CN107756785B - 用于制造三维制品的三维制造装置和方法 - Google Patents

用于制造三维制品的三维制造装置和方法 Download PDF

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Abstract

公开了用于制造三维制品的三维制造装置和方法。一种三维制品被制造出。将未固化的光固化树脂填充到用于下一层的空间中的速度被提高，以改进制造速度。容纳光固化树脂的容器的一个表面通过透气片以及透光板来配置，该透气片面向光固化树脂并且透射光照射装置的照射光，以及该透光板设置于容器的相对于该透气部件的外侧处。在透气片与透光板之间界定可通过压力控制装置进行压力控制的加压室。在移动制造台时，加压室的内部被减压，以引起透气片进行凹面变形，以及在进行光照射时，通过加压来引起加压室中的气体渗透入光固化树脂中。

Description

用于制造三维制品的三维制造装置和方法
技术领域
本发明涉及对容纳于容器中的光固化树脂进行光照射并制造三维制品的三维制造装置以及用于制造三维制品的方法。
背景技术
近些年，通过重复对处于未固化状态的光固化树脂进行曝光并且使光固化树脂凝固(固化)的处理步骤来形成制品的三维制造技术已经得到发展。在这种类型的三维制造装置中，已知有这样一种配置：利用涂布辊等将光固化树脂作为材料以逐层的方式施加到制造台或凝固的制品(作品)上，并且反复进行光照射。此外，还已知有这样一种配置：制造台(或者制品的制造部分)被浸入容纳于容器中的光固化树脂内，通过进行自上或自下的光照射来进行层制造，并且向上或向下移动制造台以制造下一层。
例如，后一种配置因为没有如前一种配置中那样使用涂布机构而具有制造装置的机械配置和控制简单的优点，但是具有沿增材方向的制造速度低的问题(美国专利申请公开No.2015/54198)。减小制造速度的因素之一在于以下问题：取决于制造条件，发生光固化树脂对树脂的容器(例如，透光部件的透射固化光的部位)的粘附(或粘度增加)。在这种情况下，例如，当在一个层被制造出之后为了下一层而升高或降低制造台时，需要强行去除发生粘附或粘度增加的部位的处理步骤，并且由于该原因，制造速度下降。此外，还存在制造台的移动装置需要大的驱动力的问题。此外，减小制造速度的另一个因素在于以下问题：当制造台在制造了一个层之后被移动时，光固化树脂没有被快速地供应给形成下一制造层的空间，这同样取决于制造条件。
因而，已经提出了一种形成对光固化树脂在容器的特定部位(例如，在透射固化光的透光部件附近的空间区域)中的固化(聚合)进行抑制的状态的方法(美国专利No.9216546)。在该配置中，面向容器中的光固化树脂的透光部件由例如透气部件形成，并且引起抑制光固化树脂的固化(聚合)的气体(例如，含有氧原子的气体)从透气部件之外渗透进入到光固化树脂之内。根据该配置，渗透通过透气部件的气体抑制光固化树脂在透光部件附近的空间中的固化(聚合)。因此，抑制了对透光部件的粘附、台移动速度的减小以及用于下一个层的熔融树脂的供应速度的减小。有可能通过例如将固化光作为运动图像那样照射并通过类似这样的配置连续移动台来实现连续且高速的增材制造操作。
在此，在重复进行光固化树脂的光固化以及制造台的移动的制造方法中，对在各种制造条件和制造速度之间的关系予以了考虑。
例如，当凝固层通过用像运动图像照射那样的方法对曝光的图像进行连续照射而被连续添加时，凝固层的厚度变为大约0.02mm～0.2mm，这是很薄的。随后，台被移动与上述凝固层在一帧的每次照射下的厚度对应(例如，与一个制造层对应)的量。通过台移动，树脂被供应给例如其中密度在从容器的透光部分附近起的间隙中减小的空间，并且需要很多时间将未固化的光固化树脂供应给像这样的狭窄(薄)的空间。
因而，为了提高光固化树脂的供应速度，采用器件以减少制品的各个层中的截面积，并且通过将制品划分成多个块来制造制品。此外，可以采取诸如将具有低粘度的材料用于光固化树脂的措施。例如，当为了减少在制品的各层中的截面积而使制造层变小或者将其划分成像晶格结构那样的小片时，产生了制品的强度下降的问题。首先，在某些情况下，像晶格形式那样的结构可能并非总是与期望制造的期望制品的结构相匹配。
此外，当具有低粘度的材料被用于光固化树脂时，有可能发生收缩量在凝固时变大并且制品发生变形的问题，以及聚合度在光固化时没有增加而引起强度下降并减小耐热性的问题。
因而，为了通过使用具有低粘度的材料来促进对凝固层的材料供应，考虑了以下方法：快速执行通过移动图像投影等来进行光固化的制造阶段，并且在制造阶段之后执行后固化方法，作为后处理步骤。在后固化方法中，通过施加光和热量来进行对未固化部分进行固化的处理步骤，以便增大树脂的强度。但是，当通过后固化来进行二次固化时，很可能会在固化时发生诸如尺寸改变和变形之类的问题。
在考虑到光固化树脂的供应速度的情况下，将制品(凝固层)划分成小片并减少光固化树脂的粘度并不能说是根本的解决方案，并且具有引起各种其它不良副作用的问题。因此，当在没有无益地减小光固化树脂的粘度的情况下进行减重孔(lightening hole)部分较少的固体制造时，其中未固化的材料在台移动之后被精准地填充到用于下一层的狭窄空间内的时间段通常趋向于增加。
即使是通过如上所述的美国专利No.9216546中那样的引起固化抑制气体渗透的方法，要在例如树脂具有高的粘度并且制品的形状具有一层的大的照射(固化)面积的情况下缩短其中材料被填充到用于厚度为25μm～35μm的下一层的空间内的时间段也并不是那么容易的。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的一个目的是提高在重复进行光固化树脂的光固化以及制造台的移动的三维制造中将未固化的光固化树脂填充到用于下一层的空间内的速度。此外，本发明的一个目的是例如通过使用具有固化抑制性质的气体来抑制光固化树脂在对于固化光(制造光)的透射部分附近的凝固、粘附及粘度减小。
为了解决上述问题，根据本发明的一方面，一种三维制造装置，包括：容器，该容器包括被设置为与光固化树脂接触的透气部件以及被设置于透气部件的与光固化树脂相对的一侧处的透光部件，并且容纳着光固化树脂；光照射装置，对容纳于容器中的光固化树脂进行光照射；移动装置，沿着从透气部件分离的方向移动通过由光照射装置进行的光照射而被固化的部位；由透气部件和透光部件界定的加压室；控制加压室内部的气体压力的压力控制装置；以及控制光照射装置、移动装置及压力控制装置的控制单元。
根据本发明的另一个方面，一种用于制造三维制品的方法，包括：将光照射到容纳于容器中的光固化树脂上，该容器包括被设置为与光固化树脂接触的透气部件以及设置于透气部件的与光固化树脂相对的一侧处的透光部件，并且在透气部件与透光部件之间注入气体以使光固化树脂固化；并且沿着从透气部件分离的方向移动已固化的光固化树脂，并使在透气部件与透光部件之间的气体减压。
根据上述配置，例如，在光照射之后移动制造台时，通过使加压室减压使透气部件沿着从制造部位分离的方向变形，以扩大制造区域的容量。由此，能够提高将未固化的光固化树脂填充入用于下一层的空间的速度。此外，例如，当结束制造部位的移动并且进行光照射时，对在加压室内部的具有固化抑制性质的气体加压，并且由此引起气体通过透气部件而渗透进入光固化树脂内。由此，例如，光固化树脂在透光部件附近的凝固、粘附和粘度减小得到抑制，由此能够预期光固化树脂的填充速度在照射之后的提高，并且制造台能够被顺畅地移动。按照上述方式，能够极大地提高三维制造速度。
从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的其他特征将变得清楚。
附图说明
图1是例示根据本发明的实施例1的三维制造装置的配置的说明图。
图2是通过放大图1中的装置的基本部分来例示该基本部分的说明图。
图3是例示根据本发明的实施例2的三维制造装置的配置的说明图。
图4是例示根据本发明的三维制造控制程序的流程图。
图5是例示根据本发明的三维制造装置的控制系统的配置示例的框图。
图6是第一实施例的截面图。
图7是第一实施例的框图。
图8A例示了在示例1中的液滴试验的照片。
图8B例示了在比较例1中的液滴试验的照片。
图8C例示了在比较例2中的液滴试验。
图9是第二实施例的截面图。
具体实施方式
现在将根据附图详细地描述本发明的优选实施例。
在下文中，用于实施本发明的方式将参照附图中例示的实施例来描述。如下所示的实施例只是示例，并且，例如，细节的配置能够由本领域技术人员在不脱离本发明的要旨的范围内进行任意改变。此外，在本实施例中采用的数值是参考数值，而并非旨在限制本发明。
<实施例1>
图1将实施例1中的用于制造三维制品的三维制造装置的配置例示为截面结构。在图1中，处于熔融(未固化)状态的光固化树脂1被容纳于容器5中。在本说明书中，处于熔融(未固化)状态的液体光固化树脂被描述为光固化树脂。
能够使用众所周知的光固化树脂作为光固化树脂1。光固化树脂能够包括单体或低聚物、光聚合引发剂以及各种添加剂(稳定剂、填充剂、色素等)。此外，可以包括单体和低聚物二者。单体是被聚合成大分子以形成塑料的有机材料。低聚物通过预先使一些单体反应而获得，并且是类似于单体那样的被聚合成大分子以形成塑料的材料。光聚合引发剂吸收光以被激活(激发)，并生成引发反应的物质，诸如自由基分子和氢离子。所生成的自由基分子、氢离子等攻击低聚物和单体以引起聚合和交联反应。用光照射的部分从液体状态改变到固体状态。可以出于稳定化、强化等目的根据需要将诸如稳定剂和填充剂之类的各种添加剂添加到光固化树脂组合物内。
作为单体和低聚物，可以举出丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、丙烯酰胺、苯乙烯树脂、烯烃(olefin)、卤代烯烃、环烯烃、马来酸酐、链烯(alkene)、炔烃、一氧化碳、官能低聚物、多官能固化部位单体、官能PEG等，以及这些物质的组合，但是单体或低聚物并不限定于这些物质及组合。作为光聚合引发剂，可以举出安息香异丙醚(benzoin isopropylether)、二苯甲酮、米氏酮(Michier’s ketone)、氯噻吨酮、异丙基噻吨酮、苄基二甲基缩酮、苯乙酮二乙基缩酮、α-羟基环己基苯基酮、2-羟基-2-甲基-苯丙烷等，以及这些物质的组合，但是光聚合引发剂并不限定于这些物质及组合。例如，自由基聚合树脂材料是丙烯酸酯材料。尤其是在这种情况下，作为低聚物，光固化树脂1的材料选自氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、丙烯酸丙烯酸酯(acryl acrylate)等的低聚物。
在本实施例中，从制造台3(基板)被浸没在(或者至少接触)光固化树脂1中的状态起，进行从容器5的底部方向的光照射，并且制造出一个层。此后，制造台3通过升/降装置4被移动到图中的上部，以制造下一层，并且在光固化树脂1被供应给在制造台3的底面上生成的制品的下部之后，进行用于制造下一层的光照射。
虽然在图1中省略了升/降装置4的详细图示，但升/降装置4能够包括诸如电机之类的旋转驱动源，以及诸如齿条和小齿轮之类的传输(或传动)系统。升/降装置4能够基于后面描述的控制装置(例如，CPU 601)的控制将制造台3沿着图1中的垂直方向移动到任意高度。
在本实施例中，进行从容器5的底部方向的用于固化光固化树脂1的光照射，以致容器5的底部由透光材料形成。此外，出于视觉识别(或者用相机等(未例示)拍摄)制造的进度的目的，容器5的侧壁部分能够也由透光材料形成。特别地，在本实施例中，容器5的底部包括如后面详细描述的透光板6(透光部件)和透气片7(透气部件)。
固化光从光照射单元照射出，该光照射单元包括例如光源8、镜单元9和透镜单元10。例如，光源8是激光光源。例如，当光固化树脂1为紫外光固化类型时，光源8的照射光的波长选自例如大约200nm～450nm的范围内，该范围适合于诸如光固化树脂1的材料之类的条件。作为用于这种类型的树脂固化的目的的典型的紫外光波长，254nm、365nm、420nm等被举出。但是，光源8的照射光的波长并不必限定于紫外区域，而是可以取决于光固化树脂1的材料而使用在另一波长区域中的照射光。镜单元9包括电流计镜单元等，并且经由透镜单元10沿XY方向扫描光源8的照射光斑。由此，与同光固化树脂1的制品2的特定高度对应的一个层的形状对应的部位能够被固化。
光照射单元可以被配置为取决于诸如光固化树脂1的材料和粘度之类的特性来进行运动图像的表面照射的投影器，并不限定于如上所述的通过激光光斑的平面扫描进行的光照射方法。但是，在运动图像投影方法的情况下，诸如使用后面描述的使透气片7变形的操作能够跟随的程度的帧率的措施是必要的。例如，当后面描述的透气片7的变形操作所需的时间为0.5秒至2.0秒时，利用光源8投影的运动图像的帧采用与像这样的变形操作所需的时间对应的帧投影间隔。
在容器5的底部上的透光部分与制造台3的下部上的制品2的底面之间的空间对应于在制造台3正被向上移动的同时将光固化树脂1在与制品2的各个层对应的部位上一个接一个地固化的制造区域14(制造空间)。
在本实施例中，在容器5的底部处的透光部分包括：形成容器5的最外部分的透光板6，以及面向容器5中的光固化树脂1并被设置成与透光板6基本上平行以与透光板6分离开预定距离的透气片7。透气片7是透气部件，具有允许包括固化(聚合)抑制剂在内的气体沿着容器5中的光固化树脂1的方向渗透的特性。作为用于像这样的透气片7的材料，可以想得到是诸如PFA、PTFE、PP或PE之类的材料。透气片7特定地需要对于光源8的发射波长的光具有透光性质。一般地，如上所述的材料中的未着色的透明材料被用于透气片7。
此外，选择透气片7，以便可容易地通过后面所描述的加压室11的减压控制来变形。例如，在如上所述的材料的树脂的情况下，透气片7的厚度被考虑为大约1.0mm～10mm。
玻璃或石英板是可以想得到的作为透光板6的材料。在本实施例中，透光板6优选地具有高刚度，并且因此，透光板6的厚度被考虑为10mm～30mm。
此外，在本实施例中，被设置为分离开(例如，毫米量级的)预定距离的透光板6和透气片7界定了在透光板6和透气片7二者之间的加压室11。作为固化(聚合)抑制剂的气体能够通过压力控制装置12被供应到加压室11的内部。此外，压力控制装置12被配置为能够根据后面描述的制造过程的进度来进行对填充入加压室11中的气体的压力的(加压/减压)控制。
允许作为固化(聚合)抑制剂的气体从加压室11的内部通过透气片7渗透通过容器5内部的光固化树脂1的原因是为了抑制在制造区域14中，特别是在制造区域14的下部区域中的光固化树脂1的固化。这能够避免以下问题：光固化树脂1黏附容器5的底部，特别是透气片7，以使制品2的移动变得困难，以及无法顺畅供应用于下一层的光固化树脂1。
作为填充到加压室11内的气体，包括氧气、臭氧、空气、氮气、氩气等在内的气体是可想得到的，尽管它取决于光固化树脂1的材料。例如，当使用通常一般地用作光固化树脂1的自由基聚合类型的材料时，包括氧气在内的作为单一物质的气体(诸如氧气或臭氧)是可想得到的。在这种情况下，例如，作为填充入加压室11中的气体，除了空气(大气)等，还能够使用纯氧气、其中臭氧浓度通过使用由臭氧发生器等生成的臭氧而增加的空气等。
如果填充入加压室11中的气体是空气，则压力控制装置12能够包括用于加压和减压的压缩机和真空泵、控制阀等(细节未例示)。在使用诸如纯氧气之类的气体的情况下，还将存储和供应气体的储罐等添加到压力控制装置12上。此外，在使用臭氧的情况下，臭氧发生器等能够被添加到压力控制装置12中的气体流路上。
如图2所示，用于测量加压室11的内部压力的压力传感器31能够被设置于加压室11内。在后面描述的通过压力控制装置12进行的加压或减压控制中，CPU 601或压力控制单元606能够通过使用由压力传感器31输出的压力测量值，将加压室11的内部压力控制到目标压力值。
如图1所示，气体流路13提供在压力控制装置12与加压室11之间的连通，并且压力控制装置12经由气体流路13来控制加压室11的内部压力。例如，在后面描述的制造控制中，在照射固化光时，压力控制装置12优选地生成例如大约100PSI～150PSI(或者大约10个大气压)的正压力。例如，这将作为所需量的固化(聚合)抑制剂的气体供应给光固化树脂1的制造区域14的面向透气片7的部位，并且抑制在透光部件附近的光固化树脂的不必要的凝固、粘附和粘度减小。
此外，在本实施例中，压力控制装置12将加压室11的内部控制为负压力，并且使透气片7沿着从制造区域14或制品2的制造部位撤离并分离的方向变形，如图2所示。减压操作通过透气片7在制造区域14中的光固化树脂1中生成负压力，并且能够把要成为用于下一层的材料的光固化树脂1从制品2的制造部位的周围快速且顺畅地供应到具有负压力的部位。
图5例示了图1中的制造装置的控制系统的配置(相同配置适用于后面描述的图3中的实施例2的配置)。
在图5的配置中，ROM 602、RAM 603、接口604和608、网络接口609等被设置于负责控制装置的主要功能的CPU 601周围。
ROM 602、RAM 603，以及各种接口604、608和609被连接至CPU 601。诸如BIOS之类的基本程序被存储于ROM 602中。诸如可重写E(E)PROM之类的器件可以被包括在ROM 602的存储区域中。RAM 603被用作暂时存储CPU 601的算术运算处理结果的工作区域。CPU 601通过执行记录(存储)于ROM 602中的程序来执行后面描述的制造控制程序。
当用于执行后面描述的制造控制程序的程序被记录(存储)于ROM 602中时，记录介质对存储用于实施本发明的控制程序的计算机可读记录介质进行配置。除了被存储于诸如ROM 602之类的固定记录介质中之外，用于执行后面描述的控制程序的程序还可以被存储于诸如各种闪存和光盘(磁盘)之类的可拆卸的计算机可读记录介质中。当用于执行实施本发明的控制程序的程序被安装并更新时，能够使用像这样的存储模式。当像这样的控制程序被安装并更新时，除了使用如上所述的可拆卸记录介质外，还能够使用经由网络接口609从网络611中下载程序的方法。
CPU 601能够例如经由网络接口609与网络611上的其它资源通信，其中网络611通过使用诸如TCP/IP之类的协议进行通信。例如，网络接口609能够通过诸如有线连接(IEEE802.3等)和无线电连接(IEEE802.xx等)之类的各种网络通信方法来配置。此外，从设置于网络611中的服务器，后面描述的制造控制程序能够被下载并安装于诸如ROM 602之类的程序存储器中，或者已经安装的程序能够更新到新版本。
例如，以诸如3D CAD之类的数据格式，通过接口608从上位主机装置610发送用于以增材方式三维制造制品2的三维(3D)数据。接口608能够基于各种(例如，各种串行或并行的)接口标准来配置。此外，当主机装置610作为网络终端连接到网络611时，主机装置610能够类似地将制造数据供应给本制造装置。
CPU 601与控制光源8的光照射控制单元605、接收压力传感器31的检测值并控制压力控制装置12的加压控制单元606以及控制升/降装置4的上升和下降的台控制单元607进行通信。CPU 601通过根据所期望的制造序列来控制这些相应的单元而使得整个制造过程前进。
接口604能够基于例如各种串行或并行的接口标准来配置。尽管图5为简化起见将接口604例示为一个块，但是接口604可以通过相应地具有根据例示于接口604的右侧处的各单元的通信规范等的不同的通信方法的接口电路来配置。
接下来，将参照图1、图2和图4来描述在上述配置中的操作。图4例示了在图1中的装置中的制造控制程序。图4中的程序被描述为控制程序，该控制程序可由例如CPU 601(控制装置：计算机)读取并执行，并且能够存储于例如ROM 602(或外部存储装置(未例示))中。在图4中的左列中的流程(S10至S15)示出了制造控制的主控制程序。
在制造之前，处于液体(未固化)状态的光固化树脂1被供应到容器5中。该程序可以通过工作人员的手动操作来进行，或者可以被配置经由树脂供应装置(未例示)注入到容器5内。在光固化树脂1由树脂供应装置供应的配置中，自动地将容器5中的光固化树脂1的量控制为适当的量的自动控制可以根据来自适当液位检测单元的输出来进行，该适当液位检测单元检测光固化树脂1的液面水平。此外，当树脂供应装置被设置时，可以采用这样的配置：添加从容器5中吸取并且排出光固化树脂1的树脂回收装置，并且将光固化树脂1从树脂回收装置循环到树脂供应装置，并且进一步再次到容器5。
如图4中的步骤S10至S15所示的处理步骤对应于在制造制品2的一个层时的控制程序。通过重复执行步骤S10至S15，制品2能够以增材的方式来制造。
在图4中的步骤S10之前，CPU 601进行控制压力控制装置12和压力传感器31以对加压室11内部的气体加压的控制。在此，CPU 601基于加压室11的内部压力通过压力控制装置12来控制气体供应，加压室11的内部压力通过压力传感器31来检测。通过加压控制来实现的在加压室11内部的目标压力优选地被考虑为例如100PSI～150PSI(大约10个大气压)。当由压力传感器31检测到的压力值达到目标压力时，CPU 601通过压力控制装置12来停止气体供应，关闭设置于气体流路13的上游的阀门，以完成加压控制。完成加压控制的处理对应于后面描述的与加压控制相关的加压完成处理。
在图4中的步骤S10中，CPU 601打开光源8，并且根据制造层的形状通过镜单元9来扫描光源8的照射光。由此，来自光源8的固化光从镜单元9和透镜单元10穿过透光板6、加压室11和透气片7，以被照射到在制造区域14附近的光固化树脂1，并且使光固化树脂1在制造区域14附近的部位固化。例如，预先从主机装置610等发送制品2的3D形状数据，并且通过将3D制造数据转换成多个制造层的(截面)形状数据来生成各个层的形状数据(切片数据)。可选地，通过例如将3D形状数据转换成多个制造层的(截面)形状数据而生成的各个层的形状数据(切片数据)从主机装置610输入至CPU 601。在本说明书中，各个层的3D形状数据或形状数据(切片数据)被称为形状数据。
在光照射处理步骤期间，在加压室11中的(固化抑制)气体如上所述那样被加压，通过透气片7渗透(穿透)入制造区域14的下部，并且阻止在制造区域14的下部的部位中的光固化树脂1被固化或生成不利的粘度增加。在对加压室11加压的加压时段中，当容器5内部的树脂的量大时，可以进行提高加压室11内部的压力以及防止透气片7由于树脂负荷导致的变形的控制。例如，当检测光固化树脂1的液面水平的液位检测单元(未例示)被设置时，对提高和降低加压室11的内部压力的控制由压力控制装置12根据液位检测单元的检测值来进行。
当使一个制造层固化的照射光扫描结束时，CPU 601在步骤S11中停止光源8的光照射(停止光照射)。此后，CPU 601对压力控制装置12的减压机构进行致动，以在监测压力传感器31的压力检测值的同时使加压室11的内部减压。在本实施例中，进行减压以使透气片7如图2所示那样沿着从制造区域14(特别是制品2的制造部位)分离的方向变形。因此，作为在减压时的加压室11内部的压力，适当的值(例如为大气压或更小)根据透气片7的材料、刚度、厚度等来选择。例如，在减压时的加压室11内部的压力值能够通过进行实验来获得，该实验获得使透气片7在适量的光固化树脂1被预先容纳于容器5中的状态下生成所期望的凹面变形的负压力的值。当经由压力传感器31检测到的压力值变为预定的负值时，CPU 601在步骤S12中停止压力控制装置12的减压(吸取)机构(完成移动透气片的位置)。
此后，在步骤S13和S14中，CPU 601控制升/降装置4，以使制造台3升高为制造下一层所需的高度(移动台并完成移动台)。此时，为制造下一层而移动(升高)制造台3的距离是大约15μm～0.1mm的相对很小的距离，但是该距离取决于制品2的形状和制造规格。通过树脂自身的粘度和大气压以及伴随着升高的负压力和自重来进行对通过台移动而生成的空间的光固化树脂1的供应。但是，如上所述，树脂要进入的空间小，使得使树脂进入的力没有那么大。因此，为了将处于熔融状态的光固化树脂1从该空间的周围及下部供应到像这样的“薄”空间内，常规来讲已经需要量级为10秒至几十秒的相对较长的时间。
与上述内容相比，在本实施例中，在制造台3的移动控制处理步骤(S13，S14)期间，通过上述减压处理步骤来引起透气片7进行如图2中那样的凹面变形。即，将透气片7向着从制造区域14(特别是制品2的制造部位)分离的方向变形。由此，例如，制造区域14的实质容量在制造台3的移动控制处理步骤(S13，S14)期间被扩大。即，在制造台3或者在制造台3的下部上的制品2的制造部位之下的空间被扩大，并且在该空间的部位中的光固化树脂1的压力(或密度)与其它部位中的光固化树脂1的压力(或密度)相比降低更多。由此，在制造台3向上移动时，用于制造下一层的处于熔融状态的光固化树脂1能够被顺畅地且快速地供应到制造区域14(特别是在制品2的制造部位之下的空间)。
在不进行通过加压室11的减压来引起透气片7进行凹面变形的控制的常规配置中，用于制造下一层的树脂仅通过移动(升高)制品2而仅被供应到制造区域14，从而不能预期如本实施例中那样的树脂供应速度。根据本实施例，如上所述，通过加压室11的减压来引起透气片7进行凹面变形，于是制造区域14的容量被扩大，由此光固化树脂1容易进入制造区域14，并且与常规装置相比，可更顺畅且快速地供应光固化树脂1。光固化树脂1的供应速度取决于要使用的树脂的种类和粘度、制品2的(下表面的)形状等而不同，能够通过本实施例的减压控制来实现大约0.3ml/sec～30ml/sec的速度。
在步骤S14中将制造台3移动(在本实施例的情况下，升高)预定量(完成移动台)之后，CPU 601执行加压控制处理步骤，该加压控制处理步骤通过使用压力控制装置12和压力传感器31对加压室11的内部加压。此时的控制内容类似于在上述初始加压中所描述的控制内容，并且用于确定目标压力的方法类似于上述的确定目标压力的方法。由此，完成了透气片7的位置的移动(步骤S15)，并且流程能够循环到步骤S10以转至下一层的制造。此时，通过透气片7来自加压室11的加压压力被设定成能够主要抑制容器5中的不必要的粘附(或粘度增加)的程度。例如，作为此时的压力值，上述的例如大约10个大气压是可想到的，并且同时，此时的压力值被选择成能够使透气片7至少变形成与如图2所示的凹面变形状态相比向上升高更多的形状的程度。像这样的正压力值控制对于如上所述在移动制造台3时通过引起透气片7进行所谓的光圈操作(diaphragm operation)来有效地进行减压而言是必要的。
如上，根据本实施例1，例如，在光照射之后移动制造台3时，通过使加压室11减压来使透气片7沿着从台或制造部位分离的方向变形，并且制造区域14的容量能够得以扩大。由此，能够提高未固化的光固化树脂被填充入用于下一层的空间的速度。此外，例如，当制造台3(制造部位)的移动结束并且进行光照射时，在加压室中的具有固化抑制性质的气体被加压，并且由此能够使气体通过透气部件渗透进入光固化树脂。从而，在例如对于固化光(制造光)等的透射部分附近的光固化树脂的凝固、粘附及粘度减小得以抑制，由此也能够预期光固化树脂的填充速度在照射之后的提高，并且制造台能够被顺畅地移动。按照如上方式，根据本实施例1，能够减少在制造层之间的制造控制所需的时间，并且能够极大地提高三维制造速度。
此外，根据本实施例，硬件配置被采用，在该配置中，加压室11被设置于透气片7的下表面上，并且加压室11的内部压力通过压力控制装置12得以加压和减压。因此，透气片7的透气性在加压时段期间得以有效地展现，并且提供了不需要其中将容纳整个装置的大腔室的压力控制为高压的大的装置配置的优点。
<实施例2>
在实施例1中，例示了这样的配置：如图1、图2等例示的那样从容器5的下方进行用于固化光固化树脂1的光照射，并且对于每个层的形成都通过升/降装置4向上移动制造台3。但是，用于固化光固化树脂1的光照射的方向以及制造台3的移动方向并不一定限定于如上所述的方向。
例如，如图3所示，在其中从容器5的上方进行用于固化光固化树脂1的光照射，并且对于每个层的形成都通过升/降装置4向下移动制造台3的配置中，展现出与实施例1的操作和效果等效的操作和效果的配置是可想到的。
图3中例示的制造装置包括分配有与图1和图2中的部件具有相同的附图标记的各部件，并且在制造操作方面与实施例1的差异主要仅在于光照射方向以及对于制造每个层都进行的制造台3的移动的方向。图3中的配置可以被视为相对于图1中的配置而言顶部和底部正好颠倒过来的配置。在图3中，分配有与图1和图2中的部件具有相同的附图标记的各部件的材料与实施例1中的部件相同或等效。
在图3的配置中，透气片7和透光板6被设置为覆盖着以光固化树脂1填充的容器5的上部。透气片7和透光板6按照从光固化树脂1的侧看为透气片7和透光板6的顺序来设置，并且在透气片7和透光板6之间的空间是加压室11。由压力控制装置12通过气体流路13对加压室11内部的具有固化抑制性质的气体进行加压和减压的功能等效于实施例1中的该功能。
在图3中的制造装置的控制系统能够类似于实施例1的在图5中的控制系统那样来配置，并且控制系统的制造控制以及伴随着制造控制的加压和减压控制能够基本上如图4中的流程图所示的那样由CPU 601来执行。但是，不必说，在这种情况下，在实施例1中的图4的声明仅需要在一点上进行改写，即：在制造了一个层之后，制造台3的移动方向为“向下”，而不是实施例1中的“向上”。
在如图3所示的配置中，在主要来自光源8的固化光的照射时段中，加压室11的内部被加压，并且能够引起具有固化抑制性质的气体通过透气片7渗透(穿透)到容器5的上部中的制造区域14的上部附近。此外，在固化了一个层之后，在移动制造台3的时段中，加压室11的内部被减压，并且要成为用于下一层的材料的光固化树脂1能够被快速且顺畅地供应到制造区域14的附近。
按照如上所述的方式，在制造时的固化光的照射方向与伴随着制造进度的制造台的移动方向彼此不同的配置中，能够实现与上述的实施例1中的配置相同的配置，并且能够预期得到与实施例1中的操作和效果相似的操作和效果。当制造时的固化光的照射方向与伴随着制造进度的制造台的移动方向不同于实施例1和实施例2二者中的照射方向和移动方向时，能够实施本发明。不必说，即使在例如从容器5的一侧进行光照射并且进行向着相对侧的台移动的配置中，也能够实施这样的配置：容器5的一部分被形成为透气片，并且加压室11被设置于透气片的外侧上。
[实施例3]
图6是示意性地例示装置的截面以描述根据本发明的实施例3的三维制造装置的结构的视图。
(装置的配置)
在图6中，附图标记201指示容器，附图标记202指示光固化树脂，附图标记203指示树脂供应单元，附图标记204指示透光部分，附图标记205指示光屏蔽部分，附图标记206指示亲水表面部分，附图标记207指示光源，附图标记208指示镜单元，附图标记209指示透镜单元，附图标记210指示光源单元，附图标记211指示基座，附图标记212指示升/降臂，附图标记213指示升/降单元，以及附图标记214指示三维制品。
容器201是用于容纳光固化树脂202的容器，并且由屏蔽使光固化树脂凝固的波长区域中的光的材料形成。
树脂供应单元203包括存储光固化树脂的储罐及泵，并且供应光固化树脂，使得适量的光固化树脂202被容纳于容器201中。
光固化树脂202是在用特定的波长区域中的光照射光固化树脂202时被固化(凝固)的液体树脂。作为光固化树脂202，能够使用众所周知的光固化树脂。光固化树脂能够包括单体、光聚合引发剂及各种添加剂(稳定剂、填充剂、色素等)。此外，除了单体外，还可以包括低聚物。单体是被聚合成大分子以形成塑料的有机材料。低聚物是通过预先使一些单体发生反应而获得的，并且是类似于单体那样被聚合成大分子以形成塑料的材料。光聚合引发剂吸收光以被激活(激发)并生成引发反应的物质，诸如自由基分子和氢离子。所生成的自由基分子、氢离子等攻击低聚物和单体以引起聚合和交联反应。用光照射的部分从液体状态改变为固体状态。可以出于稳定化、强化等目的根据需要将诸如稳定剂和填充剂之类的各种添加剂添加到光固化树脂组合物内。
作为单体或低聚物，可以举出丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、丙烯酰胺、苯乙烯树脂、烯烃(olefin)、卤代烯烃、环烯烃、马来酸酐、链烯(alkene)、炔烃、一氧化碳、官能低聚物、多官能固化部位单体、官能PEG等，以及这些物质的组合，但是单体或低聚物并不限定于这些物质及组合。作为光聚合引发剂，可以举出安息香异丙醚(benzoin isopropylether)、二苯甲酮、米氏酮(Michier’s ketone)、氯噻吨酮、异丙基噻吨酮、苄基二甲基缩酮、苯乙酮二乙基缩酮、α-羟基环己基苯基酮、2-羟基-2-甲基-苯丙烷等，以及这些物质的组合，但是光聚合引发剂并不限定于这些物质及组合。例如，自由基聚合树脂材料是丙烯酸酯材料。尤其是在该情况下，作为低聚物，光固化树脂1的材料选自氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、丙烯酸丙烯酸酯(acryl acrylate)等的低聚物。在容器201中将光固化树脂202填充到高达透光部分204和光屏蔽部分205的下表面，并且被保持住，使得气泡不进入光固化树脂202。透光部分204和光屏蔽部分205起到容器201的盖子的作用并且是可打开和可闭合的。
透光部分204是透射处于使光固化树脂202凝固的波长区域中的光的窗口，并且例如是玻璃板。光屏蔽部分205是由屏蔽处于使光固化树脂202凝固的波长区域中的光的部件形成的部分。在本实施例中，透光部分204被设置在起到盖子作用的部分中的将作为在光源单元210与基座211之间的光路的部分中，并且光屏蔽部分205形成在除了透光部分204以外的区域中，但是当没有不必要的光从装置的外部进入时，整个盖子可以由与透光部分的材料相同的材料形成。
透射了后面描述的亲水表面部分206的紫外光被提供于透光部分204的下表面上。亲水表面指的是如果表面与水接触则示出亲水性的表面状态。即，亲水表面表示表面的特性，但是并不意味着该表面在装置的使用状态下与水接触。
光源207、镜单元208和透镜单元209配置光源单元210，光源单元210用于利用与要制造的三维模型的形状对应的光来照射光固化树脂。光源207是发射在可使光固化树脂凝固的波长区域中的光的光源。在使用对紫外光具有敏感性的材料作为光固化树脂的情况下，使用诸如He-Cd激光器和Ar激光器之类的紫外光光源。镜单元208是根据要制造的三维模型的形状来调制由光源207发射的光的单元，使用其中按阵列形状来设置微镜器件的器件。透镜单元209是用于将调制光聚集到位于透光部分204之下的预定位置处的光固化树脂202上的透镜。当利用具有足够强度的聚集紫外光来照射光固化树脂202时，位于预定位置的光固化树脂202被固化。
为了确保固化物体的形状的精度，期望的是将聚光透镜的焦点位置设定在透光部分附近，但是如果焦点位置离透光部分过近，则固化的树脂很可能会附着到透光部分204。因而，期望的是将透镜单元209的焦点位置设定在透光部分204的下表面下方的60μm～110μm处。
光源单元210并不限定于上述示例，只要光源单元210具有以下功能：按照要制造的三维模型的形状对处于使光固化树脂凝固的波长区域中的光进行调制，并且将光聚集到预定的位置上。例如，光源单元210可以是使用紫外光光源和液晶快门、半导体激光二极管阵列、扫描镜、成像镜等的组合的单元。
基座211是承载在基座211的顶面上的三维制品214并且支撑三维制品214的基座，并且经由升/降臂212与升/降单元213连接。升/降单元213是使升/降臂212向上和向下移动以调整基座211的高度的机构，并且是移动基座的移动单元。
图7是三维制造装置的框图。附图标记221指示控制单元，附图标记222指示外部装置，附图标记223指示操作面板，附图标记203指示树脂供应单元，附图标记210指示光源单元，并且附图标记213指示升/降单元。
控制单元221包括：CPU、作为存储控制程序并且控制数值表的非易失性存储器的ROM、作为在算术运算等中使用的易失性存储器的RAM、用于与装置的各单元通信的I/O端口等。在ROM中，存储用于控制三维制造装置的基本操作的程序。控制单元221可以是计算机。在将用于控制三维制造装置的基本操作的程序记录(存储)于ROM中的情况下，记录介质对存储用于实施本发明的控制程序的计算机可读记录介质进行配置。除了存储于诸如ROM之类的固定记录介质中之外，用于控制三维制造装置的基本操作的程序还可以存储于诸如各种闪存和光盘(磁盘)之类的可拆卸计算机可读记录介质中。像这样的存储形式能够在引起用于实施本发明的控制程序被执行的程序被安装并更新时使用。当像这样的控制程序被安装或更新时，除了如上所述的那样使用可拆卸的记录介质之外，还能够使用经由网络接口从网络下载程序的方法。
三维制品的形状数据经由I/O端口从外部装置222输入至三维制造装置的控制单元221。
操作面板223包括用于让三维制造装置的操作者对装置给予指令的输入单元，以及用于向操作者显示信息的显示单元。输入单元包括键盘和操作按钮。显示单元包括显示三维制造装置的操作状态等的显示面板。
控制单元221控制树脂供应单元203、光源单元210和升/降单元213，以使得这些单元执行三维制造过程。
(三维制造过程)
接下来，描述通过使用上述三维制造装置的三维制造过程。
首先，控制单元221通过使用未例示的传感器来确认是否有预定量的光固化树脂被容纳于容器201中。当光固化树脂不足时，控制单元221操作树脂供应单元203以使容器201的内部填充有预定量的光固化树脂202。
接下来，控制单元221操作升/降单元213以设定基座211的位置，使得基座211的顶面的高度略低于光源单元210的焦点位置。例如，当一个层的厚度在通过增材制造来形成三维制品时被设定为40μm时，基座211的位置被调整，以使得基座211的顶面位于焦点位置下方的10μm～30μm处。
控制单元221基于从外部装置222输入的三维制造模型形状数据来创建在增材制造过程中使用的各个层的形状数据(切片数据)。可选地，在增材制造过程中使用的且基于三维制造模型形状数据创建的各个层的形状数据(切片数据)从外部装置222输入至控制单元221。在本说明书中，三维制造模型形状数据或者各个层的形状数据(切片数据)被称为形状数据。
随后，驱动光源单元210发射光，并且利用基于三维制品的第一层的形状数据来调制的紫外光照射光固化树脂202。在照射部位处的光固化树脂202被固化，并且三维制品的第一层部分被形成于基座211上。
接下来，作为用于形成第二层的准备，控制单元221操作升/降单元213以使上面形成有第一层部分的基座211降低40μm。光固化树脂202从周围流入降低的基座211与透光部分204之间的空间。
根据本发明，亲水表面处理被应用于透光部分204的下表面，即，与光固化树脂202接触的表面，使得光固化树脂202的流动阻力减小。因此，光固化树脂202的流入速度高，并且可以缩短用于形成第二层的准备处理步骤所需的时间。即，在制造三维制品时，使光源单元发射光，以将容纳于容器中的液体光固化树脂的一部分光固化，并且此后，在液体光固化树脂与设置于透光部分上的亲水表面进行接触时，液体光固化树脂被以高速度补充。
在完成光固化树脂202的流入(即，补充)时，控制单元221驱动光源单元210并且照射基于三维制品的第二层的形状数据进行调制的紫外光。在照射部位处的光固化树脂202被固化，并且第二层部分以增材方式形成于三维制品的第一层上。
之后，通过重复类似的处理步骤，可以添加大量的层，并且形成具有期望形状的三维制品。
根据本发明，紫外光透射亲水处理被应用于透光部分的下表面，并且由此，用于下一层的形成的光固化树脂的注入能够以高速度进行。形成三维制品所需的时间取决于制品的尺寸和形状、所使用的光固化树脂的种类、温度等而改变，使得难以将根据本发明的缩短时间的效果表示为通用的数值。因而，进行本发明与不实施本发明的装置的相对比较。
(示例1)
在通过将由磷酸钙陶瓷形成的紫外光透射亲水膜沉积于紫外透射玻璃基板上使玻璃基板表面经历亲水处理之后，玻璃基板被用作透光部分204。
作为亲水处理，可以预先给出针对光固化树脂具有高亲和力的树脂膜。可选地，可以给出由各自具有等于或小于可见光波长的直径的微观无机氧化物形成的无机氧化物膜，并且可以给出例如氧化硅(二氧化硅SiOx)、氧化钛、氧化铝、氧化锌等的无机氧化物膜。特别地，由磷酸钙陶瓷形成的膜对于紫外光具有高透射率并且还具有优良的耐用性，并且因此是实施本发明的有利材料。
首先，预先清洁过的紫外透射玻璃基板被设定于真空沉积装置中，并且被加热到50摄氏度。然后，以2埃/秒的沉积速率来沉积厚度为10nm的基层。接下来，在引入1.2×10- 2Pa的氧气的同时，以处于2×10-3Pa或更小的真空度的总压力来驱动磷酸钙电子枪，于是以2埃/秒的沉积速率来沉积厚度为100nm的磷酸钙陶瓷层。
该陶瓷层能够在基本上没有使紫外光衰减的情况下透射紫外光。
(比较例1)
氟涂料的防水涂层被施加于紫外透射玻璃基板的表面，并且玻璃基板被用作透光部分204。
(比较例2)
表面用有机溶剂和纯水清洁过的紫外透射玻璃基板被用作透光部分204。
首先，进行液滴形状检查，在液滴形状检查中，将光固化树脂滴到示例1、比较例1及比较例2的玻璃基板上并观察液滴的形状。玻璃基板具有相对于玻璃基板在图6中的装置处被设定作为透光部分204时的顶面和底面颠倒过来的顶面和底面，在21.8摄氏度的环境下滴100微升的氨酯丙烯酸酯，并且在液滴在基板上稳定下来的时间点观察形状。
图8A至图8C分别是所进行的实验的照片，用于从侧面观察示例1、比较例1和比较例2的液滴形状。液滴的形状测量结果被示于表1中。
[表1]
示例1 比较例1 比较例2
液滴高度μm 440 720 580
液滴直径mm 17.1 13.3 14.8
在表1中，液滴高度指的是从每个玻璃基板表面到每个液滴的顶峰的高度。此外，液滴直径指的是从上方观看每个玻璃基板时的每个液滴的直径。
如从图8A至图8C以及表1中清楚看出的，与在比较例1和比较例2的玻璃基板上的液滴相比，在示例1的玻璃基板上的光固化树脂的液滴更扁平。可以这么说，由于涂覆了由磷酸钙陶瓷形成的亲水膜，在基板表面与光固化树脂之间的亲和力增加，并且液滴形状变得扁平。即，从液滴形状检查的结果等中发现，当液滴形状检查中的液滴高度为550μm或更小并且液滴直径为15.00mm或更大时，亲水表面使得液体光固化树脂能够被快速地补充到透光部分与固体制品之间。
接下来，在示例1、比较例1和比较例2中的玻璃基板被用作图6中的三维制造装置的透光部分204，除了透光部分不同这点外，三维制造在相同的条件下进行，并且制造所需的时间段被比较。
已经确认，在使用示例1中的透光部分的情况下，因为亲水表面处理被应用于示例1中的透光部分，所以光固化树脂202的流动阻力与例1和例2中的流动阻力相比减小，并且光固化树脂的流入速度在基座被降低时高出约15％～20％。例如，在形成具有5cm×5cm的底面以及大约30mm的高度(层数为750)的三维物体的情况下，在示例1中，包括光固化处理在内的三维制造所需的时间段与比较例1相比能够减少近似60％，并且与比较例2相比能够减少近似40％。
[实施例4]
图9是示意性地例示装置的截面以描述根据本发明的实施例4的三维制造装置的结构的视图。
(装置的配置)
在第一实施例中，透光部分起到容器的盖子的作用，但是在第二实施例中，透光部分被设置于容器的底部上。此外，第一实施例和第二实施例的不同之处在于：在第一实施例中，像玻璃板那样具有高气密性的材料被用作透光部分的材料，然而在第二实施例中，例如，使用包括使诸如氧气之类的气体透过的特性的材料，并且通过透光部分将气体供应到透光部分附近的光固化树脂。当使用例如在材料包括诸如氧气之类的气体时对于光固化的敏感性减小的自由基聚合材料作为光固化树脂时，提供了在透光部分的附近形成其中固化受到抑制的区域的优点，并且固化的物体没有黏附至透光部分。
在图9中，附图标记201指示容器，附图标记202指示光固化树脂，附图标记203指示树脂供应单元，附图标记244指示透光部分，附图标记205指示光屏蔽部分，附图标记246指示亲水表面部分，附图标记207指示光源，附图标记208指示镜单元，附图标记209指示透镜单元，附图标记210指示光源单元，附图标记211指示基座，附图标记212指示升/降臂，附图标记213指示升/降单元，以及附图标记214指示三维制品。
容器201是用于容纳光固化树脂202的容器，并且由屏蔽处于使光固化树脂凝固的波长区域中的光的材料形成。
树脂供应单元203包括存储光固化树脂的储罐及泵，并且供应光固化树脂使得适量的光固化树脂202被容纳于容器201中。
光固化树脂202是液体树脂，该液体树脂在利用处于特定的波长区域中的光来照射光固化树脂202时固化(凝固)。
透光部分244是透射处于使光固化树脂202凝固的波长区域中的光的部分，并且还允许对光固化树脂的固化进行抑制的气体渗透通过透光部分244，并且例如通过树脂(诸如PFA、PTFE和PE)材料的板来配置。
在透光部分244附近的光固化树脂通过渗透通过透光部分244的固化抑制气体的作用来减小对光固化的敏感性。展现出固化抑制作用的气体例如为氧气，使得普通的大气可以存在于透光部分244外部。为了使气体的作用更有效，可以提供控制在透光部分外部的空气的组成和压力的机制。
后面描述的紫外光透射亲水表面部分246被设置于透光部分244的上表面上。
光屏蔽部分205是由屏蔽处于使光固化树脂202凝固的波长区域中的光的部件形成的部分。
光源207、镜单元208和透镜单元209配置光源单元210，该光源单元210利用与要制造的三维模型的形状对应的光来照射光固化树脂。光源207是发射处于使光固化树脂凝固的波长区域中的光的光源。例如，在使用对紫外光具有敏感性的材料作为光固化树脂的情况下，使用诸如He-Cd激光器和Ar激光器之类的紫外光光源。镜单元208是根据要制造的三维模型的形状来调制由光源207发射的光的单元，使用其中按阵列形状来设置微镜器件的器件。透镜单元209是用于将调制光聚集到位于透光部分244之下的预定位置中的光固化树脂202的透镜。位于预定位置处的光固化树脂202通过利用具有足够强度的紫外光进行照射来固化。
为了确保固化物体的形状的精度，期望的是将聚光透镜的焦点位置设定在透光部分附近，但是如果焦点位置离透光部分过近，则焦点位置很可能与固化受气体抑制的区域重叠。因而，期望的是将透镜单元9的焦点位置设定在透光部分244的顶面上方的60μm～110μm处。
光源单元210并不限定于上述示例，只要光源单元210具有以下功能：按照要制造的三维模型的形状对处于使光固化树脂凝固的波长区域中的光进行调制，并且将光聚集到预定的位置。例如，光源单元210可以使用紫外光光源和液晶快门、半导体激光二极管阵列、扫描镜、成像镜等的组合。
基座211是通过将三维制品214悬挂在基座211的下表面上来支撑三维制品214的基座，并且经由升/降臂212连接到升/降单元213。升/降单元213是向上和向下移动升/降臂212以调整基座211的高度的机构，并且是移动基座的移动单元。
第二实施例的三维制造装置的框图基本上与第一实施例中描述的图7相同，并因此将省略关于该框图的解释。
(三维制造过程)
接下来，将描述使用第二实施例中的三维制造装置的三维制造过程。
首先，控制单元221通过使用未例示的传感器来确认是否有预定量的光固化树脂被容纳于容器201中。当光固化树脂不足时，控制单元221操作树脂供应单元203以使容器201的内部填充有预定量的光固化树脂202。
接下来，控制单元221操作升/降单元213以设定基座211的位置，使得基座211的下表面的位置略高于光源单元210的焦点。例如，在通过增材制造来形成三维制品时的一个层的厚度被设定为40μm，基座211的位置被调整，使得基座211的下表面位于焦点位置上方的10μm～30μm处。
控制单元221基于从外部装置222输入的三维制造模型形状数据来创建在增材制造过程中使用的各个层的形状数据(切片数据)。可选地，在增材制造过程中使用的且基于三维制造模型形状数据创建的各个层的形状数据(切片数据)从外部装置222输入至控制单元221。
控制单元221驱动光源单元210，并且照射基于三维制品的第一层的形状数据来调制的紫外光。照射部位处的光固化树脂202被固化，并且三维制品的第一层部分被形成于基座211的下表面上。
接下来，作为形成第二层的准备，控制单元221操作升/降单元213以使上面形成有第一层部分的基座211升高40μm。光固化树脂202从周围流入升高基座211与透光部分244之间的空间。
根据本发明，亲水表面处理被应用于透光部分244的顶面，即，与光固化树脂202接触的表面，使得光固化树脂202的流动阻力减小。因此，光固化树脂202的流入速度高，并且可以缩短用于形成第二层的准备处理步骤所需的时间。
在完成光固化树脂202的流入时，控制单元221驱动光源单元210并且照射基于形状数据，即基于三维制品的第二层的形状数据进行调制的紫外光。在照射部位处的光固化树脂202被固化，并且第二层部分以增材方式形成于三维制品的第一层之下。
之后，通过重复类似的处理步骤，可以添加大量的层，并且形成具有期望形状的三维制品。
根据本发明，亲水处理被应用于透光部分的顶面，并且由此，能够使得用于形成下一层的光固化树脂的注入处于高速度。用于形成三维制品所需的时间取决于制品的尺寸和形状、所使用的光固化树脂的种类、温度等而改变，使得难以将根据本发明的时间减少的效果表示为通用的数值。因而，进行与不实施本发明的装置的相对比较。
(示例2)
由磷酸钙陶瓷形成的紫外光透射亲水膜被沉积于紫外光透射且可透气的PFA基板上，亲水处理被应用于该表面，并且之后PFA基板被用作透光部分244。
首先，预先清洁过的PFA基板被设定于真空沉积装置中，并且被加热到50摄氏度。然后，以2埃/秒的沉积速率来沉积厚度为10nm的基层。接下来，在引入1.2×10-2Pa的氧气的同时，以处于2×10-3Pa或更小的真空度的总压力来驱动磷酸钙电子枪，于是以2埃/秒的沉积速率来沉积厚度为100nm的磷酸钙陶瓷层。
该陶瓷层能够在基本上没有使紫外光衰减的情况下透射紫外光，并且还能够允许诸如氧气和臭氧之类的气体渗透通过该陶瓷层。
(比较例3)
紫外光透射且可透气的PFA基板的表面被用有机溶剂和纯水来清洁，并且PFA基板被用作透光部分244。
首先，进行液滴形状检查，在液滴形状检查中，光固化树脂被滴到示例2和比较例3的PFA基板上，并观察液滴的形状。在21.8摄氏度的环境下，将100微升的氨酯丙烯酸酯滴到PFA基板的上面形成有亲水膜的亲水表面上，并且在液滴在基板上稳定下来的时间点观察液滴的形状。
液滴的形状测量结果被示于表2中。
[表2]
示例2 比较例3
液滴高度μm 435 620
液滴直径mm 17.6 14.1
在表2中，液滴高度指的是从每个玻璃基板表面到每个液滴的顶峰的高度。此外，液滴直径指的是在从上方观看每个PFE基板时的每个液滴的直径。
如从表2中清楚看出的，与在比较例3的PFE基板上的液滴相比，在示例2中的PFE基板上的光固化树脂的液滴更扁平。可以这么说，由于涂覆了由磷酸钙陶瓷形成的亲水膜，所以在基板表面与光固化树脂之间的亲和力增加，于是液滴形状变得扁平。
此外，除了氨酯丙烯酸酯以外，还对作为光固化树脂202的丙烯酸丙烯酸酯以及聚酯丙烯酸酯进行试验，并且已经发现，在两种情况下，在示例2中的PFE基板上的液滴比在比较例3中的PFE基板上的液滴更加扁平。
在示例2中的PFE基板上观察到的关于三种光固化树脂的液滴形状被示于表3中。
[表3]
光固化树脂 氨酯丙烯酸酯 丙烯酸丙烯酸酯 聚酯丙烯酸酯
液滴高度μm 435 420 520
液滴直径mm 17.6 17.8 15.3
从液滴形状检查的结果等中发现，当液滴形状检查中的液滴高度为550μm或更小并且液滴直径为15.00mm或更大时，亲水表面使得液体光固化树脂能够被快速地供应到透光部分与固体制品之间。
接下来，在示例2和比较例3中的PFE基板被用作图9中的三维制造装置的透光部分244，三维制造在除了透光部分不同之外的其它相同条件下进行，并且制造所需的时间段被比较。
已经确认，在使用示例2的透光部分的情况下，因为亲水表面处理被应用于示例2的透光部分，所以光固化树脂202的流动阻力与比较例3中的流动阻力相比减小，并且光固化树脂的流入速度在基座被升高时高出大约20％。作为结果，在形成具有5cm×5cm的底面以及大约30mm的高度(层数为750)的三维物体的情况下，在示例2中，能够使包括光固化处理在内的三维制造所需的时间段与比较例3相比缩短近似55％。
[其它实施例]
在第一实施例中，透光部分被设置在容器的上部上，然而在第二实施例中，透光部分被设置在容器的底面上。本发明的应用亲水表面处理的透光部分的设置并不限定于这些示例。例如，透光部分可以被设置于容器的侧表面上，并且可以引起光入射在容器的一侧上。在该情况下，基座可以沿横向方向而不是沿纵向方向移动，以调整与透光部分的距离。
在这些设置中的任一设置中，都可以使用如在第一实施例中那样的具有高气密性的部件，或者使用如在第二实施例中那样的具有透气性的部件。
此外，在第一实施例和第二实施例中，透光部分204和244被设置于要作为在光源单元210与基座211之间的光路的部分处，并且仅对这些部分应用亲水表面处理。但是，亲水表面处理可以被应用于要作为光路的部分的外围区域。
本发明可通过以下处理来实现：将实现了前述实施例的一个或多个功能的程序经由网络或存储介质供应给系统或装置，并且系统或装置中的计算机中的一个或多个处理器读取并执行该程序。此外，本发明还可以通过实现一个或多个功能的电路(例如，ASIC)来实现。
本发明的(一个或多个)实施例也可以通过读取并执行记录在储存介质(也可更全地称为“非暂态计算机可读储存介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或者多个程序)以进行上述(一个或多个)实施例中的一个或者多个的功能的和/或包括用于进行上述(一个或多个)实施例中的一个或者多个的功能的一个或者多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或装置的计算机，以及由系统或装置的计算机通过例如从储存介质读取并执行计算机可执行指令来进行上述(一个或多个)实施例中的一个或者多个的功能和/或控制一个或者多个电路来进行上述(一个或多个)实施例中的一个或者多个的功能进行的方法来实现。计算机可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可以包括单独的计算机或单独的处理器的网络以读取和执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以例如从网络或储存介质被提供给计算机。储存介质可以包括，例如，硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的储存器、光盘(诸如高密度盘(CD)、数字通用盘(DVD)、或蓝光盘(BD)TM)、闪存器件、以及存储卡等中的一个或多个。
其它实施例
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是应该理解本发明不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包括所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (20)

1.一种三维制造装置，其特征在于，包括：
容器，所述容器包括被设置为与光固化树脂接触的透气部件以及设置于所述透气部件的与所述光固化树脂相对的一侧处的透光部件，并且容纳所述光固化树脂；
光照射单元，对容纳于所述容器中的所述光固化树脂进行光照射；
移动单元，沿着从所述透气部件分离的方向移动通过由所述光照射单元进行光照射来固化的部分；
通过将所述透气部件和所述透光部件以预定距离彼此分离地放置而在所述透气部件和所述透光部件之间界定的加压室；
控制在所述加压室内部的气体的压力以使所述透气部件沿着从已固化部分分离的方向变形从而缩短所述预定距离的压力控制单元；以及
控制所述光照射单元、所述移动单元以及所述压力控制单元的控制单元，
其中所述控制单元
在通过由所述光照射单元进行光照射来固化所述光固化树脂之后，由所述移动单元沿着从所述透气部件分离的方向移动已固化部分，并且由所述压力控制单元对所述加压室内部的所述气体进行减压以使所述透气部件沿着从已固化部分分离的方向变形从而缩短所述预定距离，并且
在由所述移动单元进行的移动结束之后，由所述压力控制单元对所述加压室内部的所述气体进行加压。
2.根据权利要求1所述的三维制造装置，其中所述气体包括氧气或臭氧。
3.根据权利要求1所述的三维制造装置，其中所述光固化树脂是丙烯酸酯的自由基聚合树脂材料。
4.根据权利要求3所述的三维制造装置，其中作为低聚物，丙烯酸酯的所述光固化树脂是氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯或丙烯酸丙烯酸酯的低聚物，或者是氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯以及丙烯酸丙烯酯的复合物。
5.根据权利要求1所述的三维制造装置，其中所述透气部件的材料为PFA、PTFE、PP或PE。
6.根据权利要求1所述的三维制造装置，其中，所述预定距离在从1mm至9mm的范围内。
7.根据权利要求1所述的三维制造装置，其中，所述加压室在所述加压室的内部具有压力传感器。
8.根据权利要求7所述的三维制造装置，其中，所述控制单元对所述气体加压，使得所述压力传感器指示在从100PSI到150PSI的范围内的压力。
9.一种用于制造三维制品的方法，其特征在于，包括：
将光照射到容纳于容器中的光固化树脂上以使所述光固化树脂固化，所述容器包括被设置为与所述光固化树脂接触的透气部件以及设置于所述透气部件的与所述光固化树脂相对的一侧处的透光部件，并且将气体注入所述透气部件与所述透光部件之间，所述透气部件和所述透光部件以预定距离彼此分离地放置；
沿着从所述透气部件分离的方向移动已固化的光固化树脂并且使在所述透气部件与所述透光部件之间的所述气体减压以使所述透气部件沿着从已固化部分分离的方向变形从而缩短所述预定距离；以及
在移动结束之后，对在所述透气部件与所述透光部件之间的所述气体进行加压。
10.根据权利要求9所述的用于制造三维制品的方法，还包括通过重复执行所述固化和所述减压而以增材方式制造三维制品。
11.根据权利要求9所述的用于制造三维制品的方法，其中所述气体包括氧气或臭氧。
12.根据权利要求9所述的用于制造三维制品的方法，其中所述光固化树脂是丙烯酸酯的自由基聚合树脂材料。
13.根据权利要求12所述的用于制造三维制品的方法，其中作为低聚物，丙烯酸酯的所述光固化树脂是氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯或丙烯酸丙烯酸酯的低聚物，或者氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯及丙烯酸丙烯酸酯的复合物。
14.根据权利要求9所述的用于制造三维制品的方法，其中所述透气部件的材料为PFA、PTFE、PP或PE。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，所述预定距离在从1mm到9mm的范围内。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述透气部件和所述透光部件之间放置压力传感器。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，执行注入气体，使得压力传感器指示在从100PSI至150PSI的范围内的压力。
18.一种非暂态计算机可读记录介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读记录介质存储用于操作计算机以执行根据权利要求9至17中的任一项所述的用于制造三维制品的方法中的每个步骤的可读控制程序。
19.一种保持用于在三维制造装置中使用的光固化树脂的容器，其特征在于，所述容器包括：
具有与所述光固化树脂接触的亲水表面的透光部分。
20.根据权利要求19所述的容器，其中
所述亲水表面在液滴形状检查中具有550μm或更小的液滴高度以及15.00mm或更大的液滴直径。
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