CN117295602A - 用于3d打印机的分离控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于从树脂缸剥离3D立体平版打印层的方法和设备。该设备包括：缸，该缸具有剥离层并且被配置为容纳可固化树脂；和一个或多个剥离机构，该一个或多个剥离机构包括构建板，该构建板被配置为调整正被打印的物体相对于剥离层的位置和取向。

Description

用于3D打印机的分离控制系统和方法

技术领域

本发明涉及3D打印，并且具体地涉及光固化打印机。

背景技术

光固化(也可称为立体平版印刷、光固化、固体自由形式制造、固体成像、快速原型、树脂打印和3D打印)是一种用于使用光聚合以逐层方式创建模型、原型、图案和生产部件的增材制造技术，光聚合是光导致分子链连接在一起形成聚合物的过程。

一种类型的立体平版印刷是通过将能量源聚焦到一缸光聚合物树脂上来工作的增材制造工艺。借助于计算机辅助制造或计算机辅助设计软件(CAM/CAD)，使用能量源将预先编程的设计或形状绘制到光聚合物缸的表面上。因为光聚合物是光敏的，所以树脂被固化并且形成期望3D物体的单个层。对于设计的每个层重复此过程，直到3D物体完成。

另一种类型的立体平版印刷使用“自底向上”制造。这种系统具有升降机平台，该升降机平台下降到液体光聚合物中达等于设计的单个层的厚度的距离。然后，液体光聚合物的于物体或平台与缸底之间的部分被干硬化以使液体固化。使用该过程可形成完整的3D物体。

“自底向上”制造的问题在于，当液体光聚合物被干硬化时，它不仅与先前干硬化的层粘附，还与缸本身粘附。因此，需要一种允许在不将物体拉离构建板的情况下将新干硬化的层与缸分离的系统。

发明内容

根据第一方面，提供了一种用于3D打印机的剥离组件设备，该剥离组件包括：

缸，该缸被配置为容纳可固化树脂并且具有剥离层，该剥离层被配置为将固化能量从固化能量源传递到可固化树脂的缸中，以固化与剥离层接触的可固化树脂的至少一部分；

配置机构，该配置机构包括用于支撑正被打印的物体的构建，该配置机构被配置为控制物体相对于剥离层的位置；和

力传感器，该力传感器被配置为测量当剥离层相对于正被打印的物体移动时施加到该物体上的力。

该剥离组件可包括框架。可使用单独的致动器将剥离层和构建板独立地安装到框架。致动器可被认为是负责移动和控制机构或元件的机器的部件。

该剥离组件可包括3-DoF安装架。3-DoF安装架可包括多个致动器，该多个致动器被配置为使得剥离层能够围绕两个轴线倾斜并且向上和向下移动。3-DoF致动器可以是被配置为在与竖直方向对准的方向上延伸和缩回的直立致动器。

3-DoF安装架可与旋转致动器组合，该旋转致动器被配置为使剥离层围绕与竖直Z轴对准的旋转轴线旋转(例如，以引起偏航)。当3-DoF已经倾斜以引起剥离层和干硬化层的部分分离时，这种旋转或偏航可帮助剥离干硬化层。3-DoF安装架与旋转致动器的这种组合将提供4个自由度。

每个致动器可连接到相应的力传感器。每个直立致动器可安装在相应的力传感器上。

该剥离组件可包括滑动底板安装架，该滑动底板安装架包括多个致动器，该多个致动器被配置为在任何方向上横向移动剥离层。

该剥离组件可包括框架，并且其中配置机构被配置为相对于框架以至少5个自由度移动剥离层。例如，3-DoF安装架与滑动底板安装架组合将提供5个自由度。添加旋转致动器以促进偏航将提供6个自由度(即，6-DoF安装架)。

配置机构可包括6-DoF安装架。6-DoF安装架可包括六个致动器，这六个致动器被配置为控制剥离层相对于框架的位置。致动器可以是旋转致动器。

6-DoF安装架的六个致动器可成对地安装。每对可通过直接连接在一起或连接到公共刚性安装架而刚性地附接到彼此。每对可包括紧靠在一起(例如，并排地)定位的两个致动器。力传感器中的至少一个力传感器可定位在旋转致动器对中的一个旋转致动器对的下方和/或致动器与框架之间。

该剥离组件包括具有互补的平台-框架接合构件的平台-框架锁，这些互补的平台-框架接合构件被配置为将剥离层相对于框架可剥离地锁定在固定位置或可再现的相对位置。

6-DoF安装架可经由弹性安装架连接到剥离层。

缸在水平平面内可具有圆形横截面。圆形横截面可有助于减轻当缸围绕竖直轴线旋转时在缸中的树脂中引起的湍流。缸在水平平面内可具有矩形或正方形横截面。矩形或正方形缸可更容易容纳一个或多个常规矩形LCD固化能量源。

缸和固化能量源可接合在一起作为刚性固化单元。剥离组件可包括具有互补的平台-单元接合构件的平台-单元锁，这些互补的平台-单元接合构件被配置为将固化单元可剥离地锁定到6-DoF安装架。这可有利于容易地移除固化单元以进行修理。平台-单元锁可手动控制或经由控制器控制。

固化单元可包括多个LCD单元。每个LCD单元可具有50微米或更高的分辨率。每个LCD单元可以是对角线为至少9英寸的矩形。

配置机构可被配置为控制正被打印的物体相对于剥离层的取向。配置机构可包括被配置为控制剥离层的位置和取向的致动器。

剥离组件可被配置为基于所测量的力来调整构建板朝向剥离层的分离速度。剥离组件可被配置为基于所测量的力来调整构建板朝向剥离层的接近速度。可在分离之后发生该接近，其中剥离层朝向构建板移动，直到剥离层与先前打印的层分离一层厚度。然后打印机准备好干硬化另一个层。在接近期间，树脂可从先前打印的层与剥离层之间被挤出。这可在打印物体上施加力。

剥离组件可包括被配置为使剥离层相对于构建板(以及最近干硬化的层)倾斜的致动器。

剥离组件可包括致动器，这些致动器被配置为使剥离层倾斜，使得当构建板朝向剥离层移动时(例如，在接近阶段期间)剥离层不与构建板平行。这可有助于将树脂从先前打印的层与剥离层之间导出。

剥离组件可包括布置在四边形的每个拐角处的四个力传感器。致动器可布置在四边形的每个拐角处。这可允许剥离层围绕两个轴线倾斜。每个致动器可具有对应的力传感器。

剥离组件可包括被配置为使剥离层和固化能量源作为一个整体倾斜的致动器。

剥离层可包括附接到下面的刚性表面的弹性层。这种附接可被配置为使得弹性层的部分可在分离期间远离下面的刚性表面提升。

剥离组件可被配置为当构建板朝向剥离层移动时基于所测量的力的变化速率来调整正被打印的物体的接近速度。

剥离组件可被配置为当构建板远离剥离层移动时基于所测量的力的变化速率来调整正被打印的物体的分离速度。

剥离组件可包括致动器以使剥离层倾斜并将该剥离层与干硬化层分离，并且其中构建板被配置为沿单个轴线刚性地平移。

剥离组件可被配置为使剥离层倾斜和平移以实现与静止构建板的分离。

剥离组件可被配置为在分离之后将构建板平移与待打印的下一层的预先确定厚度对应的量。在分离之后，剥离组件可被配置为将构建板平移不超过与待打印的下一层的预先确定厚度对应的量。

剥离层可被配置为从打印位置移动以实现分离，并且在分离之后返回到打印位置(例如，相对于静止参照系)。

剥离组件可被配置为基于所测量的力来控制构建板相对于剥离层的运动。

剥离组件可被配置为确定缸内的树脂的体积。当进行力测量时，这可用于调整树脂的重量。

剥离组件可被配置为基于所测量的力的绝对值来控制构建板相对于剥离层的运动。

剥离组件可被配置为在力低于低阈值的情况下增加分离速度。剥离组件可被配置为针对更高的所测量的力施加更高的分离速度。

剥离组件可被配置为响应于检测到所测量的力以高于预先确定的力下降速率阈值的速率减小而停止将构建板与剥离层分离。

剥离组件可被配置为响应于检测到所测量的力降低至低于剥离阈值而停止将构建板与剥离层分离。

剥离组件可被配置为基于所测量的力和在最后干硬化步骤中干硬化的区域来控制该一个或多个配置机构。

剥离组件可被配置为基于所测量的力和最后打印层的形状来控制该一个或多个配置机构。

致动器可被认为是移动和控制机构或系统的部件。致动器可响应于控制信号而被激活。致动器可以是线性致动器或旋转致动器。线性致动器可被认为是在产生直线运动的致动器。线性致动器可包括液压缸或气动缸。线性致动器可包括机械致动器。

剥离组件可被配置为：

记录关于以下项的数据：力传感器中的每个力传感器上随时间而变化的所测量的力、每个层的配置，以及配置机构的随时间而变化的配置，

将所记录的数据与关于所使用的树脂的信息相关联地存储；接收关于打印物体的质量的反馈；以及

调整配置机构如何响应于所测量的力，以减少打印缺陷的比率并增加打印的速度。

配置机构的配置可包括关于构建板和/或致动器中的每个致动器的位置和/或速度的信息。

打印物体的每个层的配置可包括关于层的面积、层的形状，以及层相对于剥离层、相对于每个致动器的位置的信息。

根据另一方面，提供了一种用于控制从3D打印机剥离正被打印的物体的方法，该方法包括：

干硬化在正被打印的物体与剥离层之间的树脂层，该剥离层被配置为将固化能量从固化能量源传递到可固化树脂的缸中，以固化与剥离层接触的可固化树脂的至少一部分；

相对于剥离层移动物体以剥离正被打印的物体；

测量当正被打印的物体相对于剥离层移动时施加到该物体上的力；以及

基于所测量的力来控制一个或多个配置机构。

应当理解的是，因为构建板和剥离层都可独立地移动，所以这种移动可相对于静止参照系来限定。静止参照系可以是例如3D打印机(其包括剥离组件)所位于的表面和/或致动器和构建板所附接到的锚定点。例如，每个致动器可在一端连接到剥离层并且在另一端连接到锚定点。缩短或延长致动器使得剥离层相对于静止锚定点移动。

构建板可相对于静止参照系沿着单个轴线向上和向下平移(没有倾斜或旋转)。剥离层可被配置为相对于静止参照系倾斜(并且可能平移)。

剥离组件设备可被配置为控制一个或多个剥离机构。控制剥离机构可包括以下的一个或多个操作：启动剥离机构；停止剥离机构；改变剥离机构的强度。剥离机构可以是有利于或使得从剥离层剥离正被打印的物体的任何机构。剥离机构可包括以下中的一个或多个操作：移动构建板；移动剥离层；以及振动剥离层。

剥离组件设备可被配置为基于所测量的力来控制剥离层相对于构建板的运动。该设备可被配置为考虑正被打印的物体的重量。该力可由在设备内的位置范围处(例如，在构建板处、在剥离层处)的一个或多个力传感器测量。根据这些测量，可确定剥离层与正被打印的物体之间的力。

剥离组件设备可被配置为基于所测量的力的绝对值来控制构建板相对于剥离层的运动。

剥离组件设备可被配置为在力高于阈值力值的情况下减慢速度。

剥离组件设备可被配置为在力低于低阈值的情况下增加速度。

剥离组件设备可被配置为基于所测量的力的变化速率来控制构建板相对于剥离层的运动。

剥离组件设备可被配置为响应于检测到所测量的力以高于预先确定的力下降速率阈值的速率减小而停止将构建板与剥离层分离。力下降速率阈值可以是力每秒降低97％。可使用其他阈值。例如，力下降速率阈值可以是力每秒降低80％，或力每秒降低50％。

剥离组件设备可被配置为响应于检测到所测量的力降低至低于剥离阈值而停止将构建板与剥离层分离。

剥离组件设备可被配置为基于所测量的力来控制次级剥离机构。

剥离组件设备可被配置为响应于测量到高于次级剥离阈值力值的力而启动次级剥离机构。

剥离组件设备可被配置为基于所测量的力和在最后干硬化步骤中干硬化的区域来控制该一个或多个剥离机构。

剥离组件设备可被配置为基于所测量的力和最后打印层的形状来控制该一个或多个剥离机构。

该一个或多个剥离机构可包括连接到剥离层的振动致动器，其中该设备被配置为使用该振动致动器来振动剥离层以实现从剥离层剥离可固化树脂。

剥离组件设备可被配置为对正被打印的层的每个区域(例如，正被打印的物体的每个像素)分配干硬化值。干硬化值可对应于在干硬化周期内干硬化该区域所需的来自能量源的能量总量。剥离组件设备可被配置为基于所分配的干硬化值来调整每个区域的干硬化时间。剥离组件设备可被配置为基于干硬化值来调整施加到每个区域的能量源的光强度。剥离组件设备可被配置为调整光强度，使得所有区域花费相同量的时间来干硬化。

该设备可能够通过不同几何形状的算法插值来确定适当干硬化层所需的近似干硬化时间和剥离力。使用针对干硬化时间的估计，系统可为每个层上的每个图像(和每个区域)创建最佳干硬化时间。此外，通过理解剥离中所需的力，系统将能够对干硬化时间进行实时改进，以帮助产生更准确且更可靠的部件。

该设备能够通过力和所测量部件的数据库来确定用于给定几何形状的适当支撑，这些支撑将减小分离力并且减小打印物中的特征的变形。

剥离组件设备可被配置为以声波或超声波频率振动剥离层。超声波可被认为涉及大于20kHz的频率。音波可被认为涉及频率20Hz和20kHz。

剥离组件设备可被配置为以30Hz至70kHz(或80kHz)之间的频率振动剥离层。

剥离组件设备可被配置为以30Hz至80Hz之间的频率振动剥离层。

该一个或多个剥离机构可包括构建板，该构建板被配置为控制正被打印的物体相对于剥离层的位置；

其中该设备包括力传感器，该力传感器被配置为测量当构建板远离剥离层移动以剥离正被打印的物体时施加到该构建板的力；并且

其中该设备被配置为基于所测量的力来控制该一个或多个剥离机构。

剥离组件设备可包括多个振动致动器。

分离边界可被认为是打印物体的连接到剥离层的部分与已从剥离层剥离的部分的边界。

剥离层的倾斜轴线可被认为是剥离层围绕其旋转的轴线。倾斜轴线通常位于剥离层的平面内。

剥离组件设备可形成3D打印机的一部分。打印机可包括二维光源(例如，LCD)。光源可包括能够被选择性地开启和关闭以干硬化三维物体的层的像素。该层将具有特定的二维形状。

6-DoF安装架是一种平行操纵器，该平行操纵器具有六个棱柱形致动器，这六个棱柱形致动器通常为液压千斤顶或电动线性致动器，成对地附接到平台的基板上的三个位置，穿越至顶板上的三个安装点。所有12个连接可经由万向接头或海姆接头进行，以实现在所需方向上的运动范围。放置在顶板上的装置可以六个自由度移动，其中自由悬挂的主体可以这六个自由度移动：三个线性移动x、y、z(横向、纵向和竖直)，以及三个旋转(俯仰、滚动和偏航)。

6-DoF安装架已知有各种其他名称。在许多应用中，它通常被称为运动基部。它有时被称为六轴平台、斯图尔特平台或协同运动平台。

6-DoF安装架的六个自由度被分成如下所述的两个运动类别：

·平移包络：

о在X轴上向前和向后移动。(涌动)

о在Y轴上向左和向右移动。(摇摆)

о在Z轴上向上和向下移动。(起伏)

·旋转包络：

о在X轴上从一侧到另一侧倾斜。(滚动)

о在Y轴上向前和向后倾斜。(俯仰)

о在Y轴上向左和向右转动。(偏航)

剥离组件可包括热控制器，该热控制器被配置为将树脂温度保持在预先确定值(例如，65℃)或预先确定范围内(例如，30℃至80℃之间或60℃至80℃之间)。热控制器可包括加热器和/或冷却器。

剥离组件设备可包括控制系统或控制器。控制系统可包括处理器和存储器。存储器可以存储计算机程序代码。处理器可包括例如中央处理单元、微处理器、专用集成电路或ASIC或多核处理器。存储器可包括例如闪速存储器、硬盘驱动器、易失性存储器。计算机程序可被存储在非暂时性介质诸如CD上。计算机程序可被配置为当在计算机上运行时实现本文所公开的方法和过程。

附图说明

本发明的各种目的、特征和优点将从如附图中所示的本发明的特定实施方案的以下描述中变得显而易见。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的各种实施方案的原理上。相似的附图标记表示相似的部件。

图1a是3D打印机的实施方案的前横截面视图。

图1b是图1a的3D打印机的缸和振动致动器的透视图。

图2a至图2f是3D打印机的实施方案的一系列前横截面视图，其示出了如何将层添加到正被打印的3D物体。

图3是示出图1a的实施方案如何用于打印物体的流程图。

图4a是3D打印机的另一实施方案的透视图。

图4b和图4c是图4a的实施方案的6-DoF安装架的透视图。

图4d是与图4a的实施方案的框架连接的6-DoF安装架的安装架的透视图。

图4e是图4a的实施方案的平台-框架锁的透视图。

图4f是图4a的实施方案的固化单元以及单元-框架锁的一部分的透视图。

图4g和图4h是图4a的实施方案的固化单元平台的透视图。

图5a是3D打印机的另一实施方案的透视图。

图5b是图5a的实施方案的前视图。

图5c是图5a的实施方案的固化单元平台和缸的透视图。

具体实施方式

参照这些图，描述了有利于从树脂缸内的剥离层剥离3D打印物体的设备和方法。

所有术语都具有可从附图和描述中合理推断的定义。

现在将参照这些图来描述本发明的各个方面。出于说明的目的，这些图中描绘的部件不一定按比例绘制。相反，重点在于突出显示部件对本发明的各方面的功能的各种贡献。在描述的过程中会引入许多可能的另选特征。应当理解，根据本领域技术人员的知识和判断，这种另选特征可以各种组合来替代，以实现本发明的不同实施方案。

剥离组件设备

图1a至图1b示出了包括剥离组件100的3D打印机的实施方案。具体地，剥离组件100包括：

缸101，该缸被配置为容纳可固化树脂190并且具有剥离层105，该剥离层被配置为将固化能量从固化能量源103传递到可固化树脂的缸中，以固化与剥离层接触的可固化树脂的至少一部分；

配置机构，该配置机构包括构建板111，该构建板被配置为控制正被打印的物体191相对于剥离层的位置；和

一个或多个力传感器106a-b，该一个或多个力传感器被配置为测量当正被打印的物体相对于剥离层移动时施加到该物体上的力。

在这种情况下，剥离层105是缸101的基底。

在这种情况下，缸安装在被配置为移动该缸的多个线性致动器104a-d上。当这些致动器相对于正被打印的物体以凸轮方式移动剥离层时，这些致动器也形成了配置机构的一部分。每个致动器104a-d与相应的力传感器104a-b(两个力传感器未示出)相关联，该力传感器被配置为测量通过每个致动器施加的力。

在这种情况下，剥离组件被配置为通过使用多个致动器104a-d将剥离层105降低远离构建板111来拉动剥离层远离打印物体。这在正被打印的物体上施加拉伸力。打印材料和/或剥离层的弹性和/或刚性将导致物体与剥离层分离。

在这种情况下，能量源103是LCD屏幕，该LCD屏幕被配置为干硬化正被打印的物体的连续层。使用具有像素的屏幕可允许整个层同时固化。其他光源可包括激光器、荧光灯、气体放电灯和白炽灯。可通过打开和关闭光源阵列内的特定光源以及/或者通过阻挡部分光(例如，使用包括夹置在偏振器之间的液晶层的液晶组件)来提供像素。在这种情况下，LCD屏幕被刚性地附接到剥离层。这意味着剥离层105和能量源103响应于致动器移动而一起移动和倾斜。这确保了能量源相对于剥离层的位置在整个打印过程中保持恒定。

能量源可包括被配置为发射UV光(例如，其在375nm至395nm之间或高达420nm)的LCD组件。例如，LCD组件可包括：被配置为发射波长在375nm至420nm之间的光的光源；具有交叉偏振轴线的第一二偏振器和第二偏振器；和定位在偏振器之间的液晶层，其中LCD组件被配置为使得当来自光源的光穿过第一偏振器和第二偏振器以及LCD时，所发射的光具有375nm至420nm之间的最大光谱强度。

在该实施方案中，力传感器106a-b是负荷单元，这些负荷单元被配置为将信息中继回打印机(例如，中继回控制器)，以允许打印机(或控制器)动态地调整打印机如何将部件191与剥离层105分离(例如，通过控制配置机构的操作)。

3D打印

图2a至图2f是图1a至图1b的3D打印机的实施方案的一系列前横截面视图，其示出了如何将层添加到正被打印的3D物体。

图2a示出了当树脂层已被干硬化到先前干硬化的物体191上时的情形，该先前固化的物体处于打印过程中。

为了继续(或完成)打印，需要使新固化的层从剥离层105脱离。为此，如图2b所示，通过减小线性致动器104a-d的长度，剥离层105被降低远离构建板111。在这种情况下，整个缸101和能量源103与剥离层105作为一个整体一起下降。在该实施方案中，构建板在剥离期间不移动(例如，相对于静止参照系)。

当剥离层105被降低时，与每个致动器104a-d相关联的力传感器106a-b被配置为监测由该致动器施加到物体上的力。在这种情况下，剥离组件被配置为在分离期间当剥离层远离构建板移动时基于所测量的力和/或所测量的力的变化速率来调整每个致动器的速度。应当理解，剥离组件可被配置为基于每个致动器的力测量(即，完全独立的操作)或使用在所有致动器处测量的力的组合来调整每个致动器的速度。例如，除非所有致动器的总力超过预先确定合计力阈值，否则可增加每个致动器的速度，直到在该致动器处测量到最大力为止。

通常，如果力在特定致动器处较高，则分离速度可能较慢，而如果力相对较低，则分离速度可能相对较快。同样地，如果特定致动器上的力正在减小，则可增加该致动器的下降速度。这将提高分离速率，同时有助于确保打印物体在分离期间不被损坏。在一些实施方案中，可增加分离速度直到力达到预先确定阈值。

如图2b所示，当分离正在进行时，单独地调整每个致动器的速度会导致缸倾斜。与使用沿着垂直于连接表面的轴线的简单轴向分离相比，这种倾斜允许更好地控制分离边界。倾斜剥离层(而不是构建板)可以是更有效的，因为剥离层比构建板(其与正被剥离的连接层被先前打印的物体分离)更靠近正被剥离的连接层。

因为四个致动器布置成四边形，所以剥离层可围绕剥离层的平面内的任何轴线倾斜。例如，在图2b中的情形中，在降低右侧之前降低左侧引起围绕离开页面的轴线的倾斜。大量降低前左致动器、少量降低前右致动器和后左致动器以及使后右致动器保持静止将引起围绕穿过剥离层的后左方和前右方的轴线的倾斜。

在一些实施方案中，致动器被配置为最初通过在降低致动器中的一个或多个致动器之前开始降低这些致动器中的其余致动器来在剥离层中引起倾斜，以帮助控制分离边界。

在这种情况下，四个致动器被约束为一起移动，使得剥离层保持在平坦平面中。例如，一个致动器降低而其他三个保持静止的情况是不能的，因为这将在剥离层上引起弯曲力。剥离组件可被配置为控制致动器，以便倾斜轴线当剥离层降低时旋转(例如，从北到东到南到西并且回到北)。其他实施方案可被配置为在弹性剥离层上引起弯曲力。

图2c示出了当分离完成时的情形。未干硬化的液态树脂190已流入打印物体部分的底部与剥离层之间的间隙。

在这种情况下，在完成分离之后(如图2c所示)，构建板111被配置为从剥离层105(例如，相对于静止参照)向上移动一个打印层的厚度(一个打印层的厚度可在例如0.05mm至0.20mm之间)。这在图2d中示出。单独地移动致动器和构建板允许构建板一次移动一层。允许剥离层和构建板独立地移动可允许根据它们的功能定制致动器。例如，与需要构建板来实现分离和限定层厚度的情况相比，用于将构建板一次移动一层厚度的致动器可被配置为更精确。

如图2e所示，剥离层然后返回到其初始位置。在这种情况下，使用硬止动件使缸返回到其初始位置，这些硬止动件阻止缸进一步向上移动。这些止动件有助于确保在每个层上开始干硬化之前剥离层的位置具有更可再现性(例如，在5μm或更好的精度内或在1μm或更好的精度内)。止动件可结合到致动器中(例如，使得剥离层在致动器到达其行程的末端时中止)，或者是分离的(例如，使得剥离层在致动器撞击到分离的止动件时中止)。

在这种情况下，当剥离层接近构建板(和先前打印的物体)时，剥离层保持倾斜配置。通过将剥离层保持在倾斜位置，当剥离层和先前打印的层结合在一起时，树脂从剥离层与先前打印的层之间被导出。这有助于阻止损坏力被施加到打印物体和最近干硬化的层上。此外，压缩波被耗散。最近，已经发现更粘的树脂通常可产生更好的打印结果。然而，在接近阶段期间，高粘度树脂可能对打印物体造成损坏，因为可能难以将其从剥离层与打印物体之间挤出。

在这种情况下，当剥离层和先前打印的层结合在一起时，测量每个致动器104a-b的力。一旦一侧撞击或接近相应的止动件，其他致动器就继续升高它们的剥离层部分，直到该部分平行于正被打印的物体的底部。

当剥离层停止时，如图2f所示，然后可通过选择性地打开像素来打印物体的下一层，这些像素使液体层的于剥离层与打印物体部分之间的部分干硬化。这使设备返回到类似于图2a的情形(但添加了附加层)。通过反复干硬化、剥离和移动构建板，可分层地构建3D物体。

剥离组件监测

图3中示出了图1a的实施方案的剥离机构的操作方法。

图3所示的一种操作模式是力传感器包括一个或多个负荷单元。当剥离层降低时，这些负荷单元监测施加到打印物体上的力。最初，所测量的力将随着应变力在打印物体被拉伸时施加到该打印物体上而升高。当新干硬化的底层开始从剥离层脱离时，应变力将被释放并且构建板上的力将减小。

在该实施方案中，负荷单元被配置为检测当将打印物体191与剥离层分离时力的突然下降。在这种情况下，打印机(或控制器)被配置为根据力的突然下降来确定物体何时已经成功地与剥离层分离(图1b)。负荷单元可被认为是用于产生电信号的换能器，该电信号的量值对应于被测量的力(例如，直接与其成比例)。负荷单元可包括例如液压负荷单元、气动负荷单元和/或应变仪负荷单元。

即，在这种情况下，该设备被配置为基于所测量的力的变化速率来控制剥离层相对于构建板的运动。例如，该设备可被配置为响应于检测到所测量的力以高于预先确定的力下降速率阈值的速率减小而停止将构建板与剥离层分离。例如，力下降速率阈值可取决于树脂和打印构建面积等。力下降速率阈值可以是力每秒降低97％。例如，如果以0.1秒间隔测量力，则阈值将是每0.1秒间隔9.7％。可使用其他阈值。例如，力下降速率阈值可以是力每秒降低80％，或力每秒降低50％。

一种设置可被设计成检测在0.1秒增量内测量的90％/秒的下降并且维持该下降速率五个增量。这些值可根据所使用的树脂而改变，并且可取决于层的几何形状。阈值可以是绝对阈值(例如，力阈值可用牛顿来表示)或相对阈值(例如，力阈值可作为在分离期间测量的最大力的比例给出)。

也可考虑其他参数。例如，该设备可被配置为响应于以下中的一者或多者而停止将构建板与剥离层分离：检测到所测量的力降低至低于剥离阈值；以及剥离层与正被打印的物体之间的分离距离超过预先确定阈值。

在检测到剥离之后，该设备可被配置为直接移动以允许下一个干硬化步骤发生。这将允许打印机仅提升剥离每个层所需的量并快速(例如，即刻)开始移动到开始位置(以用于下一干硬化步骤)。这可减少干硬化操作之间的时间，因为在自底向下打印中，通过将打印物体提升比实现分离所需的距离更远的距离来实现分离，可浪费大量的时间。

除了调整干硬化操作之间的最大分离距离(例如，通过在检测到剥离之后停止升高构建板)之外，该设备还可动态地调整分离速度。如果剥离力开始达到在分离期间部件108与构建板104的分离将被认为是可能的值(图2b)，则负荷单元设置可告知打印机减慢提升机构的速度，从而允许该部件更容易地从缸剥离并且停留在构建板上。这将允许打印机增大速度，因为提升速度将仅减慢所需的速度以确保部件停留在构建板上。

可基于第一层(即，直接附接到构建板的层)中干硬化的材料的面积来预先确定最大可允许力。最大可允许力还可考虑两个先前打印的连续层之间的最小面积。例如，如果打印竖直的沙漏形状，则可能是重要的是确保物体在最窄或最易碎的点处不破裂。因此，在这种情况下，最大可允许力可随着打印层的面积减小而减小(并且可不随着打印层再次增大而再次增大)。可基于最后干硬化的层(即，直接附接到剥离层的层)中干硬化的材料的面积来预先确定最大可允许力。

用于控制剥离机构的方法在图3中示出。如图3所示，在层干硬化之后，使用致动器来降低剥离层。然后，用于每个致动器的力传感器(在这种情况下是连接到构建板的负荷单元)用于确定负荷值。如果负荷值高于可允许的阈值，则降低构建板的速度，并且再次确定力传感器值。如果负荷值低于可允许的阈值并且力没有突然下降，则保持构建平台的速度，并且再次确定力传感器值。当所测量的力(例如，在致动器中的一个或多个致动器中)的突然下降指示干硬化层的剥离时，系统被配置为使系统准备用于打印下一层。构建板向上移动一层厚度，并且致动器将剥离层升高到其初始位置。层的厚度可例如在0.05mm至0.15mm(或0.001mm至0.5mm)之间。然后，干硬化过程可重新开始。以这种方式，逐层地构建物体。

6-DoF安装架3D打印机

图4a示出了包括剥离组件400的3D打印机的另一实施方案。图4b至图4e示出了剥离组件的特定部件。剥离组件设备包括：

缸401，该缸被配置为容纳可固化树脂并且具有剥离层405，该剥离层被配置为将固化能量从固化能量源403a传递到可固化树脂的缸中，以固化与剥离层接触的可固化树脂的至少一部分；

配置机构，该配置机构包括用于支撑正被打印的物体的构建板411，该配置机构被配置为控制物体相对于剥离层405的位置；和

一个或多个力传感器406a-c，该一个或多个力传感器被配置为测量当物体相对于剥离层移动时施加到该物体上的力。

在这种情况下，剥离组件包括三个子组件或单元，这三个子组件或单元被配置为相对于彼此移动。这些子组件包括：框架430、构建板411和固化单元420。构建板411和固化单元420各自经由相应的致动器独立地连接到框架430，这意味着该框架有效地限定静止参照系。框架可刚性地连接到3D打印机的基部，使得框架不相对于底板移动。因此，在这种情况下，配置机构包括能够相对于框架移动剥离层的致动器和能够相对于框架移动构建板(和附接物体)的致动器。

在这种情况下，框架430包括相对于彼此刚性地固定(例如，使用支柱、壁或其他竖直支撑件)的基部432和升高平台431。框架升高平台431处于与固化单元420类似的水平。

在这种情况下，如图4b和图4c所示，将固化单元连接到框架的致动器是6-DoF安装架425的形式，该6-DoF安装架包括六个致动器404aa、404ab；404ba、404bb；404ca、404cb，这六个致动器被配置为控制剥离层(在这种情况下，剥离层是固化单元的一部分)相对于框架的位置。

在该实施方案中，6-DoF安装架的底部连接到框架432的基部。固化单元420被配置为位于固化单元平台421上。图4b示出了没有固化单元平台的6-DoF安装架，图4c示出了具有固化单元平台421的6-DoF安装架。固化单元平台421是刚性基部，该刚性基部经由六个臂连接到6-DoF安装架425的所有6个致动器。这意味着6-DoF可通过一起移动来控制该平台421相对于框架在6个自由度中的任一个自由度中的运动。

在这种情况下，六个致动器404aa-cb是旋转致动器。在该技术的上下文中，测量在6-DoF安装架移动时的力，发现旋转致动器提供了优于液压致动器的优点。第一，因为当致动器被致动时，由于致动器较轻而质心移动较少；第二，因为质心的移动更可预测、致动器是自给自足的并且不必考虑流体管线。

在该实施方案中，旋转致动器各自包括轴，该轴连接到从轴轴线横向延伸的突出部。该突出部继而连接到臂的近侧端部，该臂以一定角度向上延伸。当轴围绕轴线旋转时，突出部旋转，这种旋转使臂移动。通过在臂的远侧端部处连接到刚性板(固化单元平台)来约束臂。

在这种情况下，6-DoF安装架425的六个旋转致动器成对布置，如图4b所示。在这种情况下，当固化单元处于用于打印和/或用于实现分离的位置时，每对致动器的突出部被配置为朝向彼此指向。这使得臂的近侧端部更靠近在一起，这有助于提供对固化单元更好的控制。固化单元可被配置为允许从锁定的打印位置在任何方向上移动至少50mm。

如图4d所示，力传感器中的一个力传感器定位在旋转致动器对中的每个旋转致动器对下方。即，每对旋转致动器安装在公共致动器对安装架417a-c上，每个安装架经由相应的力传感器406a-c连接到框架基部432。这意味着力传感器直接位于6-DoF安装架臂的近侧端部下方，这有助于提高响应能力。应当理解，可使用更多力传感器，但是三个力传感器允许确定6个参数，包括三个力传感器中的每个力传感器上的绝对力以及三对力传感器之间的差。这6个参数提供了对在剥离期间施加到剥离层以允许打印机控制6-DoF安装架的力的充分理解。在这种情况下，力传感器是应变仪，并且每个力传感器都可测量40g至30kg之间的负荷。

在这种情况下，如图4e所示，剥离组件包括具有三对418a-c互补的平台-框架接合构件的平台-框架锁，这些互补的平台-框架接合构件被配置为将剥离层相对于框架可剥离地锁定在固定位置或可再现的相对位置。在这种情况下，平台-框架锁直接接合在升高平台431与固化单元平台421(其继而刚性地连接到剥离层)之间。即，在这种情况下，框架可被认为是横跨剥离层致动器的两端的结构，该结构当被平台-框架锁锁定时阻止致动器相对于框架移动剥离层。

在层已被打印之后，平台-框架锁被释放，这允许使用6-DoF安装架移动固化单元(和剥离层)以实现剥离。即，6-DoF安装架将大致向下移动以在剥离层与新打印的层之间施加分离力。基于所测量的力和正被打印的物体的形状，6-DoF安装架可使用其六个运动中的任一个运动来帮助确保分离快速发生并且不会损坏正被打印的物体。

在物体已经被剥离(如前所述，这可通过力测量来检测)之后，该组件被配置为将固化单元返回到其初始位置。这减少了打印步骤之间的时间。

在该返回移动期间，6-DoF安装架被配置为使剥离层405倾斜，使得当构建板和剥离层朝向彼此移动时，剥离层不平行于构建板411(或不平行于先前打印的层)。同样，返回的速度可基于由力传感器测量的力。应当理解，在返回阶段期间测量的力与将树脂从剥离层与最后打印的层之间推出有关。基于该力来控制速度允许返回速度尽可能快以加速打印，同时保持力足够低以不损坏打印产品。这还可允许使用更粘的树脂。当剥离层处于正确高度时，6-DoF安装架使剥离层返回至平行于构建板。

在该实施方案中，在剥离之后并且当固化单元仍然自由移动时，记录力传感器上的力以提供对力传感器上方的组件的重量的指示。当发生下一个分离阶段时，这可用作说明重量的基线。

当剥离层处于用于下一个干硬化阶段的位置时，平台-框架锁418a-c被接合以将剥离层相对于框架锁定在固定位置。这在图4e中示出，图4e示出了锁定到固化单元平台421的框架升高平台的下侧。在这种情况下，固化单元平台包括三个凹形连接器，并且框架包括三个对应的凸形连接器。凸形连接器是锥形的以帮助对准凸形连接器和凹形连接器。这种情况下，该锥形件被配置为即使当固化单元围绕竖直轴线旋转(例如，但以其他方式变水平的或正确地水平地取向)时也开始接合凹形构件。当平台-框架锁完全接合时，固化单元可旋转返回相对于框架的预先确定的、一致的且可再现的取向。凸形连接器被配置为横向地(例如，水平地或垂直于打印轴线地)插入以接合凹形连接器。凸形构件的横向接合阻止了剥离层相对于框架扭转。接合平台-框架锁有助于确保剥离层的位置在每个干硬化阶段期间是相同的。另外，这有助于确保材料(例如，与添加到缸中的树脂有关)的任何移动不会由于6-DoF安装架致动器中的游隙而引起剥离层的运动。

在该实施方案中，6-DoF安装架经由弹性安装架连接到固化单元。在这种情况下，弹性安装架包括三个弹簧偏置的铰接板对组件。在该实施方案中，每对致动器与相应的板对组件相关联。在这些铰接板对组件中的每个铰接板对组件中，铰接件朝向外侧布置并且弹簧定位在板的面对侧之间。应当理解，其他实施方案可使用其他弹性偏置装置，诸如弹性材料或包括可压缩气体的一个或多个柔性腔。在该实施方案中，铰接轴线被配置为平行于与铰接板对组件所连接的一对致动器的两个轴轴线垂直的轴线。这有助于确保致动器对的移动被精确地传递到顶板，同时当移动由其他致动器对间接引起时，允许顶板的移动中存在一些游隙。

铰接板对组件有助于在打印下一层之前使固化单元变水平。当6-DoF安装架升高固化单元时，每个铰接板对组件的顶板邻接升高平台的底表面。当顶板与升高平台的底表面对准时，弹性安装架的弹性允许继续调整6-DoF安装架。这有助于在不必依赖于精确调整6-DoF安装架的情况下使固化单元变水平。这意味着固化单元平台的底部可更容易地与升高平台和平台-框架锁对准。即，升高平台的底部可被认为是硬止动件，以在正确的高度和取向处停止固化单元的向上移动。

弹性安装架被配置为使得当使用平台-框架锁将固化单元锁定到框架时，6-DoF安装架的致动器可略微升高以压缩弹性安装架。通过平台-框架锁的进一步限制移动，这可有助于确保更可再现的剥离层相对于框架的位置。

在该实施方案中，构建板411连接到框架430并且被配置为沿着三个柱引导件沿着单个轴线向上和向下移动。使用三个或更多个柱引导件意味着构建板可保持水平。在物体的打印期间，构建板可仅以与层厚度对应的增量向上移动。即，因为通过使用6-DoF安装架向下移动剥离层来促进分离，所以可减少升高构建板以实现分离，然后再次降低构建板以允许打印下一层的需要。允许剥离层和构建板独立地移动可允许根据它们的功能定制致动器。例如，与需要构建板来实现分离和限定层厚度的情况相比，用于将构建板一次移动一层厚度的致动器可被配置为更精确。

在该实施方案中，缸(包括剥离层)和固化能量源接合在一起作为刚性固化单元，并且剥离组件包括具有互补的平台-单元接合构件的平台-单元锁429a-d，这些互补的平台-单元接合构件被配置为将固化单元可剥离地锁定到6-DoF安装架。固化单元在图4f中示出(为了清楚起见，没有缸壁)。图4g和图4h分别是固化单元平台421的底部透视图和顶部透视图，可使用平台-单元锁将固化单元接合并锁定到该固化单元平台。

这允许容易地移除和替换固化单元420。在3D打印机的上下文中，LCD是可能易于发生故障的元件。对于具有大量像素的大型打印机床而言尤其如此。允许固化单元作为一个整体被容易地移除可帮助减少打印机的停机时间。可将另一个固化单元快速地放入打印机中，以允许在修理移除的固化单元的同时继续打印。

在该实施方案中，如图4f、图4g和图4h所示，平台-单元锁具有四个接合构件对429a-d。构件对中的两个构件对429a、429c定位在固化单元平台421上方，并且另外两个429b、429d定位在固化单元平台421下方。在这种情况下，固化单元包括四个凹形连接器，并且固化单元平台包括四个对应的凸形连接器。凸形连接器是锥形的以帮助对准凸形连接器和凹形连接器。凸形连接器被配置为横向地(例如，水平地或垂直于打印轴线地)插入以接合凹形连接器。平台-单元锁可以是手动的或电动的。

在这种情况下，为了帮助对准固化单元，固化单元平台421包括被配置为适形于固化单元的形状的孔和支撑表面，使得固化单元可在平台-单元锁被接合之前位于支撑表面上。应当理解，当通过控制6-DoF安装架将固化单元平台相对于构建板降低时，平台-单元锁将允许向下的力被施加到固化单元。

5-DoF安装架3D打印机

图5a和图5b示出了包括剥离组件500的3D打印机的另一实施方案。图5c示出了剥离组件的特定部件。

剥离组件设备500包括：

缸501，该缸被配置为容纳可固化树脂并且具有剥离层505，该剥离层被配置为将固化能量从固化能量源503a传递到可固化树脂的缸中，以固化与剥离层接触的可固化树脂的至少一部分；

配置机构，该配置机构包括用于支撑正被打印的物体的构建板511，该配置机构被配置为控制物体相对于剥离层505的位置；和

一个或多个力传感器506a-c，该一个或多个力传感器被配置为测量当物体相对于剥离层移动时施加到该物体上的力。

与其他先前描述的实施方案一样，剥离组件包括三个子组件或单元，这三个子组件或单元被配置为相对于彼此移动。这些子组件包括：框架530、构建板511和固化单元520。构建板511和固化单元520各自经由相应的致动器独立地连接到框架530，这意味着该框架有效地限定静止参照系。框架可刚性地连接到3D打印机的基部，使得框架不相对于底板移动。因此，在这种情况下，配置机构包括能够相对于框架移动剥离层的致动器和能够相对于框架移动构建板(和附接物体)的致动器。

在这种情况下，框架530包括相对于彼此刚性地固定(例如，使用支柱、壁或其他竖直支撑件)的基部532和升高平台531。框架升高平台531处于与固化单元520类似的水平。

在这种情况下，如图5b所示，将固化单元连接到框架的致动器是5-DoF安装架的形式，该5-DoF安装架包括具有形成3-DoF安装架的一部分的臂的多个直立致动器504za-zc，以及形成滑动底板安装架的一部分的两个横向致动器504x、504y。该实施方案中的力传感器定位在3-DoF安装架与滑动底板安装架之间以限制力传感器上(或在直立致动器的中的每个直立致动器的底部处)的重量。

5-DoF安装架被配置为控制剥离层(在这种情况下，剥离层是固化单元的一部分)相对于框架的位置。

直立致动器提供3个自由度，包括在两个方向上倾斜以及向上和向下的平移。应当理解，可存在多于三个直立致动器。例如，在一些实施方案中，可存在定位成与缸的四个拐角相邻的四个直立致动器。

在一些实施方案中，致动器连接到固化单元的点之间的区域可延伸超过剥离层的区域。这意味着当致动器中的任一致动器被降低时，剥离层的区域(例如，在缸内)都不由于围绕另一个静止致动器枢转而升高。这可减少对正被打印的物体的损坏。

每个直立致动器504za-zc的底部端部安装在力传感器的铰接件上。每个直立致动器铰接件的轴线被配置为是水平的且垂直于直立致动器的底部与装置的中心之间的线。即，铰接件围绕圆周切向地安装，这将允许致动器和臂径向地移入和移出。这确保了铰接件不能一起移动来横向移动剥离层。直立致动器臂的顶部与允许自由旋转和倾斜的接头(例如，万向接头、旋转安装架、球窝接头或海姆接头)连接。

横向致动器506x、506y被配置为在不同的相应横向方向上移动剥离层。在该实施方案中，一个横向致动器506x被配置为使得第一底层底板509x能够相对于框架532在第一方向上(前后)横向移动。第二横向致动器506y被配置为使得第二底层底板509y能够相对于第一底层底板509x横向移动。这些底层底板中的每个底层底板安装在导轨上，以帮助限制致动器相对于每个轴线的相对移动。

通过两个横向致动器的操作，第二底层底板509y可相对于框架532在任何横向方向上移动。这提供了两个附加的自由度。在该实施方案中，两个致动器被配置为在正交或垂直方向上移动底层底板509x、509y。如果它们不对准，任何其他两个方向也是可以的。这两个致动器各自被配置为当剥离层处于其打印位置时引起平行于剥离层的运动。

竖直致动器安装在第二底层底板上。一起发起动作的致动器504za-zc、504x、504y允许以下运动：

·平移包络：

о在X轴上向前和向后移动。(涌动)

о在Y轴上向左和向右移动。(摇摆)

о在Z轴上向上和向下移动。(起伏)

·旋转包络：

о在X轴上从一侧到另一侧倾斜。(滚动)

о在Y轴上向前和向后倾斜。(俯仰)

应当理解，与先前实施方案的6-Dof系统相比，使用5-DoF系统可更简单地实现这些单独移动中的一些移动。例如，在Y轴上的横向摇摆运动可使用本5-DoF系统中的单个致动器来实现，而先前实施方案的6-DoF系统中的等效运动将需要所有6个致动器的协调运动。因此，该实施方案的优点在于，致动器的运动更好地映射到实现分离通常所需的运动上，同时仍然为更复杂的运动提供多个自由度。

如在先前实施方案中，固化单元520被配置为位于固化单元平台521上。固化单元平台521是刚性基部，该刚性基部连接到直立致动器中的3个致动器。这意味着5-DoF可通过一起移动来控制该平台521相对于框架在5个自由度中的任一个自由度中的运动。

运动范围在任何方向上可以是至少60mm。更大的构建面积可具有更高的竖直运动范围。例如，一些大面积剥离层可能能够将剥离层从打印位置向下移动多达300mm。

如图4b所示，力传感器中的一个力传感器位于直立致动器中的每个直立致动器下方。这意味着力传感器直接位于3-DoF安装架臂的近侧端部下方，这有助于提高响应能力。应当理解，对于每个直立致动器将存在一个力传感器，但是三个力传感器允许确定6个参数，包括三个力传感器中的每个力传感器上的绝对力以及三对力传感器之间的差。这6个参数提供了对在剥离期间施加到剥离层以允许打印机控制5-DoF安装架的力的充分理解。在这种情况下，力传感器是应变仪，并且每个力传感器都可测量40g至30kg之间的负荷。

在该实施方案中，在缸上粘有物体的情况下，竖直致动器和臂形成多边形(在这种情况下为三角形)的拐角。随着剥离层降低(例如，沿着z轴)，分离力可在所有三个力传感器上增加。当横向致动器用于在x-y轴上移动时，对于力传感器，分离力将不同地增加。即，横向运动可用于跨各个力传感器施加不同的力。应当理解，将使用移动的组合(包括竖直运动和横向运动)，这将在拉动以产生分离期间产生力的组合。

如在先前实施方案中，剥离组件包括具有多对(在该情况下为四对)互补的平台-框架接合构件的平台-框架锁，这些互补的平台-框架接合构件被配置为彼此接合以将剥离层相对于框架可剥离地锁定在固定位置或可再现的相对位置。在这种情况下，平台-框架锁直接接合在升高平台531与固化单元平台521(其继而刚性地连接到剥离层)之间。即，在这种情况下，框架可被认为是横跨剥离层致动器的两端的结构，该结构当被平台-框架锁锁定时阻止致动器相对于框架移动剥离层。在这种情况下，平台-框架锁由控制器气动地致动和控制。

在层已被打印之后，平台-框架锁被释放，这允许使用5-DoF安装架移动固化单元(和剥离层)以实现剥离。即，5-DoF安装架将大致向下移动以在剥离层与新打印的层之间施加分离力。基于所测量的力和正被打印的物体的形状，5-DoF安装架可使用其五个运动中的任一个运动来帮助确保分离快速发生并且不会损坏正被打印的物体。

在物体已经被剥离(如前所述，这可通过力测量来检测)之后，该组件被配置为将固化单元返回到其初始位置。这减少了打印步骤之间的时间。

在该返回移动期间，5-DoF安装架被配置为使剥离层505倾斜，使得当构建板和剥离层朝向彼此移动时，剥离层不平行于构建板511(或不平行于先前打印的层)。同样，返回的速度可基于由力传感器测量的力。应当理解，在返回阶段期间测量的力与将树脂从剥离层与最后打印的层之间推出有关。基于该力来控制速度允许返回速度尽可能快以加速打印，同时保持力足够低以不损坏打印产品。这还可允许使用更粘的树脂。当剥离层处于正确高度时，5-DoF安装架使剥离层返回至平行于构建板。

在该实施方案中，在剥离之后并且当固化单元仍然自由移动时，记录力传感器上的力以提供对力传感器上方的组件的重量的指示。当发生下一个分离阶段时，这可用作说明重量的基线。

当剥离层处于用于下一个干硬化阶段的位置时，平台-框架锁被接合以将剥离层相对于框架锁定在固定位置。在这种情况下，固化单元平台包括四个凹形连接器，并且框架包括四个对应的凸形连接器。凸形连接器是锥形的(例如，具有凹坑形状)以帮助对准凸形连接器和凹形连接器。凸形连接器在竖直方向上是锥形的以有助于竖直对准，并且在横向方向上是锥形的以有助于围绕竖直轴线旋转对准。当平台-框架锁完全接合时，固化单元可旋转并平移回到相对于框架的预先确定的、一致的且可再现的取向。凸形连接器被配置为横向地(例如，水平地或垂直于打印轴线地)插入以接合凹形连接器。凸形构件的横向接合阻止了剥离层相对于框架扭转。接合平台-框架锁有助于确保剥离层的位置在每个干硬化阶段期间是相同的。另外，这有助于确保材料(例如，与添加到缸中的树脂有关)的任何移动不会由于6-DoF安装架致动器中的游隙而引起剥离层的运动。

在该实施方案中，构建板511连接到框架530并且被配置为沿着三个柱引导件沿着单个轴线向上和向下移动。在这种情况下，柱中的两个柱被配置为向上和向下驱动构建板，并且第三个柱保持构建板的取向但不驱动该构建板。可使用驱动和非驱动柱的其他配置。

在这种情况下，在缸的一侧上没有放置柱，以允许容易地插入和移除缸。

使用三个或更多个柱引导件意味着构建板可保持水平。在物体的打印期间，构建板可仅以与层厚度对应的增量向上移动。即，因为通过使用5-DoF安装架向下移动剥离层来促进分离，所以可减少升高构建板以实现分离，然后再次降低构建板以允许打印下一层的需要。允许剥离层和构建板独立地移动可允许根据它们的功能定制致动器。例如，与需要构建板来实现分离和限定层厚度的情况相比，用于将构建板一次移动一层厚度的致动器可被配置为更精确。

在该实施方案中，缸(包括剥离层)和固化能量源被使用具有互补的平台-单元接合构件的平台-单元锁529a-b保持在适当位置，这些互补的平台-单元接合构件被配置为将固化单元可剥离地锁定到5-DoF安装架。

在该实施方案中，如图5c所示，平台-单元锁具有两个互补的接合构件对529a-b。在这种情况下，固化单元包括四个凹形连接器，并且固化单元平台包括两个对应的凸形连接器。凸形连接器是锥形的以帮助对准凸形连接器和凹形连接器。凸形连接器被配置为竖直插入以接合凹形连接器。平台-单元锁可以是手动的或电动的。

在这种情况下，为了帮助对准固化单元，固化单元平台521包括被配置为适形于固化单元的形状的孔和支撑表面，使得固化单元可在平台-单元锁被接合之前位于支撑表面上。为了帮助横向定位，固化单元平台还包括壁屏障，当缸邻接壁屏障589时，该壁屏障使平台-单元锁529a-b的接合构件对对准。应当理解，当通过控制6-DoF安装架将固化单元平台相对于构建板降低时，平台-单元锁将允许向下的力被施加到固化单元。

与先前实施方案不同，缸和固化单元不直接彼此接合。在该实施方案中，将固化能量源插入到固化单元平台中的孔中，然后将缸滑入到该固化能量源上方，直到其邻接壁屏障589。然后，通过降低平台-单元锁529a-b来将缸锁定在适当位置，这将缸锁定在适当位置并捕获固化能量源，使得缸不能相对于固化单元平台521移动。这允许容易地移除和替换固化单元520。

在3D打印机的上下文中，LCD是可能易于发生故障的元件。对于具有大量像素的大型打印机床而言尤其如此。允许固化单元作为一个整体被容易地移除可帮助减少打印机的停机时间。可将另一个固化单元快速地放入打印机中，以允许在修理移除的固化单元的同时继续打印。

机器学习

剥离组件可被配置为记录每个致动器上的随与每个层的配置相关联的时间而变化的力。还可记录每个致动器的响应(例如，每个致动器的随时间而变化的速度)。这可与树脂或用于打印该层的树脂的性质(例如，未干硬化树脂的粘度、干硬化时间、弹性模量、屈服点、极限强度、干硬化树脂的断裂点中的一者或多者)一起存储。应当理解，使用树脂的性质可允许使用(或更快速地学习)新树脂，前提是这些新树脂的性质中的一些或全部性质是已知的。

应当理解，所存储的信息可与分离步骤和/或接近步骤相关联地存储，这取决于在记录信息时剥离组件正在执行的阶段。

该系统可被配置为接收关于打印物体的质量的信息。这可通过剥离组件本身来检测。例如，剥离组件可被配置为将特定的时间力分布与打印物体中的破损或者在打印期间从构建板的脱离相关联。对于由剥离组件检测到的打印缺陷，故障将与在故障时施加到打印物体的力分布相关联。例如，如果在接近期间发生损坏，则系统将认识到在该接近阶段期间施加的力可能导致打印故障。

在其他实施方案中，可在打印后检查打印物体。可将检查的结果与所记录的数据一起处理。应当理解，检查可以是对物体是否被打印到可接受标准(例如，合格/不合格)的简单二元测量。检查还可设法更具体地识别故障的本质。例如，如果特定层被发现是有故障的，则该信息可允许处理器利用在该层被打印的时间附近所记录的数据来识别该故障。类似地，检查可设法识别缺陷的本质是否是打印过程期间的张力或压力所导致的。张力缺陷可与分离阶段相关联，并且压缩缺陷可与接近阶段相关联。

剥离组件可被配置为减少打印缺陷的数量(例如，减少至预先确定的可接受水平)并提高打印速度。为了实现这一点，剥离组件可被配置为利用机器学习来调整致动器对力分布测量的响应。

对于新树脂，剥离组件可被配置为用一系列一个或多个标准物体进行一系列标准打印测试，以便允许系统使打印机的响应适应于该树脂。这可被认为是学习阶段。另外，系统可被配置为当被提供反馈时继续学习并改进对实际打印任务(例如，正常阶段)的系统响应。这对于打印明显在标准打印测试期间打印的物体的范围之外的物体而言可能是特别重要的。

机器学习的一个方面是改进对屏幕上的每个层和形状的干硬化时间的估计。更小的形状通常需要比更大的形状更长的干硬化时间。通过理解不同尺寸形状的适当干硬化时间，系统可估计每个层的适当干硬化时间，从而产生基线干硬化时间。

该系统将需要测量并存储每个层的力。一旦打印完成，就对该打印进行测量，以确定该打印的精度，并用在分离过程中呈现的力来对该打印进行衡量，以根据给定几何形状和不同层处的实际部件的变化来确定预期的力。

除了适当干硬化时间之外，可通过改变各种打印物中的支撑性质并找到针对力和部件精度的最佳所得打印物来估计合适的支撑量。3D打印支撑件不是期望物体的一部分，但是它们用于(例如，被打印来)在打印期间支撑模型的部分。这意味着一旦打印结束，用户就具有移除这些结构的附加任务。

机器学习算法可通过以不同尺寸打印简单形状(例如，圆形、正方形、环形)开始，并且系统将在那些切片上测量在不同干硬化时间下的对应力。然后将在不同的层处测量物体。可使用CMM(坐标测量机器)、3d扫描仪或用手进行测量。一旦测量，系统就将获取该数据，并确定对于该部件具有适当干硬化时间的层以及与这些层对应的力。每种形状和尺寸的适当干硬化层的平均干硬化时间将被存储并用作用于开始打印的基线。

3D打印的许多层可包含不同尺寸的分离的图像，每个图像需要不同的干硬化时间。系统还将使用基线数据来确定每个图像的适当干硬化时间。然后打印机将确保每个图像被适当干硬化。这可以多种方式进行。第一种方式是，通过使光变暗或产生灰度图像来降低对于需要短干硬化时间的区段的UV功率，以使这些区段的干硬化时间与针对该切片需要最长干硬化时间的最小区段相同。确保切片中的所有图像被适当干硬化的另一种方式是，在每个图像达到其适当干硬化时间时简单地熄灭每个图像的光。

在已经测试了大的尺寸变化并且该系统能够以足够低的误差范围对适当干硬化时间做出良好的估计之后，该系统应当能够针对样品尺寸之间的任何尺寸内插干硬化时间和力。

知道了期望适当干硬化模型的干硬化时间和力两者，系统可使用这些力来检查和更新干硬化时间。在力低于预期的情况下，干硬化时间可增加，反之亦然。

在测试了许多简单的形状之后，系统将不得不将这些简单的形状一起拼凑成更复杂的形状，直到它将能够预测抛给它的几乎任何形状的结果。

在层形状的顶部上，力分布也可很大程度上受到先前层的影响。尤其是大悬垂物。就悬垂物而言，可能存在产生大的力的吸盘效应。为了进一步提高系统的智能，将必须测试处于不同尺寸、形状和偏移的悬垂物和其他特征。

与悬垂物相结合，系统将必须确定用于打印的适当支撑。适当量的支撑将减小吸盘效应并减小分离但附接到部件所需的力，并且可在其附接处留下痕迹。这不是可在打印期间改变的变量，而是必须在开始打印之前确定。因此，为了测试这一点，将在不同的悬垂物上测试具有不同支撑设置的打印物，以确定每个悬垂物所需的适当支撑。支撑设置将包括支撑密度、接触尺寸、支撑基部尺寸和支撑角度。在每次打印之后，打印将被测量并与力比较以确定最佳支撑设置。所需的支撑仅取决于打印几何形状，不受温度和在整个打印过程中改变的其他难以测量的性质的影响，因此该变量不需要在整个打印过程中被监测和改变，并且因此可在开始打印之前用大得足以理解几何形状将如何反应的数据库来容易地确定。

其他选项

剥离组件可包括被配置为在分离期间振动刚性剥离层的振动致动器。振动致动器可位于剥离层的四个拐角处。

如果力保持高于阈值，则可降低构建板的提升速度。然而，如果从剥离层剥离干硬化层，则这将通过力的突然下降而被检测到，这将促使打印机快速地定位构建板，使得物体与剥离层相距一层厚度，以准备用于下一个干硬化步骤。

构建板的升高和剥离层的升高可在分离之后同时发生。构建板可被配置为以不比构建板的升高速度快的速度升高。将两者一起升高可帮助阻止树脂流入，如果树脂流入，则随后需要挤出树脂。这可帮助减小在接近期间施加到最近打印的物体的力。

构建板的升高可在分离期间发生。这可减小剥离层在分离期间必须降低的距离。

剥离组件可被配置为当要进行进一步的力测量时暂停或停止振动。

剥离组件可具有连接到构建板的力传感器。

尽管已经相对于优选实施方案及其优选用途描述和说明了本发明，但是本发明不限于此，因为如本领域技术人员所理解的，可在本发明的全部预期范围内进行修改和改变。

Claims (23)

1.一种用于3D打印机的剥离组件设备，所述剥离组件设备包括：

缸，所述缸被配置为容纳可固化树脂并且具有剥离层，所述剥离层被配置为将固化能量从固化能量源传递到可固化树脂的所述缸中，以固化与所述剥离层接触的所述可固化树脂的至少一部分；

配置机构，所述配置机构包括用于支撑正被打印的物体的构建板，所述配置机构被配置为控制所述物体相对于所述剥离层的位置；和

一个或多个力传感器，所述一个或多个力传感器被配置为测量当所述物体相对于所述剥离层移动时施加到所述物体上的力。

2.根据权利要求1所述的剥离组件设备，其中所述剥离组件包括3-DoF安装架，所述3-DoF安装架包括多个直立致动器，所述多个直立致动器被配置为使得所述剥离层能够围绕两个轴线倾斜并且向上和向下移动。

3.根据权利要求2所述的剥离组件设备，其中每个直立致动器安装在相应的力传感器上。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的剥离组件，其中所述剥离组件包括滑动底板安装架，所述滑动底板安装架包括多个致动器，所述多个致动器被配置为在任何方向上横向移动所述剥离层。

5.根据权利要求1所述的剥离组件设备，其中所述剥离组件包括框架，并且其中所述配置机构被配置为相对于所述框架以至少5个自由度移动所述剥离层。

6.根据权利要求1所述的剥离组件设备，其中所述剥离组件包括框架，并且其中所述配置机构包括6-DoF安装架，所述6-DoF安装架包括被配置为控制所述剥离层相对于所述框架的位置的六个旋转致动器。

7.根据权利要求7所述的剥离组件设备，其中所述六个旋转致动器成对地安装，并且每对致动器经由所述力传感器中的一个力传感器安装到所述框架。

8.根据权利要求6至7中任一项所述的剥离组件设备，其中所述剥离组件包括具有互补的平台-框架接合构件的平台-框架锁，所述互补的平台-框架接合构件被配置为将所述剥离层相对于所述框架可剥离地锁定在固定位置或可再现的相对位置。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的剥离组件设备，其中所述6-DoF安装架经由弹性安装架连接到所述剥离层。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的剥离组件设备，其中所述缸和所述固化能量源接合在一起作为刚性固化单元，并且其中所述剥离组件包括具有互补的平台-单元接合构件的平台-单元锁，所述互补的平台-单元接合构件被配置为将所述固化单元可剥离地锁定到所述6-DoF安装架。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的剥离组件设备，其中所述配置机构包括致动器，所述致动器被配置为使所述剥离层倾斜，使得当所述构建板和所述剥离层朝向彼此移动时，所述剥离层不平行于所述构建板。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的剥离组件设备，其中所述剥离组件被配置为基于所测量的力来调整所述构建板朝向所述剥离层的接近速度。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的剥离组件设备，其中所述配置机构包括致动器以使所述剥离层倾斜并将所述剥离层与固化层分离，并且其中所述构建板被配置为沿着单个轴线刚性地平移。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的剥离组件设备，其中所述构建板被配置为在分离之后平移与待打印的下一层的预先确定厚度对应的量。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的剥离组件设备，其中所述剥离层被配置为从打印位置移动以实现分离并且在分离之后返回到所述打印位置。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的剥离组件设备，其中所述剥离组件被配置为对正被打印的层的每个区域分配干硬化值，并且基于所述干硬化值来调整以下中的一者或多者：来自所述能量源的施加到每个区域的所述固化能量的强度和持续时间。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的剥离组件设备，其中所述剥离组件被配置为基于所测量的力的绝对值来控制所述构建板相对于所述剥离层的所述运动。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的剥离组件设备，其中所述剥离组件被配置为在所述力低于低阈值的情况下增加分离速度。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的剥离组件设备，其中所述剥离组件被配置为响应于检测到所测量的力以高于预先确定的力下降速率阈值的速率减小而停止将所述构建板与所述剥离层分离。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的剥离组件设备，其中所述剥离组件被配置为响应于检测到所测量的力减小至低于剥离阈值而停止将所述剥离层与所述构建板分离。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的剥离组件设备，其中所述剥离组件被配置为基于所述配置机构的先前行为来调整如何控制所述配置机构。

22.根据权利要求1至21中任一项所述的剥离组件设备，其中所述剥离组件被配置为：

记录关于以下项的数据：所述力传感器中的每个力传感器上随时间而变化的所测量的力、每个层的配置，以及所述配置机构的随时间而变化的配置，

将所记录的数据与关于所使用的所述树脂的信息相关联地存储；

接收关于所述打印物体的质量的反馈；以及

调整所述配置机构如何响应于所测量的力，以减少打印缺陷的比率并增加打印的速度。

23.一种用于控制从3D打印机剥离正被打印的物体的方法，所述方法包括：

干硬化在正被打印的物体与剥离层之间的树脂层，所述剥离层被配置为将固化能量从固化能量源传递到可固化树脂的缸中，以固化与所述剥离层接触的可固化树脂的至少一部分；

使用配置机构相对于所述剥离层移动所述物体以剥离所述正被打印的物体；

测量当所述正被打印的物体相对于所述剥离层移动时施加到所述物体上的力；以及

基于所测量的力来控制所述配置机构。