。4.如权利要求3所述的系统，还包括可枢转地安装到所述机架的驱动辊支架，所述驱动辊支架具有安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：CR斯佩里，SM斯科特，DF麦克纳马拉，
申请(专利权)人：三D系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]