制作整体三维物件的方法及所用设备技术

一种用于通过一透明阻挡层，从一种可光成型组合物相继各层的许多光成型子部制作整体三维物件的设备和方法，其中该阻挡层在一个新子部形成之前与每个子部脱离。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用光成形的三维物件生产，更具体地说，涉及通过一透明阻挡层由连续各层可光成形组合物的许多光成形子部制作整体三维物件，其中该阻挡层在一新子部形成之前与每个子部脱离。已经有人提出很多利用光成形法生产三维仿型的系统。Scitex Corporation Ltd.于1987年6月6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，并对有关这一技术的文献做了很好的总结。1986年3月11日公布的美国专利4，575，330(C.W.Hull)描述了一种用于产生三维物件的系统，其方法是，在一种能对入射辐射、粒子轰击或化学反应等的适当协同激励做出响应而改变其物理状态的流体介质的一个选定表面上创造所要形成的物件的一个横截面图样，自动形成代表该物件对应相继邻接横截面的各相继邻接层，并使之结合在一起，提供该预期物体的逐步分层积累，从而在形成过程期间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日公布的美国专利4，752，498(E.V.Fudim)描述一种改进的生成三维物件的方法，该方法包括使有效量的光聚合物固体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，对该未固化光聚合物进行照射。该透射材料是一种使该照射表面能进一步交联的材料，以便当下一层形成时它将与之粘合在一起。利用这种方法，可以制作多层物件。Hideo Kodama的出版物“用光硬化聚合物自动制作三维塑料仿型的方法”(Rev.Sei.Instrum.52(11)，1770-1773，1981年11月)描述了一种自动制作三维塑料仿型的方法。该固体仿型的制作是使液体光成形聚合物对紫外线曝光，并把各横截面固化层堆积起来。Alan J.Herbert的出版物“固体物件生成”(Journal of Applied Photographic Engineering，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，非常像一台复印机能对一个二维物件执行同一任务一样。该设备能根据贮存在计算机存储器中的信息用光聚合物产生简单的三维物件。A.J.Herbert的一份更新的出版物，题为“三维固体物件生成综述”也对各种不同方法做了很好的总结。这些方法多数涉及分步对想要固化的区域或体积依次照射，形成三维物件的固体部分。描述了各种掩蔽技术以及直接激光写入的使用，即用一个激光束按照预期图样使可光成形组合物曝光，逐层建造一个三维仿型。除了种种曝光技术外，还描述了几种形成薄液层的方法，这些方法使得既能在最初涂布一个平台或台架，也能涂布以前曝光和固化的连续各层。然而，迄今为止所提出的现有涂布方法的缺点在于它们不能保证平而均匀的层厚或不能迅速产生这样的层，或者它们在相继涂布过程期间不能有效地防止对以前形成的各层的损伤或失真，而且它们只能涂布相当低粘度的液体配方。此外，它们没有认识到在涂布过程中所包含的非常重要的参数，例如，在薄液层形成期间既有固体区存在也有液体区存在的效应，该液体的流体流动效应和流变学特征，薄光成形层在涂布期间易因流体流动而变得失真的趋势，以及弱力如氢键和更强得多的力如机械粘合及真空或压差力对那些薄层和对正在形成的部分的影响。例如，Hull专利描述一种浸涂工艺，其中，一个平台或台架在一个容器中或者降低一层厚度或者浸没于一层距离以下，然后向上提升到该可光成形液体表面的一层厚度范围之内。Hull进一步建议较好使用低粘度液体，但由于其它实际原因，可光成形液体一般是高粘度液体。虽然在理论上多数液体终究是会流平的，但高粘度液体、甚至低粘度液体需要太大量时间才能流平到可接受的程度，如果要使大的平整区域成像且如果该液层厚度非常薄，则尤其如此，那些以前各层由液池周围的固体壁组成的区域，使该薄液层涂布的流平过程更加困难。此外，那些有悬臂或梁(在Z方向上不受以前层断面支撑的区域)的平台和部件在液体内的移动，在这些层中造成偏移，导致成品部件中精度不足。Munz专利(美国专利2，775，758，1965年公布)和Scitex申请，描述了借以采用泵或类似设备把可光成形液体引进容器中的方法，这样，就在以前的曝光层上面以一层厚度形成新的液体水平面。这样的方法具有Hull方法的所有问题，所不同的是，涂布期间各层的偏移减少了。Fudim专利描述了使用一种透射材料，通常是刚性的和涂布的或固有不可能粘到固化的光聚合物上的材料，把光聚合物液体的表面固定成所需的形状(多半是平的)，通过它使预期厚度的光聚合物固化。Hudim所描述的方法没有解决在使这样一种透射材料与同该透射材料表面紧密接触形成的光聚合物分离方面固有的问题。虽然适当涂层或固有适用薄膜可以显著降低化学键合的效应，但机械结合力连同氢键、真空力等依然存在，而且在某些情况下大到足以在从该透射材料表面取下期间造成对光聚合物的损伤或失真。此外，这些申请者所做的评估表明，抗分离或甚至从与适当非粘着透射材料紧密接触已曝光的固化层滑落的力，能使该固化层损伤，尤其当被可光成形液体包围时，甚至尤其当这些固化层很薄时，更是如此。在Hudlm专利中没有描述消除这些问题的方法。本专利技术消除了这些棘手的问题，其办法是，通过一个透明阻挡层，使对应于三维物件全部横截面部分的子部的小区域成橡，使该阻挡层相对于该台架移动，以破坏该光成形子部和该阻挡层之间的结合力或粘合力，并以类似方式继续光成形新的子部，直到全部横截面部分及最终该物体完成为止。各个小区域中结合力的破坏比起一个光成形全横截面部分和该阻挡层之间结合力的破坏，是相当温和的处理。因此，本专利技术提供一种方法和设备，用以快速产生多层可形变和可光生成组合物，这些层是平的，而且有了这些，以前曝光和固化的各层提高了工艺过程期间的流平性、准确性和完整性。较好的是，按照本专利技术，各固化层的厚度小于0.030英寸。可形变组合物系指那些在压力单独作用下或在压力和温度共同作用下取其所在模具的形状或使其受压表面的形状的组合物。该层被视为当用辐射使之硬化、或聚合、或交联时，乃至更一般地说，当用辐射使其粘度增加时，是要固化的，因而，如果实在有可能的话，要使它再形变将需要更高的压力和/或温度。液体是较好的可形变组合物，因为它们在其自重的压力作用下会形变，因而能自由流动。本专利技术涉及利用光成形法生产三维物件，更具体地说，涉及通过一透明阻挡层由连续各层可光成形组合物的许多成形子部制作整体三维物件，其中该阻挡层在形成一新子部之前与每个子部分离。更具体地说，本专利技术涉及一种改进的方法，用于从一物体的众多横截面部分制作该整体三维物件，这些横截面部分就是盛放在一个含有台架的容器中的连续各层可形变和可光成形组合物的光成形子部。所述方法的改进包括(a)以等于一层厚度的距离，把一透明阻挡层定位在台架顶上的组合物内;(b)使该阻挡层和该台架之间所含的组合物的一个子部成像曝光;(c)以一种能破坏阻挡层和光成形子部之间的粘合力的方式，使透明阻挡层相对于该台架移动;(d)重复步骤(b)和(c)，直至形成该物件的一个横截面部分;(e)使台架和透明阻挡层之间的距离增加一层的厚度;(f)重复步骤(a)至(d)，直至形成完整的三维物件。本专利技术也涉及设备的一种改进的涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
在从物件的许多横截面部分制作该整体三维物件的方法中，横截面部分是在一个含有台架的容器中所容纳的可形变和可光成形组合物相继各层的光成形子部，所述方法中的改进包括：　　（ａ）以等于一层厚度的距离，把一透明阻挡层定位于该台架顶上的组合物内；　　（ｂ）使该阻挡层和该台架之间所含的组合物的一个子部成像曝光；　　（ｃ）以一种能破坏该阻挡层和该光成形子部之间的粘合力的方法，使该透明阻挡层相对于该台架移动；　　（ｄ）重复步骤（ｂ）和（ｃ），直至该物件的一个横截部分成形为止；　　（ｅ）使该台架和该透明阻挡层之间的距离增加一层的厚度；　　（ｆ）重复步骤（ａ）至（ｄ），直至整个三维物件形成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰A劳顿，丹尼尔J米基什，小文森特W基迪，
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]