CN103167946A - 用来制造物体的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用来制造物体（122）的设备（100）。该设备具有：柔性元件（101），该柔性元件具有向上面向的表面以便在其上布置用于制造该物体的材料（104）；和构件（110），该构件连接到致动器（112），该致动器可以移动该构件（110）。控制器与致动器（112）通信。本发明也公开了一种可以使用该设备（100）执行的方法。

Description

用来制造物体的设备和方法

技术领域

本发明一般涉及一种用来制造物体的设备和一种用来制造物体的方法。

背景技术

三维物体可以一片接一片地被一次建造。一层材料以该物体的片的形状被固化。一旦该片形成，另一片与先前的片接触地形成。这个过程的重复允许多层的物体被制造。这是诸如快速原型制作技术的基础。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用来制造物体的方法，该方法包括以下步骤：

在柔性元件的向上面向的表面上布置用于制造所述物体的材料；以及

在构件与所述元件的向下面向的表面接触时，使得所述构件相对于被制造的所述物体和所述向下面向的表面之间移动，所述相对移动使得所述向上面向的表面形成一种外形。

在本说明书的情况中，物体是有形的物体。例如，它可以是刚性的或弹性的。另外，它可以具有一个或多个空洞或空穴，诸如杯子或网球的空洞或空穴。

通常但不是必然地，该材料是液体。该液体可以包括一层液体。在替代实施例中，该材料可以包括诸如流化聚合物粉末的粉末，或流体或浆料。当然，也可以使用任何合适的材料。

可能需要相对适度的体积的材料，例如液体。通常，但不是对于所有实施例来说必然地，一层液体被布置在该表面上。如果液体材料替代地被布置在柔性元件下面的大桶中，则可能需要相对大的体积的液体（例如大约10升）。这可能远远超过该物体的体积，在这种情况中，该液体可能缓慢地在延长的时段上被消耗，该延长的时段足以制造数个物体，并且在该延长的时段期间该液体可能被污染或分解。用于生产该物体的液体的典型成本可以为每升大约数百美元，因此通过将材料布置在该表面上可以减少昂贵的浪费。使用向上面向的表面的另一些优点是不需要控制液体的表面水平，而将液体布置在柔性元件下面的大桶中的设备需要在制造物体时维持表面水平。这可能需要相对复杂的材料溢流管理，特别是如果该设备的一部分（诸如驱动轴）进入到该材料中。

在一实施例中，该方法包括以下步骤：减少被制造的物体和向上面向的表面的分离。该物体可以朝着向上面向的表面移动。例如，可以使被制造的物体与向上面向的表面的标称位置分隔一个片以内的厚度以准备固化一些该材料以形成该物体的下一个片。减少被制造的物体和该表面的分离可以挤压该材料，从而使得该材料压在该表面上以使得它被推动。这可能使得向上面向的表面偏离该外形。

在本说明书的情况中，片应被理解为包括该物体的一个薄片。平面的片包括位于与该物体相交的两个平行的平面之间的该物体的一部分。通常，但不是必然地，形成的片为平面的片。

在一实施例中，该相对移动使得向上面向的表面变平。该构件可以水平地移动。该构件可以跨越向下面向的表面相对移动。

通常，但不是必然地，向上面向的表面的希望的外形是平的。可能需要利用平的表面来形成平面的片。如果偏离了平的外形但没有被纠正，则片可能不具有希望的几何形状。该构件可以相对移动以使该表面具有希望的外形。

在一实施例中，该方法包括以下步骤：用辐射照射所述材料以固化至少一些邻近被制造的所述物体的所述材料。照射和固化的步骤可以完成被制造的物体的整个片。可以通过顺序地照射多个材料层的每一个以形成相应的片来制造该物体。每一个片可以是该物体的整个片。每一个片可以附着向上面向的表面形成。在制造下一个片之前，该表面可以先从连接的片分离。每一整个片可以包括整个平面的片。

在照射所述材料的步骤期间，所述构件可以接触在被制造的所述物体的直接下面的所述元件的一部分以防止所述部分下垂。柔性元件可能因为重力而下垂。这是不希望的，因为邻近向上面向的表面形成的片将偏离希望的外形，使得畸形的物体被制造。

所述照射步骤可以包括利用已经通过所述构件的窗口的辐射照射所述材料。在该物体的整个片的形成期间，该构件和该元件之间的相对移动可以不存在。

替代地，在整个片的形成期间，邻近被所述构件支撑的柔性元件的一部分的材料可以被固化，并且随后该构件可以相对移动以支撑另一部分从而准备固化邻近其它部分的材料。

照射也可以将固化的材料连接到被制造的物体。

在一实施例中，在所述相对移动期间，所述构件在被制造的所述物体的直接下面通过。这可以排出一些位于该元件和被制造的物体之间的该材料。这也可以使在该物体的直接下面的该元件的一部分变平。

在一实施例中，在照射和固化该材料以形成被制造的物体的整个片的步骤之后，该方法包括以下步骤：在该构件与向下面向的表面接触时相对于向下面向的表面进一步移动该构件到该构件不在被制造的物体的直接下面的位置。

该进一步移动可以是该构件沿向下面向的表面的滑动移动。滑动移动比将该元件与该构件拉开需要较小的力，这是因为在将该元件与该构件拉开的情况中，必须克服大气压力施加的力。使该构件滑动离开固体片的下面将柔性元件的向下面向的表面暴露到大气。将向下表面暴露到大气因此允许柔性元件自由变形并且促进该片从该元件的剥离。如果该构件要保持在柔性元件下面，则可能需要相对极大的分离力来将从该片与该柔性元件分离。在分离期间该极大的力可能传递到被制造的物体并且损坏它。在其它实施例中，该移动是滚动移动，该滚动移动可具有与使用滑动移动类似的优点。

而且，滑动构件施加的力基本上与柔性构件的向下面向的表面相切，使得柔性构件张紧并且吸收至少一些该力（即使不是大部分），以减少施加到被制造的物体的力。为了促进这个效果，该片材可以是柔性的，但具有足够高的杨氏模量以抵抗伸展。

因此可以制造使用别的方法不能制造的特别精密的物体。

在一实施例中，该方法包括以下步骤：将被制造的所述物体和所述向上面向的表面分离。该分离步骤可以包括以下步骤：使被制造的物体移动离开该柔性元件和该构件。

这可使得柔性元件变形以剥离所述片。在从该表面的剥离分离期间，该片经受的力通常远远小于以其它方式从该表面分离该片时产生的力。因此，使用柔性元件可以减少损坏该片和/或被制造的物体的风险。

被制造的物体和该表面可以仅在被制造的物体的整个片的形成之后才被分离。这可以辅助制造具有较少或没有任何支撑支架的该物体的悬伸特征的跨度。例子悬伸特征包括“T”形物体的臂。对于在分离之前不形成整个片的一些方法，悬伸部分的制造可能是有问题的。从该柔性元件和该构件移动被制造的物体可以减少或消除搬运该片材或用东西接触它（这可使得该元件起皱，磨损或损坏）的需要。这也可以减少或消除以机构接触该元件的向上面向的表面（这可能干涉该片材上的液体的分布）的需要。

在一实施例中，该方法包括以下步骤：在该元件和该构件之间布置减摩擦物质。

根据本发明的第二方面，提供一种用来制造物体的方法，该方法包括以下步骤：

在柔性元件的向上面向的表面上布置用于制造所述物体的材料；

用辐射照射所述材料以固化至少一些邻近被制造的所述物体的所述材料从而形成所述物体的整个片；并且随后

在构件与所述向下面向的表面接触时使得所述构件相对于所述元件的向下面向的表面移动到一位置，所述位置为所述构件不在被制造的所述物体的直接下面的位置。

在一实施例中，在照射期间，该构件在被制造的物体的直接下面。

在一实施例中，该方法包括以下步骤：将被制造的所述物体和所述向上面向的表面分离。在该构件不在被制造的物体的直接下面时可以完成该分离步骤。该分离步骤可以包括以下步骤：从该柔性元件和该构件移动被制造的物体。

如果可能，本发明的第一方面的步骤可以结合本发明的第二方面的任何一个或多个步骤。

根据本发明的第三方面，提供一种用来制造物体的设备，该设备包括：

柔性元件，所述柔性元件具有向上面向的表面以便在其上布置用于制造所述物体的材料；

构件，所述构件与所述元件的向下面向的表面接触；

致动器，所述致动器被布置成在所述构件与所述向下面向的表面接触时使得所述构件相对于所述向下面向的表面和被制造的所述物体之间移动，所述相对移动使得所述向上面向的表面形成一种外形。

在一实施例中，该设备包括与致动器通信的控制器，该控制器构造成执行致动器使得相对移动的步骤。

该设备可以通常但不必然地构造成使得向上和向下面向的表面为水平取向。该设备可以具有例如底架，该底架具有连接的脚，该脚构造成将底架支撑在诸如长凳的表面上，并且该柔性构件相对于该底架被安装以使得当底架被这样支撑时该表面具有水平取向。

该材料可以是液体。该液体可以是一层液体。在替代实施例中，向上面向的表面用来在其上布置用于制造该物体的粉末或其它材料。

在一实施例中，该设备包括定位器，该定位器被构造用来改变被制造的物体和该表面的分离。该控制器可以与该定位器通信并且构造成执行以下步骤：减少被制造的物体和该表面的分离。这可以将被制造的物体放置在合适的位置中以便形成下一个片。当被制造的物体和该表面的分离减少时，该表面可以偏离该外形。

该物体的片和该表面可以之后由定位器分离。

在一实施例中，可包括辐射源，所述辐射源构造成用辐射照射所述材料以固化至少一些邻近被制造的所述物体的所述材料。该辐射源可以是光源。该辐射可以是光。

在一实施例中，该控制器与辐射源通信。该控制器可以构造成执行以下步骤：在该构件接触在被制造的物体的直接下面的向下面向的表面的一部分时照射该材料。这可以防止该部分下垂，以通常但不是必然希望的在一些实施例中提供更加平的片。

在一实施例中，所述构件包括窗口，所述窗口构造成允许所述辐射通过。该窗口可以包括孔。所述窗口可以包括对所述辐射透明的材料。所述窗口可以包括至少两个辊，所述至少两个辊间隔开以使得所述辐射可以在它们之间被传输。

在一实施例中，该控制器构造成执行以下步骤：通过该窗口照射该材料。该控制器可以不执行以下步骤：在固化该物体的整个片的辐射期间使得该构件的相对移动。替代地，在该物体的整个片的形成期间，邻近被所述构件支撑的柔性元件的一部分的材料可以被固化，并且随后该构件可以被该控制器相对移动以支撑另一部分从而准备固化邻近其它部分的材料。

在一实施例中，所述柔性元件对所述辐射透明。该辐射源可以位于该元件下面。该辐射可以穿过该元件。

所述设备的实施例包括辐射操纵器，所述辐射操纵器被构造用来操纵所述辐射。所述辐射操纵器可以将空间特征给予所述辐射。所述辐射操纵器也可以将时间特征给予所述辐射。因此可以通过辐射操纵器对光的作用来单独地控制每一个片的形状。

在一实施例中，所述辐射操纵器被构造用来相对于所述表面扫描所述辐射。

在一实施例中，所述控制器构造成执行以下步骤：相对移动所述构件使得所述构件在被制造的所述物体的直接下面通过。

在一实施例中，该相对移动使该表面变平。

在一实施例中，所述控制器构造成在照射且固化所述材料以形成被制造的所述物体的整个片的所述步骤之后执行在所述构件与所述向下面向的表面接触时相对于所述向下面向的表面进一步移动所述构件的步骤，所述进一步相对移动相对于所述向下面向的表面将所述构件布置到所述构件不在被制造的所述物体的直接下面的位置。所述控制器可以构造成执行增加被制造的物体和向上面向的表面的分离的步骤。该物体可以移动离开向上面向的表面。

在一实施例中，所述构件包括与所述向下面向的表面接触的细长边缘。

在一实施例中，所述构件包括与所述柔性元件接触的至少一个辊。

在一实施例中，所述构件包括与所述向下面向的表面接触的平面表面。

在一实施例中，所述柔性元件形成被构造成容纳所述材料的容器的至少一部分。该容器可以是槽。该容器也可以是碟。该容器可以防止该材料落下或流动而离开该元件。这可以减少昂贵的材料的消耗。

在一实施例中，所述柔性元件包括柔性片材。柔性片材可以具有单一构造。例如，该柔性片材可以不由另一元件支持。该柔性片材可以是例如膜。替代地，该片材可以是复合物。

在一实施例中，柔性元件可以具有100和1000MPa之间的杨氏模量。该杨氏模量可以在400和700MPa之间。该杨氏模量可以是大约560MPa。

本发明的实施例包括柔性元件张紧器。该张紧器可以包括用来接触向下面向的表面的元件接触部件。该张紧器可以包括一个或多个偏压元件，该偏压元件将元件接触部件偏压向向下面向的表面。元件接触部件可以包括环。该一个或多个偏压元件可以包括弹簧装置。该装置可以包括操作地连接到该元件和该部件的拉伸弹簧。替代地或另外地，向下面向的表面可以被重力偏压到框架中。

在一实施例中，减摩擦物质被布置在该构件和该元件之间。

在一实施例中，该控制器被构造成接收用来制造该物体的指令。该控制器可以接收数据，该数据指示要由该装置顺序地形成的多个片的指令。该片可以被单独地确定。每一个单独地确定的片可以与另一个片不同，例如，它们相应的边界的形状可以不同。然而，不是每一个片需要是不同的。该控制器可以构造成协调该构件和定位器以及光源（在一些实施例中还包括其它部分）的移动，以根据接收的指令顺序地形成多个片。该控制器可以包括处理器。

根据本发明的第四方面，提供一种用来制造物体的设备，该设备包括：

柔性元件，所述柔性元件具有向上面向的表面以便在其上布置用于制造所述物体的材料；

构件，所述构件与所述元件的向下面向的表面接触，所述构件用于成形所述元件；

致动器，所述致动器被布置成使得所述构件和所述元件之间的相对移动；

辐射源，所述辐射源被构造成用辐射照射所述材料以固化至少一些邻近被制造的所述物体的所述材料；以及

控制器，所述控制器与所述致动器和所述辐射源通信，所述控制器被构造成执行以下步骤：

当这样布置时利用所述辐射照射所述材料以固化至少一些邻近被制造的所述物体的所述材料从而形成所述物体的整个片；并且随后

在所述构件与所述向下面向的表面接触时，使得所述构件相对于所述向下面向的表面移动到一位置，所述位置为所述构件不直接在被制造的所述物体下面的位置。

在一实施例中，在照射期间，该构件在被制造的物体的直接下面。

在一实施例中，该设备可以包括定位器，该定位器被构造用来改变被制造的物体和该表面的分离。该控制器可以与该定位器通信并且还被构造成执行以下步骤：将被制造的物体和向上面向的表面分离。在该构件不在被制造的物体的直接下面时可以完成该分离步骤。该分离步骤可以包括以下步骤：使被制造的物体移动离开该柔性元件和该构件。

如果可能，本发明的第三方面的任何一个或多个特征可以结合本发明的第四方面的任何一个或多个特征。

根据本发明的第五方面，提供一种用来制造物体的方法，该方法包括以下步骤：

在柔性元件的表面上布置用于制造所述物体的材料；以及

使得构件相对于所述元件移动，所述相对移动使得所述表面形成一种外形。

如果可能，本发明的第五方面的任何一个或多个特征可以结合本发明的第一方面的任何一个或多个特征。

根据本发明的第六方面，提供一种用来制造物体的设备，该设备包括：

柔性元件，所述柔性元件具有表面以便在其上布置用于制造所述物体的材料；以及

致动器，所述致动器被布置成使得构件相对于所述元件移动，所述相对移动使得所述表面形成一种外形。

如果可能，本发明的第六方面的任何一个或多个特征可以结合本发明的第三方面的任何一个或多个特征。

本说明书中提及的用于制造固体物体的任何液体可以视情况而定而被替换为任何合适用于制造固体物体的材料或流体。

附图说明

为了更好的理解本发明的性质，现在将参考附图并通过例子的方式来描述实施例，其中：

图1到11示出用来制造物体的装置的一个实施例以及在其使用的各个阶段期间的示意性正视图；

图12到17示出可以形成用来制造物体的装置的一部分的构件的例子的透视图；

图18到24示出用来制造物体的装置的另一实施例的示意性正视图；

图25到27示出可以形成用来制造物体的装置的一部分的构件的另一例子的透视图；

图28示出用来制造物体的方法的实施例的流程图；

图29到31示出可以形成用来制造物体的装置的一部分的辐射源的例子的示意图；

图32到33示出用来制造固体物体的装置的另一实施例的示意性正视图；

图34示出在柔性元件和构件之间的减摩擦物质的示意图；

图35和36示出用来制造固体物体的装置的另一实施例的示意性正视图；

图37示出用来控制前述图所示的装置的控制器的结构的例子；并且

图38示出可以被包括到用来制造固体物体的装置中的张紧器的例子。

具体实施方式

图1到11示出可以在其上制造物体的设备的一个实施例的示意图，该设备总体上由附图标记100指示。该图的顺序指示了用来制造物体的方法的一个实施例。在该图中示出坐标轴，其中x和y是水平取向的而z是竖直取向的。

设备100具有基本上为透明的片材101的形式的柔性元件，在该柔性元件上布置一层可光硬化的液体104。可光硬化的液体（或可光固化的液体）是当曝光到诸如可见的或不可见的光（例如，紫外光）的辐射时会硬化的液体。合适的光波长的例子包括355nm和405nm。在一些实施例中，可以使用除了光之外的辐射源。例如，辐射源可以是电离或非电离辐射。

光可硬化液体可以包括丙烯酸酯单体和低聚体，光引发剂，着色剂和稳定剂的混合物以使得当该混合物曝光到合适的光时聚合。该液体的例子包括DSM Somos,USA的Somos NEXT，和Allied PhotoPolymers,USA的KZ-1860-CL。

当光可硬化材料104在与该片材101接触的情况下固化时，片材101可以具有相对于光可硬化材料104的抗粘性质。适合用作片材101的材料包括由Du Pont,USA制造的FEP含氟聚合物薄膜。该薄膜可以为大约125微米厚，但视情况而定可以更厚或更薄。该片材是柔性的，但可以不是特别有弹性的，并具有560MPa的杨氏模量。通常地但不是必然地，100和1000MPa之间的杨氏模量是合适的。适合用作片材的材料的另一例子是也由Du Pont制造的PFA含氟聚合物薄膜。通常，任何合适的材料都可以用于该元件。

在这个实施例中，片材101不由另一材料或层支持，并且具有单一构造。在其它实施例中，该片材可以具有多层构造。例如，该片材可以包括粘结到聚酯薄膜的一层硅树脂，该薄膜提供高的杨氏模量而该硅树脂提供相对于光可硬化材料104的优良的不粘表面。另外也可以替代地使用其它材料或不同材料的薄层。

片材101和侧壁106形成以槽或碟108的形式的浅的容器以便容纳光可硬化液体104。该容器可以具有一定容积，该容积足以容纳足够的液体以建造整个物体而不需要被补充。任选地，导管可以将该容器与大量液体的供应连接以在该液体被消耗时补充该液体。片材101形成该槽的基部。该槽108和其包含的液体104可以容易地从该设备被移除并且被替换为另一个槽和液体，因此提供一种方便的手段以便替换损坏的槽或以不同材料制造物体。

该设备具有可移动的构件110，该构件可以通过线性致动器112和驱动轴114沿x轴水平地移动。该致动器可以包括例如线性马达，驱动带，步进马达，齿条和小齿轮装置，或通常布置用来提供致动的任何合适的部件的任何一个或多个。该构件推挤片材101的下侧103。在另一实施例中，在被制造的物体和该片材移动时，该构件保持静止。在又一实施例中，被制造的物体的移动和该片材与该构件的移动相反。通常，只要存在该构件相对于该片材和被制造的物体的相对移动，则可以使用任何合适的移动组合。

图1到11和18到24的实施例各构造成使得该片材101在使用时水平地取向。该设备可以具有例如底架130，该底架具有连接的脚132,133，该脚构造成将底架支撑在诸如长凳的表面上，并且该片材相对于该底架安装，以使得当底架被这样支撑时该片材具有水平取向。在其它实施例中，只要容器的壁足够高以容纳该液体，被液体布置在其上的该片材的表面可以相对于水平面（即，该表面为向上面向）以最多45度倾斜。安装支架152,154,156,158可以用于保证设备部件被保持在其相对于底架的正确位置和取向中。

光源116形式的辐射源可以被激活以发出空间的和/或结构的光118，该光能够选择性地硬化光可硬化液体104的区域以形成该物体的片。光源116可以包括例如光操纵器，诸如图29中描绘的并且总体上以附图标记116a指示的图像投影系统，该图像投影系统包括发出光162的光源116，中继光学器件163，转动棱镜164，可以由控制器168控制的空间光调制器165，和投影透镜166。替代地，光源116可以是图30中描绘的并且总体上由附图标记116b指示的光束扫描设备，该光束扫描设备包括：发出大约350nm波长的光172的激光源171，例如准直和/或聚焦光学器件173；扫描镜174，该扫描镜的旋转可以在一个或多个轴上由镜控制器178控制；任选地，图中未示出的第二可控制的镜；和任选地，诸如F-Theta透镜的投影透镜175。控制器178可以构造成以光栅扫描模式或替代地以矢量扫描模式扫描镜174（如果有第二镜的话，则可与第二镜协调）。图31示出总体上由附图标记116c指示的第二类型的光束扫描设备，该光束扫描设备包括：发出光182的激光源181；准直和/或聚焦光学器件183；多角镜184，该多角镜可绕轴线185旋转并且可由控制器188控制；和任选地，诸如F-Theta透镜的投影透镜186。由于设备116c仅可扫描根据图31中示出的坐标系统的沿y轴的光，因此该设备处于平移台187上，该平移台可以沿x方向移动该设备，使得投射的光能够用于x和y维度中的位置。该平移台可以包括例如线性马达，驱动带，步进马达，齿条和小齿轮装置，或通常布置用来提供平移的任何合适的部件的任何一个或多个。设备116c适合以光栅扫描模式进行操作。在一些实施例中，光源可以包括例如白炽灯或发光二极管，也可以使用任何合适的光源。

再参考图1到11和18到24，能够沿z方向线性运动的定位器120连接到平台121并且移动平台121，其中该被制造的物体安装在平台121上。定位器120相对于片材101的向上面向的表面102将被制造的物体122定位。该定位器可以包括例如线性马达，驱动带，步进马达，齿条和小齿轮装置，或通常布置用来提供线性运动的任何合适的部件的任何一个或多个。

设备100可以执行一系列的动作以形成该物体的新的片124并且非破坏性地将其从片材101分离。该过程如图1中所示那样开始，被制造中的物体122的先前片远离片材101并且构件110从片材101下侧缩回。

接下来，如图2中所示，定位器120将被制造的物体122向着片材101下降到最终位置，该最终位置是表面102（当平的时候）上方一个片的厚度。

如图2中所示，没有被支撑的片材101将不希望地偏离被制造的物体122，这是由于它们之间困住的流体使得被制造的固体物体从表面102的分离典型地为许多片厚。该表面也偏离平的外形。

一个片的厚度典型地在10微米到250微米的范围中，但它可以更小（如果需要特别精细的制造分辨率）或更大（如果需要相对粗的制造分辨率）。

接下来，如图3中所示，接合致动器112以沿片材101的下侧103移动柔性元件以成形构件110。这个动作举起且将片材101成形以使它具有平的构造或外形，同时迫使多余的光可硬化液体104离开先前硬化的片122和片材101之间的间隙。由移动的构件施加到该片材的力的至少一些可以被该片材吸收并且不传递到被构造中的物体。如上所述，在具有不是特别地弹性的柔性片材的情况下，可以允许制造特别精密的物体。

接下来，如图4中所示，具有符合被制造的物体的截面几何形状的空间特征的光118从光源116发出以选择性地硬化与先前形成的片122接触的光可硬化液体104层的区域从而形成新的硬化的片124。在这个实施例中，用于连接构件110和致动器112的臂实际上是一对间隔开的臂，光在该臂之间穿过。替代地，该臂可以是单个臂，该单个臂被布置到该光的一侧以使得该光可以通过。

接下来，如图5中所示，接合机械致动器120以升高先前形成的片122和新形成的片124，使得片材101伸展且变形。一旦剥离角度126足够大，该片材将剥离新形成的片124并且该设备100准备好以便该过程重新开始，如图6中所示。图7到11中描绘的后续顺序相同于图1到6中描绘的第一顺序，只是构件110的移动方向是相反的。重复这个动作顺序使得多层的物体能够一片接一片地被制造。

在这个实施例中的设备的构件110将片材101举起到其水平位置，使得片材101具有平的构造。这个动作也可以迫使多余的光可硬化液体104离开片材101和先前硬化的片122之间的间隙，并随后可以形成厚度一致的平的片。

在其它实施例中，可以构造且操纵该构件以使得该片材具有除了平的构造外的构造。这因此相应的改变液体材料的分布，使得该片材和该物体之间的液体材料的空间构造被改变或修改到希望的形状。例如，如果被制造的物体具有圆的形状或者如果光源116将光118投射到弯曲的焦平面，则弯曲的片材构造可能是有利的。在该实施例中，该构件可以布置成相对于该片材以非线性的方式移动。例如，该构件在相对于该片材移动时可以沿弧线移动，使得该片材具有弧形构造。该构件通常可以沿任何其它非线性路径移动以使得该片材具有相应的构造。

替代地，可以成形或构造该片材以使其上表面具有希望的构造，同时维持其下表面的平的构造，该构件可以在该下表面上移动。因此，在形成该物体的片时，该物体片的下表面具有与该片材的上表面相同的构造。应当理解，该片材的上表面的构造可以是任何合适的或希望的几何布置。

图12到17和图25到27中示出柔性元件成形构件的其他几个例子。图12示出包括楔形部分210的刀片状构件200。图13示出包括圆柱形的辊332的构件300，该圆柱形的辊在轴承334上自由旋转。对于这些实施例的构件，在构件经过该片材的下侧之后，该膜可以通过该片材中的张力维持在其水平位置中，或充分地接近其水平位置。

该片材可能因为该材料和片材自身的重力而下垂。在一些情况中，片材下垂的量可能太大而不能满足所需的制造公差。在这些情况中，该构件可以支撑用于辐射照射的膜的区域的一部分或全部。图14示出这种构件的一个实施例400。该构件包括窗口434，该窗口由对光源116发出的固化辐射118透明的材料制造。例如，当固化辐射是405nm波长的光时，窗口434可以包括熔融石英的板。窗口434的边缘可以是斜的，或者甚至是楔形的，以减少刮痕或其它标记形成在片材的下侧表面103上的风险。在操作中，这个实施例的构件可以是相对窄的。在光穿越该片材的下侧时，即，在从图2中示出的状态转变到图3中示出的状态期间，该光可以发射穿过该构件。图32和33中示出该转变期间的中间状态，其示出片124的硬化阶段(由124a和124b表示)，该片124通过构件移动时穿过该构件的光而被硬化。在任何时刻仅仅提供窄的曝光窗口，使得图14的构件更适合用于与矢量扫描式光源相对的光栅式光源。例如，该光源可以包括扫描激光系统，该扫描激光系统以光栅模式进行操作，其中快速扫描的方向与y轴（从页面出来）对齐并且缓慢扫描的方向与根据图1中示出的轴的x轴对齐，以及x维度中的扫描速度与该构件的运动协调以使得它通过该窗口投射。图30的设备116b或图31的设备116c可以适于以这种方式操作。使用数字多媒体投影仪通过渐进显示可以实现类似的结果。图29中描绘的设备116a可以以这种方式进行操作。

另外，也可以使用完全不透明的支撑构件。如图35和36中描绘的，光可以落在邻近该构件的前边缘436或后边缘438的片材101的一部分上。然而，这个实施例的构件可以不必是不透明的。

图15示出第二类型的支撑构件设备500，该支撑构件设备包括两个辊536和538，该两个辊在轴承540和542上绕它们的轴线自由旋转。当构件设备在该片材下面移动时，该辊支撑该片材101。在两个辊之间存在间隙（窗口543），光可以穿过该间隙。该间隙可以制造成任意窄以使得这个间隙中的膜下垂的量是可接受的。辊的使用减少该构件和该片材101之间的摩擦效果。而且，诸如以光栅模式操作的光栅扫描设备或数字多媒体投影仪的光栅光源适合于结合这种构件使用。

图16示出构件600的另一实施例。该构件包括由框架646包围的细长窗口644。该框架646可以由例如铝或不锈钢构造，并且因此提供可以实施本发明的实施例而不需要使用昂贵的透明材料的手段。

给出的实施例的构件的元件可以被组合。例如在图17中描绘的包括辊736,738和窗口734的设备700，任何构件可以通过在其前边缘和/或其后边缘添加辊以最小化它和该片材之间的摩擦而被改良。

该构件的一些实施例可以完全支撑该片材用于曝光的区域。在这种情况中，可以使用略微不同的操作程序来形成一层材料，硬化该材料来形成片，并且将该片从提供的表面分离。

图18到24示出总体上由附图标记800指示的可以在其上制造物体的设备的另一实施例，其中类似于图1的实施例中的那些的部分被相似的编号。这些图的顺序指示了一种利用该设备根据用来制造物体的方法的实施例来形成且将片分离的方法。

通过该设备800可以执行以下一系列的动作来形成新的固体片124并且非破坏性地将其从片材101分离。如图18中所示，该过程开始时，被制造中的物体的先前片122远离片材101并且构件110从片材101下侧缩回。接下来，机械致动器120将被制造的物体122向着片材101下降到最终位置，该最终位置为被制造的物体位于片材表面102（当处于平的构造时）上方一个片的厚度。如图19中所示，没有被支撑的片材101将偏离物体122，导致通常大于一个片的厚度的分离。接下来，如图20中所示，接合机械致动器112以沿该片材的下侧移动构件110。这对应于总体上由附图标记1000指示的图28中示出的方法的步骤1004。这个动作将片材101举升到其水平位置，同时迫使多余的光可硬化液体104离开先前硬化的片122和片材101之间的间隙。接下来，如图21中所示，符合被构造的物体的横截面几何形状的结构的光118从光源116发出以选择性地硬化与先前形成的片122接触的光可硬化液体104层的区域从而形成新的固体片124。光源116可以投影光栅化图像，或者可以以矢量扫描模式操作。构件110为片材101提供支撑以防止片材在曝光期间下垂，即，该穿过构件110曝光。

接下来，如图22中所示，接合机械致动器112以从先前硬化的片124的下侧缩回构件110。

虽然在给出的实施例中，该构件的移动平行于片材的标称平面并且因此是水平的，但它不一定需要是严格水平的。某程度的非水平移动可以通过柔性构件的对应变形而被适应。因此，相对的移动可以具有平行于表面（即，垂直于重力方向）的分量，但也可以具有一些垂直于该表面的分量。合成的移动可以是基本上平行于该表面的。

接下来，如图23中所示，致动定位器120以使先前形成的片122和新形成的片124上升到高过膜（片材）的水平位置。一旦剥离角度126足够大，该膜将剥离新形成的片124并且该设备准备好以便该过程重新开始（如图24中所示）。重复这个动作顺序使得多层物体能够一片接一片地被制造。

在图1到11和18到24的实施例中，槽中容纳的流体在重力的影响下在其表面上流动，使得该流体被布置在该表面上。替代地，该流体可以从喷嘴被周期性地施加在该表面上，或者通过类似于挡风玻璃刮水片的动作的擦拭动作被施加。

图25中示出总体上由附图标记900指示的完全支撑该片材的辐射曝光区域的构件的一个实施例。该构件包括对光源116的光透明的材料板910。例如，当使用405nm波长的光时，它可以由熔融石英制造。替代地，该板可以由以下的材料制造：聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），聚碳酸酯，钠钙玻璃或对所用的特别光化性的光充分透明的任何其它合适材料。

图26中示出总体上由附图标记920指示的完全支撑该片材的构件的第二个实施例。它包括透明材料板930，该板在其前边缘具有辊940，该辊绕其轴线自由旋转。由于最大的力可能位于该构件的前边缘，该前边缘用于将材料推出片材101和先前形成的物体的片122之间的间隙，因此该辊可减少该膜和板之间的摩擦效果。

在图27中示出总体上由附图标记950指示的构件的另一实施例。该构件包括板960，该板具有诸如在其中被切割形成的窗口970。该构件的构造材料可以是不透明的，例如，不锈钢。这个构件的操作模式是将片材支撑在一个位置，同时将光投射通过该构件的窗口，然后将该构件移动到第二位置，使得用于的制造区域中先前被掩盖的区域现在曝光并且通过该窗口进行第二次曝光。

该构件和片材之间的摩擦可以被存在于该构件和片材之间的湿气或污染物加重。通过在该构件和片材之间添加物质（如图34中由物质980指示的）可以减少这种摩擦。该物质可以是例如矿物油或硅油的液体润滑剂或诸如滑石粉的固体粉末。对于这个问题，使用诸如硬脂酸镁的粉末金属皂可能特别有效。粉末的粒子可以像微小球轴承那样起作用并且因此减少摩擦。粉末的轻微粉化可以具有显著的减摩擦效果，同时对通过该构件和片材的光传输影响极小。

图38示出张紧器的例子，其相对侧由附图标记190,191指示。该张紧器可以被包括到用来制造固体物体的装置（例如但不限于在本申请中描绘的实施例的任何一个）中。张紧器可以用于拉紧片材101以保持片材被拉紧。张紧器安装到设备的底架130。张紧器包括框架192和连接到框架的环的形式的片材接触部件193。在使用中，片材接触部件与片材101的向下面向的表面接触。片材接触部件193可以具有任何适合的形式，诸如正方形或卵形。片材接触部件193的部分可能没有尖锐的边缘和角部，这可以防止刺穿或局部屈服片材101。张紧器可以包括一个或多个偏压元件，该偏压元件将片材接触部件偏压向片材101的向下面向的表面。该一个或多个偏压元件可以包括弹簧装置，该弹簧装置具有例如操作地连接到片材和框架的拉伸弹簧194,195。在其它实施例中，偏压构件可以包括橡胶，拉伸弹簧，片簧，或任何其它合适的偏压装置。在弹簧194,195的一个端部处的钩子或夹子196,197钩在槽或碟的侧壁106上而另一端部则连接，钩住或拴系到框架。当这样放置时，在这个实施例中但不一定在所有实施例中，该弹簧处于张紧状态。偏压元件可以替代地或另外地包括电子机械元件，诸如马达或磁体（电磁体或永久磁体）。在这个实施例中但不一定在所有实施例中，向下面向的表面也被重力偏压到框架中。然而，张紧器可能不足以在所有情况中防止在重力下的片材101的下垂。如上所述的构件（诸如110）可以帮助改善任何的下垂。

张紧器可替代地在片材101和槽或碟的侧壁106之间包括偏压元件。在这个实施例中但不一定在所有实施例中，张紧器作用在片材的周边以沿x和y方向保持张紧。

张紧器可以防止片材与移动的构件干涉（如果没有被张紧的话）。张紧器可以防止片材起皱或被该移动的构件撕扯。

用于构件的致动器112，定位器120，光源，和该设备的其它可能部分可以与控制器160通信并且可以由控制器160控制以协调该设备从而制造该物体。这些和其它部件可以通过电线，电缆，无线，或任何其它合适的装置连接。在这个实施例中，控制器可以具有如在图37中示意性地示出的处理器单元220。处理器单元220可以包括：合适的逻辑装置250，诸如或类似于INTEL PENTIUM；或合适地构造的现场可编程门阵列（FPGA），该现场可编程门阵列在总线280上连接到大约100MB的随机存储器240和诸如硬盘驱动器260的非易失存储器或具有大约1GB容量的固态非易失存储器。该处理器具有诸如通用串行总线的输入/输出接口270和可具有人机界面230，例如，鼠标，键盘，显示器等。可以使用商业上可获得的机器到机器界面（诸如LABVIEW软件）并与安装在处理器单元220上（例如，在USB或RS-232或TCP/IP链接上）的商用界面供应商推荐的相关硬件一起控制装置部件。替代地，可以编写定制驱动软件以便在与定制印刷电路板一起使用时改进其性能。替代地，处理器单元220可以包括嵌入式系统。

在这个实施例中，控制器160与另一处理器通信，该另一处理器适于确定用于该装置的指令和/或信息。在替代实施例中，该处理器是相同的处理器。另一处理单元的例子包括：逻辑装置，诸如或类似于INTEL PENTIUM；或合适地构造的现场可编程门阵列（FPGA），该现场可编程门阵列在总线上连接到大约100MB的随机存储器和诸如硬盘驱动器的非易失存储器或具有大约1GB容量的固态非易失存储器。通常，该构造可以类似或相同于图37中示出的构造。处理器具有诸如USB端口（或例如互联网连接）的接收器，该接收器用来接收例如存储在USB FLASH装置上的代表固体物体的信息。该信息可以被编码在计算机辅助设计（CAD）程序产生的文件中，该信息指定物体的几何形状。微处理器执行一个实现一种算法的分解程序，该分解程序将该信息分解（或转变）为数据，该数据指示要被该装置顺序地形成的多个片和/或用于制造该固体物体的材料。该程序可以已经从诸如存储该程序的DVD或USB存储棒的实体媒介安装到处理器上。在替代的实施例中，分解器可以是专用的硬件单元。该物体的一系列的片被确定，每一个片对应于要被形成的固体片。然后，该片可以进一步被处理以将每一个片的几何形状表现为光栅化位图。然后，该片或位图可以用于控制该装置。

应当理解，该设备和方法可以基本上用于制造任何形状或尺寸的物体，包括诸如戒指的珠宝，原型汽车部件，用于精密机器的微部件，用于熔模铸造的模型，和用于建筑物的建筑或设计特征。

上文已经描述了本发明的实施例，应当理解，这些实施例可以具有以下的一些优点：

当固体片和表面分离时柔性元件可以变形以使得表面剥离固体片。在这种情况中，正在形成的物体经受比与通过其它方式从该表面分离该片时产生的力相比较少的力，因此减少了损坏固体片和/或正被制造的物体的风险；

将流体布置在该表面上只需要相对适度的体积的流体，因此可以减少昂贵的浪费；

支撑柔性元件的构件改善了柔性元件在重力下的下垂并因此改善固体片的平坦性以及减少该物体的变形；

与该构件和该柔性元件的垂直分离相比，基本上平行于柔性元件移动该构件需要较小的力，这允许实现更精密的物体的制造。

在将该构件从柔性元件分离之前移动该构件以使该构件离开硬化的片的下面允许空气到达柔性元件的向下面。这允许柔性元件自由变形并且促使该片的剥离。相反，如果该构件留在柔性元件下面，则大气压力可能会防止柔性元件的自由变形。

水平移动的构件施加在柔性构件（片材）上的力的方向与该构件相切，而不垂直于该构件，这使得该构件随后可以张紧并且吸收该力的至少一些而不将该力传递到被制造的物体。这可以保护该物体免受该力的至少一些。

应当理解，可以对如具体实施例中示出的本发明作出许多变化和/或修改而不偏离概括描述的本发明的精神或范围。应当注意，虽然上文提及构件以线性方式（即沿直线）被致动器移动，但应当理解，本发明也可以应用于以其它方式（诸如通过旋转动作，类似于车辆的挡风玻璃刮水器操作的方式）致动的构件。在那种情况中，该构件可以包括弯曲的边缘而不是直的边缘。柔性元件可以不是如片材那样平坦而是楔形的。该元件的向下面向的表面可以是有纹理的。因此，本实施例要在所有方面被认为是说明性的并且不是限制性的。

在下面的权利要求中和在前面的本发明的描述中，除了上下文由于明确语言或必要含义而另外要求的情况，词“包括”或诸如“包含”或“含有”的变体用于包括性意义，即，在本发明的各种实施例中指定所述特征的存在但不排除另外特征的存在或添加。

应当理解，如果这里引用任何现有技术出版物，在澳大利亚或任何其它国家，这种引用不被解释为承认该出版物形成该技术领域中的公共常识的一部分。

Claims (40)

1.一种用来制造物体的方法，所述方法包括以下步骤：

在柔性元件的向上面向的表面上布置用于制造所述物体的材料；以及

在构件与所述元件的向下面向的表面接触时，使得所述构件相对于被制造的所述物体和所述向下面向的表面之间移动，所述相对移动使得所述向上面向的表面形成一种外形。

2.根据权利要求1限定的方法，所述方法包括以下步骤：减少被制造的所述物体和所述向上面向的表面的分离，使得所述向上面向的表面偏离所述外形。

3.根据前述权利要求的任何一项限定的方法，所述方法包括以下步骤：用辐射照射所述材料以固化至少一些邻近被制造的所述物体的所述材料。

4.根据权利要求3限定的方法，其中在照射所述材料的步骤期间，所述构件接触在被制造的所述物体的直接下面的所述元件的一部分以防止所述部分下垂。

5.根据权利要求3和4的任何一项限定的方法，其中所述照射步骤包括：利用已经通过所述构件的窗口的辐射照射所述材料。

6.根据前述权利要求的任何一项限定的方法，其中在所述相对移动期间，所述构件在被制造的所述物体的直接下面通过。

7.根据权利要求6限定的方法，所述方法包括排出一些位于所述元件和被制造的所述物体之间的所述材料。

8.根据前述权利要求的任何一项限定的方法，其中所述相对移动使得所述向上面向的表面变平。

9.根据前述权利要求的任何一项限定的方法，其中所述构件水平地移动。

10.根据前述权利要求的任何一项限定的方法，所述方法包括以下步骤：在所述构件与所述向下面向的表面接触时，相对于所述向下面向的表面进一步移动所述构件到一位置，所述位置为所述构件不接触在被制造的所述物体的直接下面的所述向下面向的表面的一部分的位置。

11.根据权利要求10限定的方法，所述方法包括以下步骤：将被制造的所述物体和所述表面分离。

12.一种用来制造物体的设备，所述设备包括：

柔性元件，所述柔性元件具有向上面向的表面以便在其上布置用于制造所述物体的材料；

构件，所述构件与所述元件的向下面向的表面接触；

致动器，所述致动器被布置成在所述构件与所述向下面向的表面接触时使得所述构件相对于所述向下面向的表面和被制造的所述物体之间移动，所述相对移动使得所述向上面向的表面形成一种外形。

13.根据权利要求12限定的设备，所述设备还包括定位器，所述定位器被布置用来改变被制造的所述物体和所述表面的分离。

14.根据权利要求12和13的任一项限定的设备，所述设备包括辐射源，所述辐射源构造成用辐射照射所述材料以固化至少一些邻近被制造的所述物体的所述材料。

15.根据权利要求12到14的任何一项限定的设备，所述设备包括控制器。

16.根据权利要求15限定的设备，其中所述控制器与所述辐射源通信并且所述控制器构造成在所述构件接触在被制造的所述物体的直接下面的所述向下面向的表面的一部分时执行所述材料的照射步骤以防止所述部分下垂。

17.根据权利要求15和16的任何一项限定的设备，其中所述构件包括窗口，所述窗口构造成允许所述辐射通过，并且所述控制器构造成执行通过所述窗口照射所述材料的步骤。

18.根据权利要求14到16的任何一项限定的设备，其中所述构件包括窗口，所述窗口构造成允许所述辐射通过。

19.根据权利要求18限定的设备，其中所述窗口包括孔。

20.根据权利要求18和19的任何一项限定的设备，其中所述窗口包括对所述辐射透明的材料。

21.根据权利要求18到20的任何一项限定的设备，其中所述窗口包括至少两个辊，所述至少两个辊间隔开使得所述辐射可以在它们之间被传输。

22.根据权利要求18到21的任何一项限定的设备，其中所述柔性元件对所述辐射透明。

23.根据权利要求14限定的设备，其中所述设备包括辐射操纵器，所述辐射操纵器被构造用来操纵所述辐射。

24.根据权利要求23限定的设备，其中所述辐射操纵器将空间特征给予所述辐射。

25.根据权利要求24限定的设备，其中所述辐射操纵器被构造成相对于所述表面扫描所述辐射。

26.根据权利要求15限定的设备，其中所述控制器构造成执行以下步骤：相对地移动所述构件以使得所述构件在被制造的所述物体的直接下面通过。

27.根据权利要求12到26的任何一项限定的设备，其中所述相对移动使得所述表面变平。

28.根据权利要求15限定的设备，其中所述控制器构造成在照射且固化所述材料以形成被制造的所述物体的整个片的所述步骤之后执行在所述构件与所述向下面向的表面接触时相对于所述向下面向的表面进一步移动所述构件的步骤，所述进一步相对移动相对于所述向下面向的表面将所述构件布置到所述构件不在被制造的所述物体的直接下面的位置。

29.根据权利要求28限定的方法，其中所述控制器构造成执行增加被制造的所述物体和所述表面的分离的步骤。

30.根据权利要求12到29的任何一项限定的设备，其中所述构件包括与所述向下面向接触的表面的细长边缘。

31.根据权利要求12到30的任何一项限定的设备，其中所述构件包括至少一个与所述柔性元件接触的辊。

32.根据权利要求12到31的任何一项限定的设备，其中所述构件包括与所述向下面向的表面接触的平面表面。

33.根据权利要求12到32的任何一项限定的设备，所述设备构造成使得所述柔性元件形成被构造用来容纳所述材料的容器的至少一部分。

34.根据权利要求12到33的任何一项限定的设备，其中所述柔性元件包括柔性片材。

35.一种用来制造物体的方法，所述方法包括以下步骤：

在柔性元件的向上面向的表面上布置用于制造所述物体的材料；

用辐射照射所述材料以固化至少一些邻近被制造的所述物体的所述材料从而形成所述物体的整个片；并且随后

在构件与所述向下面向的表面接触时使得所述构件相对于所述元件的向下面向的表面移动到一位置，所述位置为所述构件不在被制造的所述物体的直接下面的位置。

36.根据权利要求35限定的方法，所述方法包括以下步骤：将被制造的所述物体和所述向上面向的表面分离。

37.一种用来制造物体的设备，所述设备包括：

柔性元件，所述柔性元件具有向上面向的表面以便在其上布置用于制造所述物体的材料；

构件，所述构件与所述元件的向下面向的表面接触，所述构件用于成形所述元件；

致动器，所述致动器被布置成使得所述构件和所述元件之间的相对移动；

辐射源，所述辐射源被构造成用辐射照射所述材料以固化至少一些邻近被制造的所述物体的所述材料；以及

控制器，所述控制器与所述致动器和所述辐射源通信，所述控制器被构造成执行以下步骤：

当这样布置时利用所述辐射照射所述材料以固化至少一些邻近被制造的所述物体的所述材料从而形成所述物体的整个片；并且随后

在所述构件与所述向下面向的表面接触时，使得所述构件相对于所述向下面向的表面移动到一位置，所述位置为所述构件不直接在被制造的所述物体下面的位置。

38.根据权利要求37限定的设备，所述设备包括定位器，所述定位器被构造用来改变被制造的所述物体和所述表面的分离，并且所述控制器与所述定位器通信并且还构造成执行以下步骤：将被制造的所述物体和所述向上面向的表面分离。

39.一种用来制造物体的方法，所述方法包括以下步骤：

在柔性元件的表面上布置用于制造所述物体的材料；以及

使得构件相对于所述元件移动，所述相对移动使得所述表面形成一种外形。

40.一种用来制造物体的设备，所述设备包括：

柔性元件，所述柔性元件具有表面以便在其上布置用于制造所述物体的材料；以及

致动器，所述致动器被布置成使得构件相对于所述元件移动，所述相对移动使得所述表面形成一种外形。

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