CN105307841B - 结构体的制造方法和制造装置 - Google Patents

结构体的制造方法和制造装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105307841B
CN105307841B CN201480035046.5A CN201480035046A CN105307841B CN 105307841 B CN105307841 B CN 105307841B CN 201480035046 A CN201480035046 A CN 201480035046A CN 105307841 B CN105307841 B CN 105307841B
Authority
CN
China
Prior art keywords
model forming
forming layer
layer
model
supporting member
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201480035046.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105307841A (zh
Inventor
谷内洋
中岛浩
中岛一浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Publication of CN105307841A publication Critical patent/CN105307841A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105307841B publication Critical patent/CN105307841B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/40—Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/112—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using individual droplets, e.g. from jetting heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)

Abstract

在结构体形成中，减少形成中的结构体层和支撑构件层之间的未对准对形状精度的影响。结构体的制造方法包括：在制备的模型成型层和支撑构件中的至少一者形成的已有表面上由液态模型成型材料形成模型成型层；在限制构件的限制所述模型成型层的上表面的限制表面与所述模型成型层的所述上表面接触的情况下，供给支撑材料以填充所述已有表面和所述限制表面之间的空间，将所述支撑材料固化成支撑构件来形成所述模型成型层和所述支撑构件的层；移除所述限制构件；以及在通过所述限制构件的移除而露出的层的表面上提供模型成型层和支撑构件的层。

Description

结构体的制造方法和制造装置
技术领域
本发明涉及一种结构体的制造方法和该结构体的制造装置。
背景技术
迄今为止，诸如立体光刻等的层叠式三维对象物形成方法(下文中称为“层叠形成方法”)已经被积极地应用于许多领域。上面描述的方法均是通过顺序地层叠三维对象物的截面图案以形成任意的三维对象物的方法。在这些方法中，可以在不使用模具等的情况下，从三维(设计)数据直接形成三维对象物。因此，这些方法已经被频繁地用于例如原型制作，其中在原型制作中，高度需求在短时间内制备少量三维对象物。
作为层叠成型方法的限制特征，例如，支撑是绝对必要的。在层叠成型方法中，由于互相层叠层状图案，例如，具有分离部分的对象物，诸如悬挂的树枝的前端，原则上在制造的过程中不能制造。为了由层叠成型方法形成上面描述的部分，在分离部分的下方形成在最终状态不必要的支撑并在对象物形成之后通过一些方法移除该支撑是十分必要的。
基本上由人的手动作业进行支撑的移除。在层叠成型方法中，通常，不是形成大量的相同对象物，在许多情况下根据使用者的需求制造不同形状的对象物。因此，从上面描述的不同形状的对象物自动去除支撑是非常难的。
为了减少支撑移除的负担，已知如下方法：形成支撑的材料与形成对象物的模型成型材料不同。根据这种方法，当使用可以融化支撑材料但不能融化模型成型材料的融化剂时，可以容易地移除支撑。此外，即使当使用不能融化但可以容易地移除的材料时，也可以大幅度减小支撑移除的负担。
在层叠成型方法中，为了以非常高的精度形成对象物，也需要待层叠的各个层的厚度具有足够的精度。为了支撑的容易移除的更好实现，当形成支撑的材料与模型成型材料不同时，高精度地互相对齐两种材料形成的图案是必要的。当没有很好地互相对齐图案时，在图案之间形成间隙，并且可能没有支撑悬伸部分。此外，当模型成型材料与支撑材料彼此重叠时，可能会形成突起，或者可能会降低模型成型材料的表面的粘附力，使得在某些情况下会降低三维对象物的强度。此外，当由不同的材料形成具有均匀厚度的层时，鉴于由环境影响导致的体积变化和供应材料所必需的精度，需要非常严密的控制。
美国专利申请2001/0042598已经公开了一种方法：在形成具有最终三维对象物的一部分的形状的层之后，提供用作支撑的材料以使该支撑的材料环绕该层，切削支撑的上表面以具有设计的厚度。根据上面描述的方法，接下来，在支撑和形成形成中的三维对象物的层上进一步层叠形成三维对象物的材料。
然而，根据上面描述的方法，如果切削下的移除材料再次粘附至对象物，在某些情况下，可能不能充分满足制造的三维对象物的品质。此外，在某些情况下，由于在切削期间产生的热和/或机械应力，可能发生如下情况：微细的模型成型部分不能形成为具有理想的形状。此外，为了进行高精度的切削，需要非常长的处理时间。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请2001/0042598
发明内容
考虑到上面的问题，本发明提出一种能够制造具有非常好的形状精度的结构体的方法和装置。
发明要解决的问题
根据本发明的一个方面，提供一种结构体的制造方法，其中，在由模型成型台上的支撑构件支撑形成中的结构体的情况下，层叠形成所述结构体的模型成型层，上述方法包括以下步骤：将形成所述模型成型层的液态的模型成型材料供给到所述模型成型层、所述支撑构件和所述模型成型台中的至少一者形成的已有表面上，以由所述模型成型材料形成模型成型层；在限制构件的限制所述模型成型层的与所述已有表面相反的上表面的限制表面与所述模型成型层的所述上表面接触的情况下，供给形成所述支撑构件的支撑材料以填充所述已有表面和所述限制表面之间的所述模型成型层周围的空间，并且通过使所述支撑材料固化而形成支撑构件，以形成由所述支撑构件和所述模型成型层构成的层；以及从由所述支撑构件和所述模型成型层构成的所述层移除所述限制构件。
参考附图，从示例性实施方式的以下描述中，本发明的进一步的特征将得以显现。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方式的层叠成型装置的一个实施例的示意图。
图2A是示出根据本发明的实施方式的制造结构体的方法的一个实施例的步骤的示意性截面图。
图2B是示出根据本发明的实施方式的制造结构体的方法的一个实施例的步骤的示意性截面图。
图2C是示出根据本发明的实施方式的制造结构体的方法的一个实施例的步骤的示意性截面图。
图2D是示出根据本发明的实施方式的制造结构体的方法的一个实施例的步骤的示意性截面图。
图2E是示出根据本发明的实施方式的制造结构体的方法的一个实施例的步骤的示意性截面图。
图3A是示出根据本发明的实施方式的制造结构体的方法的一个实施例的步骤的示意性截面图。
图3B是示出根据本发明的实施方式的制造结构体的方法的一个实施例的步骤的示意性截面图。
图3C是示出根据本发明的实施方式的制造结构体的方法的一个实施例的步骤的示意性截面图。
图3D是示出根据本发明的实施方式的制造结构体的方法的一个实施例的步骤的示意性截面图。
图4是示出根据本发明的实施方式的层叠成型装置的功能的概念图。
图5(a1)至图5(h1)和图5(a2)至图5(h2)是图示出实施方式和对比实施方式的比较的截面图。
具体实施方式
下文中，将参考附图对本发明的实施方式进行描述。
图1是示出根据本发明的第一实施方式的层叠成型装置的一个实施例的示意图，该层叠成型装置为执行对象物、即三维结构体的制造方法的制造装置。层叠成型装置1的引导轴1000设置有：液体喷出头3，液体喷出头3连接到升降机构2000；限制构件600，在限制构件600中容纳紫外线(UV)灯13，并且限制构件600与升降机构3000连接。液体喷出头3的高度和限制构件600的高度可以通过各自的升降机构控制。液体喷出头3可以喷出液体材料，该液体材料在模型成型容器7中形成结构体。通过层叠在模型成型台8上形成作为形成中结构体的模型成型层500，并且通过具有支撑该结构体的功能的支撑构件6来支撑该模型成型层500。模型成型台8形成为使得模型成型台8的外周被模型成型容器7环绕，并且由升降机构9控制模型成型台8的高度。支撑构件6通过被设置在模型成型容器7侧面上部的支撑填充机构10将支撑材料注射至模型成型容器7中来形成。此外，支撑接收器11与模型成型容器7连接以接收流出的过量的支撑材料。此外，在完成均具有模型成型图案的多个层的层叠之后，可以通过使用支撑移除机构(未示出)将支撑构件6移除。
接下来，将参考图2A至图3D对模型成型步骤进行描述。图2A至图3D均是示意性地示出根据本发明的实施方式的结构体的制造过程的步骤的截面图。
首先，如图2A所示，通过升降机构2000使液体喷出头3沿着引导轴1000移动，使得该液体喷出头3面向支撑构件6的上表面。在这个步骤中，作为第一层，在模型成型台8上不直接提供模型成型图案的情况下，在模型成型台8上形成仅由支撑构件6构成的层(释放层)，并且模型成型层随后层叠在支撑构件6的该层上。通过上面描述的步骤，在完成结构体之后，能够通过移除支撑构件6使结构体从模型成型台8分离，使得可以容易地取出结构体。以如下方式形成支撑构件6的该第一层：在对应于一层的厚度的间隙设置在限制构件600的表面和模型成型台8的上表面之间以后，通过注射将形成支撑构件6的支撑材料填充至该间隙。随后，在模型成型台8降低对应于一层的厚度的距离时，第一层(释放层)完成。可选地，也可以在不提供释放层的情况下，通过将后述的用于形成模型成型层的墨图案4和支撑材料5直接提供到模型成型台8的表面上而形成该第一层。
接下来，如图2B所示，在沿箭头方向移动的同时，液体喷出头3喷出用作模型成型层的模型成型材料的墨，该模型成型层形成结构体的一部分，使得在支撑构件6的上表面上设置了墨图案4。在这个实施方式中，作为提供形成模型成型层500的材料的方法，借助于示例描述了如下方法：由具有喷出液体的喷出口的喷出头在预定位置喷出墨，该方法不限于此。作为其它方法的示例，可以使用诸如电子照相打印机或分配器等的数字记录设备，通过改变将使用的打印板，还可以使用使用打印板的诸如胶印或丝网印刷等的模拟式图案形成方法。在上述的这些方法中，优选的图案形成方法是能够进行非接触的图案形成的喷墨方法。此外，在本实施方式中，作为墨，使用紫外线(UV)墨。由于以液体的形式供给该墨且该墨通过紫外线(UV)照射变为固体塑料，紫外线(UV)墨是优选的，因为紫外线(UV)墨轻和相对坚韧的特性。除紫外线(UV)墨之外，例如，也可以优选地使用热熔墨或热固性墨。此外，通过使用多种墨图案形成方法，例如，材料可以彼此复合化，或者也可以形成期望的颜色。此外，着色也可与图案形成同时进行。此外，当然，也可以设置具有对应于两层或更多层的厚度的释放层。
接下来，如图2C所示，在液体喷出头3从层叠单元的上部撤出以后，由升降机构3000沿箭头方向降低限制构件600。降低限制构件600，使得限制构件600和释放层之间的间隙被设定为设计的间隙，并且使限制构件600的限制表面与墨图案4的上表面接触。在这个步骤中，优选地，适当地控制用作模型成型材料的紫外线(UV)墨的用量。当模型成型材料的用量过多时，图案的应变会成为问题，当模型成型材料的用量过少时，在某些情况下模型成型材料和限制表面之间的接触不充分也会成为问题。因此，当适当地控制紫外线(UV)墨用量时，可以减少上面描述的问题。在这个步骤中，在限制构件600中提供紫外线(UV)灯，并且通过照射紫外(UV)光来固化紫外线(UV)墨。可选地，当由允许紫外线(UV)光穿过的材料形成限制构件600且该紫外线(UV)灯与限制构件600分开设置时，该紫外(UV)光可以透过限制构件600照射至墨图案4。
接下来，如图2D所示，在由限制构件600限制如此形成的模型成型层500的上表面的同时，液态的支撑材料5注射至模型成型容器7中以形成支撑构件6。作为形成支撑构件6的材料，优选能够通过从外部给予的刺激变为固体材料的液体材料。此外，优选可以容易地从对象物移除的材料。作为来自外部的刺激，可以提及例如热、光、电、磁力、振动，在上面提到的刺激中，特别地，热是可以容易地使用材料的可逆性的刺激。作为支撑材料5，例如，当使用石蜡时，在等于或大于石蜡的熔点的温度下进行石蜡的注射之后，通过降低温度至与石蜡的熔点相等或比石蜡的熔点低的温度时，石蜡可以固化。此外，当支撑构件的熔点被设置成比模型成型材料的熔点低时，在完成模型成型之后，如果整个结构的温度保持在与支撑构件的熔点相等或比支撑构件的熔点大且与模型成型材料的熔点相等或比模型成型材料的熔点低的温度，可以容易地移除支撑构件。
模型成型容器7具有模型成型台8的外周被模型成型容器7环绕且模型成型容器7限定支撑材料5的填充范围的形状。由于容器的容积被固定为设计值，因此当支撑材料5填充至容器且支撑材料5溢出时，会停止支撑材料5的注射。由于支撑材料自动流入不存在模型成型层500的空间，因此不需要对准、层厚度控制等。如上面所描述的，在抑制支撑材料的消耗的同时，可以形成精确地形成为具有与模型成型层相同的厚度的支撑构件。此外，由于限制构件600保护着模型成型层500，因此避免随后供给的支撑材料粘结至模型成型层500的上表面。因此，与接下来形成的层的粘结良好。
可使用诸如压力注射或真空吸入等的通常的液体传送方法来进行支撑材料5的注射。为了防止填充缺陷，可以通过支撑材料的流动性的增加来有效地帮助填充支撑材料5，通过用作温度控制机构的加热器(未示出)加热，通过由例如超声波振动器产生的微小的高频振动，或通过减压来增加该支撑材料的流动性。
虽然优选地在每个层叠步骤中执行支撑材料5的注射，在某些情况下，可以不在每个层叠步骤中执行该注射。当在对象物形成过程中形成不具有悬伸部分(overhangingportion)的形状时，只要形成中的对象物的强度足够，可以不使用支撑构件。此外，即使在形成具有悬伸部分的对象物的情况下，当互相层叠不具有悬伸部分的模型成型层时，可以在不进行支撑注射的情况下进行模型成型层的层叠，并且当层叠具有悬伸部分的模型成型层时，可以集中地注射对应于由多个层形成的空间的量的支撑材料。特别地，当层的厚度小时，在某些情况下填充支撑材料是困难的，优选地，可以间隔地注射支撑材料。
接下来，如图2E所示，当通过自然冷却等使支撑材料5固化为支撑构件6时，从模型成型层500和支撑构件6移除限制构件600。结果，支撑构件6和模型成型层500形成层且该层的上表面露出。由限制构件600的限制表面限制该上表面，由限制表面使该上表面形成为平面，使得该表面形成为在模型成型层500和支撑构件6之间实质上无台阶(高度差)。
在这个步骤中，当支撑材料5为通过冷却固化的材料时，在限制构件600或模型成型容器7中提供水冷套等作为促进冷却的机构也是有效的。
接下来，当以对应于一层的厚度降低模型成型台8时，准备接下来的层的层叠。上面描述的过程之后的步骤为层叠接下来的层的步骤，并且将省略使用与参考图2A至图2E的描述相似的材料和方法的步骤的描述。
接下来，如图3A所示，在沿箭头方向移动的同时，液体喷出头3喷出墨，并且在之前的过程制备的支撑构件6和模型成型层500形成的已有表面上设置墨图案4。墨图案4形成一个新的模型成型层，在支撑构件6的表面和模型成型层500的表面两者形成的已有表面上设置该新的模型成型层，该新的模型成型层从之前形成的模型成型层500悬伸出。然而，不总是需要悬伸形状，悬伸形状取决于墨图案的形状，在某些情况下，墨图案可以仅设置于已有表面的模型成型层形成的一部分。
接下来，如图3B所示，由升降机构3000使限制构件600沿箭头方向下降以对墨图案4的上表面(与已有表面相反的表面)施压，使得形成新的模型成型层500。
接下来，如图3C所示，在由限制构件600限制模型成型层500的上表面的情况下，液态的支撑材料5被注射到模型成型容器7中。模型成型容器7具有模型成型台8的外周被模型成型容器7环绕且模型成型容器7限定支撑材料的填充区域的形状。
接下来，如图3D所示，限制构件600上升，使得从模型成型层500和支撑构件6移除限制构件600。结果，新的支撑材料6和新的模型成型层500形成的层的上表面露出。在限制构件600上升的同时，以对应于一层的厚度的距离降低模型成型台8，以准备接下来的层的形成。
当重复执行层的形成至预定次数时，获得被支撑构件包围的结构体。当最终从结构体移除支撑构件时，完成了结构体的形成。如果支撑材料为与图1的装置一起借助于示例描述的石蜡，通过将石蜡加热到石蜡的熔点或大于石蜡的熔点的温度，可以自动地移除支撑构件6。当使用可以进行可逆相变的材料作为支撑材料时，可以重复使用如此去除的支撑材料5。
图5(a1)至图5(h2)是示意性示出根据本发明的实施方式的结构体制造方法的一个实施例的步骤和对比实施方式的结构体制造方法的步骤的截面图，并且也是图示了在对象物上的层状图案的厚度精度的影响的截面图。图5(a1)至图5(h1)示出根据对比实施方式的层叠方法，并且图5(a2)至图5(h2)示出根据本发明的实施方式的层叠方法。
图5(a1)示出在基材51上形成模型成型材料形成的模型成型图案54的状态。
接下来，沿着模型成型图案54的外周布置支撑材料55(图5(b1))。在这个步骤中，相对于模型成型图案54精确布置支撑材料55且严格控制支撑材料55的用量是十分必要的。
接下来，由切削棍(grinding roller)52切削模型成型图案54的表面至模型成型图案54的设计厚度，使得模型成型图案54的表面平坦化(图5(d1))。在这个步骤中，需要防止切削碎片粘附到模型成型图案上的机构。
接下来，图5(e1)示出模型成型材料和支撑材料逐步固化且模型成型材料和支撑材料的体积发生改变的状态。由于支撑材料和模型成型材料是不同的材料，因此模型成型材料和支撑材料的体积变化率不相同，并且模型成型材料和支撑材料的变形程度也不相同。由于模型成型材料54的上表面和支撑材料55的上表面两者都是开放的，因此在厚度方向上发生收缩，并且最终结果，在模型成型材料形成的模型成型层56和支撑构件53之间产生了台阶(高度差)。
接下来，在图5(f1)示出的步骤中，尽管布置材料以形成接下来的层，但是由于在具有较小厚度的支撑构件53上提供模型成型材料，因此在待形成的对象物中产生应变。此外，随着依次执行图5(g1)和图5(h1)示出的步骤，该对象物应变趋于增大。
另一方面，图5(a2)至图5(h2)示出根据本发明的实施方式的层叠方法。
图5(a2)示出在基座61上形成模型成型材料形成的模型成型图案64的状态。
接下来，使限制板62与模型成型图案64的上表面接触，以将模型成形图案的厚度设定为设计值(图5(b2))。
接下来，沿着模型成型图案64的外周布置支撑材料65(图5(c2))。在这个步骤中，支撑材料65不是特别地需要与模型成型图案64对齐，可以通过填充在基座61和限制板62之间简单地提供支撑材料65。
接下来，图5(e2)示出模型成型材料和支撑材料逐步固化且模型成型材料和支撑材料的体积发生改变的状态。由于支撑材料和模型成型材料是不同的材料，因此支撑材料的体积变化率与模型成型材料的不同；然而，由于模型成型图案64的上表面和支撑材料65的上表面被限制，因此仅在侧面方向(图中的左右方向)上发生收缩，因此可以保持膜厚度的精度。
接下来，尽管在图5(f2)示出的步骤中布置形成接下来的层的材料，但是由于保持了厚度方向(图中的上下方向)上的精度，从而可以在对象物不会变形的情况下进行层叠。此外，即使在顺序进行图5(g2)和图5(h2)示出步骤时，也可以在没有应力产生的情况下进行层叠，直至过程结束。
图4示出图1示出的模型成型装置的控制系统的一个实施例。在模型成型装置中，由符号1指示整个模型成型装置，符号2表示中央处理器(CPU)，中央处理器(CPU)形成整个系统的主控制部，并且中央处理器(CPU)2控制各个部分。符号102表示存储器，例如由只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)形成存储器102，该只读存储器(ROM)存储中央处理器(CPU)2的基本程序，该随机存取存储器(RAM)对从接口12输入的模型成型数据103进行存储和数据处理。当中央处理器(CPU)2接收指示模型成型开始的信号时，启动将模型成型数据转换成切片数据(slice data)的程序，该切片数据与设定条件一起输出，同时，执行用于确认升降机构2000、升降机构3000、液体喷出头3、升降机构9和支撑填充机构10的状态的通信。当确认准备好了(可以开始模型成型)的状态时，通过来自位置检测器101的信息来使升降机构2000和升降机构9移动至预定位置，并且喷射信号发送到液体喷出头3，使得开始模型成型。中央处理器(CPU)2也控制着紫外线(UV)灯13。
实施例1
将参考图1至图2E对本发明一个实施例进行描述。
通过使用图1示出装置进行层叠成型。对象物的数据预先形成为计算机辅助设计(CAD)数据，对象物的数据转化成具有预定间隔的切片数据。在本实施例中，使用具有25微米间隔的切片数据。
首先，在释放层形成在模型成型台8上之后，使模型成型台8升高且固定模型成型台8，将限制构件600保持在模型成型台8的上方，并且限制构件600和模型成型台8之间具有25微米的间隙。接下来，从支撑填充机构10注射熔融的支撑材料(石蜡115F(熔点：47摄氏度)，市售品)，使得模型成型台8和限制构件600之间的空间填充支撑材料5。在温度降低以固化支撑材料之后，使限制构件600升高，并且以对应于一层(25微米)的厚度的距离降低模型成型台8。结果，获得了在图2A中示出的状态。
接下来，通过使用液体喷出头3，根据用于形成结构体的第一层切片数据，在上面描述的第一层上提供由用作模型成型材料的紫外线(UV)墨构成的墨图案4(图2B)。在这个步骤中，由于仅通过着色墨不能均匀地控制提供的墨的体积，因此通过使用透明墨，均匀地控制墨体积。
墨提供条件
墨滴的尺寸：30pl
墨滴之间的供给间隔：600dpi
各地址的墨体积：150pl
墨组成
颜料：1份
黑色：炭黑
青色：颜料蓝15
品红：颜料红7
黄色：颜料黄74
白色：氧化钛
透明(clear)：微小的二氧化硅粒子
苯乙烯-丙烯酸-丙烯酸乙酯共聚物：10份
(氧化度：180，重量平均分子量4000)
光固化性树脂：20份
(水溶性的三官能的丙烯酸酯)
光反应引发剂：2份
(水溶性酰基膦)
二甘醇：6份
乙二醇：3份
表面活性剂：1份
(乙炔EH：由Kawaken Fine Chemicals Co.，Ltd制造)
离子交换水：平衡
在完成墨的提供之后，在模型成型台8的上方移动限制构件600，限制构件600与模型成型台8对准，之后限制构件600下降。此外，通过经释放处理(releasing treatment)加工过的玻璃形成限制构件600的表面(与紫外线(UV)墨接触的表面)，并且在限制构件600中布置紫外线(UV)灯。在限制构件600下降且在距离较低层表面25微米的位置停止之后，进行紫外线(UV)照射以固化紫外线(UV)墨，使得形成模型成型层500(图2C)。
接下来，从支撑填充机构10注射熔融的支撑材料5(图2D)。
在通过注射填充支撑材料5之后，通过冷却使支撑材料5固化以形成支撑构件6，并且使限制构件600上升(图2E)。
当重复执行该操作过程设计次数使得形成结构体的所有截面层互相层叠之后，当增加温度至60摄氏度时，支撑构件融化，最终，可以取出着色的结构体。
如此获得的结构体形成为具有非常高的精度，并且在层之间观察不到剥离。
根据上面描述的实施方式和实施例，在层叠过程中，可以以非常高的精度对齐形成结构体的层的表面和支撑构件的层的表面，因此，可以形成具有非常高的形状精度的结构体。
虽然参考示例性实施方式描述了本发明，应该明白本发明不限于公开的示例性实施方式。权利要求的范围符合最宽泛的解释，以包含所有修改、等同结构和功能。
本申请要求2013年6月18日提交的日本专利申请2013-127877号的权益，该申请的全部内容通过引用合并于此。

Claims (12)

1.一种结构体的制造方法，其中，在由模型成型台上的支撑构件支撑形成中的结构体的情况下，层叠形成所述结构体的模型成型层以形成所述结构体，所述方法包括以下步骤：
将形成所述模型成型层的液态的模型成型材料供给到所述模型成型层、所述支撑构件和所述模型成型台中的至少一者形成的已有表面上，以由所述模型成型材料形成模型成型层；
在限制构件的限制所述模型成型层的与所述已有表面相反的上表面的限制表面与所述模型成型层的所述上表面接触的情况下，供给形成所述支撑构件的支撑材料以填充所述已有表面和所述限制表面之间的所述模型成型层周围的空间，并且通过使所述支撑材料固化而形成支撑构件，以形成由所述支撑构件和所述模型成型层构成的层；以及
从由所述支撑构件和所述模型成型层构成的所述层移除所述限制构件。
2.根据权利要求1所述的结构体的制造方法，其中，所述制造方法还包括，在移除所述限制构件的步骤之后，在由所述模型成型层和所述支撑构件构成的所述层的通过所述限制构件的移除而露出的表面上，提供由随后层叠的模型成型层和支撑构件构成的层的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的结构体的制造方法，其中，在形成模型成型层的步骤中，通过从喷出液体的液体喷出头将所述模型成型材料喷到所述已有表面上来供给所述模型成型材料。
4.根据权利要求1所述的结构体的制造方法，其中，由紫外光照射来使所述模型成型材料固化，在形成模型成型层的步骤中，在所述限制表面与所述模型成型层的与所述已有表面相反的所述上表面彼此接触的情况下，通过利用紫外光照射所述模型成型材料而形成所述模型成型层。
5.根据权利要求4所述的结构体的制造方法，其中，所述紫外光穿过所述限制构件的所述限制表面照射到所述模型成型材料上。
6.根据权利要求1所述的结构体的制造方法，其中，当随后层叠的模型成型层不从之前层叠的模型成型层悬伸出时，不提供所述支撑材料，并且在所述随后层叠的模型成型层之后层叠的模型成型层从所述之前层叠的模型成型层悬伸出时，集中地供给对应于由多个所述模型成型层形成的空间的量的所述支撑材料。
7.一种结构体的制造装置，其中，在通过支撑构件支撑形成中的结构体的情况下，层叠形成结构体的模型成型层来形成所述结构体，所述装置包括：
模型成型台，在所述模型成型台上层叠所述模型成型层；
模型成型层形成设备，其将形成所述模型成型层的液态的模型成型材料供给到所述模型成型台、所述模型成型台上的所述模型成型层和所述模型成型台上的支撑构件中的至少一者形成的已有表面上，以由所述模型成型材料形成模型成型层；
移动设备，所述移动设备使所述模型成型台和限制构件相对移动，所述限制构件限制由所述模型成型层形成设备形成的所述模型成型层的与所述已有表面相反的上表面；以及
支撑构件形成设备，其供给形成所述支撑构件的支撑材料且通过使所述支撑材料固化来形成支撑构件，
其中，在所述限制构件的限制表面与所述模型成型层的所述上表面彼此接触的情况下，所述支撑构件形成设备供给形成所述支撑构件的支撑材料，以填充所述已有表面和所述限制表面之间的所述模型成型层周围的空间，并且
所述移动设备从由所述支撑构件形成设备形成的所述支撑构件和由所述模型成型层形成设备形成的所述模型成型层形成的层移除所述限制构件。
8.根据权利要求7所述的结构体的制造装置，其中，在由所述模型成型层和所述支撑构件形成的所述层的通过由所述移动设备移除所述限制构件而露出的所述表面上，所述模型成型层形成设备和所述支撑构件形成设备共同提供随后层叠的模型成型层和支撑构件形成的层。
9.根据权利要求7或8所述的结构体的制造装置，其中，所述模型成型层形成设备包括喷出液体的液体喷出头，所述液体喷出头通过喷射将所述模型成型材料供给到所述已有表面上。
10.根据权利要求7所述的结构体的制造装置，其中，所述模型成型层形成设备还包括向所述模型成型材料照射紫外光的设备。
11.根据权利要求7所述的结构体的制造装置，其中，所述限制构件由允许紫外光从所述限制构件中穿过的材料形成，并且在所述限制构件的内部设置照射紫外光的设备。
12.根据权利要求7所述的结构体的制造装置，其中，当由所述模型成型层形成设备随后层叠的模型成型层不从之前层叠的所述模型成型层悬伸出时，所述支撑构件形成设备不供给所述支撑材料，当通过所述模型成型层形成设备在所述随后层叠的模型成型层之后层叠的模型成型层从所述之前层叠的所述模型成型层悬伸出时，所述支撑构件形成设备集中供给对应于由多个所述模型成型层形成的空间的量的所述支撑材料。
CN201480035046.5A 2013-06-18 2014-06-16 结构体的制造方法和制造装置 Active CN105307841B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013127877 2013-06-18
JP2013-127877 2013-06-18
PCT/JP2014/003195 WO2014203517A1 (en) 2013-06-18 2014-06-16 Method for manufacturing structural body and manufacturing apparatus therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105307841A CN105307841A (zh) 2016-02-03
CN105307841B true CN105307841B (zh) 2017-04-19

Family

ID=52104268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480035046.5A Active CN105307841B (zh) 2013-06-18 2014-06-16 结构体的制造方法和制造装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10279546B2 (zh)
EP (1) EP3010699B1 (zh)
JP (1) JP6385145B2 (zh)
KR (1) KR101803663B1 (zh)
CN (1) CN105307841B (zh)
WO (1) WO2014203517A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6491492B2 (ja) * 2015-02-13 2019-03-27 株式会社ミマキエンジニアリング 立体物造形装置及び立体物造形方法
WO2017018938A1 (en) * 2015-07-27 2017-02-02 Agency For Science, Technology And Research A multi-modal printing system and method of operating the same
JP6751252B2 (ja) * 2015-10-15 2020-09-02 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置
EP3210761A1 (en) * 2016-01-25 2017-08-30 Fuji Xerox Co., Ltd Shaping apparatus
US20170246795A1 (en) * 2016-02-29 2017-08-31 Fuji Xerox Co., Ltd. Shaping apparatus
DE102019007972A1 (de) * 2019-11-17 2021-05-20 DP Polar GmbH Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formgegenstandes

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2336893Y (zh) * 1998-10-05 1999-09-08 清华大学 多扫描头顺序扫描装置
CN2936746Y (zh) * 2006-07-04 2007-08-22 上海富奇凡机电科技有限公司 立体打印式快速成形机
EP2447045A2 (en) * 2010-11-01 2012-05-02 Keyence Corporation Three-dimensional shaping apparatus and three-dimensional shaping method
CN102602146A (zh) * 2012-03-02 2012-07-25 华中科技大学 压电式三维打印成型系统及其成型方法
CN202934940U (zh) * 2012-08-09 2013-05-15 上海科斗电子科技有限公司 彩色三维打印机

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2706611B2 (ja) * 1993-10-14 1998-01-28 帝人製機株式会社 光造形方法および光造形装置
JPH08281808A (ja) * 1995-04-17 1996-10-29 Ricoh Co Ltd 立体形状の製造方法
US6136132A (en) * 1997-03-26 2000-10-24 Kinzie; Norman F. Method and apparatus for the manufacture of three-dimensional objects
JP3161362B2 (ja) 1997-05-01 2001-04-25 富士ゼロックス株式会社 微小構造体、その製造方法、その製造装置、基板および成形型
US6749414B1 (en) * 2001-04-30 2004-06-15 Stratasys, Inc. Extrusion apparatus for three-dimensional modeling
KR20030006717A (ko) 2001-07-14 2003-01-23 삼성전자 주식회사 스마트 에이전트를 이용한 콘텐츠 제공 방법 및 시스템
JP2003159754A (ja) * 2001-11-27 2003-06-03 Casio Comput Co Ltd 三次元像生成方法及び三次元像生成装置
MY164487A (en) * 2002-07-11 2017-12-29 Molecular Imprints Inc Step and repeat imprint lithography processes
JP5429052B2 (ja) * 2010-05-31 2014-02-26 セイコーエプソン株式会社 造形方法
JP5774825B2 (ja) * 2010-08-19 2015-09-09 ソニー株式会社 ３次元造形装置及び造形物の製造方法
JP5759851B2 (ja) * 2011-09-22 2015-08-05 株式会社キーエンス 三次元造形装置及び三次元造形方法
EP2736701B1 (en) * 2012-06-19 2017-08-09 Canon Kabushiki Kaisha Manufacturing method of structure and manufacturing apparatus
KR101769692B1 (ko) 2012-12-13 2017-08-18 캐논 가부시끼가이샤 구조체의 제조 방법 및 제조 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2336893Y (zh) * 1998-10-05 1999-09-08 清华大学 多扫描头顺序扫描装置
CN2936746Y (zh) * 2006-07-04 2007-08-22 上海富奇凡机电科技有限公司 立体打印式快速成形机
EP2447045A2 (en) * 2010-11-01 2012-05-02 Keyence Corporation Three-dimensional shaping apparatus and three-dimensional shaping method
CN102602146A (zh) * 2012-03-02 2012-07-25 华中科技大学 压电式三维打印成型系统及其成型方法
CN202934940U (zh) * 2012-08-09 2013-05-15 上海科斗电子科技有限公司 彩色三维打印机

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160018741A (ko) 2016-02-17
EP3010699A4 (en) 2017-02-08
US10279546B2 (en) 2019-05-07
WO2014203517A1 (en) 2014-12-24
JP6385145B2 (ja) 2018-09-05
CN105307841A (zh) 2016-02-03
US20160121552A1 (en) 2016-05-05
JP2015024652A (ja) 2015-02-05
EP3010699A1 (en) 2016-04-27
KR101803663B1 (ko) 2017-12-28
EP3010699B1 (en) 2019-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105307841B (zh) 结构体的制造方法和制造装置
JP6253273B2 (ja) 構造体の製造方法および製造装置
US8609204B2 (en) Apparatus and method for solid freeform fabrication
CN108367464B (zh) 在3d喷射打印机上打印的方法
JP6489968B2 (ja) 立体造形物の製造方法および立体造形物の製造装置
JP6461488B2 (ja) 三次元構造物を形成する形成装置
CN104875382B (zh) 立体打印方法
JP6712267B2 (ja) 予製造プロダクトの更なる処理方法及び関連する予製造プロダクト
JP6384826B2 (ja) 三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および三次元積層造形プログラム
Bhusnure et al. 3D printing & pharmaceutical manufacturing: opportunities and challenges
JP2015221515A (ja) 立体物造形装置および立体物造形方法、並びに立体物
CN107009614B (zh) 一种3d产品的打印方法及用于该方法中的3d打印机
JP6454497B2 (ja) 立体物造形装置および立体物造形方法
US11786347B2 (en) Method and system for additive manufacturing with a sacrificial structure for easy removal
WO2011071592A1 (en) Hot-runner system including melt-flow control structure machined integral to manifold body
CN103286892A (zh) 用于形成粉料凝塑成型工具的模具型芯包
JP2018079652A (ja) 樹脂成形装置および樹脂成形方法
CN106313565A (zh) 多功能复合打印装置
CN106313566A (zh) 多功能复合打印装置
CN107696478A (zh) 一种包含冷却系统的高速3d打印机
CN106346772A (zh) 三维全彩复合打印装置
JP6524318B1 (ja) 造形装置、及び造形物の製造方法
CN106363907A (zh) 三维全彩复合打印装置
JP2020026101A (ja) 立体造形物の製造方法
Wang et al. Fast Freeform Fabrication Methods and Processes

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant