CN113316511A - 在3d物体的增材制造中防止流体积聚/吸取的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备适于以增材制造系统(1)生成和后处理数字3D模型的方法，该增材制造系统包括：增材制造设备(2)，用于与所制备的数字3D模型相对应地生成3D物体(3)，该3D物体附着于平台(4)上，该平台可以逐渐向上移动而从料桶(6)中的液态树脂(5a)中移出；以及至少一个后处理装置(7)，用于在后处理期间对以附着于平台(4)的状态接收并保持的3D物体(3)执行清洗、干燥和固化中的至少一者，该方法包括提供数字3D模型的步骤；该方法的特征在于还包括以下步骤：确定相对于平台(4)以所述状态定向的数字3D模型的流体积聚型盆状开放区域(8)和流体吸取型穹顶状开放区域(9)；以及包括分别通入到数字3D模型内的流体积聚型盆状开放区域(8)和流体吸取型穹顶状开放区域(9)中的至少一个排放通道(10)和至少一个通气通道(11)，用于在生成过程和后处理过程中分别防止流体(5a，5b)的积聚和流体(5a，5b)的吸取。

Description

在3D物体的增材制造中防止流体积聚/吸取的方法
技术领域
本发明涉及一种制备适于以具有增材制造设备和后处理设备的增材制造系统生成及后处理的数字3D模型的方法。本发明更具体地涉及一种可以在生成及后处理期间防止流体积聚或流体吸取的制备数字3D模型的方法。
背景技术
在增材制造中，三维物体通过液态打印介质(即，液态光固化树脂)的光固化而逐层进行打印，其中液态打印介质在紫外线辐射的影响下选择性地固化。在诸如SL(立体光刻)或DLP(数字光处理)之类的增材制造的常见变体中，优选地，通过平台将3D物体从液态打印介质倒置地拉出。取决于3D物体的几何形状，未固化的液态树脂液坑会保留在3D物体的流体积聚型盆状开放区域中。
在现有技术中，在打印后立即从平台上手动地释放打印的3D物体，并且在处理前例如通过翻转3D物体而手动清空液坑。
与此相反，在如申请No.EP19160123.6中公开的本申请人的增材制造解决方案中，3D物体并未在打印后直接从平台上取下，而是附着于平台上在未改变其竖向方向的情况下通过运输容器传送到对其进行清洗、干燥和后固化的后处理设备中。当在3D物体上形成了液态树脂液坑时，这些液坑中包含的液态树脂随后被进一步引入到后处理设备的清洗槽中。因此，诸如异丙醇之类的清洗介质的寿命显著缩短。此外，在打印过程中填充了液态树脂的同一液坑在清洗后被液态清洗介质填充，因此在干燥打印的3D物体时，必须完全地蒸发掉液态清洗介质。由此，干燥所需的处理时间会显著增加。
因此，3D物体的流体积聚型盆状开放区域不仅在生成期间而且在后处理期间都会引起问题。取决于3D物体的几何形状，未固化的液态树脂或液态清洗介质也可能被拉入到3D物体的流体吸取型穹顶状开放区域中，因此流体吸取型穹顶状开放区域也分别在生成和后处理期间引起问题。
EP0757621B1公开了一种通过可凝固介质的选择性凝固来提供逐层构建三维物体的方法，其中，通过进一步包括有进入三维物体中的通气孔和排放孔，能够将未凝固的介质从中空的大气封闭区域中排空。
发明内容
本发明的一个目的是克服现有技术的缺点，并在本申请人的增材制造方案的背景中提供一种制备适于在具有增材制造设备和后处理设备的增材制造系统中在无需翻转的情况下生成及后处理的数字3D模型的方法。
该目的已经通过如权利要求1中限定的方法实现。从属权利要求的主题涉及进一步的发展。
本发明提供了一种制备适于以增材制造系统生成及后处理的数字3D模型的方法，该增材制造系统包括：增材制造设备，用于与所制备的数字3D模型相对应地生成3D物体，该3D物体附着于平台，该平台能够逐渐向上移动而自料桶中的液态树脂移出；以及至少一个后处理设备，用于在后处理期间对以附着于平台的状态接收并维持的3D物体进行清洗、干燥和固化中的至少一项。该方法包括以下步骤：提供数字3D模型；确定在所述状态下相对于平台定向的数字3D模型的流体积聚型盆状开放区域和流体吸取型穹顶状开放区域；以及包括分别进入到数字3D模型内的流体积聚盆状开放区域和流体吸取穹顶状开放区域中的至少一个排放通道和至少一个通气通道，用于防止在生成过程期间和后处理过程期间积聚流体或吸取流体。
本发明的主要有利效果是，在打印过程和清洗过程期间在重力作用下将流体(即，积聚在盆状开放区域中的液态光固化树脂或液态清洗介质)立即经由排放通道排空，而无需翻转3D物体，因此可以防止使用者与流体进行物理接触。因此，还可以防止对流体的不必要的浪费。此外，可以减少干燥时间，进而由此减少总制造时间。因此，可以降低生产成本。本发明的另一个主要有利效果是，可以通过在打印过程和清洗过程期间在大气压的作用下经由通气通道去除负压而立即排空吸取在穹顶状开放区域中的流体。因此，可以防止流体对增材制造系统的诸如扭矩、吸力、重量之类的机械作用。由此，增材制造系统的可动部件可以更平稳地运行，并且可以减少作用在易碎的打印部件上的力。
根据本发明，可以允许使用者在数字3D模型的显示器上手动地选择和输入将分别包括在数字3D模型中的排放通道的入口和/或出口的位置。但是，方法不限于手动选择。根据本发明，可以自动地——即，通过计算机程序的算法——获取数字3D模型的流体积聚型盆状开放区域中的最低点，并将其设定为排放通道的入口的位置。此外，可以允许使用者在显示器上手动地选择和输入将包括在数字3D模型中的排放通道的相应出口的位置。可替选地，对相应出口的手动选择和输入也可省略，而通过计算机程序的算法在低于排放通道的相应入口的位置处自动地获取。
在本发明的方法中用于包括排放通道的算法也可以用于通过将数字3D模型旋转180度来包括通气通道。根据本发明，可以允许使用者在数字3D模型的显示器上分别手动地选择和输入要包括在数字3D模型中的通气通道的入口和/或出口的位置。然而，由于该方法不限于手动选择，因此可以借助于软件算法自动地获取数字3D模型的流体吸取型穹顶状开放区域中的最高点，并将其设定为通气通道的出口的位置。此外，可以允许使用者在显示器上手动地选择和输入要包括在数字3D模型中的通气通道的相应入口的位置。可替选地，也可以省略对相应入口的手动选择和输入，而借助于软件算法在高于通气通道的相应出口的位置处自动地获取。
根据本发明，排放通道的入口和出口以及通气通道的入口和出口可以基于一个或多个标准来确定，所述标准包括使排放/通气通道的倾斜度最大化，和/或排放/通气通道的长度最小化。排放/通气通道可以具有任意形状以完全地保持在数字3D模型内。例如，排放/通气通道可以具有一个或多个直线段和/或一个或多个曲线段，并且横截面可以是恒定的或非恒定的。
根据本发明，可以对数字3D模型的可供获取排放通道的入口和/或出口和/或通气通道的入口和/或出口的位置的表面区域进行限制。此外，也可以对数字3D模型的可供排放通道和/或通气通道通过的空间进行限制。可替选地，可以以互补的方式对不可供获取排放通道的入口和/或出口和/或通气通道的入口和/或出口的数字3D模型的表面区域进行限制。此外，也可以对不可供排放通道和/或通气通道通过的数字3D模型的空间进行限制。在这些限制的情况下，考虑所限制的表面区域和所限制的空间，获取上述最低/最高点。因此，可以防止数字3D模型的关键表面区域或关键子空间包括排放/通气通道。然而，该方法不限于自动限制。根据本发明，可以允许使用者选择性地在数字3D模型的显示器上标记所限制的表面和/或所限制的空间。
本发明的方法可以应用于制备任意用于增材制造的3D物体。优选地，本发明的方法应用于用于牙科治疗的3D物体，例如牙科器具和牙科修复体。
根据本发明，该方法可以以计算机程序的形式提供，该计算机程序包括合适的软件算法和用于执行其步骤的代码。该计算机程序可以与增材制造系统分开提供或与增材制造系统一起提供。计算机程序的代码可以存储在计算机可读存储装置中。该存储装置可以与增材制造系统分开提供或与增材制造系统一起提供。
附图说明
在随后的描述中，将利用示例性实施方式并参照附图更详细地描述本发明的其他方面和有益效果，其中：
图1是与通过根据本发明实施方式的方法制备的数字3D模型相对应地生成具有排放通道的3D物体的增材制造设备的局部示意性剖面图；
图2是与通过根据本发明实施方式的方法制备的数字3D模型对应地生成具有通气通道的3D物体的增材制造设备的局部示意性剖面图；
图3是与通过根据本发明实施方式的方法制备的数字3D模型对应地生成和后处理具有排放通道的3D物体的增材制造系统的示意性剖面图。
附图中所示的附图标记表示下面列出的元件，并且将在对示例性实施方式的后续描述中提及：
1 增材制造系统
2 增材制造设备
3 3D物体
4 平台
5 流体
5a 液态光固化树脂
5b 液态清洗介质(例如，异丙醇)
6 料桶
7 后处理设备
8 盆状开放区域
9 穹顶状开放区域
10 排放通道
11 通气通道
12 入口
13 出口
14 牙科器具
具体实施方式
图3示出了增材制造系统1，其具有增材制造设备2，用于与预先制备的数字3D模型相对应地生成(打印)3D物体3，其中，3D物体3附着于平台4，平台4可以逐渐向上移动而从料桶6中的液态光固化树脂5a移出。增材制造系统1还具有后处理设备7，用于在后处理过程期间对以附着于平台4的状态接收并维持的3D物体3进行清洗、干燥和固化中的至少一项。在通过制造设备2生成3D物体3之后，将3D物体在平台4上借助运输容器(未示出)在未改变该3D物体的竖向方向的情况下传送到后处理设备7中。
本发明提供一种以增材制造系统1制备要生成并后处理的数字3D模型的方法。
在替代实施方式中，该方法通过向增材制造系统1提供输入的计算机程序(未示出)实施。该计算机程序可以包括使用者可选择或预设的模式，所述模式包括用于制备数字3D模型的手动模式、自动模式和/或半自动模式，如下文将更详细地描述的。
在初始步骤中，以相对于平台4的所需打印定向提供待在其上加工的数字3D模型。在下一步骤中，当数字3D模型相对于平台4以上述附着状态定向时，即以限定出3D模型相对于平台4的所需打印定向的打印状态定向时，确定数字3D模型的流体积聚型盆状开放区域8和流体吸取型穹顶状开放区域9。在图1和图2中，已经示出了两个不同的3D物体3，其中，前者具有至少一个流体积聚型盆状开放区域8，而后者具有至少一个流体吸取型穹顶状开放区域9。在该方法的下一步骤中，如图1所示，在数字3D模型中的流体积聚型盆状开放区域8中包括至少一个排放通道10，用于防止在生成过程和后处理过程期间积聚流体(5；5a，5b)。为了简单起见，仅示出了一个排放通道10。类似地，如图2所示，在数字3D模型中的流体吸取型穹顶状开放区域9中包括至少一个通气通道11，用于防止在生成过程和后处理过程期间吸取流体(5；5a，5b)。
在另一个实施方式中，数字3D模型在显示器(未示出)上向使用者显示。使用者可以在显示器上手动地执行确定步骤和包括步骤。可替选地，这些步骤可以通过计算机程序的算法自动地或半自动地执行。
在另一个实施方式中，使用者可以分别在显示器上手动地选择和输入要包括在数字3D模型中的排放通道10的入口12和/或出口13的位置。数字3D物体3内的排放通道10的路径可以由使用者在显示器上手动地限定或自动地计算出。
在另一个实施方式中，可以自动地获取数字3D模型的流体积聚型盆状开放区域8中的最低点并将其设定为排放通道10的入口12的位置。此外，使用者可以在显示器上手动地选择和输入要包括在数字3D模型中的排放通道10的相应出口13的位置。
在另一个实施方式中，排放通道10的出口13也可以在低于排放通道10的相应入口12的位置处自动地获取。
在另一个实施方式中，基于一个或多个标准自动地获取用于排放通道10的一个或多个出口13，所述标准包括：使排放通道10的倾斜度最大化和/或使排放通道的长度10最小化，从而使排放通道10完全保留在数字3D模型内。
在另一个实施方式中，使用者可以分别在显示器上手动地选择和输入要包括在数字3D模型中的排放通道11的入口12和/或出口13的位置。数字3D物体3内的通气通道11的路径可由使用者在显示器上手动地限定或自动地计算。
在另一个实施方式中，可以自动地查找数字3D模型的流体吸取型穹顶状开放区域9中的最高点并将其设定为通气通道11的出口13的位置。此外，使用者可以在显示器上手动地选择和输入要包括在数字3D模型中的通气通道11的相应入口12的位置。
在另一个实施方式中，通气通道11的入口12也可以在高于通气通道11的相应出口13的位置处自动地获取。
在另一个实施方式中，基于一个或多个标准自动地获取用于通气通道11的一个或多个入口12，所述标准包括：使通气通道11的倾斜度最大化和/或使通气通道的长度11最小化，从而使通气通道11完全保留在数字3D物体3内。
在其他替代实施方式中，排放通道10或通气通道11具有一个或多个直线段和/或一个或多个曲线段，其中该直线段或弯曲段具有恒定或非恒定的横截面。
在另一个实施方式中，可以对数字3D模型的可供获取排放通道10的入口12和/或出口13和/或通气通道11的入口12和/或出口13的位置的表面区域进行限制。此外，还可以对数字3D模型的可以供排放通道10和/或通气通道11通过的空间进行限制。
在另一个替代实施方式中，可以对数字3D模型的不可供获取排放通道10和/或通气通道11的入口12和/或出口13的位置的表面区域进行限制。类似地，也可以对数字3D模型的不可供排放通道10和/或通气通道11通过的空间进行限制。在施加上述限制的情况下，考虑这些限制后获取最低/最高点。
在另一个实施方式中，允许使用者在数字3D模型的显示器上选择性地标记所限制的表面区域和/或所限制的空间。可替选地，根据预定条件自动地限制表面区域和/或空间。这样的条件可涉及例如机械稳定性、正确操作或3D物体的视觉外观。
在另一个实施方式中，数字3D物体3对应于牙科器具14。

Claims (15)

1.一种制备适于以增材制造系统(1)生成及后处理的数字3D模型的方法，所述增材制造系统包括：增材制造设备(2)，用于与所制备的数字3D模型相对应地生成3D物体(3)，所述3D物体附着于平台(4)，该平台(4)能够逐渐向上移动而从料桶(6)中的液态光固化树脂(5a)移出；以及至少一个后处理设备(7)，用于在所述后处理过程期间对以附着于所述平台(4)的状态接收并维持的3D物体(3)执行清洗、干燥和固化中的至少一项，所述方法包括
以相对于所述平台(4)的所需打印方向提供数字3D模型的步骤；
所述方法的特征在于，还包括以下步骤：
针对相对于所述平台(4)的所需打印方向确定所述数字3D模型的流体积聚型盆状开放区域(8)和流体吸取型穹顶状开放区域(9)，以及
包括分别进入到数字3D模型中的流体积聚型盆状开放区域(8)和流体吸取型穹顶状开放区域(9)中的至少一个排放通道(10)和至少一个通气通道(11)，用于在生成过程和后处理过程期间分别防止流体(5a，5b)的积聚和流体(5a，5b)的吸取。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在显示器上向使用者显示所述数字3D模型；和
允许使用者分别在所述显示器上手动地选择和输入要包括到所述数字3D模型中的所述排放通道(10)的入口(12)和/或出口(13)和/或所述通气通道(11)的入口(12)和/或出口(13)的位置。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在所述数字3D模型的流体积聚型盆状开放区域(8)中获取最低点并将该最低点设定为所述排放通道(10)的入口(12)的位置；和
允许使用者在所述显示器上手动地选择和输入要包括在所述数字3D模型中的所述排放通道(10)的相应出口(13)的位置。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在低于所述排放通道(10)的相应入口(12)的位置获取至少一个用于所述排放通道(10)的出口(13)，其中省略了相应的手动选择和输入。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于一种或多种标准获取用于所述排放通道(10)的一个或多个出口(13)，所述标准包括使所述排放通道(10)的倾斜度最大化和/或使所述排放通道(10)的长度最小化，其中，使所述排放通道(10)完全保持在所述数字3D物体(3)内。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在所述数字3D模型的所述流体吸取型穹顶状开放区域(9)中获取最高点并将该最高点设定为所述通气通道(11)的出口(13)的位置；和
允许使用者在所述显示器上手动地选择和输入要包括在所述数字3D模型中的所述通气通道(11)的相应入口(12)的位置。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在高于所述通气通道(11)的相应出口(13)的位置处获取至少一个用于所述通风通道(11)的入口(12)，其中省略了相应的手动选择和输入。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，基于一个或多个标准来获取用于所述通气通道(11)的一个或多个入口(12)，所述标准包括使所述通气通道(11)的倾斜度最大化和/或使所述通气通道(11)的长度最小化，其中使所述通气通道(11)完全保持在所述数字3D物体(3)内。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
对所述数字3D模型的可供获取所述排放通道(10)的入口(12)和/或出口(13)和/或所述通气通道(11)的入口(12)和/或出口(13)的位置的表面区域进行限制，和/或对所述数字3D模型的可供所述排放通道(10)和/或所述通气通道(11)通过的空间进行限制，其中，在考虑了所述限制的情况下获取所述最低/最高点。
10.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
对所述数字3D模型的不可供获取所述排放通道(10)的入口(12)和/或出口(13)和/或所述通气通道(11)的入口(12)和/或出口(13)的位置的表面区域进行限制，和/或对所述数字3D模型的不可供所述排放通道(10)和/或所述通气通道(11)通过的空间进行限制，其中，在考虑了所述限制的情况下获取所述最低/最高点。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
允许使用者在所述数字3D模型的所述显示器上选择性地标记所限制的表面区域和/或所限制的空间。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述排放通道(10)或通气通道(11)具有一个或多个直线段或一个或多个曲线段，其中所述直线段或曲线段具有恒定或非恒定的横截面。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述数字3D物体(3)对应于牙科器具(14)。
14.一种计算机程序，包括用于使增材制造系统(1)执行根据权利要求1至13中任一项所述的方法的代码。
15.一种计算机可读的存储装置，包括根据权利要求14所述的计算机程序。
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