CN102892570B - 改进的立体成型机 - Google Patents

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Abstract

立体成型机（1）包括：支承框架（2）；容器（3），其适用于容纳液态物质；与支承框架（2）相关联的支承板（4），其适用于支承容器（3）；止动单元（5），其适用于将容器（3）稳固地保持在支承板（4）上、处于静止位置中；发射器装置（6），其适用于将预定的电磁辐射（6a）朝向容器（3）引导；容器（3）的保持单元（7），其通过第一致动器装置（8）而与支承板（4）操作性地相关联，该第一致动器装置（8）构造成使容器（3）沿预定的运动轨迹相对于支承板（4）移动。止动单元（5）包括第二致动器装置（17），该第二致动器装置（17）为止动单元（5）限定用于保持容器（3）的活动构型和用于释放容器（3）的静止构型。

Description

改进的立体成型机
技术领域
本发明涉及一种用于通过使液态物质固化来制作三维物体的立体成型机。
背景技术
众所周知，立体成型技术允许通过将从最初为液态的物质获得的多个层叠置来制作三维物体。
通过使上述液态物质的对应层受到适当的电磁刺激来获得三维物体的每一层，其中，电磁刺激导致上述液态物质在对应于所获得的物体的区域中通过聚合而被选择性地固化。
根据已知的实施方式，上述技术借助于立体成型机来实现，该立体成型机通常包括适于容纳光敏液态树脂并与支承板相关联的容器。
该立体成型机还包括适于将光束朝向该容器引导的发射器，以便按前述方法来使光敏树脂层固化。
正在制作的三维物体由模型板支承，该模型板面对容器并在相对于该容器的表面正交的方向上被电机驱动。
在使该物体的每一层固化之后，使该模型板相对于容器移动，使得能够形成新的液态树脂层，因此，将新的物体层形成为与前述固化层相接触。
根据已知技术，三维物体的每一层都通过使邻近于容器的底部的树脂层固化来形成。
这通过在透光的容器的下方发射光束并在支承板中开设通孔来实现，所述通孔使容器的底部的区域受到该光束作用的影响。
该技术的缺点是固化了的树脂倾向于附着于容器的底部，由此难以相继提升该物体。
为了克服上述缺点，容器的底部涂覆有硅或便于卸下固化了的树脂的其它类似的物质。
然而，已知类型的覆层具有如下缺点，即它们因暴露于光而逐渐倾向于变得不透光。
一旦覆层已经变得不透光，就必需更换该容器，因此该容器是单独的部件，其通过止动单元而与支承板相关联，该止动单元使得将容器牢固地锁定在支承板上且在磨损时将其卸下成为可能。
具体而言，该止动单元必须将容器保持成完全置靠在支承板上，以确保其正确定位并使得能够获得厚度均匀的固化层。
刚刚已经提及的必要条件对于在每一层固化的结尾时提起该模型板时防止将容器与该模型板一起提起而言同样是必需的，这是由源自树脂的粘性的所谓的“抽吸效应”所导致的，该所谓的“抽吸效应”将最后的固化层保持成附着于容器的底部。
上述已知类型的立体成型机的缺点是，它们需要频繁地更换容器，在一些情况下，甚至是在每次单个加工循环之后都要进行更换。
显然，频繁地更换容器导致出现附加的成本，这影响了三维物体的总成本。
此外，容器的有限的使用期反映在每个三维物体的最大层数上，并由此反映在可获得的物体的最大高度上。
根据在欧洲专利申请EP 0 379 068中所述的不同的已知结构形式，使容器借助于电机而相对于支承板移动，以防止光束集中在容器的有限区域上，从而减缓了其变得不透光的过程。
该容器包括插置在一对止推轴承之间的法兰，这使得容器能够水平运动但同时防止其竖向运动。
该系统的缺点是，对容器相对于支承板的位置进行的控制取决于电机，但在物体的构造过程期间，例如在出现冲击或振动的情况下，电机无法保持容器处于稳定的位置中。
此外，将容器从支承板上卸下需要拆卸下机器的一部分，这使得容器的更换是相当麻烦的。
发明内容
本发明旨在克服已知类型的立体成型机所特有的上述所有的缺点。
具体而言，本发明的目的是提供一种立体成型机，其使得与已知类型的机器相比延长容器的使用期，从而维持所制作的三维物体的几何形状不变成为可能。
本发明的另一个目的是使得制作下列三维物体成为可能，这些三维物体的高度超过利用已知类型的机器能够获得的高度。
本发明的再一个目的是确保容器在支承板上的稳定定位。
本发明的又一个但并非不重要的目的是在必要的情况下，便于卸下容器进行更换。
上述目的通过根据独立权利要求所制造的立体成型机来实现。
本发明的更多特征和细节在对应的从属权利要求中进行描述。
有利地是，与已知类型的机器相比，容器的更长使用期使得利用同一容器来执行更多加工周期成为可能。
因此，有利地是，将每个容器的成本分散到更多的三维物体上，从而降低其成本是可能的。
更为有利地是，制作更高的三维物体的可能性使得本发明的机器比已知类型的机器更为通用。
附图说明
所述目的和优点连同下面将进行强调的其它内容在对本发明的优选实施方式进行的描述中进行说明，该说明作为非限制性的示例参考下列附图作出：
-图1示出了本发明的主题的立体成型机的轴测图；
-图2示出了图1中所示的立体成型机的局部轴测图；
-图3示出了图1中所示的立体成型机的局部剖视图；
-图4示出了图3的放大的细节；
-图5示出了图1中所示的立体成型机的细节的横截面；
-图6示出了图1中所示的立体成型机的不同的局部轴测图；
-图7和图8示出了图6中所示的立体成型机的部件的两种不同工作构型的侧视图。
具体实施方式
作为本发明的主题、在图1中作为一个整体以1表示的立体成型机包括支承框架2，该支承框架2与支承容器3的支承板4相关联，该容器3适用于容纳液态物质。
立体成型机1还包括止动单元5，该止动单元5适用于将容器3锁定在支承板4上，以限定容器3的至少一个稳固的静止位置。
还设置有发射器装置6，该发射器装置6适用于在将容器3设置在上述稳固的静止位置中时，将预定的电磁辐射6a朝向该容器3引导，以实现液态物质的选择性的固化。
优选地但非必需地，所述液态物质是光敏树脂，其适用于在由光辐射进行刺激时聚合，并且该预定的电磁辐射6a是激光束。
本发明特别适用于邻近容器3的底部3a的树脂层受到刺激的立体成型机1。
在此情况下，容器3的底部3a是可透射电磁辐射的，并且支承板4设置有通孔4a，该通孔4a至少在容器3设置在上述稳固的静止位置中时面对底部3a，电磁辐射可通过该通孔4a到达底部3a。
立体成型机1还包括模型板29，该模型板29适用于支承图中未示出的正被加工的三维物体。
所述模型板29面向支承板4，并通过动力装置30与框架2相关联，该动力装置30适用于使模型板29沿正交于支承板4的运动方向Z移动。
此外，立体成型机1包括保持单元7，该保持单元7通过第一致动器装置8与支承板4操作性地相关联。
保持单元7与第一致动器装置8构造成使得容器3相对于支承板4沿预定的运动轨迹移动。
所述运动使得容器3相对于发射器装置6的工作区域移动成为可能，该发射器装置6的工作区域大致对应于支承板4的通孔4a的范围。
有利地是，上述运动使得利用与发射器装置6的工作区域相比更大的容器3成为可能，在完成三维物体的每个单层后，可使该更大的容器3以将电磁辐射的作用分布在大于容器3的底部3a的表面上的方式移动。
因此，容器3的运动使得增加使底部3a变得完全不透光的暴露次数成为可能，从而与能够利用已知类型的立体成型机所获得的使用期相比，实现了延长容器的使用期的目的。
有利地是，上述目的在无需扩大发射器装置6的工作区域的情况下实现，由此限制立体成型机1的整体尺寸及其成本。
此外，将同一容器3用于更多次暴露的可能性使得制作由更多层构成的三维物体、即高度大于已知类型的立体成型机所允许的高度的物体成为可能，由此实现了本发明的另一目的。
保持单元7与对应的第一致动器装置8优选地但并非必需地构造成使得容器3能够沿第一运动方向X平移。
特别地，保持单元7优选地包括两个彼此相对的接触元件9和10，这两个接触元件9和10中的每个在将容器3设置成置靠在支承板4上时设置成靠在容器3的对应的侧壁上，并且这两个接触元件9和10的定线限定上述第一运动方向X。
优选地但非必需地是，两个接触元件9和10之间的距离等于容器3的长度，使得实现该容器3在第一运动方向X的双向中的精确运动。
接触元件9和10优选地与杆11的对应的端部相关联，该杆11沿上述第一运动方向X滑动地连接于立体成型机1的支承框架2。
这使得利用单个致动器来移动两个接触元件9和10成为可能，从而使立体成型机1具有构造简单的优点。
显然，在本发明的多种实施方式中，两个接触元件9和10可相互独立地移动。
优选地但非必需地是，上述电机8a通过齿条12与杆11操作性地相关联，该齿条12使得能够在第一运动方向X的双向中进行精确运动。
接触元件10优选地铰接于杆11的对应端，使得它可旋转并由此释放容器3，并使得它能够通过使其沿第一运动方向X滑动而将其容易地卸下。
在本发明的于此未说明的变型实施方式中，保持单元7和对应的第一致动器装置8构造成使得能够使容器3同样沿与所述第一运动方向X相关联的第二运动方向平移。
有利地是，容器3沿上述两个运动方向的平移运动的组合使得增大容器的尺寸成为可能，从而进一步延长其使用期。
显然，沿上述两个运动方向的平移可同时发生，也可相继发生，视制造商的偏好而定。
同样明显的是，在于此未说明的其它变型实施方式中，除了上述平移运动之外，保持单元7和第一致动器装置8可构造成使得同样执行容器3的旋转。
优选地且如图2中所示，其中为清晰起见，未示出框架2和容器3，支承板4包括引导装置13，该引导装置13在平行于支承板4并正交于上述第一运动方向X的引导方向Y上抵抗容器3的运动。
有利地是，引导装置13使得在通过保持单元7而使容器3移动的同时，将该容器3保持成始终沿第一运动方向X定位成为可能。
优选地且如图3中所示并如在图4中更为详细地所示，上述引导装置13包括抵抗体14，每个抵抗体14通过沿上述引导方向Y作用的弹性装置16而与支承板4可移动地相关联，以将对应的抵抗体14维持成始终靠在容器3的对应的壁上。
抵抗体14可以任何数量和任何布置呈现，但它们优选地成对置靠在容器3的对应的相对的壁上。
就止动单元5而言，该止动单元5包括第二致动器装置17，该第二致动器装置17为止动单元5限定活动构型和静止构型，在该活动构型中，容器3被相对于支承板4锁定，在该静止构型中，容器3被释放，以使得保持单元7能够将其移动至新位置。
优选地且如在图3中所示，止动单元5包括两个加压元件18，这两个加压元件18设置成接近于容器3的两个对应侧，这两个加压元件18于此被示出为处于静止构型中，这是显然的，因为加压元件18是提升的。
如在图5中更为详细地所示，每个加压元件18与支承板4滑动地相关联，并与筒支承板4相关联的抵抗表面22协作，以便将容器3锁定在相对的壁上。
每个加压元件18优选地包括支承体19，该支承体19正交于支承板4延展，并通过滑动引导件15与该支承板4相关联。
在图6中可看到用于加压元件18的运动的第二致动器装置17的结构，其中，为清晰起见，并未示出框架2。
第二致动器装置17包括滑块23，这些滑块23在平行于支承板4、优选地但非必需地平行于滑动方向X的操作方向上被电机驱动。
每个滑块23均设有表面23a，该表面23a相对于支承板4是倾斜的，并优选地通过插置滚动轴承31而与对应的支承体19的一端滑动地相关联。每个支承体19优选地在对应的滑块23的中央槽口中滑动，从而有利地是使得将滑块23维持成与支承体19对准成为可能。
明显的是，滑块23沿对应的操作方向的运动导致加压元件18沿垂直于支承板4的滑动方向的运动。
滑块23从示于图7中的静止位置朝向示于图8中的活动位置的运动导致加压元件18接近容器3，直至将该容器3压靠在抵抗表面22上，以锁定容器3，在刚刚描述的变型实施方式中，该抵抗表面22对应于支承板4的表面。
优选地是，每个加压元件18操作性地连接于两个设置于加压元件18的两端处的滑块23。
有利地是，通过两个滑块23来控制每个加压元件18使得获得加压元件18在其全长上的统一的作用成为可能。
此外，优选地且如总是在图6中所示，所有滑块23与单个驱动板32相关联，该单个驱动板32可通过插置滚动轴承33而在支承板4的下表面上滑动并由单个电机17a移动。
有利地是，所有滑块23被同时供以动力这一事实使得实现它们的同步运动成为可能，并且因此使得实现容器3的整个边缘上的相似的挤压作用成为可能，由此防止容器3在挤压阶段期间移动或变形。
仍然有利地是，上述止动单元5是非常紧凑的并且使得将立体成型机1的整体尺寸限制在最重要的是支承板4的还设置有发射装置6的下部区域中成为可能。
此外，利用机械系统来移动加压元件18使得避免利用使构造更为复杂的液压或气动设备成为可能。
仍旧优选地是，滑块23使得实现渐进运动成为可能，该渐进运动不同于可利用诸如螺线管致动器之类的其它驱动系统获得的运动。
上述止动单元5的构型确保锁定住容器3，以使其完全置靠在支承板4上，在该止动单元5中，加压元件的运动以正交于支承板4的方式发生。
该方面对于本文所述类型的立体成型机是尤其有利的，在该立体成型机中，使邻近于容器3的底部3a的液态物质层的高度处的液态物质固化。
实际上，使容器3置靠在支承板4的表面上确保将其底部3a相对于模型板29的精确定位，并因此能够获得厚度均匀的固化层。
此外，当立体成型机1利用激光束进行刺激时，光束集中于距离容器3的底部3a非常精确且极为缩短的距离处，并且因此，底部3a的精确定位对于获得良好的加工结果是至关重要的。
同样明显的是，在本发明的变型实施方式中，止动单元5可具有不同于上述构型的任一构型，只要它适用于将容器3锁定于支承板4并适用于将容器3从支承板4上卸下。
特别地，加压元件18的数量、布置和滑动方向可不同于上述情况。
优选地，每个加压元件18包括两个分支20、21，其在图5中是更为详细地可见的，这两个分支20、21在支承体19的相对两侧上并平行于支承板4延伸。
分支20、21设置有相应的接触体20a、21a，这些接触体20a、21a构造成使得在将加压元件18设置在活动位置中时，它们分别设置成靠在容器3和属于支承板4的基准表面24上。
两个分支20和21的存在使得平衡支承体19在容器3的挤压期间所遭受的应力成为可能，其优点是，在支承体19的引导件上产生弯矩并由此延长了引导件的使用期。
支承板4优选地但非必需地包括提升单元25，该提升单元25构造成将容器3相对于支承板4提起。
有利地是，提升单元25防止容器3的底部3a在运动期间与支承板4的表面摩擦。
优选地且如图2中所示，提升单元25包括一对移动元件26，这对移动元件26中的每个均设置在于支承板4中获得的对应的座部27内。
在图4的细节中，观察到每个移动元件26与弹性装置28相关联是可能的，该弹性装置28能够导致移动元件26自发地提升越过支承板4的表面。
显然，弹性装置28构造成使得能够将容器3连同其中所容纳的液态物质一起提升。
每个移动元件26优选地包括设置有通孔35的杆件34，该通孔35与支承板4中的对应的销钉36滑动地相关联。
每个销钉36设置有扩大头36a，该扩大头36a限定了用于提升对应的杆件34的提升运动的行程的端部。
杆件34与座部27的高度相比是较短的，使得当降低容器3时，杆件34被推入到对应的座部27内，以允许容器3置靠在支承板4的表面上。
由操作者，将容器3与支承板4相联，从而使其在加压元件18的下方沿第一运动方向X并且在该接触元件10被提升的情况下滑动，直至容器与另一接触元件9相接触。
然后降低第一接触元件9是可能的，从而使其围绕对应的销钉旋转，由此达到图1中所示的构型。
在容器3的联接期间，提升单元25将容器3保持成相对于支承板4的表面是提升的，如图3中所示。
在加工三维物体的每一层之前，通过将加压元件18设置在图8中所示的活动位置中来锁定住容器3。
这样一来，将容器3压靠在支承板4的表面上，以便将其锁定住并防止它被提升，并且也防止平行于支承板的任何运动发生，该提升会被前述吸盘效应所导致，该平行于支承板的运动会影响正在加工的三维物体层的提及固定性。
一旦已经完成三维物体层，止动单元5就释放随后被提升单元25提升的容器3。
接着，保持单元7沿第一运动方向X移动容器3，以便改变其相对于支承板4的通孔4a的位置，该支承板4的通孔4a限定暴露于电磁辐射6a的区域。
在运动期间，引导装置13将容器3保持成与支承板4恰当地对准，从而作用在容器3的相对的壁上。
优选地，保持单元7、止动单元5、发射器装置6和模型板29全部借助于单个逻辑控制单元进行控制，该单个逻辑控制单元协调它们的动作，该单个逻辑控制单元于此并未对其进行说明，但其本身是已知的。
上述内容清楚地表明上述立体成型机实现了本发明的所有目的。
特别地，在加工三维物体期间移动容器的可能性使得将容器的底部的不同区域暴露于电磁辐射成为可能。
因此，接着使容器变得不透光的效应被分配在其表面大于已知类型的立体成型机中的容器底部的底部上，这延长了容器的使用期。
容器的较长使用期进而使制作下列三维物体成为可能，该是三维物体包含更多层数并因此高于利用已知类型的机器能够获得的三维物体的高度。
此外，通过将其置靠在支承板上而实现的容器的锁定确保容器在物体的每一层形成期间的绝对稳定性。
使容器与支承板分离开的可能性还使得在更换时容易将其卸下，而无需拆卸机器的其它部分。
在实施时，作为本发明的主题的立体成型机可做进一步的更改，尽管这些更改既未在附图中说明页未在本文中予以描述，其仍然应当被本发明所涵盖住，前提是这些更改落入到所附权利要求的范围内。
尽管在任一权利要求中所提及的技术特征的后面有附图标记，但那些附图标记仅出于提高权利要求的可理解度的目的而包括在内，并且因此，这种附图标记并不对由这种附图标记作为示例而标识出的每个元件的保护范围具有任何限制作用。

Claims (15)

1.立体成型机(1)包括：
支承框架(2)；
容器(3)，所述容器(3)适用于容纳液态物质，包括由侧壁定界的底部(3a)；
支承板(4)，所述支承板(4)与所述支承框架(2)相关联，适用于支承所述容器(3)；
止动单元(5)，所述止动单元(5)适用于将所述容器(3)稳固地保持在所述支承板(4)上、处于至少一个静止位置中；
发射器装置(6)，所述发射器装置(6)适用于在所述容器(3)设置在所述静止位置中时，将预定的电磁辐射(6a)朝向所述容器(3)引导；
所述容器(3)的保持单元(7)，所述保持单元(7)通过第一致动器装置(8)与所述支承板(4)操作性地相关联，所述第一致动器装置(8)构造成使所述容器(3)相对于所述支承板(4)沿预定的运动轨迹移动，
其特征在于，所述止动单元(5)包括第二致动器装置(17)，所述第二致动器装置(17)为所述止动单元(5)限定了用于保持所述容器(3)的活动构型以及用于释放所述容器(3)的静止构型。
2.根据权利要求1所述的立体成型机(1)，其特征在于，所述运动轨迹包括所述容器(3)沿至少一个第一运动方向(X)的平移运动。
3.根据权利要求2所述的立体成型机(1)，其特征在于，所述运动轨迹包括所述容器沿与所述第一运动方向(X)相关联的第二运动方向的平移运动。
4.根据权利要求2所述的立体成型机(1)，其特征在于，所述保持单元(7)包括两个相对的接触元件(9、10)，所述两个相对的接触元件(9、10)都适于被设置成当将所述容器(3)设置在所述静止位置中时，靠在所述容器(3)的对应的侧壁上。
5.根据权利要求4所述的立体成型机(1)，其特征在于，所述接触元件(9、10)与杆(11)的对应端相关联，所述杆(11)沿所述第一运动方向(X)滑动地连接于所述支承框架(2)。
6.根据权利要求5所述的立体成型机(1)，其特征在于，所述第一致动器装置(8)包括通过齿条(12)而与所述杆(11)操作性地相关联的电机(8a)。
7.根据权利要求2至6中的任一项所述的立体成型机(1)，其特征在于，所述支承板(4)包括引导装置(13)，所述引导装置(13)适于沿平行于所述支承板(4)并正交于所述第一运动方向(X)的引导方向(Y)抵抗所述容器(3)的运动。
8.根据权利要求7所述的立体成型机(1)，其特征在于，所述引导装置(13)包括抵抗体(14)，所述抵抗体(14)通过沿所述引导方向(Y)起作用的第一弹性装置(16)而与所述支承板(4)可移动地相关联，以便将所述抵抗体(14)保持成靠在所述容器(3)的侧壁上。
9.根据权利要求1至6中的任一项所述的立体成型机(1)，其特征在于，所述止动单元(5)包括至少一个加压元件(18)，所述加压元件(18)面向所述容器(3)并与所述支承板(4)和与所述支承板(4)相关联的抵抗表面(22)滑动地相关联，所述加压元件(18)和所述抵抗表面(22)适用于在所述容器(3)的对应的相对表面上协作，以保持住所述容器(3)。
10.根据权利要求9所述的立体成型机(1)，其特征在于，所述加压元件(18)包括正交于所述支承板(4)延展的支承体(19)，并且所述第二致动器装置(17)包括滑块(23)，所述滑块(23)在平行于所述支承板(4)的方向上由电机驱动，所述滑块(23)设置有相对于所述支承板(4)倾斜的并与所述支承体(19)滑动地相关联的表面(23a)。
11.根据权利要求10所述的立体成型机(1)，其特征在于，所述加压元件(18)包括两个分支(20、21)，所述两个分支(20、21)在所述支承体(19)的相对侧上并平行于支承板(4)延伸，所述两个分支(20、21)构造成分别设置成当将所述加压元件(18)设置在所述活动构型中时，靠在所述支承板(4)的基准面(24)和所述容器(3)上。
12.根据权利要求1至6中的任一项所述的立体成型机(1)，其特征在于，所述支承板(4)包括适用于相对于所述支承板(4)提升所述容器(3)的提升单元(25)。
13.根据权利要求12所述的立体成型机(1)，其特征在于，所述提升单元(25)包括至少一个移动元件(26)，所述移动元件(26)设置在属于所述支承板(4)的座部(27)内并与第二弹性装置(28)相关联，所述弹性装置(28)适用于致使所述移动元件(26)自发地提升越过所述支承板(4)的表面。
14.根据权利要求1至6中的任一项所述的立体成型机(1)，其特征在于，所述支承板(4)具有通孔(4a)，所述通孔(4a)至少在将所述容器(3)设置在所述静止位置中时面向所述底部(3a)。
15.根据权利要求1至6中的任一项所述的立体成型机(1)，其特征在于，它包括模型板(29)，所述模型板(29)面向所述支承板(4)并通过动力装置(30)与所述支承框架(2)相关联，所述动力装置(30)适用于为所述模型板(29)限定正交于所述支承板(4)的运动方向(Z)。
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