CN107428084A - 具有释放机构的增材制造设备 - Google Patents

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Abstract

一种增材制造设备，包括用于容纳在一个或多个固化波长时可聚合的材料的容器，所述容器具有柔性壁，所述柔性壁至少部分地透明以在一个或多个固化波长时辐射；具有造型面的造型平台，所述造型平台能够相对于所述容器移动以定位所述造型面，从而所述造型面面对所述柔性壁；以及固化单元，所述固化单元包括具有平坦接触面的刚性部件和辐射模块，所述刚性部件至少部分地透明以在一个或多个固化波长时辐射，所述辐射模块相对于所述刚性部件定位或能够相对于所述刚性部件定位以辐射通过所述刚性部件，其中所述刚性部件和容器能够相对于彼此移动，使得在第一位置中，所述刚性部件的平坦接触面与所述柔性壁相接触，和在第二位置中，所述刚性部件与所述柔性壁分开。

Description

具有释放机构的增材制造设备
背景技术
与例如蚀刻或CNC机加工的传统减法相反，增材制造是通过添加材料，有效地堆积物体，形成三维物体，其中在例如蚀刻或CNC机加工的传统减法中，三维物体通过从更大的件中移除材料形成。在用于增材制造的大部分设备和方法中，三维物体在竖向方向上一层一层地堆积。期望的三维物体用一叠非常薄层的材料形成，每个层表示该层在物体内的竖向位置处的物体横截面。
在一种已知类型的增材制造中，光敏树脂用于形成三维物体。所述树脂是液态单分子物体，当暴露于特殊波长的辐射，例如紫外光时，所述树脂能够聚合或固化。例如，在选择性沉淀机中，所述树脂能够以液体形式沉淀成期望的图案，然后固化以形成三维物体的一个横截面层。备选地，在选择性固化机中，大容量树脂选择性地暴露于适当波长的辐射，以便只在期望的地方固化。使用这种选择性固化方法的机器的示例是立体平板印刷(SLA)和数字光处理(DLP)机。
在使用光敏树脂的增材制造机中，可能很难在整个三维物体中维持统一的层厚。这是因为液体树脂的流变性，即表示它在平面上流动或者喷出表面的能力。例如，具有某比粘度的液体树脂将具有关于它本身将扩展多薄的实际极限。具有非常高粘度的树脂不倾向于像几乎没有粘度的液体(例如水)那样穿过造型平台的固体金属或塑料表面。另外，像密度和粘度的属性与温度不是常数，使得增材制造机的操作在非标准的或可变条件下也可包括打印的物体的保真度。
诸如Formlabs Form 1打印机的一些增材制造设备具有树脂桶，所述树脂桶具有透明底壁，通过所述透明底壁，打印的物体的层被固化。造型平台能够制造成在所述树脂桶内和树脂桶上方竖直向上或向下移动。为了打印第一层，所述造型平台移动到这样的位置，即使它的底部造型面距离所述透明底壁的距离等于一个层厚。夹在所述(造型平台的)造型面和所述(透明底壁的)固化面之间的一薄层树脂暴露于穿过所述透明底壁从下方辐射的辐射。在固化所述第一层后，所述造型平台向上移动(离开所述树脂桶的底部)。与粘着到所述透明底壁的固化面相比，所述固化的第一层更强地粘着到所述造型平台的造型面上，从而当所述造型平台向上移动时，所述固化的第一层随着它移动，并且产生供树脂流入的空隙，以能够形成下一层。重复这个工序，随着所述造型平台向上移动并且移除所述树脂桶，以上下方式一层又一层地堆积三维物体。所述透明底壁是大致刚性的，使得连续层能够一致地形成并且具有相应的期望的层厚。通过提供所述造型平台和固化面板的位置的精确的计算机控制可以控制所述层厚(例如保持常数或者调整以提供低的或高的分辨率。
上述打印机构的主要缺陷是需要克服将固化树脂粘着到所述透明底壁上。为了确保平滑地打印，与粘着所述透明底壁的材料相比，固化的聚合物明显更强地粘着所述造型面的材料和以前固化的树脂层。
为了解决粘着问题，大部分消费者级3D打印机在固化表面、倾斜分离机构(促进固化材料从固化面逐渐分离)或二者上使用禁止固化的涂层，例如PDMS。然而，这些3D打印机每个都具有它们各自的缺陷。例如，诸如PDMS的含氧的禁止固化涂层在给定应用中只具有有限数量的溶解氧，并且因此必须定期更换以便继续有效。另外，这样的涂层是典型地柔性的和弹性的。这可能导致打印的三维物体的降低的精确度，并且所述涂层也可能容易撕裂。
由于粘着问题，上述打印机构的另一缺陷是，按比例缩放工业级打印是非常不确定的。使固化的树脂层从所述固化面分开所需要的力与尺寸不成比例。能够打印两倍大物体的机器将需要显著大于分开固化的层与固化面所施加的力的两倍。这使所述倾斜分离机构不切实际地实施在工业级3D打印机中。也就是说，在工业级上，固化禁止涂层和倾斜分离机构都是粘着问题的可行解决方案。
对于上述原因，当前已知的高端工业用3D打印机使用更复杂的系统以在暴露于辐射之前和制造暴露于辐射时拓展薄层树脂和控制它的厚度。例如，在一个已知的机器中，所述造型平台在所述容器中向下移动以流过以前固化的层。接着，所述造型平台再次向上移动，以便它位于适于期望层厚的水平处。由于所述树脂的表面张力，所述造型面顶部上的树脂的数量厚于期望的数量，从而诸如刚性杆或板的扫略元件必须在固化前扫略液体的顶表面以使它变平。这个机构增加了打印工序的成本、时间和复杂度。特别地，需要详细计算液体属性以便预测在扫略后液体表面张力多快再次引起它形成不期望厚度的层。在良好控制的环境中，例如在标准温度下，所述扫略机构还能够仅仅产生一致的结果。
本发明寻求克服上述缺陷的一个或多个，或者至少提供一种有用的启替代。
发明内容
在一个方面中，本发明提供一种增材制造设备，包括：
容器，所述容器用于容纳在一个或多个固化波长时可聚合的材料，所述容器具有柔性壁，所述柔性壁对一个或多个固化波长时的辐射至少部分地透明；
具有造型面的造型平台，所述造型平台能够相对于所述容器移动以定位所述造型面，从而所述造型面面对所述柔性壁；以及
固化单元，所述固化单元包括具有平坦接触面的刚性部件，所述刚性部件对一个或多个固化波长时的辐射至少部分地透明；和辐射模块，所述辐射模块相对于所述刚性部件定位或能够相对于所述刚性部件定位以发射通过所述刚性部件的辐射，
其中，所述刚性部件和容器能够相对于彼此移动，使得在第一位置中，所述刚性部件的平坦接触面与所述柔性壁相接触，和在第二位置中，所述刚性部件与所述柔性壁分开。
有利地，通过允许所述刚性部件相对于所述柔性壁移动，所述刚性部件的平坦接触面能够提供临时支撑同时接触所述柔性壁的可聚合材料通过所述辐射模块固化。这确保平坦层的固化材料的一致成型。在固化工序之后，所述刚性部件和容器之间的相对运动允许在所述刚性部件和柔性壁之间形成空气间隙，因而能够更容易地从所述柔性壁分离所述固化的材料。
优选地，所述柔性壁是弹性的。
在某些实施方式中，所述刚性部件相对于所述辐射模块固定。
在某些实施方式中，所述辐射模块包括辐射发射或透射元件的可电子寻址的阵列，所述阵列能够配置成通过选择性激活所述阵列的元件，生成具有预定图案的辐射。所述辐射模块包括动态遮蔽部件，例如LCD(和优选单色LCD)，包含可电子寻址的阵列；和辐射源，用于辐射通过所述动态遮蔽部件。所述刚性部件可以是或者可以包括所述动态遮蔽部件。
在其它实施方式中，所述辐射模块可以包括投射器，所述投射器配置成产生具有预定图案的辐射，可选地伴随有用于引导所述辐射穿过所述刚性部件的合适光学器件。
在进一步的实施方式中，所述辐射模块包括LED阵列或OLED阵列。所述刚性部件可以是或者可以包括LED阵列或OLED阵列。
在某些实施方式中，所述柔性壁是薄膜。所述薄膜包括含氟聚合物和/或合成橡胶。
在一些实施方式中，所述刚性部件是固化单元的外层，例如透明的或半透明的面板。
在某些实施方式中，所述固化单元包括具有圆形边缘的壳体。这允许所述固化单元压低所述柔性壁张紧它，但不刺穿或者损坏所述柔性壁。
在另一方面中，本发明提供一种增材制造方法，包括：
提供一具有柔性壁的容器，所述柔性壁对辐射的一个或多个固化波长时的辐射至少部分地透明；
用在一个或多个固化波长的辐射下可聚合的材料至少部分地填充所述容器；
将造型平台的造型面定位在所述容器内以使得所述造型面面对所述柔性壁；以及
相对于所述柔性壁定位固化单元，所述固化单元包括辐射模块，使得所述固化单元的刚性部件的平坦接触面接触所述柔性壁，所述刚性部件对一个或多个固化波长的辐射至少部分地透明。
所述方法可进一步包括通过穿过所述刚性部件和柔性壁辐射材料，使邻接所述造型面的一层材料固化。在固化所述层之后，移动所述固化单元以使所述刚性部件与所述柔性壁分开。移动所述造型平台，使得所述造型面移离所述柔性壁，由此使所述固化的层与所述柔性壁分开。
附图说明
现在参考附图，借助于非限制性示例，描述本发明的实施方式。在附图中：
图1以高度示意的形式示出增材制造设备的第一实施方式；
图2至8示出处于增材制造过程期间各个状态的图1的增材制造设备；
图9示出图1的增材制造设备的固化单元；
图10示出图1的增材制造设备可用的替代固化单元；
图11示出增材制造设备的第二实施方式；
图12至16示出处于增材制造过程期间各个状态的图11的增材制造设备；
图17是图1和11的增材制造设备的示例性控制系统的框图；以及
图18是图17的控制系统的软件组件的框图。
具体实施方式
初始地参照图1，图1以高度示意性的方式示出增材制造设备10的一个实施方式，增材制造设备10包括容器20，用于容纳在一个或多个固化波长的辐射下可聚合的材料。所述材料可以是例如可聚合树脂、粘合剂、单体、低聚物、预聚物、胶态悬浮体等。设备10还包括造型平台40，造型平台40连接到驱动机构(未示出)，所述驱动机构用于朝向和远离容器20的壁11驱动造型平台40。在图11所示的实施方式中，壁11是容器20的底壁并且造型平台40关于底壁11下降(即向下运动)或上升(即远离底壁11运动)
造型平台40具有造型面41，在造型面41上逐渐添加多层3D物体，如下面更详细地描述的。
增材制造设备10还包括固化单元30，固化单元30配置成发射一个或多个固化波长的辐射，所述辐射穿过底壁11，进入容器20的容纳空间，以便选择地固化容器20中的可聚合材料50的部分(图2)。为此目的，底壁11对固化单元30发射的辐射至少部分地透明(例如完全透明或半透明)。例如，如果固化单元30的辐射源是UV辐射源，那么底壁11至少部分地，优选完全对UV辐射透明，或者至少对于对应于辐射源的发射谱的一个或多个峰值的波长透明。
特别地，底壁11由柔性的且优选弹性的材料形成，并且可以是由具有适当光学性能的含氟聚合物和/或合成橡胶形成的柔性薄膜，例如氟化乙烯丙烯(FEP)膜。有利地，以及在光学方面清楚，FEP还是高强度的化学防腐剂。
柔性薄膜11固定在容器20的上部部分21和下部部分22之间，它们利用螺钉或其它适当的紧固件23保持在一起。所述上部部分可以包含一个或多个凹处以接收例如夹紧柔性薄膜11表面的垫圈12的密封构件。密封构件12可以是化学防腐剂的材料，以便在它与聚合物树脂50接触时老化，而聚合物树脂50可容纳在桶20中。上部部分21、下部部分22、螺钉23、垫圈21和柔性薄膜11一起提供不透液体的密封，以防止液体树脂50流出容器20。柔性薄膜11可以但不是必需地延展越过容器20，使得它被张紧并且大致平坦。
固化单元30包括壳体38，壳体38中容纳辐射源31、呈液晶显示器(LCD)32形式的动态遮蔽、和呈具有背离壳体38的外表面34的固化面板33形式的大致刚性部件。固化面板33至少部分对辐射源31发射的辐射透明，从而所述辐射能够透射穿过固化面板33，还穿过柔性薄膜11以固化可聚合的材料50。
固化单元30包括驱动机构(未示出)，所述驱动机构能够促动以朝向或远离柔性壁11移动固化单元30。固化单元30可以移动到使固化面板33的外表面34接触柔性薄膜11或压紧柔性薄膜11以便施加张力的位置，从而使薄膜11是平滑的并且张紧跨过固化面板33的刚性表面34(壳体38可以具有圆形的边缘35以便确保固化单元30不刺穿薄膜11)。在这个位置中，刚性固化面板33支持容器20中的树脂的重量，以便防止薄膜11下垂并且提供形成树脂的固化层51的平坦平台，如图4所示的那样。因为薄膜11是柔性的，能够通过使造型平坦40移离薄膜11来使树脂的固化层51从薄膜11分离，如图5和6所示的。
有利地，通过允许刚性固化面板33相对于柔性薄膜11移动，在固化过程中能够对固化面板33的接触面34提供临时制成，以确保固化材料的平坦层的一致形成，然而当固化面板33在固化后移离柔性薄膜11时，随后允许形成空气间隙60(图5)。与固化面板33被保持与薄膜11接触相比，这个空气间隙允许使固化层51从薄膜11更容易地分离。
如这里使用的，关于薄膜的术语“弹性的”是指所述薄膜能够从初始构造变形到容纳固化单元30的表面所需要的一定程度，直到与固化单元的表面(或其一部分)形成大致平坦的接触，但一旦不再施加变形力，大致恢复到初始构造。
除FEP外，适当柔性的且弹性的薄膜的两个其它示例是PTFE聚四氟乙烯和透明的胶乳。
在检验本发明的实施方式时，使用具有100微米厚度的PTFE聚四氟乙烯薄膜。虽然PTFE聚四氟乙烯不是非常透明的，但是它是充分半透明的以透射来自标准UV LED光源的辐射，以能够固化容器20中的树脂。PTFE聚四氟乙烯具有高化学防腐性，使它能够承受几千次打印循环。
在检验另一实施方式中，使用具有250微米厚度的透明胶乳薄膜。透明胶乳具有极其良好的弹性和弹性持久性(它将拓展并恢复它的初始构造几千次但不会永久地变形)，使得它容易地张紧越过表面。高弹性还意味着它能够与造型平坦40一起拓展，即深入到容器20中，同时用径向向内的脱皮动作逐渐释放已固化层51。这个逐渐释放表示在任意点的分离力低于当使用几乎没有弹性的薄膜(例如PTFE或FEP)时，因而允许打印更易碎的特征。适合于在本发明的实施方式中使用的胶乳薄片是由Professional Plastics Inc.ofFullerton,CA制造的并且以商标HYTONE销售的。
LCD32和辐射源31形成可编程的辐射模块的一部分，其中可编程的辐射模块能够配置成产生组成图案的辐射束以在容器20中固化具有期望图案的树脂层。LCD32的像素单独构成可以通过设备10的控制系统200开关的可寻址的元件，控制系统200连接到LCD32(如图17中所示)。当像素被启用(打开)时，所述像素允许光透射穿过它，而当像素被停用(关闭)时，所述像素阻挡光。因此，LCD32的像素能够是单独地可寻址的光发射器，其中所述光发射器能够由控制系统200编程以产生期望图案的辐射，而停用的像素用作遮蔽元件。
LCD32优选是单色LCD。在彩色LCD中，每个像素都由三个或四个单独地可寻址的子像素构成，每个都具有允许狭窄波长段内的光通过的颜色过滤器。彩色LCD中的全色的白色背光源发射400-700nm之间的所有波长，并且颜色通过选择性地允许这个白色光穿过红色、绿色和蓝色(R、G、B)过滤的子像素产生。为了打印应用，紫外线(UV)或真紫色(TV)范围中的光更有效，因为每个光子承载相对大容量的能量。这些光子的波长位于大约300-450nm的范围。彩色LCD中的所有子像素过滤器(R、G和B)阻止这样的波长的光穿过它，即穿过正常LCD的有效光子的强度达到最小。因为这个原因，已经发现使用不具有任何颜色过滤器的单色LCD给予短得多的固化时间(更多光子透过)。
在一些实施方式中，辐射源可包括成阵列的可单独地寻址的光发射器的面板，例如LED或OLED显示器。在类似于LCD32的形式中，所述面板能够通过控制器编程，以使选择的光发射器在任意给定时间都是激活的，以便产生期望图案的辐射。在一些实施方式中，辐射模块的可单独地寻址的元件本身发射呈期望固化图案的辐射，而不是用作分离的辐射源的遮蔽。LED和有机LED原则上能够设计成发射任意特殊波长的光(可见光、UV、IR)以匹配可聚合的流体50的具体固化要求。在这些实施方式中，增材制造设备能够制成为更紧凑的，因为当所述显示器面板本身是光源(辐射源)时不需要这样的“背光源”，并且分离的光源和LCD之间的光学组件也不再需要。
在一些实施方式中，固化面板33可以从LCD32和辐射源31分离。例如，固化面板33可以独立于固化单元30的其余部分移动，以便接触薄膜11，而辐射源31和LCD32则被激活以发射穿过固化面板33的期望层图案的辐射，同时固化面板33在适当的位置中。辐射源31和LCD32可以位于固定位置中或者也可以独立地移动。在其它实施方式中，固化面板33和LCD32可以相对于彼此固定，并且可以独立于辐射源31移动。
在又一实施方式中，固化面板33可以一起省略，使得LCD(或其它遮蔽部件)32本身用作接触薄膜11的刚性部件。如果遮蔽部件32本身充分刚性以用作遮蔽部件和刚性固化面板，这是可能的。这个实施方式的优点是遮蔽部件32仅仅通过可能非常薄的薄膜11从光敏树脂50分离。如果薄膜11非常薄，例如小于50微米厚，击打光敏树脂50的层的辐射非常近似地表示穿过遮蔽部件32的辐射的图案，因为辐射在穿过遮蔽部件后可能产生偏离，因而辐射通过的距离非常小，等于薄膜11的厚度。
辐射源31可以是例如灯泡或LED光的点发射器，或具有这种点发射器的阵列的面板。辐射源31也可以是激光发射器。在一些实施方式中，如图10所示，辐射源可以是图像投射器36，例如数字光处理(DLP)投射器，除肤色含义外，它还可以具有内部光学组件。数字光处理投射器例如具有各种嵌入式的光学透镜以及数字微镜像装置(DMD)。如本领域技术人员将理解的，如果辐射源31是激光发射器或者博阿凯DLP或者其它类型的投射器，既然期望层图案的图像能够直接透射到树脂上但不需要遮蔽，不需要例如LCD32的遮蔽部件。
在图10所示的固化单元30的实施方式中，除辐射源31和刚性固化面板34外，固化单元30可还包括光学组件32，光学组件32可具有一个或多个透镜和镜子或者它们的组合，经由光学组件32，来自辐射源31的组成图案的辐射可以在光束路径37中行进并穿出固化面板33。
现在将参照图3至8描述增材制造设备10在构造3D物体的过程中的操作。
在图3中，显示具有造型面41的造型平台40定位在例如可聚合树脂的可聚合液体50的储器的上方，可聚合液体容纳在容器20内并且布置在薄膜11上，薄膜11在这个构造中是所述容器的底壁。固化单元30的定位方式是使薄膜11通过刚性固化面板33支撑在所述薄膜的不与容纳在容器20中的树脂相接触的侧上。
为了打印三维物体的第一层，造型平坦40移动到使一薄层聚合物树脂夹在它的造型面41和薄膜11的固化面(积面对容器20的表面)之间的位置。夹入层的树脂具有同一的并且受控的厚度，因为刚性固化面板33支持薄膜11并且可以对它施加光张力，从而薄膜11不下垂。这意味着当第一层的树脂暴露于适当波长的辐射并因而固化时，固化的形式不具有在它们的表面上的凸出的或圆顶形状，而是相反地，根据薄膜11的平坦表面，统一地平坦的并且水平的。
如图4所示，在光敏树脂50已经暴露于来自固化单元30的辐射源31的适当波长的辐射时，暴露区域凝固以形成固体区域51。固化的树脂的这个薄层51粘着到造型面41和薄膜11的固化面上。
在第一层树脂50固化后，固化单元30在远离薄膜11的方向移动(在这个示例中，固化单元30被降低)以便在固化单元30和薄膜11之间产生空气间隙60，如图5所示的。
在形成空气间隙60后，造型平坦40被制成为在远离薄膜11的方向上(在图示示例中，在向上方向上)移动，并且在固化面板33的产生空气间隙60时的运动方向的相反方向上移动。如图6所示，造型平坦40的运动倾向于从薄膜11拉动树脂的最近固化的层51。当所述薄膜拓展和/或变形，通过逐渐向内扩散的剥皮运动逐渐地并且轻微地释放它的粘着时，直到固化层51的最中心部分从薄膜11的固化面脱离时，已固化层和薄膜的固化面之间的粘着容易被克服。因为薄膜11是弹性的，一旦固化单元30提供的张力被移除，它倾向于恢复到它的初始的大致平坦的状态，如图7所示的。
在固化层51已经完全从薄膜11的固化面分离时，固化面板33被迫使返回它的初始位置，同时接触面34与薄膜11接触(图3)。或者与这个运动同时或者随后，造型平坦40移动到用于固化随后层(未示出)的位置，即使造型平坦40朝向薄膜11移动，使得新的薄层树脂夹在薄膜11的固化面和最近固化的层51的面之间，其中最近固化的层51的面以前直接接触薄膜11的固化面。多个层通过上面概述的步骤的顺序反复添加，直到构成完全期望的物体，如图8所示。
在图11至16中示意性示出增材制造设备10’的替代实施方式，和它的造型操作期间的构造。在这个替代实施方式中，造型平台40的造型面41向上面向，即面向容器20外部，并且物体沿上下堆积(即所述造型平台在容器的顶部开始，并且逐渐向下移动)而不是从下向上的方式。当对工业能力按比例缩放时，这种类型的造型可能是优选的，因为在工业3D打印中使用从底向上的构造(例如图1所示)，最大的可打印物体的尺寸可以使得它的自重克服了把它保持到造型面的粘着力，引起它在完成前从造型平台40脱落。甚至但因的物体的局部脱离可能引起缺陷并使打印工作作废。
在图11的设备10’中，容器20具有底部部分21和上部部分22，柔性薄膜11固定在底部部分21和上部部分22之间。在这个实施方式中，柔性薄膜11是容器20的上壁。柔性薄膜11可以与图1至8所示实施方式的薄膜11相同。虽然设备10’包括被配置在上部部分22中以便使薄膜11密封容器20的垫圈12，但垫圈12在一些实施方式中可以被省略。因为在容器20中树脂50的层可以保持在薄膜11的水平面的下方，使得树脂的泄露不可能发生。
增材制造设备10的固化单元30可能大致如图9或10中所示的，但在与图1至8的实施方式相反的取向上，使得固化面板33的固化面34面向薄膜11，在这个示例中，是容器20的上臂。类似地，造型平台40可以与图1至8所示的装置的造型平坦大致相同，使得他能够移向(即向上移动)或移离(即向下移动)薄膜11。
在设备10’实施的打印过程中，固化单元30移动到它与柔性且弹性的壁11接触的位置，并且在这个位置，固化单元30受到压低以便提供张力以及移动壁11的内表面(即面向容器20内部的壁的表面)到与树脂50接触，如图12所示的。造型平台40也移动到使它的造型面41位于离开薄膜11的小的距离的位置。造型面41和薄膜11之间的距离等于待打印的第一层的期望厚度。
为了确保柔性壁11接触树脂，容器20具有液面传感器(未示出)，所述液面传感器能够确保所述液面总是位于给定的期望高度上。所述传感器可提供数据给控制系统200，如下面描述的，控制系统200可促动一泵，而所述泵能够将树脂50抽高到容器20中达到期望的高度。固化单元30在固化每个层期间可以被配置成移动到相同的位置，使得固化单元30压低薄膜11到低于所述期望的高度。通过这种方式，树脂液面总是维持在稍微高于当固化单元30已经压低到它的固定位置中进行固化时的液面上方。
当固化单元30开启时，辐射源31发射适合固化波长的辐射(即适合容器20中的特殊树脂50)。所述辐射通过LCD32指向与薄膜11接触的薄层树脂的期望区域，并且穿过刚性透明层33。所述辐射击打被夹在薄膜11和造型面41之间的薄层树脂，导致期望区域的固化，形成如图13所述的已固化树脂层51。
在固化过程完成后，固化单元30可以移动到使固化单元30不接触薄膜11，在刚性透明层33的外表面和薄膜11之间产生空间间隙60，如图14所示。
在空气间隙60已经生成后，造型平台40沿远离固化单元30的方向移动(在这种情形中，向下进入容器20中)，并且移离薄膜11，使得柔性且弹性的壁或薄膜11与造型平台40一起拓展，引起造型平台40和打印的物体51之间的粘合的扩散剥皮脱离，如图15所示的，其中，描绘了在大量层已经被打印后的多层物体51。
当打印的物体51的最外表面完全从薄膜11脱离时，薄膜11的弹性引起它恢复到它的初始位置，如图16所示。当造型平台40返回到它的使得薄层树脂使最近固化的层的最外表面从薄膜11的表面分离的位置，所述过程可以再次开始(如曲线图12所示)以打印随后的层。
每个增材制造设备10、10’可以根据控制系统发出的指示进行操作，所述控制系统以预定的顺序促动诸如设备的移动部分的驱动机构的部件，辐射源31、动态遮蔽32等。所述控制系统可以从包括位置传感器、液面传感器等的各种传感器接收输入。
在一些实施方式中，增材制造设备10、10’可包括用于减小薄膜11和刚性部件33的接触表面34之间存在的气泡的机构。这样的气泡会引起柔性薄膜11具有凹凸不平的表面，因而在固化层的树脂51产生缺陷。
例如，增材制造设备10或10’可包括导电鼓、板或能够运载静电荷的其它导电构件，并且所述其它导电构件能够与柔性薄膜11接触以在所述薄膜的表面上感应静电荷。在接触表面34上可以感应相反符号的静电荷(例如，使用相同的导电构件，所述导电构件合适地重新配置以感应相反的电荷；或者使用被配置成这样做的其它导电构件)使得两个表面相互吸引并且相互粘着。
在另一个示例中，设备10、10’可包括不透气的封套，固化单元30和薄膜11容纳在所述封套中；和泵，所述泵可以被促动以排空所述封套。当所述封套内侧的气压减小或在所述封套内侧产生真空，柔性薄膜11偏转以便紧密地包裹在接触表面34上方，同时也取出可能已经容纳在薄膜和接触表面之间的任意气泡。
上面描述的增材制造设备10和10’的控制系统200的示例在图17中示出。控制系统200可包括计算机系统201，计算机系统201包括标准计算机部件，所述标准计算机部件具有非易失的存储器(例如硬盘或者固态盘)204、随机存取存储器(RAM)206、至少一个处理器208和外部接口210、212、214、218，它们利用总线216相互连接。外部接口包括通用串行(USB)接口21，和网络接口连接器(NIC)212，网络接口连接器212将系统201连接到例如互联网的通信网络220，通过通信网络220，使用者计算机系统240可与控制系统200通信以允许使用者与设备100相互作用。使用者计算机系统240可以是标准桌上型计算机系统或者膝上型计算机系统，例如基于Intel IA-32的计算机系统，或者移动计算设备，例如智能手机或者平板电脑。控制系统200能够经由NIC212接收输入数据或来自被连接到其中一个USB接口210的存储器的输入数据，或者连接到备用接口，例如安全数字(SD)接口(未示出)。
在一些实施方式中，使用者可与计算机系统201直接相互作用，借助于显示器、键盘和鼠标或者经由其中一个接口210连接的其它输入/输出装置，和附加显示器适配器(未示出)。在备用实施方式中，计算机系统可包括被连接到总线216的触摸输入/输出装置，例如通过显示器适配器(未示出)。在一些实施方式中，使用者计算机系统240可能是不必需的。通过经由外部接口210连接的网络连接部220或SD卡或USB存储器，3D模型文件可加载到计算机系统201上，并且经由例如计算机系统201的触摸屏接口，使用者则能够直接在增材制造设备上控制限幅过程。
计算机系统201也包括显示器适配器214，用于与LCD32通信。显示器适配器214可以是例如高清晰度的多媒体接口(HDMI)、视频图形阵列卡(VGA)或者数字可视接口(DVI)。在一些实施方式中，显示器适配器214可以用于与投射器36通信(图10)。
存储介质204可以具有存储在其上的大量标准软件模块，包括例如linux和Microsoft Windows的操作系统224，和一个或多个模块202，模块202包括用于引起至少一个处理器208执行各种操作的指示，包括经由USB接口210和/或网络接口212接收关于3D模型(代表待造型的物体)的输入数据；处理输入数据以产生连续层图案；和连续传递层图案到LCD32(或者备选地，另一类型的动态遮蔽产生器或者LED或OLED显示器)经由显示器适配器214和指示微控制器270信号以启用增材制造设备的机械的、电学的和/或光学部件。在一些实施方式中，3D模型数据可以设置在STL、STEP或者另一3D矢量文件模式，并且存储在通过模块202进行处理的存储器介质204上。在其它实施方式中，输入3D模型数据可以从使用者计算系统240或者经由通信网络220被逐层接收，并且存储在RAM206中或者通过模块202进行处理的存储介质204上。
系统201实施的过程呈一个或多个软件模块或者部件202的编程指示存储在与计算机系统201相关联的存储介质204上，如图17所示的。然而，很明显的是，所述过程能够部分地或全部地替代地实施，呈一个或多个专用硬件部件的形式，例如专用集成电路(ASICs)，和/或呈用于可配置的硬件部件的配置数据的形式，例如现场可编程门阵列(FPGAs)。
在一个示例中，如图18所示，软件部件202包括母板控制部件280，母板控制部件280协调在控制系统200的控制下增材制造过程的总流。母板控制部件280与机械促动部件286通信，机械促动部件286产生控制信号以经由微控制器270驱动增材制造设备的机械部件，例如泵和马达。母板控制部件280也与光学控制部件288通信，光学控制部件288产生控制信号以(经由微控制器270)打开或关闭固化单元30的辐射源31，并且控制辐射的持续时间和强度。
母板控制部件280可以接受使用者输入数据，例如3D模型数据，和造型参数，例如关于造型表面的物体的位置和取向，在相同的批处理打印中多个物体的布置，以及期望的打印层厚(判断需要产生多少片等)。所述输入数据然后能够传到模型处理部件282，模型处理部件282根据造型参数切片3D模型数据以产生一系列能够存储在例如存储介质204上的二维图形文件序列。模型处理部件可包括任意已知的片软件模块，例如GnexLabs,EnvisionLabs Creation Worksho,Slic3r或者FreeSteel。一旦切片操作已经被模型处理部件282执行，所述输出切片由母板控制部件280传递到显示器控制部件284，显示器控制部件284配置成传递控制信号到LCD32，以打开或关闭像素阵列256的单个像素根据对应于通过显示器控制部件284传递的图像切片的图案。
在打印操作中，切片(图形文件)由显示器控制部件284(通过显示器适配器214)传递到LCD32的标量板252。标量板是标准的并且广泛应用于与显示器相互作用的方法。典型地，标量板作为电子组件的一部分嵌入到内部商业可获得的LCD监测器或者电视机。标量板252将来自数字信号(HDMI或DVI)的图像或视频文件或模拟信号(VGA)传递到低压不同信号(LVDS)，而LVDS通过LCD32的内部控制板254进行解释。内部控制板254根据从显示器控制部件284接收的输入图形，打开或关闭像素阵列256的像素。
在打印过程中，计算机系统201经由USB或串行接口(例如RS-232接口)而与微控制器270连接，能够驱动增材制造装置的所有其它促动器。例如，微控制器270可驱动步进马达21、固化单元30的光源31、一个或多个泵(未示出)，用于泵送附加的可聚合介质50到容器20中，线性和/或旋转运动促动器，用于容器20和/或造型平台40和/或固话单元30的驱动运动等等。微控制器270也可读取来自各种传感器的输入量，例如所述容器中可聚合材料的液面传感器、造型平台高度传感器、侧向滑动行驶终点止动传感器、温度传感器等。
在每个层(切片图像文件)从显示器控制部件284传送到标量板252并因而在需要固化时间期间透射到显示器32上(这可能设置为造型参数中的一个和/或根据光源的强度和发射光谱以及可聚合介质的性质去判断)，母板控制部件280可指示，适当的定时和定序，机械启动部件286和光学控制部件288以将信号发送到微控制器270，其中微控制器270能够解释这些信号并且以期望序列驱动各种马达、泵和光源。
虽然已经描述和例示特殊的实施方式，但在不偏离所附权利要求限定的发明的范围的条件下，本领域普通技术人员将理解上述实施方式的特征的各种修改和组合是可能的。

Claims (23)

1.一种增材制造设备，包括：
容器，所述容器用于容纳在一个或多个固化波长时可聚合的材料，所述容器具有柔性壁，所述柔性壁对一个或多个固化波长的辐射至少部分地透明；
造型平台，所述造型平台具有造型面，并能够相对于所述容器移动以定位所述造型面，从而所述造型面面对所述柔性壁；以及
固化单元，所述固化单元包括具有平坦接触面的刚性部件，所述刚性部件对一个或多个固化波长的辐射至少部分地透明；和辐射模块，所述辐射模块相对于所述刚性部件定位或能够相对于所述刚性部件定位以发射通过所述刚性部件的辐射，
其中，所述刚性部件和容器能够相对于彼此移动，使得在第一位置中，所述刚性部件的平坦接触面与所述柔性壁相接触，和在第二位置中，所述刚性部件与所述柔性壁分开。
2.根据权利要求1所述的增材制造设备，其中，
所述柔性壁是弹性的。
3.根据权利要求1或2所述的增材制造设备，其中，
所述刚性部件相对于所述辐射模块固定。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的增材制造设备，其中，
所述辐射模块包括辐射发射或透射元件的可电子寻址的阵列，所述阵列能够配置成通过选择性激活所述阵列的元件，生成具有预定图案的辐射。
5.根据权利要求4所述的增材制造设备，其中，
所述辐射模块包括：动态遮蔽部件，动态遮蔽部件包含可电子寻址的阵列；和辐射源，用于辐射通过所述动态遮蔽部件。
6.根据权利要求5所述的增材制造设备，其中，
所述动态遮蔽部件包括液晶显示器(LCD)。
7.根据权利要求6所述的增材制造设备，其中，
所述LCD是单色LCD。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的增材制造设备，其中，
所述刚性部件是或者包括所述动态遮蔽部件。
9.根据权利要求4所述的增材制造设备，其中，
所述辐射模块包括LED阵列或OLED阵列。
10.根据权利要求9所述的增材制造设备，其中，
所述刚性部件是或者包括LED阵列或OLED阵列。
11.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造设备，其中，
所述柔性壁是薄膜。
12.根据权利要求11所述的增材制造设备，其中，
所述薄膜包括含氟聚合物和/或合成橡胶。
13.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造设备，其中，
所述刚性部件是固化单元的外层。
14.根据权利要求13所述的增材制造设备，其中，
所述刚性部件是透明的或者半透明的面板。
15.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造设备，其中，
所述固化单元包括具有圆形边缘的壳体。
16.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造设备，其中，
所述增材制造设备包括用于在所述柔性壁上感应第一静电荷和在所述平坦接触面上感应第二静电荷的装置，所述第一静电荷与所述第二静电荷正负号相反。
17.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造设备，其中，
所述容器和固化单元容纳在不透气的封套中，并且所述设备进一步包括用于抽空所述不透气的封套的泵。
18.一种增材制造方法，包括：
提供一具有柔性壁的容器，所述柔性壁对一个或多个固化波长的辐射至少部分透明；
用在一个或多个固化波长的辐射下可聚合的材料至少部分地填充所述容器；
将造型平台的造型面定位在所述容器内以使得所述造型面面对所述柔性壁；以及
相对于所述柔性壁定位固化单元，所述固化单元包括辐射模块，使得所述固化单元的刚性部件的平坦接触面接触所述柔性壁，所述刚性部件对在一个或多个固化波长的辐射至少部分地透明。
19.根据权利要求18所述的添加制造方法，进一步包括：
通过辐射穿过所述刚性部件和柔性壁辐射材料，使邻接所述造型面的一层材料固化。
20.根据权利要求19所述的增材制造方法，进一步包括：
在固化所述一层材料之后，移动所述固化单元以使所述刚性部件与所述柔性壁分开。
21.根据权利要求20所述的添加制造方法，进一步包括：
移动所述造型平台，使得所述造型面移离所述柔性壁，由此使所述固化的层与所述柔性壁分开。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的增材制造方法，进一步包括：
在所述柔性壁上感应第一静电荷，在所述平坦接触面上感应第二静电荷，所述第一静电荷与所述第二静电荷正负号相反。
23.根据权利要求18至22中任一项所述的增材制造方法，进一步包括：
将所述容器和固化单元容纳在不透气的封套中，并且降低所述不透气的封套中的空气压力以从所述柔性壁和平坦的接触面之间移除气泡。
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