CN102049858B - 三维立体光造型装置、三维立体光造型方法和三维物体 - Google Patents

Abstract

本发明提供了三维立体光造型装置、三维立体光造型方法以及三维物体，该三维立体光造型装置包括台架、支撑膜从而使膜与台架相对的支撑机构、压制机构、供给机构、照射单元、移动机构和控制机构。压制机构至少压制膜的直线状区域，从而在膜上形成最接近台架的直线状区域。供给机构将光固化材料提供到形成在台架和直线状区域之间的缝隙区域中。照射单元利用激光通过压制机构和膜照射提供到缝隙区域中的光固化材料。移动机构相对于膜移动台架和压制机构，从而形成光固化材料的一个固化层。控制机构控制台架和膜的直线状区域之间的距离，从而层积固化层。

Description

三维立体光造型装置、三维立体光造型方法和三维物体

相关申请的参考

本申请包含于2009年11月5日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-253948中公开的相关主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及由光固化材料形成三维物体的三维立体光造型装置、三维立体光造型方法、以及通过三维立体光造型方法形成的三维物体。

背景技术

过去，已知形成三维物体的造型装置是执行所谓的快速原型制作并广泛用于商业用途的装置。通常，三维造型装置通过根据用于要造型的对象物体的每个预定厚度的形状数据，即根据每一层的形状数据，来逐一形成层，从而对三维物体进行造型。

作为三维造型装置的主要方式，立体光造型方式部分选择性地用激光照射光固化树脂，因此对树脂的期望部分进行固化和描绘，从而形成三维物体。

例如，立体光造型方式包括自由液面方法和限制自由液面方法。在自由液面方法中，将光固化树脂的液面暴露在空气中，同时激光聚焦在空气和液面之间的界面上，从而进行描绘。自由液面方法具有这样的问题，即树脂的层叠精度(每一层的厚度的精度或者每一层的树脂的表面条件的精度)基于液面的表面精度而变化。由此，在限制液面方法中，通过平板玻璃的表面来限制光固化树脂的液面，并将激光通过玻璃聚焦到液面和玻璃表面之间的界面上，从而进行描绘(例如，参见日本已审查专利公开第H7-84033号，第0018段(在下文中，称为专利文献1))。在专利文献1中，将膜用作限制液面的构件。

发明内容

在使用玻璃或者膜的限制液面方法中，需要在对层进行造型后从玻璃上剥离固化的树脂。在该方法中，由于层的造型面积较大，因此需要较大的力来剥离固化的树脂。在一些情况下，所造型的三维物体会损坏或者从台座(在其上堆叠了造型的层的台架)上被剥离下来。

此外，如上所述，如果层的造型面积增大，则当树脂固化时由于产生收缩力而使玻璃变形，或者由于被拉向树脂而凹陷(下垂，sag)。结果，所造型的三维物体的每一层的平坦度会恶化。

此外，随着光固化树脂的粘性提高，由树脂给予台座表面或者玻璃表面的压力也增加了，其结果是玻璃表面变形，并且树脂的每层的厚度难以控制为预设的厚度。

考虑到上述情况，期望提供一种能够从膜上剥离光固化材料、增加每层的平坦度、并且高精度地控制每层的厚度的三维立体光造型装置和三维立体光造型方法，并提供通过该方法形成的三维物体。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种三维立体光造型装置，其包括：台架、支撑机构、压制机构、供给机构、照射单元、移动机构和控制机构。

支撑机构支撑膜从而使膜与台架相对。

压制机构以在膜上形成与台架相对并最接近于台架的直线状区域方式至少压制由支撑机构所支撑的膜的直线状区域。直线状区域沿第一方向形成。

供给机构将光固化材料提供到形成在台架和膜的直线状区域之间的缝隙区域中。

照射单元利用激光通过压制机构和膜照射由供给机构提供到缝隙区域中的光固化材料。

移动机构在第二方向上相对于膜而移动台架和压制机构，从而形成光固化材料的一个固化层。第二方向与第一方向不同。

控制机构控制台架和膜的直线状区域之间的距离，从而利用激光层积光固化材料的固化层。

通过压制机构，在膜上形成最接近台架的直线状区域。光固化材料在形成于直线状区域和台架之间的缝隙区域中或者缝隙区域附近曝光和固化。即，光固化材料基本上在台架和直线状区域之间的缝隙区域中固化，在膜的直线状区域的下游侧，该膜相对于压制机构而移动，从而该膜逐渐离开台架。结果，膜可整齐地从树脂的固化层上剥离。

此外，并非宽的、平坦区域，而是直线状区域被压制以给膜施加张力，从而使膜与压制机构紧密接触。因此，即使将在固化光固化材料时所产生的收缩力施加给膜，也能防止在膜上造成诸如褶皱和凹陷的变形，还能防止在曝光之前由于光固化树脂的粘性而导致的膜变形。结果，可增强每个固化层的平坦性，并能够高精度地控制每个固化层的厚度。

直线状区域可以是一维或是二维的。在直线状区域是二维的情况下，直线状区域可以是平坦区域或者弯曲区域。在直线状区域是弯曲区域的情况下，该区域在显微镜下基本上是平坦区域。

压制机构压制膜，从而在膜上形成包括直线状区域的弯曲区域。利用该结构，能够减小在膜和压制机构之间产生的摩擦力。

压制机构可包括具有对应于弯曲区域形状的曲面的透光构件。在该情况下，透光构件可以是棒状透镜。

可将棒状透镜设置为绕着沿第一方向延伸的轴旋转。通过该结构，可以防止膜和压制机构相互刮擦。因此，可以抑制压制机构的劣化或者在膜的弯曲区域中产生褶皱或裂缝。

三维立体光造型装置还包括校正透镜，以校正照射光固化材料的激光光束点的形状。当激光光束通过棒状透镜时，光束点的形状变形。在需要高精度地形成三维物体的情况下，校正透镜将光束点的形状校正为预期的形状，其结果是可提高曝光的分辨率。

透光构件可是具有将圆柱表面作为曲面的柱面透镜。柱面透镜可在光轴方向上设置得比棒状透镜要薄，从而可增大数值孔径(NA)。因此，可减小激光光束的光点直径，并提高曝光的分辨率，其结果是可高精度地形成三维物体。

压制机构可包括支撑透光构件的支撑构件。在这种情况下，支撑构件可包括曲面和流路。曲面被设置为与透光构件的曲面相连续以形成弯曲区域。流路将气体引入到膜与透光构件的曲面和支撑构件的曲面之间的缝隙中。所引入的气体用作缓冲，其可减小膜和压制机构之间的摩擦力。

压制机构可压制膜，从而在膜上形成包括直线状区域的平坦区域和被设置为与平坦区域相连续的弯曲区域。由于包括直线状区域的区域是平坦的，因此相比于区域是弯曲的情况，可增加光固化材料的每个固化层的平坦性。

压制机构可包括激光的光学路径、缝隙和曲面。在该情况下，缝隙具有对应于平坦区域的形状的开口表面，并且在该缝隙中形成光学路径。曲面被设置为与开口表面相连续，并对应于弯曲区域的形状。在该实施方式中，激光通过缝隙，并利用激光照射光固化材料。即，由于激光不通过透镜，因此不会造成激光的折射。因此，不会改变从物镜出射的激光的光点的形状，其可提高曝光的分辨率。

压制机构还可包括将气体引入到膜与开口表面和曲面之间的缝隙中的流路。所引入的气体用作缓冲，其可减小膜和压制机构之间的摩擦力。

三维立体光造型装置还可包括压力控制机构，用于控制缝隙中的压力。压力控制机构根据光固化材料被固化时所产生的收缩力或者其粘性来控制缝隙中的压力，其结果是能够控制光固化材料的每个固化层的平坦性。

三维立体光造型装置还可包括扫描机构，用于利用激光沿第一方向对于压制机构和台架执行相应的扫描。

移动机构可使台架和膜相对于压制机构整体移动。利用整体移动台架和膜的结构，相比于独立移动台架和膜的结构，可简化移动机构的结构。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种三维立体光造型方法，其包括通过压制机构、以在膜上形成与台架相对并最接近于台架的直线状区域的方式，至少压制被支撑为与台架相对的膜的直线状区域。直线状区域沿第一方向而形成。

将光固化材料提供到形成在台架和膜的直线状区域之间的缝隙区域中。

利用激光通过压制机构和膜照射提供到缝隙区域中的光固化材料。

在第二方向上相对于膜移动台架和压制机构，从而形成光固化材料的一个固化层。第二方向与第一方向不同。

控制台架和膜的直线状区域之间的距离，从而利用激光层积光固化材料的固化层。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种通过上述三维立体光造型方法所形成的三维物体。

如上所述，根据本发明的实施方式，可整齐地将树脂从形成限制表面的膜上剥离下来，并提高每一层的平坦性，其结果是可高精度地控制每一层的厚度。

根据以下附图所示的本发明的最佳实施方式的详细描述，本发明的这些或者其他目的、特征和优点将变得更加显而易见。

附图说明

图1是示出了根据本发明的第一实施方式的三维立体光造型装置的透视图；

图2是示出了在图1中所示的三维立体光造型装置的示意性侧视图和示出了其控制系统结构的框图；

图3是用于说明三维立体光造型装置的操作的示意性侧视图；

图4是用于说明三维立体光造型装置的操作的示意性侧视图；

图5是示出了缝隙区域和其附近的状态的放大示图；

图6是示出了在图3C中所示的在造型台架上的树脂液和固化层的放大示图；

图7是示出了根据本发明第二实施方式的压制机构的截面图；

图8是示出了根据本发明第三实施方式的压制机构的截面图；

图9是示出了根据本发明第四实施方式的压制机构的截面图；

图10是示出了根据本发明第五实施方式的压制机构的截面图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的实施方式。

(第一实施方式)

(三维立体光造型装置的结构)

图1是示出了根据本发明的第一实施方式的三维(在下文中，缩写为3-D)立体光造型装置的透视图。

3-D立体光造型装置100包括基底1、两个侧壁2和台架机构10。侧壁2垂直地设置在基底1的后部区域，台架机构10设置在侧壁2之间。

图2是示出了3-D立体光造型装置100的示意性侧视图和示出了其控制系统的结构的框图。

台架机构10包括造型台架15和膜支撑机构40。在造型台架15上，通过层积造型层以形成3-D物体。膜支撑机构40支撑膜F，从而膜F面向造型台架15。此外，台架机构10包括移动基底11和Y轴移动机构70。移动基底11支撑并整体地移动造型台架15和膜支撑机构40。Y轴移动机构70在Y轴方向上移动该移动基底11。Y轴移动机构70包括Y轴移动马达72和引导移动基底11的移动的导轨71。导轨71沿着Y轴方向设置在基底11上。

膜支撑机构40包括供给卷轴16和回卷卷轴17。膜F缠绕在供给卷轴16上，供给卷轴16供给膜F。回卷卷轴17将从供给卷轴16所提供的膜F进行卷绕。回卷卷轴17设置在与供给卷轴16基本上相同的高度上。供给卷轴16可旋转地支撑在垂直地设置在移动基底11的前部区域上的两个柱状构件12之间。类似地，回卷卷轴17可旋转地支撑在垂直地设置在移动基底11的后部区域上的两个柱状构件13之间。

例如，由回卷马达8驱动回卷卷轴17，并且供给卷轴16是从动卷轴。当在造型台架15上形成3-D物体时，移动基底11在Y轴方向上以预定的节距间歇地移动。在移动过程中，不驱动回卷卷轴17，并且膜F相对于移动基底11而固定。

作为膜F，可使用诸如聚碳酸酯、聚乙烯和聚氯乙烯的透光材料。可使用表面进行了硬涂层处理的膜F，从而容易地从作为3-D物体的材料的光固化材料R上剥离膜F。

此外，在侧壁2之间，在Y轴方向上配置入口导辊21和出口导辊22，并基本上与膜支撑机构40的供给卷轴16和回卷卷轴17的高度相同。入口导辊21和出口导辊22引导膜F的移动。入口导辊21和出口导辊22均具有沿X轴方向延伸的形状，并由侧壁2可旋转地支撑。

在侧壁2之间和在Y轴方向上的入口导辊21和出口导辊22之间，设置压制机构35。通过将膜支撑机构40所支撑的膜F压向造型台架15，压制机构35给膜F施加张力。例如，作为压制机构35，所使用的是具有曲面的透光材料的棒状透镜25。棒状透镜25具有沿X轴方向上伸的柱状形状，并由侧壁2可旋转地支撑。

通过棒状透镜25将膜F压向造型台架15，将棒状透镜25和膜F之间的接触区域的高度设置为不同于入口导辊21(和出口导辊22)与膜F之间的接触区域的高度，具体地，设置为低于入口导辊21(和出口导辊22)与膜F之间的接触区域的高度。利用该结构，棒状透镜25沿着X轴方向形成直线状区域A1(见图5)，直线状区域A1最接近于造型台架15。结果，在造型台架15和膜F的直线状区域A1之间形成缝隙区域S(见图5)。通过膜F向缝隙区域S提供光固化材料R，这将在以下进行描述。

因此，如图5所示，棒状透镜25压制膜F，从而在膜F中形成包括直线状区域A1的弯曲区域A2。

在侧壁2之间，将供给喷管26设置为将光固化材料R供应给膜F的供给机构。供给喷管26具有沿X轴方向延伸的形状。如图2所示，将供给喷管26设置在入口导辊21和棒状透镜25之间和造型台架15和膜F(其处于由膜支撑机构40支撑并受到由棒状透镜25提供的张力的状态下)之间。供给喷管26沿着其纵长方向具有缝隙或多个孔(未示出)，用于排出光固化材料R。这些缝隙或多个孔相对于设置膜F一侧而开设。

应指出，例如，将用于将光固化材料R引入到供给喷管26的泵、管、开关阀等(未示出)连接到供给喷管26。

如图1所示，台架机构10包括支撑造型台架15并相对于移动基底11往复地升降造型台架15的升降机构(控制机构的部分或者全部)14。升降机构14通过使用升降马达19升降造型台架15，从而控制造型台架15和膜F的直线状区域A1之间的距离。由升降机构14将造型台架15升起的最高位置是设置与棒状透镜25相接触的膜F的位置。造型台架15在水平面内(在X-Y平面内)具有圆形形状。然而，造型台架15的形状不局限于圆形形状，并且可以是矩形形状或者其他形状。特别地，作为光固化材料R，可使用UV固化树脂。

如图1所示，3-D立体光造型装置100包括利用激光照射由供给喷管26所提供的光固化材料R的照射单元30。在3-D立体光造型装置100的后侧，在基底1上垂直地设置两个支撑柱3。横梁构件4在两个支撑柱3之间延伸。如图2所示，照射单元30通过设置在横梁构件4上的X轴移动机构60而可在X轴方向上移动。X轴移动机构60包括X轴移动马达63、导轨板62和可移动板61。导轨板62具有固定在横梁构件4上的导轨62a。可移动板61可移动地与导轨板62相接。X轴移动机构60用作在X轴方向上利用激光执行扫描的扫描机构。

照射单元30固定到可移动板61，并包括激光源31、物镜保持器32、物镜34(见图2和图6)和固定板33。物镜保持器32设置在激光源31的正下方。物镜34由物镜保持器32所保持。固定板33支撑激光源31和物镜保持器32，并将这些构件固定到可移动板61上。将照射单元30设置在能照射光固化材料R的位置上。

照射单元30通过使用物镜34将从激光源31发射的激光光束的光点直径变窄，并通过棒状透镜25和膜F聚焦到缝隙区域S、或者缝隙区域S中或缝隙区域S的附近的光固化材料R。即，通常，将物镜34设置在光轴上，从而激光的焦点落在至少在缝隙区域S中的光固化材料R上。

在物镜34和棒状透镜25之间，在光轴上设置校正透镜27。校正透镜27将用于照射光固化材料R的激光的光束点的形状校正为所期望的形状。因此，可提高曝光的分辨率。然而，在3-D物体形状的精度没有这样的要求的情况下，不需要设置校正透镜27。应注意，校正透镜27可由透镜保持器(未示出)来保持。

在上述描述的3-D立体光造型装置100的结构中，相对于入口导辊21、出口导辊22、供给喷管26、棒状透镜25和照射单元30，在Y轴方向上整体地移动膜F、造型台架15和移动基底11。在这种情况下，通过整体地移动造型台架15和膜F，与单独移动这些组件的结构相比，可使用简单的结构来实现Y轴移动机构70。

如图2所示的升降机构14、Y轴移动机构70和X轴移动机构60可通过滚珠丝杆驱动机构、齿条与齿轮驱动机构、皮带驱动机构、液压气缸驱动机构等来实现。

此外，3-D立体光造型装置100包括分别控制升降马达19、回卷马达8、Y轴移动马达53和X轴移动马达63的驱动的升降马达控制器51、回卷马达控制器54、Y轴移动马达控制器53和X轴移动马达控制器55。3-D立体光造型装置100还包括控制从激光源31发出的激光功率的激光功率控制器52。这些控制器的操作由主机50进行整体控制。3-D立体光造型装置100还包括用于驱动连接至供给喷管26的泵或者开关阀的控制器(未示出)。

上述的控制器均设有CPU(中央处理单元)、RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)等。代替CPU，还可使用DSP(数字信号处理器)、FPGA(现场可编程门阵列)、ASIC(专用集成电路)等。通常，这些控制器以有线方式彼此连接。然而，可以有至少一个控制器无线地连接至3-D立体光造型装置100中的控制系统。

(3-D立体光造型装置的操作)

接下来，将描述如上所述构成的3-D立体光造型装置100的操作。图3A至图3C是按顺序示出了操作的示图。

图3A示出了3-D立体光造型装置100处于停止的状态和移动基底11设置在初始位置的状态。在实际执行造型之前，通过主机设置由光固化材料R所构成的一个固化层的厚度。随后，例如，通过在升降马达控制器51的控制下驱动升级机构14，将造型台架15升高到由棒状透镜25所压制的膜F的高度。在造型台架15与膜F相接触时的造型台架15的高度设置为Z轴方向上的原点。

应注意，可适当地设置在设置原点时造型台架15在Y轴方向上的位置。

当设置原点时，将造型台架15降低的距离对应于光固化材料R的一层的预设厚度。

在降低造型台架15后，Y轴移动机构70将造型台架15移动到造型起始位置，其中，造型起始位置是如图3B所示的预定位置。造型起始位置指造型台架15沿着Y轴方向的位置，其中，可在造型台架15和通过棒状透镜25形成在膜F上的直线状区域A1之间形成缝隙区域S。基于要形成的3-D物体在Y轴方向上的尺寸，可根据需要改变造型起始位置的设置，只要设置造型台架15从而可形成缝隙区域S即可。

当将造型台架15设置在造型起始位置时，将光固化材料R从供给喷管26提供给膜F的下表面侧。如上所述，作为光固化材料R，例如可使用UV固化树脂。在下文中，为了方便起见，将UV固化树脂称为树脂液R。

在如上所述将树脂液R转移到膜F上时，树脂液R例如通过自重沿着膜F传送。结果，树脂液R填充满位于膜F的下表面和造型台架15的表面之间的空隙，包括缝隙区域S。图5以放大的方式示出了在这种情况下的缝隙区域S和其附近区域的状态。在这种情况下，开始用激光照射树脂液R，即，开始曝光。

当在X轴移动马达控制器55的控制下在X轴方向上移动时，根据激光功率控制器52的控制，照射单元30基于造型对象物体的一层中在X轴方向上的一列数据在树脂液R上进行选择性曝光。具体地，激光功率控制器52产生与这一列数据相对应的激光功率调制信号并将由此产生的调制信号传送给激光源31，从而对这一层中在X轴方向上的这一列的树脂液R进行选择性曝光，并固化树脂液R。至少在缝隙区域S中的树脂液R进行曝光，即，缝隙区域S中的树脂液R或者缝隙区域S的附近区域中的树脂液R进行曝光。

作为激光，可使用具有UV波长范围的光。将3-D物体的一层的厚度设为1μm至100μm，但是不局限于此。该厚度可适当地进行设置。

当对于这一列中止树脂液R的曝光时，停止利用激光的照射，Y轴移动机构70在Y轴方向上以预定节距向前(在图3B中是向左)移动造型台架15。随后，按照上述相同的方式，在上述这一层中的下一列(与之前进行曝光的列相邻的一列)上执行选择性曝光。

3-D立体光造型装置100重复执行上述操作，其结果是如图3C所示，通过一个层，即3-D物体的一个层，来形成树脂液R的选择性固化层。在该方式中，一个层的曝光处理以所谓的光栅扫描(rasterscanning)来执行。在Y轴方向上造型台架15的间歇移动节距可根据激光光束的光点直径，即在形成3-D物体时的分辨率，而进行适当地设置。

图6是示出了在图3C中所示的在造型台架15上的固化层和树脂液R的放大示图。在图6中，一个固化层R1用标黑来表示。如图6所示，在右侧，即，在棒状透镜25的下游侧，没有固化的树脂液R附着在膜F和所形成的一个固化层R1上，这没有问题。这将在以下进行说明。

这里，在通过Y轴移动机构70将造型台架15(和移动基底11)在Y轴方向上移动时，回卷卷轴17保持静止，膜F相对于造型台架15(和移动基底11)保持静止。因此，当造型台架15(和移动基底11)在Y轴方向上移动时，由于在膜F和棒状透镜25之间所产生的摩擦力使得棒状透镜25旋转。因此，可以防止膜F和棒状透镜25相互刮擦，其结果是可以抑制棒状透镜25的劣化或膜F的弯曲区域A2上折皱或裂缝的产生。

此外，当树脂液R的一个列上的曝光中止和当造型台架15移动预定的一个节距时，在缝隙区域S的下游侧(例如，在图5中缝隙区域S的右侧)，移动造型台架15使得膜F在Z轴方向上设置为与造型台架15相分离。结果，可将膜F整齐地从树脂的固化层R1上剥离下来。

此外，如图5所示，在膜F的弯曲区域A2中，从膜F在法线方向上将力施加到棒状透镜25的曲面，从而促使膜F紧密附着在棒状透镜25上。因此，即使在树脂液R固化时所产生的收缩力施加给膜F，也不会发生膜F的诸如褶皱或凹陷的变形，并可防止曝光前由于树脂液R的粘性而导致的膜F的变形。结果，固化层R1的平坦性增加，并可高精度地控制其厚度。

在完成树脂液R的一层上的曝光时，以对应于一个固化层R1的厚度的距离降低造型台架15。然后，移动基底11和造型台架15从图3C所示的位置返回到图3B所示的造型起始位置。在这种情况下，移动基底11和造型台架15可在降低造型台架15的过程中返回到造型起始位置。

此后，通过回卷卷轴17将膜F卷绕预定长度，并且设置新的膜F以通过棒状透镜25进行压制。因此，通过为每一层将新的膜F供应给棒状透镜25，即使在第一层的造型处理中在膜F中造成裂缝的情况下，也可以形成高精度的3-D物体，而不会对在下一(第二)层的造型处理中对固化层厚度的控制造成负面的影响。然而，当用户不要求3-D物体形状的精度时，在多个层的造型处理中可使用相同的膜F。

在第二层的造型处理中，没有固化并保持在固化层R1上的树脂液R通过与第一层的情况相同的操作进行曝光，从而形成第二层的固化层R1。以这种方式，当在Z轴方向上层积层时，周期性地补充树脂液R，并将树脂液R提供给膜F，从而形成3-D物体。

当然，在对于一个层的每个造型处理中，可以以较短的间隔补充树脂液R，或者一直连续补充树脂液R。

在已经如上所述形成具有任意厚度的层的3-D物体的状态下，如图4A至图4C所示，通过与图3所示的操作相同的操作，在所形成的3-D物体上进一步形成一个固化层R1。

如上所述，在该实施方式中，可以将3-D物体的每一层的厚度保持为精确恒定。结果，可提高每一层的固化层R1的平坦性。

在现有技术的限制液面方法中，将3-D物体从膜上剥离下来需要耗费时间。然而，在该实施方式中，在曝光处理过程中当造型台架15在Y轴方向上逐步移动时，将3-D物体从膜上剥离下来。即，曝光处理的时间期间和剥离处理的时间期间相重叠，其可减少形成3-D物体所需的时间期间。

在该实施方式中，与棒状透镜25相接触的膜F能够经得住固化层R1的收缩力或者树脂液R的粘性，这可扩大光固化材料的选择范围。

(第二实施方式)

在根据第一实施方式的3-D立体光造型装置100中，棒状透镜25用作压制机构35。在下文中，将描述关于使用其他构件而不是棒状透镜25的压制机构的四个实施方式。在下列实施方式中，将主要描述压制机构。除了压制机构35之外，对于与3-D立体光造型装置100相同的结构的描述将简化或者省略。

图7所示的压制机构135包括柱面透镜131和增强和支撑柱面透镜的支撑构件132。柱面透镜131具有与膜F相接触的圆柱表面131a。将支撑构件132设置在与圆柱表面131a相对的表面上，并具有用于形成激光的光学路径的缝隙132a。

柱面透镜131和支撑构件132均具有在X轴方向上延伸的形状，并附着在如根据第一实施方式的3-D立体光造型装置100中的侧壁2上，但是不像棒状透镜25那样旋转。将支撑构件132的缝隙132a形成为沿X轴方向延伸的形状。图中的支撑构件132的右构件和左构件利用固定构件(未示出)整体地固定在支撑构件132的纵向的两端的位置。

柱面透镜131的圆柱表面131a压制膜F，从而在膜F上形成与造型台架15最接近的直线状区域A1。

利用如上所述的压制机构135，相比于棒状透镜25，可减小在光轴方向上柱面透镜131的厚度，结果可增加数值孔径(NA)。因此，可减小激光束的光点直径。结果，可高精度地形成3-D物体。

将柱面透镜131在光轴上的厚度设为4mm至5mm，但不局限于该范围。

此外，在压制机构135中，摩擦力在膜F和柱面透镜131之间起作用。由此，可在其间设置提供润滑液的机构。在该情况下，例如，用于将润滑液供应给膜F的表面的喷管可设置在与供给喷管26相对并夹住膜F的位置上。

此外，例如，在使用具有与柱面透镜131的折射率基本上相同的润滑液的情况下，可以减少柱面透镜131和膜F之间的界面上的激光折射。

(第三实施方式)

图8是示出了根据本发明的第三实施方式的压制机构的截面图。

根据该实施方式的压制机构235的支撑构件232包括用于形成光学路径的缝隙232a和设置在缝隙232a中的柱面透镜231。此外，支撑构件232包括在支撑构件232和膜F之间以及在柱面透镜231和膜F之间引入压缩空气的流路232b。例如，在缝隙232a的两侧设置流路232b。流路232b可具有沿X轴方向延伸的缝隙形状，或者可以是沿X轴方向配置的多个通孔。流路232b与具有导管的压缩空气供应源(未示出)相连接。

如同在第二实施方式中，支撑构件232、缝隙232a和柱面透镜231均具有沿X轴方向延伸的形状。

与膜F相接触的柱面透镜231的圆柱表面是与和膜F接触的支撑构件232的曲面相连续的曲面。即，这些曲面的曲率基本上设置为彼此相等。当柱面透镜231和支撑构件压制膜F时，在膜F上形成与造型台架15最接近的直线状区域A1。

在该实施方式中，从支撑构件232的流路232b引入的压缩空气注入给膜F，并在压制机构235和膜F之间通过，并在Y轴方向上从压制机构235的两侧释放到外部。即，压缩空气用作缓冲以防止膜F和压制机构235相接触，其结果是可显著减小在其间产生的摩擦力。

此外，通过调整压缩空气的压力和流动空气的量，能够调整膜F的张力，从而能够高精度地控制树脂液R的固化层的厚度。

(第四实施方式)

图9是示出了根据第四实施方式的压制机构的截面图。

压制机构335具有不包括图8所示的压制机构235的柱面透镜231的结构。即，压制机构335的张力构件332包括激光的光学路径、缝隙332a和压缩空气的流路332b。缝隙332a形成为沿X轴方向延伸的形状，从而形成光学路径。

与膜F相对的张力构件332的表面332c均形成为曲面(例如，圆柱表面)。缝隙332a的开口表面332d形成为与曲面相连续。开口表面332d是用于在膜F上形成直线状区域A1的表面。该表面是平坦的表面，所以直线状区域A1也成为平坦的区域。

当膜F通过压制机构335而受到张力时，通过张力构件332的表面332c在膜F上形成曲面，并且在膜F上形成的平坦区域与弯曲区域相连续。

在该实施方式中，由于激光没有通过透镜，因此不存在激光折射。因此，从物镜34出射的激光光束的光点形状没有改变，这可以提高曝光的分辨率。

应注意，在该实施方式中可以不必使用压缩空气。

(第五实施方式)

图10是示出了根据第五实施方式的压制机构的截面图。

压制机构435包括张力构件432和透光盖431。张力构件432与图9的张力构件332相同。盖431阻塞了张力构件432的缝隙432a的上开口。盖431用于为缝隙432a的内部减压。将用于为缝隙432a的内部减压的压力控制机构(未示出)连接于此。例如，所使用的压力控制机构是至少包括为缝隙432a的内部减压所需的真空泵的的机构。

如上所述，通过对缝隙432a的内部减压，可以控制真空度从而抵消在膜F的直线状区域A1和造型台架15之间固化的树脂液R的收缩力。换句话说，可以将与由于树脂液R的收缩力将膜F向下拉的力的方向相反的力施加给膜F。结果，可增加膜F的直线状区域A1的平坦性，并因此能够高精度地控制固化层的厚度。

本发明不局限于上述实施方式，并且其他各种实施方式也是可行的。

光固化材料R不局限于UV固化树脂，并且可以是由可见光或者红外线固化的材料。即，可使用任何光固化材料R，只要其能通过预定波长范围的预定光能的照射来固化即可。当然，在该情况下，根据光固化材料R的种类适当地选择激光源31的波长范围。

在X轴方向上利用激光执行扫描的X轴移动机构60的结构不局限于上述实施方式。例如，可使用利用电扫描仪、多角镜等的光学扫描机构。在使用利用电扫描仪、多角镜等的光学扫描机构的情况下，相比于使用X轴移动机构60的情况，可以执行高速扫描，并执行高速曝光。然而，在这种光学扫描机构中，为了获得与X轴移动机构60基本相同的曝光分辨率，必须使用更复杂的光学设计。

与膜F相接触的透镜部分的截面的轮廓不局限于图7中所示的柱面透镜131的圆柱表面131a，并且可以是椭圆或者双曲线的一部分。

在上述实施方式中，通过移动基底11的移动，膜F和造型台架15整体移动。可选地，在膜F和造型台架15相对于基底1停止的状态下，可移动侧壁2，并且可在Y轴方向上移动棒状透镜25等。可选地，可移动膜F、造型台架15和侧壁2中的至少一个。

造型台架15不局限于设置为其表面为水平的。可选地，造型台架15可在Z轴方向上沿着垂直表面或沿着倾斜表面设置。可选地，造型台架可以被设置为使得在其上层积了造型层的造型台架面朝下。在这些情况下，仅需要根据造型台架的位置，以与造型台架相对的方式来支撑膜F。

供给喷管26的位置不局限于上述实施方式。其可以是任意位置，只要能将树脂液R提供到缝隙区域S中即可。

代替作为沿着X轴形成的直线状区域的纵长方向的X轴方向和作为造型台架15和膜F的移动方向的Y轴方向相互垂直的情况，这些方向也可以倾斜地交叉。

Claims (5)

1.一种三维立体光造型装置，包括：

台架；

支撑机构，用于支撑膜从而使所述膜与所述台架相对；

压制机构，用于以在所述膜上形成与所述台架相对并最接近于所述台架的直线状区域的方式至少压制由所述支撑机构所支撑的所述膜的所述直线状区域，所述直线状区域沿第一方向形成；

供给机构，用于将光固化材料提供到形成在所述台架和所述膜的所述直线状区域之间的缝隙区域中；

照射单元，用于利用激光通过所述压制机构和所述膜照射由所述供给机构提供到所述缝隙区域中的所述光固化材料；

移动机构，用于在第二方向上相对于所述膜移动所述台架和所述压制机构，从而形成所述光固化材料的一个固化层，所述第二方向与所述第一方向不同；以及

控制机构，用于控制所述台架和所述膜的所述直线状区域之间的距离，从而利用所述激光层积所述光固化材料的固化层；

其中，所述压制机构压制所述膜，从而在所述膜上形成包括所述直线状区域的弯曲区域；

其中，所述压制机构包括具有与所述弯曲区域的形状相对应的曲面的透光构件；

其中，所述透光构件是棒状透镜。

2.根据权利要求1所述的三维立体光造型装置，

其中，所述棒状透镜被设置为可绕着沿所述第一方向延伸的轴旋转。

3.根据权利要求1所述的三维立体光造型装置，还包括：

校正透镜，用于校正照射所述光固化材料的所述激光的光束点的形状。

4.根据权利要求1所述的三维立体光造型装置，还包括：

扫描机构，用于利用所述激光在所述第一方向上相对于所述压制机构和所述台架执行相应的扫描。

5.根据权利要求1所述的三维立体光造型装置，

其中，所述移动机构使所述台架和所述膜相对于所述压制机构整体地移动。

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