CN111278626A - 基于盒板的增材制造设备和方法 - Google Patents
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Abstract
一种增材制造设备,包括:构建板,该构建板的至少一部分是透明的,该构建板限定构造表面;板输送机构,该板输送机构能够操作以选择性地将构建板移入或移出限定在设备内限定的构建区域;材料沉积器,该材料沉积器能够操作地将可固化的树脂沉积在构建表面上;平台,该平台定位于构建区域附近并配置成保持树脂的一个或多个固化层的堆叠布置;机构,该机构能够操作以操纵构建板和平台的相对位置;以及辐射能量设备,该辐射能量设备定位于与平台相对的构建区域附近,并且能够操作以产生辐射能量并将辐射能量以预定的图案投射穿过构建板。提供了一种使用该设备的方法。
Description
技术领域
本发明大体上涉及增材制造,并且更具体地涉及用于增材制造中的可固化材料处理的方法。
背景技术
增材制造是其中逐层堆积材料以形成部件的过程。立体光固化成型是一种增材制造过程,它使用一桶液态的辐射能量可固化的光聚合物“树脂”和例如激光之类的固化能量源。类似地,DLP 3D打印采用二维图像投影仪来一次一层地构建部件。对于每一层,投影仪都会在液体的表面上或通过透明物体(该透明物体限定树脂的受约束表面)闪烁部件横截面的辐射图像。暴露于辐射会固化并凝固树脂中的图案,并将其结合到先前固化的层或另一构建表面。
在固化光聚合物树脂时,优选为每一层提供新生的材料供应。旧的树脂可能包含固化的产品,例如具有折断部分的支撑件或其他外部污染。在基于桶的过程中,这种污染或受污染的材料可能会固化到部件中,从而导致不期望的几何形状,或以其它方式破坏构建过程并损坏最终零件。
另一现有技术方法是所谓的“流延成型”(tape casting)过程。在此过程中,树脂被沉积在从供应盘送出的柔性透辐射的带(tape)上。上板下降到树脂上,将其压缩在带和上板之间,并限定层厚。辐射能量用于通过透辐射的带来固化树脂。一旦第一层的固化完成,上板就向上缩回,并带走固化的材料。然后将带推进以露出新生的干净部分,以准备添加树脂。流延成型的一个问题是浪费,因为带不可重复使用。
发明内容
通过增材制造方法解决了这些问题中的至少一个,在增材制造方法中,材料沉积并固化在板上。对于每个固化循环,顺序提供新生的板。
根据本文描述的技术的一个方面,一种增材制造设备包括:构建板,该构建板的至少一部分是透明的,该构建板限定构建表面;板输送机构,该板输送机构能够操作以选择性地将构建板移入或移出限定在设备内的构建区域;材料沉积器,该材料沉积器能够操作以将辐射能量可固化的树脂沉积在构建表面上;平台,该平台定位于构建区域附近并配置成保持树脂的一个或多个固化层的堆叠布置;机构,该机构能够操作以操纵构建板和平台的相对位置;以及辐射能量设备,该辐射能量设备定位于与平台相对的构建区域附近,并且能够操作以产生辐射能量并将辐射能量以预定的图案投射穿过构建板。
根据本文描述的技术的另一方面,一种用于逐层生产部件的方法,包括以下步骤:准备构建板,该构建板至少包括透明的一部分,该构建板限定构建表面,构建表面上沉积有辐射能量可固化的树脂;在增材制造设备的构建区域内,相对于构建表面定位平台以限定树脂中的层增量;使用特定图案的辐射能量的施加选择性地固化树脂,以限定部件的横截面层的几何形状;相对地移动分开构建板和平台,以使部件与构建表面分离;将构建板输送出构建区域;以及对于多个层,重复准备、定位、固化和输送的步骤,直到部件完成。
附图说明
通过参考以下结合附图进行的描述,可以最好地理解本发明,其中:
图1是示例性增材制造设备的示意性侧视图;
图2是替代性增材制造设备的示意性侧视图;
图3是示出可选的脱模剂喷头的示意图;
图4是示出可选的释放膜施加器的示意图;
图5是图1的设备的视图,示出树脂沉积在其构建板上。
图6是使用图1的设备施加的具有多个部分的树脂层的示意性俯视图;
图7是图1的设备的视图,示出下降到位的平台并使用辐射能量设备固化树脂;
图8是图1的设备的视图,示出缩回的平台;
图9是图1的设备的视图,示出移出设备的构建区域的构建板;
图10是替代性增材制造设备的示意性侧视图;
图11是图1的设备的视图,示出被移动到设备的构建区域中的位置的桶;
图12是其上施加有树脂的层的构建板的示意性立体图;
图13是平台和包含有清洗液的桶的示意性侧视图;以及
图14是在配备有空气喷嘴的空桶中的平台的示意性侧视图。
具体实施方式
参考附图,其中贯穿各个视图,相同的附图标记表示相同的元件,图1示意性地示出了用于执行本文所述的增材制造方法的实施例的一种类型的合适的设备10的示例。如将在下面更详细解释的,应当理解的是,设备的其他配置可以用于执行本文描述的方法。示例性设备10的基本部件包括构建板12、平台14、辐射能量设备18和板输送机构20。下面将更详细地描述这些部件中的每一个。
构建板12限定平面的构建表面22。为了方便描述的目的,可以将构建表面22视为被取向为平行于设备10的X-Y平面,并且垂直于X-Y平面的方向表示为Z方向(X、Y和Z为三个相互垂直的方向)。
构建板12具有足够的刚度,使得在增材制造过程期间施加的预期载荷下,其不会弯曲或偏转到足以干扰增材制造过程的程度,或导致正在生产的部件的不可接受的变形的量或不精确度的量。可以通过材料特性(即,足够高的模量)和/或部件设计(即,厚度、刚性特征等)的组合来提供期望的刚度。
构建板12或其选定部分是透明的。如本文所用,术语“透明”是指允许选定波长的辐射能量穿过的材料。例如,如下所述,被用于固化的辐射能量可以是可见光谱中的紫外光或激光。透明材料的非限制性示例包括聚合物、玻璃和晶质矿物,例如蓝宝石或石英。构建板12可以由两个或更多个子部件组成,其中一些是透明的。
构建表面22可以被构造成“不粘”的,即抵抗固化树脂的粘附。不粘特性可以通过变量(例如构建板12的化学性质、其表面光洁度和/或施加的涂层)的组合来体现。在一个示例中,可施加永久或半永久不粘涂层。合适的涂层的一个非限制性示例是聚四氟乙烯(“PTFE”)。在一个示例中,构建表面22的全部或部分可以结合具有不粘特性的受控粗糙度或表面纹理(例如,突起、凹坑、凹槽、脊等)。在一个示例中,构建板12可以全部或部分地由透氧材料制成。
平台14是限定平面的上表面30的结构,在下面描述的层取向和固化步骤期间,该平面的上表面30能够取向为平行于构建表面22。提供了一些装置,以使构建板12相对于平台14平行于Z方向移动。在图1中,这些装置被示意性地描述为被连接在平台14和固定支撑结构34之间的简单致动器32,应理解的是,例如气动缸、液压缸、滚珠丝杠电动致动器、线性电动致动器或增量(delta)驱动器的装置可以用于此目的。作为使平台14可移动的补充或替代,构建板12和/或输送机构20可平行于Z方向移动。
直接围绕构建板12(当其被定位用于进行固化步骤时)的位置的区域或体积被定义为“构建区域”,由虚线框23表示。为了描述的目的,设备10可与定位于构建区域23附近的“装载区域”25、和定位于构建区域23附近的“卸载区域”27相关联。(或者,可以提供单个缓冲区域或暂存区域)。板输送机构20包括能够操作以将构建板12从装载区域25移至构建区域23或从构建区域23移至卸载区域27的装置或装置组合。
在所示的示例中,以传送带的形式示出了一种可能的板输送机构20,该传送带横向延伸穿过构建区域23。适合于此目的的其他类型的机构包括,例如,机械连杆、旋转台或机器人效应器臂。应当理解的是,构建板12可以从任何期望的方向移入或移出构建区域。
设备10特别适合于增材构建方法的第一实施例,并且包括紧邻构建区域23的材料沉积器16。材料沉积器16可以是能够操作以在构建板12上施加一层树脂R(图5)并整平树脂R的任何装置或装置的组合。合适的材料沉积器的非限制性示例包括斜槽、料斗、泵、喷嘴、喷杆或打印头(例如喷墨头)。
在图1所示的示例中,材料沉积器16包括具有喷嘴38和阀40的供应容器36。提供了适当的装置用于使材料沉积器16在构建表面22上横向移动,例如图6中的致动器41,以沉积树脂R。通常,树脂还将包括填料。可选地,树脂R可以在没有填料的情况下使用,只要该树脂具有足够高的粘度以使得它不会从构建表面22上流下即可。可以提供用于整平施加的树脂R的装置。如图1所示的示例中,材料沉积器16包括重涂覆机42,该重涂覆机42是横向伸长的结构。它可以被牢固地固定到供应容器36,或者可以被连接到单独的致动器(未示出)。
图12示出了另一种合适类型的材料沉积器216的示例,该材料沉积器216包括具有喷嘴238和流量控制机构240的供应容器236。提供了适当的装置用于材料沉积器216在构建表面22上的受控3D运动(例如,X、Y、Z轴)。图12示出了作为示例的致动器组件241。如下面更详细说明的,这种类型的材料沉积器216能够以具有任意形状和可变厚度的层来沉积树脂R。
可以使用其他类型的材料沉积器;例如,可以提供一个或多个辊(未示出)以移动和整平树脂R。可选地,可以通过振动构建板12来整平树脂R。
辐射能量设备18可以包括任何装置或装置的组合,该装置或装置的组合能够操作以在构建过程期间产生辐射能量,并且以合适的图案以合适的能级和其他操作特性在树脂R上投射辐射能量,从而固化树脂R,详细说明如下。
在如图1所示的一个示例性实施例中,辐射能量设备18可以包括“投影仪”48,在本文中通常用于指能够操作以产生具有合适的能级和其他操作特性的辐射能量图案化的图像以固化树脂R的任何装置。如本文所用,术语“图案化的图像”是指包括单个像素阵列的辐射能量的投射。图案化的图像装置的非限制性示例包括DLP投影仪或另一个数字微镜装置、2D阵列的LED、2D阵列的激光器或光学寻址光阀。在所示的示例中,投影仪48包括例如紫外(UV)灯的辐射能量源50,图像形成设备52,以及可选地聚焦光学器件58(例如一个或多个透镜),该图像形成设备52能够操作以接收来自辐射能量源50的源射束54,并产生要投射到树脂R的表面上的图案化的图像56。
辐射能量源50可以包括能够操作以产生具有合适的能级和频率特性的射束以固化树脂R的任何装置。在所示的示例中,辐射能量源50包括紫外(UV)闪光灯。
图像形成设备52可包括一个或多个反射镜、棱镜和/或透镜,并设置有合适的致动器,并且布置成使得来自辐射能量源50的源射束54可在与树脂R的表面重合的X-Y平面上被转换为像素化图像。在所示的示例中,图像形成设备52可以是数字微镜装置。例如,投影仪48可以是可商购的数字光处理(“DLP”)投影仪。
作为选择,投影仪48可以结合例如致动器、反射镜等的附加装置,其被配置为选择性地移动图像形成设备52或投影仪48的其他部分,从而使构建表面22的图案化的图像56的位置光栅化或移位。换句话说,图案化的图像可以从标称位置或起始位置移开。例如,这允许单个图像形成设备52覆盖更大的构建区域。用于使来自图像形成设备52的图案化的图像光栅化或移位的装置是可商购的。这种类型的图像投射在本文中可以被称为“平铺图像”。
在如图2所示的另一示例性实施例中,辐射能量设备18可以包括“扫描射束设备”60,在本文中通常用来指代能够操作以产生具有合适的能级以及其他操作特性的辐射能量射束以固化树脂R、并以期望的图案在树脂R的表面上扫描射束的任何装置。在示出的示例中,扫描射束设备60包括辐射能量源62和射束转向设备64。
辐射能量源62可包括能够操作以产生具有合适的功率和其他操作特性的射束以固化树脂R的任何装置。合适的辐射能量源的非限制性示例包括激光器或电子束枪。
射束转向设备64可以包括一个或多个反射镜、棱镜和/或透镜,并且可以设置有合适的致动器,并且被布置成使得来自辐射能量源62的射束66可以聚焦到期望的光斑尺寸并被转向到与树脂R的表面重合的平面中的期望位置。射束66在本文中可被称为“构建射束”。可以使用其他类型的扫描射束设备。例如,使用多个构建射束的扫描射束源是已知的,其中辐射能量源本身可通过一个或多个致动器移动的扫描射束源也是已知的。
设备10可以包括控制器68。图1中的控制器68是控制设备10(包括材料沉积器16、平台14、辐射能量设备18、输送机构20以及上述各种致动器中的部分或全部)的操作所需的硬件和软件的概括表示。控制器68可以例如由在一个或多个装置(例如可编程逻辑控制器(“PLC”)或微型计算机)中体现的一个或多个处理器上运行的软件来体现。这样的处理器可以(例如通过有线或无线连接)被联接到传感器和操作部件。可以使用相同的一个或多个处理器来检索和分析传感器数据,用于进行统计分析以及进行反馈控制。
可选地,设备10的部件可以被壳体70包围,壳体70可以被用于利用气体端口72提供保护气体或惰性气体氛围。可选地,壳体内的压力可以维持在大于或小于大气的期望的水平。可选地,壳体70可以是温度和/或湿度受控的。可选地,可以基于例如时间间隔、温度、湿度和/或化学种类浓度的因素来控制壳体70的通风。
树脂R包括辐射能量可固化的材料,并且该材料能够在固化状态下将填料(如果使用的话)粘附或结合在一起。如本文所用,术语“辐射能量可固化”是指响应于特定频率和能级的辐射能量的施加而凝固的任何材料。例如,树脂R可以包括已知类型的光聚合物树脂,该光聚合物树脂包含起到触发聚合反应的作用的光引发剂化合物,从而使得树脂从液态变为固态。替代地,树脂R可以包括包含溶剂的材料,该溶剂可以通过辐射能量的施加而蒸发掉。未固化的树脂R可以以固体(例如,颗粒状)或液体形式提供,包括糊剂或浆料。
通常,树脂R应该是可流动的,以便能够在构建表面22上整平。合适的树脂R将是相对较厚的材料,即其粘度应足以使其在固化过程期间不会从构建板12流下。可根据需要选择树脂R的成分以适合特定的应用。可使用不同成分的混合物。
树脂R可被选择在进一步处理(例如以下所述的烧结过程)期间具有脱气(out-gas)或燃尽的能力。
填料可以与树脂R预混合,然后装载到材料沉积器56中。填料包括微粒,其通常被限定为“非常小的物质”。填料可以包括与所选树脂R在化学和物理上相容的任何材料。微粒的形状可以是规则的或不规则的,尺寸可以是均匀的或不均匀的,并且可以具有可变的纵横比。例如,微粒可以是粉末、小球或颗粒(granules)的形式,也可以像小棒或纤维的形状。
可以根据需要选择填料的成分,包括其化学性质和微观结构,以适应特定的应用。例如,填料可以是金属的、陶瓷的、聚合物的和/或有机的。潜在填料的其他示例包括金刚石、硅和石墨。可以使用不同成分的混合物。
填料可以是“可熔的”,意味着它能够通过足够能量的施加而固结成块。例如,可熔性是许多可用粉末的特征,包括但不限于:聚合物、陶瓷、玻璃和金属。
可以选择填料与树脂R的比例以适合特定的应用。通常,可以使用任何量的填料,只要结合的材料能够流动和被整平,并且有足够的树脂R将固化状态的填料微粒保持在一起。
现在将参考图3至图9详细描述设备10的操作的示例。应当理解,作为生产部件和使用设备10的前体,部件74(图1)被软件建模为沿着Z轴排列的平面层的堆叠。根据所使用的固化方法的类型,每一层都可以被分成像素网格。实际部件74可以被建模和/或制造为数十或数百层的堆叠。合适的软件建模过程是本领域已知的。
最初(在该实施例中),输送机构20用于将新生的构建板12从装载区域25移动到构建区域23中,可选地,可以提供对准装置(销、导向器、运动学联接器等)以确保构建板12在构建区域23内的可重复定位(例如位置和取向)。在所示的示例中(参见图1和图6),示出了与构建板12中的对应盲孔31对齐的可伸缩销29。
可选地,可以在树脂施加之前将不粘材料施加到构建表面22。例如,在构建每一层之前,可以将例如聚乙烯醇(“PVA”)之类的脱模剂施加至构建表面22。图3示出了通过移动喷嘴75将脱模剂“A”施加到构建表面22。在另一个示例中,可以施加具有不粘特性的牺牲层。图4示出了通过移动辊77将不粘膜“F”(例如,聚合物片或膜)铺设在构建表面22上。可以如下所述在层固化之后去除膜F。可选地,为了防止粘附,可以提供一些装置来通过构建板12的厚度供应氧气,以便抑制紧邻构建表面22的树脂R的固化(氧气可以抑制UV可固化树脂的固化)。
材料沉积器16用于将树脂R施加到构建表面22。如图5所示的示例,阀40是打开的,并且当材料沉积器16在构建板12上方横向平移时,树脂在构建板12流动,并且重涂覆机42整平树脂R。在该过程的该实施例中,将构建板12输送到构建区域23中并且将树脂R施加到构建表面22上的步骤构成了“准备”构建板12。
可选地,不同的层可以包括树脂R和/或填料的两种或更多种不同的材料组合。如本文所用,术语“材料组合”是指任何一种成分的任何差异。因此,例如,将特定的树脂成分与两种不同的填料成分中的任意一种混合将代表两种不同的材料组合。例如,一层可以包含树脂R和填料的第一组合,并且第二层可以包含树脂R和填料的不同组合。换句话说,任何期望的树脂和任何期望的填料可以用于任何给定的层。如图1所示,例如,可以通过提供一个或多个附加的供应容器78来提供不同的材料。
可选地,任何单独的层可以包括两种或更多种材料的组合。图6示出了示例性层80,其示出了叠加在其上的部件74的横截面。层80被划分为包括树脂R和填料的第一组合的第一部分82,和包括树脂R和填料的第二组合的第二部分84。虚线86表示两个部分82、84之间的分隔。可以任意选择部分的形状、尺寸和数量,以及给定层内的不同材料组合的数量。如果在一层中使用多种材料组合,则将对层的每个部分执行上述沉积步骤。
可选地,层可以具有可变的厚度。例如,图12示出了示例性层180,该示例性层180包含具有相对较小厚度的一些区域(由部分182示例)和具有相对较大厚度的其他区域(由部分184示例)。层180还可以包括没有材料的区域(以开放区域186为例)。层的各个部分的形状可以是任意的,如凸起部分184所示。这种类型的可变厚度层可以例如使用上述材料沉积器216来施加。
在沉积材料之后,或作为沉积步骤的组成部分,设备10被定位成限定选定的层增量。层增量由材料沉积器16(可选地包括重涂覆机42的操作)施加树脂R的厚度或平台14的操作的某种组合来限定。例如,平台14可以被定位成使上表面30刚好接触所施加的树脂R,或者平台14可被用于压缩和转移树脂R以明确地限定层增量,请参见图7。层增量影响增材制造过程的速度和部件74的分辨率。层增量可以是可变的,其中在不需要高精度的部件74的某些部分中使用较大的层增量来加速过程,而在需要较高的精度的情况下使用较小的层增量,以牺牲过程速度为代价。
一旦施加了具有填料的树脂R并限定了层增量,就使用辐射能量设备18来固化正在构建的部件74的二维横截面或层。
在使用投影仪48的情况下,投影仪48将代表部件74的横截面的图案化的图像56穿过构建板12投射到树脂R。暴光于辐射能量会固化并凝固树脂R中的图案。这种类型的固化在本文中称为“选择性”固化。应当理解的是,光聚合物经历了不同程度的固化。在许多情况下,辐射能量设备18不会完全固化树脂R。相反,它将使树脂R部分固化到足以“凝胶化”,然后后固化过程(如下所述)会将树脂R固化到其可以达到的任何完整性。还应当理解,当使用这种类型的树脂R制造多层部件时,可以仔细选择辐射能量设备18的能量输出以部分固化或“欠固化”先前层,以期望当施加后续层时,来自下一层的能量将进一步固化先前层。在本文所述的过程中,术语“固化”或“固化的”可用于指部分固化或完全固化的树脂R。在固化过程期间,辐射能量可以在多个步骤(例如,多次闪光)被提供给给定层,并且也可以针对给定层以多种不同的图案被提供。这允许将不同量的能量施加到层的不同部分。
一旦第一层固化完成,例如通过使用致动器32(图8)升高平台14,使平台14与构建板12分离。注意,在分离程序期间,平台14和构建板12不一定必须保持平行。例如,使用销连接或弯曲部分,或者通过构建板12的小规模变形,可以造成平台14和/或构建板12的旋转。这种挠曲或旋转有助于将固化的树脂与构建板12分离。
一旦平台14与构建板12分离,就使用输送机构20将现在使用的构建板12从构建区域23移出并移至卸载区域27中(参见图9)。
在卸载之后,可以通过从构建表面22去除未固化的树脂R和其他碎屑来清洁使用过的构建板12或以其他方式使使用过的构建板12复原并准备好重新使用。合适的清洁过程的非限制性示例包括刷洗、研磨、刮擦、抽真空或吹气、吸附、擦拭、溶剂冲洗或其组合。
用于清洁构建板12或以其他方式使构建板12复原的特定过程或机制与本发明不特别相关。当确定所需的新生的构建板12的初始数量时,可以考虑选定的复原过程所需的时间,使得除了输送机构20将新生的构建板12从装载区域25移动到构建区域23所需的时间之外,构建过程(特别是固化步骤)将不受限制。或者,可以将使用过的构建板12丢弃,送到外部设施进行再处理或回收。
输送机构20用于将新生的构建板12移动到构建区域23中(该移动可以与移除使用过的构建板12同时进行)。将具有填料的树脂R施加到新生的构建板12上,并限定另一层增量。投影仪48再次投射图案化的图像56。如上所述,暴露于辐射能量选择性地固化树脂R,并且将新层结合至先前固化的层。重复装载构建板12、施加树脂R、增加层、选择性地固化以及卸载构建板12的循环,直到完成整个部件74。在该过程中,构建板12的功能类似于“盒”,并且该过程可以描述为“基于盒的”。
在使用扫描射束设备代替投影仪的情况下,辐射能量源62发射射束64,并且射束转向设备70被用于通过以适当的图案将构建射束66的焦点转向到暴露的树脂R上来固化树脂R。重复装载构建板12、施加树脂R以及增加层的循环。辐射能量源62再次发射构建射束64,并且射束转向设备70被用于以适当的图案将构建射束66的焦点转向到暴露的树脂R上。树脂R的暴露层暴露于辐射能量,辐射能量如上所述选择性地固化树脂R,并将其接合到上面的先前固化的层上。重复装载构建板12、施加树脂R、增加层、选择性地固化以及卸载构建板12的循环,直到完成整个工件74。
可选地,扫描射束设备可以与投影仪结合使用。例如,扫描射束设备可用于通过在暴露的微粒材料P的表面上扫描一个或多个射束来施加辐射能量(除了投影仪所施加的辐射能量之外)。这可与投影仪同时使用或相继使用。
以上描述的任一种固化方法都产生部件74,其中填料(如果使用的话)被固化的树脂R保持为固体形状。在某些情况下,该部件可用作最终产品。在固化步骤之后,可以将部件74从平台14移除。
如果最终产品旨在由填料(例如,纯陶瓷、玻璃、金属、金刚石、硅、石墨等)组成,则可以将部件74进行传统烧结过程处理,以烧尽树脂R和固结填料颗粒。可选地,可以在烧结过程期间或之后进行已知的渗透过程,以便用熔化温度低于填料的材料填充部件中的空隙。渗透过程改善了部件的物理性能。
图10示意性地示出了用于执行增材制造方法的另一实施例的合适设备100的示例。示例性设备100的基本部件包括构建板12、平台14、材料沉积器116(或如图12所示的沉积器216)、辐射能量设备18和板输送机构20。设备100具有构建区域123、装载区域125和卸载区域127。
设备100在结构上类似于设备10,并且可以利用几个相同的部件。未明确描述的设备100的任何元件可以被认为与设备10的相应部件相同。
设备100的操作与上述设备10的操作相似,主要区别在于树脂R未沉积在构建区域123内的构建板12上。在此特定示例中,材料沉积器116被示出定位于构建区域123的外部(即,顺序的上游)。
为了开始构建过程,可以将具有填料的树脂R沉积在构建板12上。在该示例中,沉积发生在装载区域125内。但是,应当理解,材料沉积可以发生在任何位置,然后,可以将装载的构建板12带到设备100的附近。然后,使用输送机构120将构建板移动到构建区域123中。在该实施例中,树脂R的沉积以及构建板12向构建区域123中的输送构成“准备”构建板12。如上所述,使用辐射能量设备18来固化树脂层。
在固化步骤的同时,树脂R和可选的填料沉积在装载区域125内的附加的构建板12上。
一旦固化循环完成,就使用输送机构20将“使用过的”构建板12移动到卸载区域127中。然后可以将其卸载,并可以如上所述进行清洁或复原,或者丢弃,送到外部设施进行再处理或回收。
然后,将已经沉积了树脂R的附加的构建板12移动到构建区域123中,并如上所述重复该循环。
由于本实施例不限于可放置在构建区域123附近的材料沉积装置,因此预期其对于以“图案化的”配置(例如,包含一个或多个圆、条纹、矩形、三角形,或除构建板12完全均匀覆盖之外的任何其他形状的层)施加树脂R和/或填料特别有用。这也可以用多种不同的树脂R和/或填料来完成。该实施例特别适用于与上述和图12所示的材料沉积器216一起使用。可选地,可以提供对准装置(销、导向器、运动学联接器等)以确保构建板12在装载区域125内的可重复定位(例如,位置和取向)。在所示的示例中,示出了与构建板12中的对应盲孔31对齐的可伸缩销29。
相对于现有技术,本文描述的方法具有多个优点。特别是,它消除了基于桶的光聚合中构建失败的主要途径。与现有技术的流延成型方法相比,它还潜在地具有更低的成本、更少的材料浪费和更高的过程速度。与原位清洁构建板相比,除了输送机构将新生的构建板从装载区域移动到构建区域所需的时间之外,本文所述的方法不受其他限制。本方法还避免了将可固化材料原位施加在构建板上可能引起的任何问题。
上文已经描述了用于增材制造的方法和设备。在本说明书中公开的所有特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合进行组合,除非其中至少一些这样的特征和/或步骤是互斥的。
除非另有明确说明,否则本说明书中公开的每个特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)可以由具有相同、等同或相似目的的替代特征代替。因此,除非另有明确说明,否则所公开的每个特征仅是一系列等同或相似特征的示例。
本发明不限于前述实施例的细节。本发明扩展到本说明书中公开的特征的任何新颖的一个或任何新颖的组合(包括任何所附权利要求、摘要和附图),或扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。
Claims (30)
1.一种增材制造设备,其特征在于,包括:
构建板,所述构建板的至少一部分是透明的,所述构建板限定构建表面;
板输送机构,所述板输送机构能够操作,以选择性地将所述构建板移入或移出限定在所述设备内的构建区域;
材料沉积器,所述材料沉积器能够操作,以将辐射能量可固化的树脂沉积在所述构建表面上;
平台,所述平台定位于所述构建区域附近并配置成保持所述树脂的一个或多个固化层的堆叠布置;
机构,所述机构能够操作,以操纵所述构建板和所述平台的相对位置;以及
辐射能量设备,所述辐射能量设备定位于与所述平台相对的所述构建区域附近,并且能够操作,以产生辐射能量并以预定的图案将所述辐射能量投射穿过所述构建板。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,其中,所述材料沉积器配置成将所述可固化的树脂沉积在所述构建区域内的所述构建表面上。
3.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,其中,所述材料沉积器配置成将所述可固化的树脂沉积在所述构建区域外的所述构建表面上。
4.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,其中,所述板输送机构能够操作,以选择性地将所述构建板从装载区域移动到所述构建区域或从所述构建区域移动。
5.根据权利要求4所述的设备,其特征在于,其中,所述板输送机构能够操作,以选择性地将所述构建板从卸载区域移动到所述构建区域或从所述构建区域移动。
6.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,进一步包括重涂覆机,所述重涂覆机能够操作,以整平所述树脂的层。
7.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,其中,所述材料沉积器配置成选择性地沉积一种以上的树脂。
8.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,其中,所述构建表面的至少一部分包括不粘涂层。
9.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,其中,所述构建表面的至少一部分包括有效地产生不粘效果的结构化表面粗糙度。
10.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,其中,所述构建板的至少一部分是透氧的。
11.一种用于逐层生产部件的方法,其特征在于,包括以下步骤:
准备构建板,所述构建板至少包括透明的一部分,所述构建板限定构建表面,所述构建表面上沉积有辐射能量可固化的树脂;
在增材制造设备的构建区域内,定位平台,使得所述平台和已经存在于所述平台上的所述部件的一部分中的至少一个与所述树脂接触;
使用特定图案的辐射能量的施加选择性地固化所述树脂,以限定所述部件的横截面层的几何形状;
相对地移动分开所述构建板和所述平台,以使所述部件与所述构建表面分离;
将所述构建板输送出所述构建区域;以及
对于多个层,重复准备、定位、固化和输送的步骤,直到所述部件完成。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,其中,准备所述构建板的步骤包括:
将干净的构建板输送到所述构建区域;和
将所述树脂沉积在所述构建表面上。
13.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,其中,准备所述构建板的步骤包括:
当所述构建板位于所述构建区域之外时,将所述树脂沉积在干净的构建板的所述构建表面上;和
将所述构建板输送到所述构建区域中。
14.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,其中,为每一层准备新生的构建板。
15.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,进一步包括清洁所述部件和所述平台中的至少一个,其中,在将所述构建板和所述平台相对地移动分开的步骤之后执行所述清洁。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,其中,所述清洁的步骤包括使所述部件和所述平台中的至少一个与清洁液接触。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,其中,所述清洁的步骤包括在所述清洁液与所述部件和所述平台中的至少一个之间引入相对运动。
18.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,其中,所述清洁的步骤包括:
将包含清洁液的桶移到所述构建区域中;
移动所述平台,以使所述部件和所述平台中的至少一个与所述清洁液接触;以及
移动所述平台,以将所述平台和所述部件与所述清洁液分离。
19.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,其中,沉积所述树脂,使得所述层中的至少一层中的所述树脂具有与所述层中的另一层中的所述树脂不同的成分。
20.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,其中,将所述层中的至少一层分成两个或更多个部分,并且施加所述树脂,使得所述部分中的至少一个部分中的所述树脂具有与所述部分中的另一个部分中的所述树脂不同的成分。
21.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,其中,通过投射包括多个像素的图案化的图像来应用所述辐射能量的施加。
22.根据权利要求21所述的方法,其特征在于,其中,所述图案化的图像在所述辐射能量的施加期间被移位。
23.根据权利要求21所述的方法,其特征在于,其中,通过在所述树脂的表面上扫描至少一个构建射束来施加附加的辐射能量。
24.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,其中,通过在所述树脂的表面上扫描至少一个构建射束来施加所述辐射能量。
25.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,其中,所述树脂包含多于一种的材料的混合物。
26.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,其中,在所述沉积步骤之前,将不粘涂层施加到所述构建表面上。
27.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,其中,在所述固化步骤之前将不粘膜施加到所述构建表面上,并且在所述固化步骤完成之后将所述不粘膜去除。
28.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,其中,所述树脂包括微粒材料填料。
29.根据权利要求28所述的方法,其特征在于,进一步包括烧结所述部件以烧尽所固化的树脂并固结所述填料。
30.根据权利要求29所述的方法,其特征在于,进一步包括在烧结期间或之后将较低熔化温度的材料渗透到所述部件中。
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