CN101952109A - 有形物体的分层生产方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种有形物体的分层生产方法，其包括重复执行方法循环。每个方法循环包括以下步骤：凝固贮存器(2)中的液体(3)的最上方液体层(10)的预定区域，以获得所述有形物体的固体层；以及在固体层上方、平行且邻近固体层形成液体的连续最上方液体层。通过将液体喷射到贮存器中的内容物的上部上执行连续液体层的形成。通过测量装置(6)测量最上方液体层的表面的至少一部分上的高度分布。基于测得的高度分布执行凝固，以补偿测得的高度分布的不平坦度。

Description

有形物体的分层生产方法和系统
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的有形物体的分层生产方法。本发明还涉及一种根据权利要求3的前序部分的有形物体的分层生产系统。
背景技术
这些技术用于通常称为快速成型(RP)或快速制造(RM)的分层制造技术(LMT)领域中，以生产有形物体。快速成型(RP)和快速制造(RM)称为“快速”的原因是它们不需要设计和制造模具。
凝固可采用任何适宜的化学或物理过程，以凝固液体层的预定区域。例如，凝固构件可启动液体中组分的化学反应，所述化学反应生成固体反应产物。举例来说，液体可以是可通过电磁辐射固化的液体树脂，例如其聚合可由具有适宜波长的投射光激活的光致聚合物。液体可通过适宜类型的能量转换成固体，且凝固构件可包括可向预定区域选择性提供能量的能量源。举例来说，能量源可包括电磁辐射源。凝固构件可包括可发射光的光源，所述光可按照与固体层的所需形状和尺寸对应的图案经由凝固构件的投射单元投射到液体层的预定区域上。
已知用于形成液体的连续最上方液体层的若干技术。
举例来说，已知通过淹没正在构造中的物体的已建构部分施加比所需液体层厚的液体层。接着，通过刮擦刀片移除多余材料。刮擦使力传输到正在构造中的物体。为了避免这些力变得过高，必须以受限的速度进行刮擦。另外，这种速度限制是必须的，以避免正在构造中的物体的中空空间由于刮擦刀片的作用清空。
在另一种已知技术中，应用构造形状，该构造形状可使从上方入射的辐射穿过。在每个方法循环中，当液体层邻近构造形状时，执行液体层的预定区域的凝固。在凝固之后，所获得的固体层与构造形状分离。上述分离导致力传输到正在构造中的物体。为了避免这些力变得过高，必须以受限的速度进行分离。导致这种已知技术中速度受限的另一因素在于，液体流入构造形状与正在构造中的物体之间所需的时间相对较长。
在WO 97/29901中公开了又一种已知技术。在这种已知技术中，在充满可硬化液体介质的容器的上方设置可控制构件。该可控制构件包含竖立在容器顶部且在底部设有狭槽的铸造悬垂物以及用于在容器中容纳的介质的表面上以相对方式移动所述铸造悬垂物的构件。液体介质以稳定幕的形式铸造在先前形成的层上。这种已知技术的一个不足在于，需要新的液体层越薄，则越难(或者甚至不可能)通过这种稳定幕生产这些液体层。因此，对待形成的新层的浅度存在限制，这导致对待生产物体的精确度的限制。
另外，值得注意的是，在US 5358673 A中公开了一种根据权利要求1的前序部分的方法以及根据权利要求3的前序部分的系统。举例来说，在US 5358673 A的第2栏第47行中公开了喷射。
发明内容
本发明的目的在于能够实现更快速且更精确的有形物体的分层生产。
因此，根据本发明的第一个方面，提供一种根据权利要求1所述的方法。
在根据本发明的第一个方面的方法中，对于至少一个方法循环，通过将液体喷射到贮存器中的内容物的上部(或上部分)上执行所述连续液体层的形成。
喷射暗示液体被雾化，从而导致形成小液滴喷雾。这些小液滴落在液体贮存器中的内容物的上部上，从而使得甚至在高喷射速度下也可仅将可忽略的力传输到正在构造中的物体。在此情况下，基于喷射的技术更快，因为其不需要诸如基于刮擦刀片或基于构造形状的技术所需的限速措施。另外，喷雾快速且以均匀分布的方式散布，这也有利地影响方法的速度。此外，与WO 97/29901中公开的铸造幕技术相比，喷射能够形成更薄的新液体层，因为喷雾具有比纯液体低的液体密度，且因为一旦液滴落到贮存器的内容物的上部上它们便会散布开。
另外，在根据本发明的第一个方面的方法中，在已经在一方法循环中形成所述连续最上方液体层的至少一部分之后并且在一相继的方法循环中执行凝固之前，通过测量装置测量所形成的最上方液体层的表面的至少一部分上的高度分布；以及基于测得的高度分布执行凝固，以补偿测得的高度分布的不平坦度(或不平坦性)。这具有如下优点，即，通过补偿测得的高度分布中的不足，可满足正在构造中的物体的精确度要求，甚至在最上方的液体层例如由于沉积层中的不期望波形图案而相对不平坦时，也可满足精确度要求。因此，对于液体沉积层的平坦度的要求较低，且因而可使用较简单的喷射系统。另一个优点在于，由于所述补偿，可在形成连续最上方液体层的至少一部分后更快速地进行凝固，这导致更快速的有形物体的分层生产。
值得注意的是，US 2003205849 A1在第[0027]段中公开了不同的“液体移位装置”，所有这些装置提供了精确控制可固化液体材料的表面水平的能力。在US 2003205849 A1的第[0034]段和[0035]段中描述了使用距离传感器确定表面水平18与基准点之间的垂直距离D2。然而，US 2003205849 A1仅公开了测量整体高度水平，而不是此表面上的高度分布，更不要说用于补偿测得的高度分布的不平坦度的措施。
另外，根据本发明的第二个方面，提供了一种根据权利要求3所述的系统。
在从属权利要求中限定了本发明的具体实施方式。
参照下文描述的实施方式，本发明的这些和其他方面将进一步明了和被阐明。
附图说明
下面将参照附图仅以举例方式描述本发明的更多细节、方面和实施方式。
图1示意性示出了用于根据本发明的方法和系统中的喷射构件的实施方式的一个实例的透视图。
图2示意性示出了与图1所示的喷射构件协作用于根据本发明的方法和系统中的凝固构件的实施方式的一个实例的透视图。
图3示意性示出了用于根据本发明的方法和系统中的喷射构件的另一实施方式的一个实例的透视图。
图4示意性示出了用于根据本发明的方法中的根据本发明的系统的实施方式的一个实例的透视图。图4所示的系统是根据权利要求3所述的系统，更具体地说，为根据权利要求4所述的系统，且该系统用于根据权利要求1所述的方法中，更具体地说，用于根据权利要求2所述的方法中。
图5以横截面侧视图的形式示意性示出了根据本发明的方法的实施方式的一个实例的一个阶段。
具体实施方式
图1-4中示出了其中容纳有液体3和高度可调节的平台4的液体贮存器2。液体3位于平台4上方。具有液体的贮存器和平台用于根据本发明的有形物体的分层生产方法中。
根据本发明的方法包括重复执行以下方法循环，其中每个方法循环包括以下步骤：
-凝固贮存器2中的液体3的最上方液体层10的预定区域，以获得有形物体的固体层，所述固体层因而具有预定形状；以及
-在固体层上方、平行且邻近固体层，形成液体3的连续(或相继)最上方液体层10，以执行连续的这种方法循环而类似地凝固连续液体层的预定区域20，从而获得附着在该固体层上的连续的这种固体层。
在执行上述方法的过程中，平台4可用于支撑正在构造中的有形物体。因为相对于平台4的液位由于循环形成这些连续最上方液体层而增大，可在执行上述方法的过程中相对于贮存器2降低平台4。于是，正在构造中的物体将在贮存器2中下降。为简化起见，在这些图中未示出对应的用于平台4的高度调节构件。
如在开头部分解释的那样，凝固可采用任何适宜的化学或物理过程，以凝固液体层的预定区域。在示出的实例中，如图2和4中以高度示意性的形式所示，通过凝固构件9执行凝固。在这些图中，从凝固构件9延伸的虚线标示凝固构件9发射的辐射的行进空间。
在根据本发明的方法中，对于至少一个所述方法循环，所述连续液体层10的形成通过将此液体喷射到贮存器2中的内容物的上部上进行。喷射通过喷射构件执行。在市场上可获得多种适用于此目的的喷射构件。举例来说，喷射构件可包括单个喷嘴或其他喷射器，或者这些喷嘴/喷射器的阵列或矩阵。喷射构件可包括多种用于雾化液体的构件或方式，例如液压雾化或通过气体雾化。
在图1和4的实例中，喷射构件由附图标号7指示，且包括彼此成直线延伸的喷嘴阵列。所产生的雾化液体的喷雾17被引导至贮存器2中的内容物的上部上，而喷射构件7相对于贮存器2沿方向27运动，因而形成连续液体层10。
现在参照图3，其中示出了用于本发明的方法和系统的喷射构件的另一实施方式的实例。图3所示的喷射构件包括单个喷嘴107。根据本发明的对应系统进一步包括用于引导喷射构件107产生的雾化液体17的引导构件8。所示出的引导构件8具有类似于颠倒漏斗的形式，其遮蔽发射喷雾17。这种引导构件的其他形状和形式也是可行的，也可以与喷嘴/喷射器阵列或矩阵组合。产生的喷雾17被引导至贮存器2中的内容物的上部上，同时喷射构件107以及引导构件8相对于贮存器2沿方向27运动，从而形成连续液体层10。
现在参照图4，其中示出了根据本发明的系统1。该系统1包括图1所示的喷射构件7和图2所示的凝固构件9。另外，该系统1还包括用于测量所形成的最上方液体层10的表面的至少一部分上的高度分布的测量装置6以及构件5，该构件5用于控制凝固构件9基于测得的高度分布执行凝固，以补偿测得的高度分布中的不足，诸如补偿测得的高度分布的不平坦度。为此目的，控制构件5与测量装置6以及凝固构件9通信连接，这在图4中通过线25示意性地指示。
在工作中，喷射构件7、测量装置6以及凝固构件9中的每一个沿方向27运动，这样，在这些运动27的过程中，测量装置6测量刚刚由喷射构件7形成的最上方液体层10的一些部分的高度分布，同时凝固构件9凝固其高度分布刚刚由测量装置6测量的最上方液体层10的预定区域20。
在根据本发明的系统和方法中额外使用的测量装置6和控制构件5具有如下优点，即，通过补偿测得的高度分布中的不足，可满足正在构造中的物体的精确度要求，甚至在最上方液体层10例如由于沉积层中不期望的波形图案而导致相对不平的情况下，也可满足精确度要求。因此，对于液体沉积层的平坦度的要求较低，因而可使用更简单的喷射系统。举例来说，可通过计算局部需要用于凝固不多于或不少于(正好等于)目标几何形状所需的液体的辐射量来基于上述测得的高度分布执行凝固，以补偿测得的高度分布中的不足。
现在参照图5，其中示出了可通过喷射构件沉积的若干连续液体层的一个实例。正在构造中的物体的目标几何形状由虚线30表示。该实例中的各层既不平坦，在高度上也不一致。为了对于最上方液体层10的每个部分确定其是否应当被凝固，分析目标几何形状与测得的高度之间的一致性。为了确定层10的每个所述部分所需的凝固量，基于测得的当前高度与刚要凝固先前层之前测得的高度之间的差值31来计算层部分的厚度。层10的凝固量分布由图形32(图5中的上部)表示，其在差值31较大处的部分中示出了较高凝固量。举例来说，图5中的实例可涉及根据本发明的方法，其中通过在预定区域上发射辐射执行凝固，且其中所述补偿通过基于测得的高度分布计算待施加至预定区域上的对应辐射强度分布实现。图形32于是涉及所述辐射强度分布。

Claims (4)

1.一种有形物体的分层生产方法，该方法包括：
提供容纳有液体(3)的液体贮存器(2)；以及
重复执行方法循环，每个方法循环包括以下步骤：
-凝固所述贮存器(2)中的所述液体(3)的最上方液体层(10)的预定区域，以获得所述有形物体的固体层，所述固体层因此具有预定形状；以及
-在所述固体层上方、平行且邻近所述固体层形成所述液体(3)的连续最上方液体层(10)，以执行连续的所述方法循环，以类似地凝固所述连续液体层的预定区域(20)，从而获得附着在所述固体层上的连续的所述固体层；
其中，对于所述方法循环中的至少一个，所述连续液体层(10)的形成通过将所述液体喷射到所述贮存器(2)中的内容物的上部上执行；
其特征在于，
-在已经在一方法循环中形成所述连续最上方液体层(10)的至少一部分之后并且在一相继的方法循环中执行所述凝固之前，通过测量装置(6)测量所形成的最上方液体层(10)的表面的至少一部分上的高度分布；以及
-基于测得的高度分布执行所述凝固，以补偿测得的高度分布的不平坦度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凝固通过将辐射发射到所述预定区域(20)上执行，且其中所述补偿通过基于所述测得的高度分布计算待施加至所述预定区域上的对应辐射强度分布(32)实现。
3.一种在其中容纳有液体(3)的液体贮存器(2)中分层生产有形物体的系统，所述系统(1)包括：
-凝固构件(9)，其用于凝固所述贮存器(2)中的所述液体(3)的最上方液体层的预定区域(20)，以获得所述有形物体的固体层，所述固体层因此具有预定形状；以及
-喷射构件(7；107)，其用于将所述液体喷射到所述贮存器(2)中的内容物的上部上，以在所述固体层上方、平行且邻近所述固体层形成所述液体(3)的连续最上方液体层(10)；
其特征在于，还包括：
-测量装置(6)，其用于测量所形成的最上方液体层(10)的表面的至少一部分上的高度分布；以及
-构件(5)，其用于控制所述凝固构件(9)基于测得的高度分布执行所述凝固，以补偿测得的高度分布的不平坦度。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述凝固构件(9)设置成将辐射发射到所述预定区域(20)上，且其中所述用于控制所述凝固构件(9)的构件(5)设置成基于测得的高度分布计算待施加至所述预定区域上的对应辐射强度分布(32)。
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