CN111688188A - 利用共用部件进行增材制造的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种增材制造机器(10，100，200、300、400、500、600)包括：树脂支撑件(22，122，222，322，422，522，622)，具有透明的至少一部分，其中树脂支撑件(22，122，222，322，422，522，622)限定构建表面(26)；材料存放器(30)，材料存放器(30)能够操作以将辐射能量可固化的树脂沉积到构建表面(26)上；至少两个构建站(35)，每个构建站(35)包括平台(14)和一个或多个致动器，平台(14)邻近构建区域定位，并被配置为保持树脂的一个或多个固化层的堆叠布置，一个或多个致动器能够操作以操控平台(14)和构建表面(26)的相对位置；以及至少一个辐射能量装置(16，116)，其与平台(14)相对，并且能够操作以以预定的图案生成并投射辐射能量。

Description

利用共用部件进行增材制造的方法和装置
技术领域
本发明大体上涉及增材制造，特别是涉及使用具有共用部件的多个构建站进行增材制造的方法和装置。
背景技术
增材制造是逐层构建材料以形成部件的过程。立体光刻是一种增材制造过程，其采用一罐液体辐射能量可固化光聚合物“树脂”和诸如激光的固化能量源。同样，DLP3D打印采用二维图像投影仪一次一层地构建部件。对于每一层，投影仪都会闪现液体表面上的部件的横截面的辐射图像，或通过限定树脂约束表面的透明物体。暴露于辐射会固化并凝固树脂中的图案，并结合到前一固化层。其他类型的增材制造过程利用其他类型的辐射能量源来凝固树脂中的图案。
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，树脂沉积在从供应卷轴中馈出的柔性透辐射(radiotransparent)带上。上板下降到树脂上，将树脂压缩在带和上板之间，并限定层厚度。辐射能量用于通过透辐射带而固化树脂。一旦完成第一层固化，上板就向上缩回，将固化材料带走。然后，带被推进，以露出新的干净的部分，准备另外的树脂。
现有增材制造过程的一个问题是，每台机器的物理容量有限，并且需要多个部件，从而限制了经济上扩大生产的能力。
发明内容
通过一个或多个部件由多个构建站共用的增材制造装置和方法来解决该问题。
根据本文所述技术的一个方面，一种增材制造机器包括：树脂支撑件，树脂支撑件具有透明的至少一部分，其中树脂支撑件限定构建表面；材料存放器，材料存放器能够操作以将辐射能量可固化的树脂沉积到构建表面上；至少两个构建站，每个构建站包括平台和一个或多个致动器，平台位于构建表面附近，并被配置为保持树脂的一个或多个固化层的堆叠布置，一个或多个致动器能够操作以操控平台和构建表面的相对位置；以及至少一个辐射能量装置，至少一个辐射能量装置与平台相对，并且能够操作以以预定的图案生成并投射辐射能量。
根据本文所述技术的另一个方面，一种用于逐层制造部件的方法，方法包括：提供机器，机器包括：树脂支撑件，树脂支撑件具有透明的至少一部分，其中树脂支撑件限定构建表面；以及至少两个构建站，每个构建站包括：平台，平台邻近构建表面定位，并被配置为保持辐射能量可固化树脂的一个或多个固化层的堆叠布置；以及一个或多个致动器，一个或多个致动器能够操作以操控平台和构建表面的相对位置；执行构建循环，构建循环包括以下步骤：在构建表面上沉积树脂；相对于构建表面定位平台，从而限定构建表面上的树脂的层增量；通过以特定图案施加辐射能量来选择性地固化构建表面上的树脂，从而对于每个平台限定部件的横截面层的几何形状；使构建表面和平台相对地移动分开，以使部件与构建表面分开；以及对于多个层，重复循环，直到部件完成。
根据本文所述技术的另一个方面，一种增材制造机器，包括：两个或更多个树脂支撑件，每个树脂支撑件具有透明的至少一部分，其中每个树脂支撑件限定构建表面；材料存放器，材料存放器能够操作以将辐射能量可固化的树脂沉积到构建表面上；用于每个树脂支撑件的构建站，每个构建站包括平台和一个或多个致动器，平台位于构建表面附近，并被配置为保持树脂的一个或多个固化层的堆叠布置，一个或多个致动器能够操作以操控平台和构建表面的相对位置；以及辐射能量装置，辐射能量装置与平台相对，并且能够操作以以预定的图案生成并投射辐射能量；以及用于将来自辐射能量装置的辐射能量输送到每个构建站的装置。
根据本文所述技术的另一个方面，一种用于逐层制造部件的方法，方法包括：提供机器，机器包括：两个或更多个树脂支撑件，每个树脂支撑件具有透明的至少一部分，其中每个树脂支撑件限定构建表面；用于每个树脂支撑件的构建站，每个构建站包括：平台和一个或多个致动器，平台位于构建表面附近，并被配置为保持辐射能量可固化的树脂的一个或多个固化层的堆叠布置，一个或多个致动器能够操作以操控平台和构建表面的相对位置；辐射能量装置，辐射能量装置与平台相对，并且能够操作以以预定的图案生成并投射辐射能量；以及用于将来自辐射能量装置的辐射能量输送到每个构建站的装置；执行构建循环，构建循环包括以下步骤：在构建表面上沉积树脂；相对于对应的构建表面定位每个平台，从而限定构建表面上的树脂的层增量；通过以特定图案施加辐射能量来选择性地固化构建表面上的树脂，从而对于每个平台限定部件的横截面层的几何形状；使构建表面和平台相对地移动分开，以使部件与构建表面分开；以及对于多个层，重复循环，直到部件完成。
附图说明
通过结合所附的附图进行的以下说明，将最佳地理解本发明，其中：
图1是示范性现有技术增材制造装置的示意侧视图；
图2是用于图1的增材制造装置的替代辐射能量装置的示意图；
图3是正在构建的部件的层的示意俯视图；
图4是具有多个构建站的示例性增材制造装置的示意侧视图；
图5是显示多个构建站以串联配置布置在树脂支撑件上的示意俯视图；
图6是显示多个构建站以并行配置横跨树脂支撑件的宽度布置的示意俯视图；
图7是显示多个构建站以二维阵列布置在树脂支撑件上的示意俯视图；
图8是具有多个构建站的增材制造装置的替代实施例的示意侧视图；
图9是具有多个构建站的增材制造装置的替代实施例的示意侧视图；
图10A-10E是显示增材构建顺序的连续的俯视示意图；
图11A-11E是显示增材构建顺序的连续的俯视示意图；
图12是示范性增材制造装置的示意俯视图，该增材制造装置包括具有共用辐射能量源的多个构建站和多个树脂支撑件；
图13是替代增材制造装置的示意俯视图，该替代增材制造装置包括具有共用辐射能量源的多个构建站和多个树脂支撑件；以及
图14是另一替代增材制造装置的示意俯视图，该另一替代增材制造装置包括具有共用辐射能量源的多个构建站和多个树脂支撑件。
具体实施方式
通常，增材制造机器包括树脂处理组件、平台和辐射能量装置。此处披露了几个实施例，这些部件中的一个或多个部件对于多个构建站来说是共用的。参考附图，其中贯穿各种视图，相同参考数字表示相同元素，图1示意地图示了一种已知类型的增材制造机器10的示例。示范的机器10的基本部件包括树脂处理组件12、平台14和辐射能量装置16。
在图示示例中，树脂处理组件12是“流延成型”式设备。树脂处理组件12包括间隔开的辊20，柔性聚合带或箔22在辊20之间延伸。箔22的一部分由支撑板24从下方支撑。将为辊20和支撑板24提供合适的机械支撑(框架、支架等—未显示)。箔22是“树脂支撑件”的示例。
支撑板24和箔22都是透明的，或者包括透明的一个或多个部分。如本文所用，术语“透明”是指允许所选波长的辐射能量通过的材料。例如，如下所述，用于固化的辐射能量可以是可见光谱中的紫外线或激光。透明材料的非限制示例包括聚合物、玻璃和结晶矿物(例如蓝宝石或石英)。
将提供适当的装置，诸如马达，制动器，反馈传感器和/或已知类型的控制件(未显示)，用于驱动辊20，从而保持箔22在辊20之间被拉紧，并将箔22从一个辊20缠绕到另一个辊20。
在辊20之间延伸的箔22限定“构建表面”26，其显示为平面，但可能是弧形(取决于支撑板24的形状)。为方便描述，构建表面26可视为与机器10的X-Y平面平行，而垂直于X-Y平面的方向表示为Z方向(X、Y和Z是三个相互垂直的方向)。
构建表面26可配置为“不粘”，即，抵抗固化树脂的附着。不粘性能可以由变量的组合来体现，变量为例如箔22的化学、其表面光洁度和/或施加的涂层。在一个示例中，可以施加永久或半永久性非粘涂层。合适涂层的一个非限制示例是乙酸四氟乙烯("PTFE")。在一个示例中，第一构建表面26的全部或部分可以包含具有不粘性能的受控粗糙度或表面纹理(例如突起、凹陷、凹槽、脊等)。在一个示例中，箔22可以全部或部分由透氧材料制成。
出于参考目的，紧接在箔22位置周围的区域或空间被限定为标记为28的“构建区”。
提供一些装置，用于以大致均匀的层将树脂R施加或沉积到构建表面26。图1示意地显示了材料存放器30，其将被理解为包括与材料出口(例如槽或孔(未显示))材料连通的储蓄罐。传统的装置，例如医生刀片(未显示)可用于控制当箔22经过材料存放器30下方时施加于箔22的树脂R的厚度。
图1所示的树脂处理组件12只是示例。将理解，本文所述的原则可用于任何类型的树脂支撑件。这种树脂支撑件的非限制示例包括箔、带、板和单层桶。
平台14是限定平面上表面32的结构，其能够与构建平面26平行定向。提供一些装置，用于相对于树脂处理组件12与Z方向平行地移动平台14。在图1中，移动装置示意地描述为在平台14和静态支撑件36之间连接的简单竖直致动器34，将理解可以使用例如滚珠丝杠电动致动器、线性电动致动器、气压缸、液压缸或增量驱动器等设备。除了使平台14可移动之外，或者可选择的，箔22可以与Z方向平行移动。
就本发明的目的而言，平台14和诸如竖直致动器34的相关移动装置可被视为“构建站”，一般示为参考数字35。
辐射能量装置16可以包括任何可操作的设备或设备组合，从而以适合的图案在树脂R上生成和投射辐射能量，具有适当的能量水平和其他操作特性，从而在构建过程中固化树脂R，下文将对此进行更详细的描述。
在图1所示的一个示范性实施例中，辐射能量装置16可以包括“投影仪”38，本文通常指任何可操作的设备，以生成适合能量水平和其他操作特性的辐射能量图案化图像来固化树脂R。如本文所用，术语“图案化图像”是指包括单个像素的阵列的辐射能量的投影。图案化成像设备的非限制示例包括DLP投影仪或其他数字微镜设备、LED的2D阵列、激光2D阵列或光学寻址光阀。在图示示例中，投影仪38包括例如紫外线灯的辐射能量源40、图像形成装置42、以及可选的例如一个或多个透镜的聚焦光学元件48，图像形成装置42可操作为从辐射能量源接收源光束44，并生成要投射到树脂R表面的图案化图像46。
辐射能量源40可以包括任何设备，其可操作为生成合适的能量水平和频率特性的光束来固化树脂R。在图示示例中，辐射能量源包括紫外线闪光灯。
图像形成装置42可包括一个或多个镜子、棱镜和/或透镜，并配有合适的致动器，并被布置成使来自辐射能量源40中的源光束44可被转换为在X-Y平面中与树脂R的表面重合的像素化图像。在图示示例中，图像形成装置42可以是数字微镜设备。例如，投影仪38可能是可买到的数字光处理("DLP")投影仪。
作为一个选项，投影仪38可以结合其他的装置(未显示)，例如致动器、镜子等，其配置为有选择地移动图像形成装置或投影仪38的其他部分，其效果是使图案化图像在构建表面26上的位置栅格化或移位。另一种方式来说，图案化图像可以移动远离标称位置或起始位置。例如，这允许单个图像形成装置覆盖更大的构建区域。控制或移动来自图像形成装置的图案化图像的装置是可以买到的。这种类型的图像投射可在此处称为“拼接图像(tiled image)”。
在图2所示的另一示范性实施例中，除了其他类型的辐射能量设备外，辐射能量装置16还可包括“扫描光束装置”50，用于通常指可操作为生成适当能量水平和其他操作特性的辐射能量束来固化树脂R并以所需图案扫描树脂R表面的光束的任何设备。在图示示例中，扫描光束装置50包括辐射能量源52和光束转向装置54。
辐射能量源52可包括任何装置，其可操作为生成合适功率和其他操作特性的光束来固化树脂R。合适的辐射能量源的非限制示例包括激光或电子束枪。
光束转向装置54可包括一个或多个镜子、棱镜和/或透镜，并可配备合适的致动器，以及被布置为可以使来自辐射能量源52的光束56聚焦到所需的斑点大小，并转向到与树脂表面重合的平面上的所需位置。光束56可在此称为“构建光束”。可以使用其他类型的扫描光束装置。例如，使用多个构建光束的扫描光束源是已知的，其中辐射能量源本身可以通过一个或多个致动器移动的扫描光束源也是已知的。
机器10可包括控制器60。图1中的控制器60是控制机器10操作所需的硬件和软件的广义表示，包括树脂处理组件12、平台14、辐射能量装置16、成像装置18和上述各种致动器中的一些或全部。例如，控制器60可以通过在一个或多个设备(例如可编程逻辑控制器(“PLC”)或微机)中体现的一个或多个处理器上运行的软件来体现。此类处理器可以例如通过有线或无线连接而耦合到处理传感器和操作部件。相同的一个或多个处理器可用于检索和分析传感器数据、统计分析和反馈控制。机器10的许多方面可能受闭环控制。例如，传感器可用于监测任何部件的位置、位移或移动。处理传感器可用于监测辐射能量装置16的输出功率或频率特性，或作用于该装置(例如，平台14或箔22)的力。成像传感器(例如，机器视觉)可用于观察沉积或固化过程。与控制器60的适当编程结合，来自任何传感器的信息可用于监测、控制或自动化机器10的一些或全部操作。
可选地，机器10的部件可以由外壳62包围，该外壳62可用于使用气体端口64提供屏蔽或惰性气体气氛。可选地，外壳内的压力可以保持在大于或小于大气的预期水平。可选地，外壳可以控制温度和/或湿度。可选地，基于诸如时间间隔、温度、湿度和/或化学物种浓度的因素，可以控制外壳的通风。
树脂R包括一种材料，该材料是辐射能量可固化的，并且能够在固化状态下与填料(如果使用)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量水平的辐射能量的施加而凝固的任何材料。例如，树脂R可包括已知类型的光聚合物树脂，该树脂含有光引发剂化合物，可触发聚合反应，导致树脂从液态变为固态。或者，树脂R可以包括含有溶剂的材料，该溶剂可以通过施加辐射能量而蒸发掉。未固化树脂R能够以包括糊状物或浆料的固体(例如，颗粒)或液体形式提供。
树脂R优选为相对较高的粘度流体，其在构建过程中不会“骤降(slump)”或耗尽。树脂R的组成可以根据需要选择，以适应特定的应用。可以使用不同成分的混合物。
可以选择树脂R，以在进一步加工过程中能够脱气或燃烧，例如下面的烧结过程。
树脂R可加入填料。填料可与树脂R预混合，然后装入材料存放器30。填料包括颗粒，其通常被限定为“非常小的物质”。填料可包括在化学和物理上与所选树脂R兼容的任何材料。颗粒的形状可以是规则的或不规则的，大小可能均匀或不均匀，并且可能具有可变的纵横比。例如，这些颗粒可能采取粉末、小球或小粒的形式，也可以像小棒或纤维一样的形状。
填料的组成，包括其化学和微观结构，可以根据需要来选择，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。可能的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。在一个示例中，可针对其电气或电磁属性选择填料组成，例如，具体地，它可以是电绝缘体、介电材料或导电体。它可能是磁性的。
填料可能是“可熔合的”，这意味着它能够通过施加足够的能量而固结成一个块。例如，可熔性是许多可用粉末的特性，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的比例以适应特定的应用。通常，只要组合材料能够流动和整平，并且有足够的树脂R将填料的颗粒保持在固化状态，就可使用任何量的填料。
现在将参照图1来描述机器10的操作的示例。可以理解，作为生产部件和使用机器10的先驱，部件65例如根据工具(能量源栅格)路径或作为沿Z轴排列的一堆平面层而软件建模。根据所使用的固化方法的类型，每个层可以划分为像素网格。实际的部件65可以被建模和/或制造成一堆几十层或数百层。合适的软件建模过程是本领域已知的。
最初，构建区28在构建表面26上用树脂R制备。例如，材料存放器30可用于将树脂R沉积在箔22的构建表面26上。
在构建期间的不同时间，也可以向构建表面26提供不同的材料(即，树脂的材料组合在构建期间可能会更改一次或多次)。也可以同时向给定的构建表面26上的不同区域提供多于一种的材料。可选地，任何单个层可以包含两个或多个材料组合。图3图示了示范性层66，其显示了叠加于其上的部分65的横截面。层66被划分为包含树脂R和填料的第一组合的第一部分68、以及包括树脂R和填料的第二组合的第二部分70。虚线72表示两个部分68，70之间的划分。可以任意选择给定层内的形状、大小、任何数量的部分以及任何数量的不同材料组合。如果在一个层中使用多个材料组合，则上述沉积步骤将针对层的每个部分执行。
在沉积了材料后，机器10(或其部件)被配置或定位，以限定相对于构建表面26的选定层增量。层增量由所施加的树脂R的厚度和平台14的操作的某种组合所限定。例如，可以定位平台14，使上表面32只是接触施加的树脂R，或者平台14可用于压缩和转移树脂R以积极地限定层增量。层增量会影响增材制造过程的速度和部件65的分辨率。层增量可以是可变的，使用较大的层增量来加快部件65中不需要高精度的部分的处理，并且在需要更高精度时使用较小的层增量，而以处理速度为代价。
一旦树脂R被施加并限定了层增量，辐射能量装置16就用于固化正在构建的部件65的二维横截面或层。
在使用投影仪38时，投影仪38将表示部件65的横截面的图案化图像通过支撑板24和箔22而投射到树脂R。此过程在此称为“选择性”固化。将理解，光聚合物经历多程度的固化。在许多情况下，辐射能量装置16不能完全固化树脂R。相反，它会部分地固化树脂R至足以“胶化”，然后后固化过程(如下所述)将固化树脂R到它可以达到的任何完整性。同样将理解，当使用这种树脂R来制造多层部件时，辐射能量装置16的能量输出可能被精心挑选，以将前一层部分固化或“欠固化”，期望在施加后续层时，下一层的能量将进一步固化前一层。在本文所述过程中，术语“固化”或“固化的”可用于指部分固化的或完全固化的树脂R。在固化过程中，辐射能量可以以多个步骤(例如，多次闪烁)提供给给定层，并且也可以针对给定层以多个不同图案提供辐射能量。这允许将不同量的能量施加于层的不同部分。
完成第一层固化后，例如通过使用竖直致动器34来提升平台14，平台14与构建表面26分离。可以理解，树脂R和/或固化层不一定与构建表面26结合、粘合或粘结。因此，如本文所用，术语“分离”是指将两个元件彼此分开的过程，并不一定意味着打破粘结或将一个元件与另一个元件分离的行为。
分离后，可清洁或另外恢复构建表面26，并准备重复使用。例如，推进箔22可提供干净的表面。随着箔22的推进，材料存放器30将用于将树脂R施加于构建表面26，使其准备再次固化。
分离后，可以清洁部件65和/或平台14，以去除固化循环之间的未固化树脂R、碎屑或污染物。清洁过程可用于去除在上述选择性固化步骤中未固化的树脂R或固化得不足以胶化的树脂R。例如，可能需要清洁部件65和/或平台14，以确保最终部件65中不存在额外的材料或材料污染。例如，可以通过将部件65和/或平台14与清洁流体(例如液体洗涤剂或溶剂)接触来进行清洁。
准备构建表面26、可选地使沉积的树脂R成像、增加一层、选择性固化、将部件65与构建表面26分离、使树脂R成像并清洁部件65和/或平台14的这个循环将根据需要重复，直到整个部件65完成。
当扫描光束装置用于上述构建循环时，代替投影仪，辐射能量源52发出构建光束56，并且光束转向装置54用于通过以适当的图案将构建光束56的焦点转向到暴露的树脂R上，从而固化树脂R。
可选地，扫描光束装置可与投影仪结合使用。例如，扫描光束装置可用于通过扫描未固化树脂R表面的一个或多个光束来施加辐射能量(除了投影仪施加的光束)。这可能与投影仪同时或顺序使用。
任何一种固化方法(投影仪或扫描)可以得到部件65，在该部件65中，填料(如果使用)由固化树脂R保持在固体形状。在某些条件下，此部件可用作最终产品。固化步骤之后，部件65可以从平台14中移开。
如果最终产品打算由填料(例如，纯陶瓷、玻璃、金属、金刚石、硅、石墨等)组成，则部件65可经过传统的烧结过程，以燃烧树脂R并固结陶瓷或金属颗粒。或者，在烧结过程期间或之后，可以进行已知的渗透过程，以便用熔温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特性。
上述机器10包含单个构建站35。使用其中提供多个构建站35的一般类型的装置，使得该装置可以同时形成多层，增材制造机器的生产率可以提高，其成本和复杂性可以降低，其中多个构建站35共用整个机器的至少一个部件。
在一个基本实施例中，增材制造机器包括共用通用树脂支撑件的多个构建站35。
例如，图4图示了机器100，其具有布置在单个树脂支撑件122(例如类似于上面描述的箔22的箔)附近的多个构建站35。树脂支撑件122的一部分由支撑板124从下方支撑。机器100通常与机器10相似，并且未具体描述的机器100的部件或部分可以被认为与机器10的对应部件相同。在图4的实施例中，为每个构建站35提供了单独的辐射能量装置116(如上文所述的投影仪)。
可选地，可提供用于在构建过程的分离步骤期间控制树脂支撑件122的提升的方法(其中树脂支撑件为箔)。例如，可以提供一个或多个约束件117(例如长或短杆或辊)，一个或多个约束件117在整个或部分树脂支撑件122上延伸。它们可以接触树脂支撑件122或位于树脂支撑件122上方一定距离。约束件117可以固定或可移动。它们可以在树脂支撑件122上的任何方向上延伸。
相对于树脂支撑件122，构建站35(以及相关联的辐射能量源116)可按各种配置进行布置。示例配置如图5-7所示。
图5图示了一种配置，其中多个构建站35相对于树脂支撑件122的移动方向串联地排列。这也可以描述为上游/下游关系。在此配置中，树脂支撑件122具有总工作长度“L”，足以容纳构建站35加上材料存放器30所需的一些额外区域。树脂支撑件122具有足以容纳单个构建站35的构建区域的总宽度“W”。
图6图示了一种配置，其中构建站35相对于树脂支撑件222的移动方向平行排列。这也可以描述为平行或并行关系。在此配置中，树脂支撑件222具有总工作长度“L”，足以容纳一个构建站35的长度加上材料存放器30所需的一些额外区域。树脂支撑件122具有足以容纳多个构建站35的组合宽度的总宽度“W”。
图7图示了一种配置，其中多个构建站35以串联-平行关系排列。这也可以描述为具有行和列的二维阵列。在此配置中，树脂支撑件322具有总工作长度“L”，足以容纳多个建站的长度加上材料存放器30所需的一些额外区域。树脂支撑件322具有总宽度“W”，足以容纳多个构建站35的组合宽度。
在图6或图7所示的配置中，树脂R可分别施加于树脂支撑件222、322作为一系列平行“小道”223、323，其中为构建站35的每个对应列提供一条小道223、323。这可以避免在构建站35之间的空间中浪费树脂R。此外，根据正在构建的部件65的宽度，每层的小道宽度可能有所不同。
作为提供单独的辐射能量装置116的替代，一个或多个辐射能量装置116可以由多个建造站35共用。图8示出了具有多个构建站35的机器200，机器200大体上类似于机器100并且包括树脂支撑件122。在该实施例中，为所有构建站35提供单个辐射能量装置116(例如，如上所述的投影仪)。机器200还设置有一些图像移位装置，用于将来自辐射能量装置116的辐射能量引导到建造站35。一种可能的图像移位装置包括光束转向光学元件202，例如，连接到致动器206的一个或多个透镜204。光束转向光学元件202可操作以从辐射能量装置116接收图案化图像，并将其引导至所选择的一个构建站35。光束转向光学元件202的操作被布置为使得图像可以顺序或在不同的时间被透射到不同的构建站35。
另一种可能的图像移位装置是辐射能量装置116的物理移动。例如，它可以安装到致动器208(例如，滚珠丝杠电动致动器、线性电动致动器、气压缸、液压缸或增量驱动器)上，致动器208被配置为选择性地将辐射能量装置116移动成与所选择的一个构建站35对齐。
作为提供单独的辐射能量装置116的另一替代，图9图示了具有多个建造站35的机器300，该机器300大体上类似于机器100并且包括树脂支撑件122。在本实施例中，单个辐射能量装置116(例如上文所述的投影仪)被提供用于所有构建站35。机器300还配有光束分离光学元件，例如一个或多个棱镜304和透镜306。光束分离光学元件可操作为从辐射能量装置116接收图案化图像，并同时将其引导到所有或一组构建站35。
图8和9中所示的概念可以以各种方式组合。例如，如图7所示，构建站35配置为二维阵列，对于构建站35的单个行或列，可以为单个辐射能量装置提供光束分离光学元件。然后，图像移位装置可用于将来自辐射能量装置116的辐射能量图案化图像与构建站35的相邻行或列对齐。
用于具有多个构建站35以形成部件65的机器100、200、300的基本构建循环基本上如上对于每个单独的构建站35所描述的。然而，提供多个建造站35允许整个过程循环发生变化，特别是树脂R是如何提供并循环通过建造站35。
可能的过程的一个示例如图10A-10E所示。图10A显示了一层干净的未固化树脂R。最初，通过在每个间隔开的构建站35选择性固化而形成部件层66，图10B。树脂支撑件122然后推进其全工作长度L以露出新鲜未固化树脂R，图10C。如图10D所示，每个间隔开的构建站35的选择性固化被重复，然后再次推进树脂支撑件122其全工作长度L，图10E。
可能的循环的另一个示例如图11A-11E所示。图11A显示了一层干净的未固化树脂R。最初，通过在每个间隔开的构建站35选择性固化而形成部件层66，图11B。然后，树脂支撑件122被推进，增加了大约等于一个构建站35的长度，图11C。每个间隔开的构建站35中的选择性固化被重复，并且如图11D所示。这就在树脂R上产生了一排彼此紧密相邻间隔的固化的部件层66。此步骤之后可以推进树脂支撑件122其全工作长度L，以露出新的未固化树脂R，图11E。此循环使部件层更紧密地间隔，并倾向于避免树脂R的浪费。
在上述实施例中，使用单个树脂支撑件122来提供多个构建站35，并提供单个或多个辐射能量装置116。或者，增材制造机器可以包含多个构建站和多个树脂支撑件，共同共用一个辐射能量装置116。
例如，图12图示了具有多个构建站35的机器400，该机器400大体上类似于机器10。每个构建站35与单个树脂支撑件422(如箔、板或桶)相关联。每个树脂支撑件422可以被提供有一个单独的材料存放器30，或可以使用共用的材料存放器。在本实施例中，为所有建造站35提供了单个辐射能量装置116(例如，上文所述的投影仪)。提供用于物理移动辐射能量装置116的装置。例如，辐射能量装置116可以安装在致动器424(例如，滚珠丝杠电动致动器、线性电动致动器、气压缸、液压缸或增量驱动器)上，致动器424被配置为选择性地将辐射能量装置116移动成与所选择的一个构建站35对齐。
或者，也可以提供移动机器10的其他部件(即，构建站35，树脂支撑件22，以及材料存放器30)的装置。在图示示例中，这些其他部件安装在支撑框架426上，该支撑框架426又安装在致动器428上。致动器428被配置为选择性地移动支撑框架426，并将附接的部件与辐射能量装置116对齐。
作为提供单独的辐射能量装置116的另一种替代，图13图示了具有多个建造站35的机器500，机器500大体上类似于机器10。每个构建站35都与单独的树脂支撑件522(例如箔、板或桶)相关联。每个树脂支撑件522可以被提供有单独的材料存放器30，或可以使用共用的材料存放器。在本实施例中，为所有建造站35提供了单个辐射能量装置116(例如，上文所述的投影仪)。提供了用于引导图像的方法。一种可能的图像移位装置包括光束转向光学元件，例如连接到致动器506的一个或多个透镜504。光束转向光学元件可操作为从辐射能量装置116接收图案化图像，并将其引导到所选择的一个构建站35。光束转向光学元件的操作被布置为图像可以顺序地或在不同时间被投射到不同的构建站35。
作为提供单独的辐射能量装置116的另一种替代，图14图示了具有多个构建站35的机器600，机器600大体上类似于机器10。每个构建站35都与单独的树脂支撑件622(例如箔、板或桶)相关联。每个树脂支撑件622可以被提供有单独的材料存放器30，或可以使用共用的材料存放器。在本实施例中，为所有建造站35提供了单个辐射能量装置116(例如，上文所述的投影仪)。机器600进一步提供光束分离光学元件，例如一个或多个棱镜604和透镜66。光束分离光学元件可操作为从辐射能量装置116接收图案化图像，并将其引导到所有或一组建造站35。
对于本文描述的任何实施例，构建站35可以一起或独立操作。例如，两个或更多个平台14可以同时移动，也可以按顺序移动。可选地，为了维护，或者因为不需要特定的构建，可以完全关闭一个或多个构建站35。
本文所述的方法和装置相对于现有技术具有若干优点。特别是，它将允许提高增材制造生产率和规模，同时降低机器的成本和复杂性。
以上描述了用于增材制造的方法和装置。本说明书中披露的所有特征(包括任何附带的权利要求书、说明书摘要和说明书附图)和/或所披露的任何方法或过程的所有步骤，都可以组合为任何组合，至少某些此类特征和/或步骤相互排斥的组合除外。
本说明书中披露的每个特征(包括任何附带的权利要求书、说明书摘要和说明书附图)都可以被具有相同、等效或类似目的替代特征所代替，除非另有明确说明。因此，除非另有明确说明，否则披露的每个特征仅是一系列通用特征的等效或类似特征的一个示例。本发明并不限于上述实施例的细节。本发明适用于本说明书中披露的特征(包括任何附带的权利要求书、说明书摘要和说明书附图)的任何新颖的内容，或任何新颖的组合，或者所披露的任何方法或过程的步骤的任何新颖的内容，或任何新颖的组合。
本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：
1.一种增材制造机器(10、100、200、300、400、500、600)，包括：树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)，所述树脂支撑件具有透明的至少一部分，其中所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)限定构建表面(26)；材料存放器(30)，所述材料存放器(30)能够操作以将辐射能量可固化的树脂沉积到所述构建表面(26)上；
至少两个构建站(35)，每个构建站(35)包括：平台(14)，所述平台(14)邻近所述构建表面(26)定位，并被配置为保持所述树脂的一个或多个固化层的堆叠布置；一个或多个致动器，所述一个或多个致动器能够操作以操控所述平台(14)和所述构建表面(26)的相对位置；以及至少一个辐射能量装置(16、116)，所述至少一个辐射能量装置(16、116)定位成与所述平台(14)相对，并且能够操作以以预定的图案生成并投射辐射能量。
2.根据以上任何条项的机器(10、100、200、300、400、500、600)，单独的辐射能量装置(16、116)邻近于所述至少两个构建站(35)中的每个构建站设置。
3.根据以上任何条项的机器(10、100、200、300、400、500、600)，设置单个辐射能量装置(16、116)，所述机器(10、100、200、300、400、500、600)进一步包括图像移位装置，所述图像移位装置用于选择性地将来自所述辐射能量装置(16、116)的辐射能量引导到所述至少两个构建站(35)中的一个构建站。
4.根据以上任何条项的机器(10、100、200、300、400、500、600)，所述至少两个构建站(35)相对于所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)以串联配置布置。
5.根据以上任何条项的机器(10、100、200、300、400、500、600)，所述至少两个构建站(35)相对于所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)以并行配置布置。
6.根据以上任何条项的机器(10、100、200、300、400、500、600)，所述至少两个构建站(35)相对于所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)以二维阵列配置布置。
7.根据以上任何条项的机器(10、100、200、300、400、500、600)，所述材料存放器(30)被配置为在一个或多个小道中施加所述树脂，其中每个小道比所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)的总宽度窄。
8.一种用于逐层制造部件的方法，所述方法包括：提供机器(10、100、200、300、400、500、600)，所述机器包括：树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)，所述树脂支撑件具有透明的至少一部分，其中所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)限定构建表面(26)；和至少两个构建站(35)，每个构建站(35)包括：平台(14)，所述平台(14)邻近所述构建表面(26)定位，并被配置为保持辐射能量可固化的树脂的一个或多个固化层的堆叠布置；以及一个或多个致动器，所述一个或多个致动器能够操作以操控所述平台(14)和所述构建表面(26)的相对位置；执行构建循环，所述构建循环包括以下步骤：在所述构建表面(26)上沉积所述树脂；相对于所述构建表面(26)定位所述平台(14)，从而限定所述构建表面(26)上的所述树脂的层增量；通过以特定图案施加辐射能量来选择性地固化所述构建表面(26)上的所述树脂，从而对于每个所述平台(14)限定部件的横截面层的几何形状；使所述构建表面(26)和所述平台(14)相对地移动分开，以使所述部件与所述构建表面(26)分开；以及对于多个层，重复所述循环，直到所述部件完成。
9.根据以上任何条项的方法，所述树脂被施加在一个或多个小道中，其中每个小道比所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)的总宽度窄。
10.根据以上任何条项的方法，在所述构建循环的层之间，所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)被推进，从而为每个所述构建站(35)提供未固化树脂。
11.根据以上任何条项的方法，在所述构建循环的层之间，所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)被推进，从而将先前位于所述构建站(35)之间的未固化树脂移动到一个或多个所述构建站(35)下方。
12.根据以上任何条项的方法，所述树脂的材料组合在所述部件的构建期间至少改变一次。
13.一种增材制造机器(10、100、200、300、400、500、600)，包括：两个或更多个树脂支撑件，每个树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)具有透明的至少一部分，其中每个树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)限定构建表面(26)；材料存放器(30)，所述材料存放器(30)能够操作以将辐射能量可固化的树脂沉积到所述树脂支撑件上；用于每个树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)的构建站(35)，每个构建站(35)包括：平台(14)，所述平台(14)邻近所述构建表面(26)定位，并被配置为保持所述树脂的一个或多个固化层的堆叠布置；一个或多个致动器，所述一个或多个致动器能够操作以操控所述平台(14)和所述构建表面(26)的相对位置；辐射能量装置(16、116)，所述辐射能量装置(16、116)设置成与所述平台(14)相对，并且能够操作以以预定的图案生成并投射辐射能量；以及用于将来自所述辐射能量装置(16、116)的辐射能量输送到每个所述构建站(35)的装置。
14.一种用于逐层制造部件的方法，所述方法包括：提供机器(10、100、200、300、400、500、600)，所述机器(10、100、200、300、400、500、600)包括：两个或更多个树脂支撑件，每个树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)具有透明的至少一部分，其中每个树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)限定构建表面(26)；用于每个树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)的构建站(35)，每个构建站(35)包括：平台(14)，所述平台(14)邻近所述构建表面(26)定位，并被配置为保持辐射能量可固化的树脂的一个或多个固化层的堆叠布置；一个或多个致动器，所述一个或多个致动器能够操作以操控所述平台(14)和所述构建表面(26)的相对位置；辐射能量装置(16、116)，所述辐射能量装置(16、116)设置成与所述平台(14)相对，并且能够操作以以预定的图案生成并投射辐射能量；以及用于将来自所述辐射能量装置(16、116)的辐射能量输送到每个所述构建站(35)的装置；执行构建循环，所述构建循环包括以下步骤：在所述构建表面(26)上沉积所述树脂；相对于对应的构建表面定位每个所述平台(14)，从而限定所述构建表面上的所述树脂的层增量；通过以特定图案施加辐射能量来选择性地固化所述构建表面上的所述树脂，从而对于每个所述平台(14)限定部件的横截面层的几何形状；使所述构建表面和所述平台(14)相对地移动分开，以使所述部件与所述构建表面分开；以及对于多个层，重复所述循环，直到所述部件完成。
15.根据以上任何条项的方法，通过在不同的时间使来自所述单个辐射能量装置(16、116)的辐射能量移位到所述构建站(35)，来输送所述辐射能量。

Claims (10)

1.一种增材制造机器(10、100、200、300、400、500、600)，其特征在于，包括：
树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)，所述树脂支撑件具有透明的至少一部分，其中所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)限定构建表面(26)；
材料存放器(30)，所述材料存放器(30)能够操作以将辐射能量可固化的树脂沉积到所述构建表面(26)上；
至少两个构建站(35)，每个构建站(35)包括：
平台(14)，所述平台(14)邻近所述构建表面(26)定位，并被配置为保持所述树脂的一个或多个固化层的堆叠布置；
一个或多个致动器，所述一个或多个致动器能够操作以操控所述平台(14)和所述构建表面(26)的相对位置；以及
至少一个辐射能量装置(16、116)，所述至少一个辐射能量装置(16、116)定位成与所述平台(14)相对，并且能够操作以以预定的图案生成并投射辐射能量。
2.根据权利要求1所述的机器(10、100、200、300、400、500、600)，其特征在于，单独的辐射能量装置(16、116)邻近于所述至少两个构建站(35)中的每个构建站设置。
3.根据权利要求1所述的机器(10、100、200、300、400、500、600)，其特征在于，设置单个辐射能量装置(16、116)，所述机器(10、100、200、300、400、500、600)进一步包括图像移位装置，所述图像移位装置用于选择性地将来自所述辐射能量装置(16、116)的辐射能量引导到所述至少两个构建站(35)中的一个构建站。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的机器(10、100、200、300、400、500、600)，其特征在于，所述至少两个构建站(35)相对于所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)以串联配置布置。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的机器(10、100、200、300、400、500、600)，其特征在于，所述至少两个构建站(35)相对于所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)以并行配置布置。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的机器(10、100、200、300、400、500、600)，其特征在于，所述至少两个构建站(35)相对于所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)以二维阵列配置布置。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的机器(10、100、200、300、400、500、600)，其特征在于，所述材料存放器(30)被配置为在一个或多个小道中施加所述树脂，其中每个小道比所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)的总宽度窄。
8.一种用于逐层制造部件的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供机器(10、100、200、300、400、500、600)，所述机器包括：
树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)，所述树脂支撑件具有透明的至少一部分，其中所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)限定构建表面(26)；和
至少两个构建站(35)，每个构建站(35)包括：
平台(14)，所述平台(14)邻近所述构建表面(26)定位，并被配置为保持辐射能量可固化的树脂的一个或多个固化层的堆叠布置；以及
一个或多个致动器，所述一个或多个致动器能够操作以操控所述平台(14)和所述构建表面(26)的相对位置；
执行构建循环，所述构建循环包括以下步骤：
在所述构建表面(26)上沉积所述树脂；
相对于所述构建表面(26)定位所述平台(14)，从而限定所述构建表面(26)上的所述树脂的层增量；
通过以特定图案施加辐射能量来选择性地固化所述构建表面(26)上的所述树脂，从而对于每个所述平台(14)限定部件的横截面层的几何形状；
使所述构建表面(26)和所述平台(14)相对地移动分开，以使所述部件与所述构建表面(26)分开；以及
对于多个层，重复所述循环，直到所述部件完成。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述树脂被施加在一个或多个小道中，其中每个小道比所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)的总宽度窄。
10.根据权利要求8-9中任一项所述的方法，其特征在于，在所述构建循环的层之间，所述树脂支撑件(22、122、222、322、422、522、622)被推进，从而为每个所述构建站(35)提供未固化树脂。
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