CN1270883A - 一种新的分层制造设备与工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种分层制造设备与工艺。整个过程有以下步骤:(1)操作材料成型子系统,按预定的比例喷射选择好的液体组分和固体组分;(2)在材料成型子系统附近有一物体支撑平台,用来接收沉积材料;(3)在材料沉积过程中,在x－y平面和z方向相对移动成型子系统和物体平台,使成型材料形成实体第一层。重复上述步骤沉积多层以形成三维形状。这些步骤是用计算机控制。此系统可生成彩色物件,为实体的未支撑部位生成支撑结构。本发明效率高、精度高。

Description

一种新的分层制造设备与工艺

本发明是计算机控制的实体生产设备和工艺，是一种新的以逐层制造三维实体的设备与工艺。

固体自由成型(SFF)或分层制造或快速成型(RP)是一种采用逐点或逐层成型的新的快速成型工艺。这个工艺首先要创建计算机辅助设计(CAD)文件，用此文件来表征物体的图像。通常将CAD文件转化为立体光刻格式(STL)，在该格式中，物体的内外表面被大量的小三角形面近似，这些三角形的顶点相连。每个三角形面以三个顶点表示，它们的坐标为(x₁，y₁，z₁)，(x₂，y₂，z₂)，(x₃，y₃，z₃)，每个三角形面还附加一个表示其法向的正交单位矢量(i，j，k)，用以区别内外表面。物体图像文件被进一步分割成大量的薄层，每层的轮廓线由多个线段表示，线段相连构成多边形。利用计算机控制码(CNC)如G码、M码将每层的数据转化为工具路经数据，然后用这些代码来驱动制造工具，逐层制造实体。

目前国内外同行对此技术进行广泛的研究，如最近的美国专利5738817，1998年4月，发明人Danforth等，公开了用颗粒物分散在粘合剂中所形成的混合物成型三维物体的熔融沉积工艺。其它熔融挤出类型的工艺还包括以下几个专利，如Valavaara的美国专利4749347，1988年6月；Masters的美国专利5134569，1992年7月；Batchelder等的美国专利5402351，1995年和5303141，1994年。这类以熔融挤出为基础的沉积系统制造出的零件精度较低。

1987年5月12日发布的美国专利4665492，发明人Masters提供了一种喷射树脂液滴的零件制造工艺。该工艺被称之为弹道粒子成型(BPM)。BPM工艺是将热塑性树脂加热至熔点以上并将液态树脂抽至喷嘴，从不同方向喷出小液滴沉积在基层上。尽管3D SYSTEMS公司可以提供多头喷射的快速成型系统，液滴的尺寸范围在30～50μm，虽然可以小到13μm精度高但效率低。

1996年9月10日发布的美国专利5555481，公开了一种基于粉末的分层制造方法，该方法能用空间控制材料组成，它使用了二种不同类别的材料来成型零件。在完成了所有层的沉积过程后，经过压缩但尚未凝固的零件是非常纤弱易碎的，在后续处理中有变形的倾向。由于这些几何形状变化在制件的最后加工过程中不可必免，因而很难采用任何纠正措施来确保制件的精确度。

1997年9月10日公开的中国专利1158787(发明人是新加坡的林国才)“快速成型系统和方法”，采用组合的热压装置和激光切割装置驱动导向机构，以实现高精度成型，但速度难以提高。

中国专利1163807发明人为清华大学的颜永年等，他发明的“可完成多种快速原型制造工艺的多功能设备”，能完成多种快速成型工艺，可进行新成型工艺的研究和集成，但速度和精度都有待提高。

总之，迄今为止，该领域大部分分层制造技术只局限于用来制造均一材料组成的零件，而且由于要使用特殊的凝固机理。许多其他的技术只限于制造特殊的聚合物的零件，例如立体光刻和实体磨削工艺(SGC)就依赖于紫外光(UV)诱发可光固化的聚合物如丙烯酸脂和环氧树脂。

单独的液滴沉积或熔融挤出都不能满足快速成型对速度和精度两者的基本要求。液滴喷射精度高但速度低，而熔融挤出相对速度快但精度低。

另外，大部分当前的RP体系不能有效地逐点逐层的改变物体的颜色，理论上讲，在熔融挤出体系中，可通过给材料注入不同颜料来改变每股液体的颜色，但在加入一种新的颜料后，挤出设备需要相当长的时间才能喷射这种新颜色的材料，挤出设备的料室和喷嘴之间有限长度的流道使得颜料的混合不理想。

虽然美国专利5015312中公开了一项以长片材料成型预定的形状和颜色的三维表面方法和相应的设备，因最后堆积和铺层工序必须手工完成，建立每层的色彩轮廓是一个很耗时的过程，效率低，劳动强度大，更有由于色彩不出现在横截面的边缘表面，因此单一横截面层形成的结构的任何部分，都无法呈现所需的色彩。

1994年4月12日公开的美国专利5301863的形状沉积制造(SDM)系统，它包含一个材料沉积站和多个工艺站，每个工艺站提供一个单独的功能，以便当这些功能按顺序执行时，物体的一层完成后就准备下一层的沉积。该系统需要像机械手那样的物件转移设备，在回到沉积工艺站制造下一层前，重复将物体支撑平台和在其它形成的任一层移动到一个或更多的工艺站。在工艺站中这些增加操作会使物体与物体平台之间的相对位置发生偏移，物件的精度损失多。由于工艺的复杂和精细，整个设备体积大、重量大，昂贵且不易维护，操作复杂。

为克服目前现有技术存在的缺陷和不足，本发明精心构思了一种新的分层制造设备和工艺，可高效率制造出高精度的物体。

本发明是一种新的分层制造设备与工艺，其设备是集材料沉积子系统、物体支撑平台和三维运动设施为一体，材料沉积子系统主要由液滴沉积装置和粉末铺层装置组成，液滴沉积装置包括多重流道，每个流道都可输送可固化的液体组分；一个喷嘴至少有一个与相应的通道和一个出料口相连的流体流道；还有用来激活液滴并通过喷嘴喷出的动作器，放在与这些通道相连的位置上；粉末铺层装置包括至少一个能输送固体粉末颗粒的流道，一个喷嘴至少有一个与之相应通道和出料口相连的通道，还包括用于控制相应流道的阀。

物体支撑平台是平的，以收集靠近材料沉积子系统的喷嘴排出的材料。

运动装置是将材料沉积设备与平台集成，使二者在x-y面及垂直于该面的z方向上做相对运动，沉积液滴或固体粉末，从而形成三维物体。

运动装置是根据计算机的指令进行运动的，计算机先运行三维物体的CAD文件，这样即建立了物体的图像，然后再将图像分成所需的层数，每层由数据点集合代表一个多元段组成，这些数据转化成机器控制语言，来驱动运动装置在内的功能元件。

一种新的分层制造设备与工艺，其特征在于，该分层制造工艺步骤包括启动材料成型子系统，它包括启动一个能提供多相液体组分并按要求以液滴方式喷射液体组分的多流道液体沉积装置，以及一个能将粉末颗粒铺到预定位置的固体粉末铺层装置；在材料沉积子系统附近装有一个物体支撑平台，用来接收液滴和粉末颗粒；在液滴喷射和粉末铺层过程中，在x-y平面以及与该面垂直的z方向上，相对移动材料沉积子系统和物体支撑平台，形成由液滴和固体颗粒组成的三维物体。即在平行于x-y平面的方向相对移动材料沉积子系统和物体支撑平台，使得在平台上形成第一层沉积材料；根据预定的厚度，将材料沉积子系统与平台分开，当靠近材料沉积子系统喷嘴部分的第一层固化后，将第二层沉积材料铺设在第一层上，同时在平行于x-y平面的方向上，相对移动平台和沉积子系统，使得第二层的液滴固化，并与第一层粘结在一起；当每一前置层形成后，在z方向上，按预定的厚度将平台和沉积子系统分开，控制每一后续层的喷射在邻近沉积子系统的前置层液体材料固化后进行。

本发明与现有技术相比，具有如下特点：

1.本发明是一项在计算机控制下逐层制造三维物体的独特而新颖的方法，能使物体获得所需要的颜色，可使制造物体的精度和效率同时提高，克服了二者相克的矛盾。

2.本发明允许空间控制两种或两种以上不同类型材料组成制造物体。

3.本发明对材料的种类限制小，液体组分与固体粉末可以从很大范围包括不同的有机、无机材料以及复合材料中选择。

4.本发明提出了一种适应性分层方法并配有厚度传感器，可在工艺进行过程中纠正任何一层的厚度偏差，这对物件有精度要求的制造提供了保证。

5.本发明制成的物件可以不是永久性固定的(除非要求这样)，能在层与层间很好地分离，分离后的部分又可以很容易地重新组成完整的物件，它的潜在的应用前途是可制造三维智力拼图。

6.本发明设备体积小、重量轻、价格低廉且易于维护。

结合附图，进一步阐述本发明。

图1是分层制造三维物体的设备图解，包括一个多流道液滴沉积装置14，一个粉末铺层装置15，一个能在x-y平面与垂直于该平面的z轴方向上按预定顺序移动的物体支撑平台16，以及计算机10，通过计算机10建立了物件图像12，硬件控制器13(包括信号发生器，放大器和其它要求的功能元件等)并控制其它构件运转，在物件支撑平台附近安装了用于控制堆积物件18时的平台周围环境的温度调解装置和泵(未画出)

在材料沉积子系统中，液滴喷射装置都要用到热喷射打印头和压电激发喷射打印头。图2是一个压电激发喷墨打印头的示例。在这个装置中，能按需要喷洒的喷墨打印头在一个平面内高密度地排列，由一个大量平行的液体通道52组成的打印头主体60构成的，通道52装有液体组合物54，并截止于相应的喷嘴板55，在板上有排料口56，每个通道有一个排料口，液滴按要求从通道52中喷出并沉积到所选择的物件的前一层或物件平台上的打印线58上的位置上。

打印头主体60有一个平台基体70，通道52镶在其上，并平行向后延展至喷嘴板55处，通道52长、宽截面为矩形，且侧壁61能延伸通道的长度，沿着整个长度相对于通道轴向作横向移动，这样就使通道内的液体混合物的压力发生变化，使液滴从排料口56喷射出去。每一个流道52均通过一个横向的通道(未画出)与排料口的远处末端相连接，这个横向的流道通过管子24或64顺次地与液体供料室22相连接，用于激发管道侧壁的电气连接(未画出)接到位于基体70上的硅芯片66上，供料室中装有基体材料和几种不同染料的液体，22只给出几种供料室中的一个，增加的供料室可连接到像64那样的管子上。图2还包括能提供不同液体组合物的分开的供料室和导管，优选至少要有一种液体组合物含有用于制造物件外部区域(物件表面)和粘合物件内部区域(物件内腔)上的固体粉末颗粒的基本材料。

为了制造彩色物件，一个供应室用来供应基本材料，即构成物件的主体制造材料，其余的供应室分别或共同用来提供不同的颜料。基本材料供应通道和至少一条颜料供应通道同时或顺次地喷射各自的液滴，来制造物件的某一部分。

另外，多流道装置可以简单地由多个可分离的液滴喷射装置组成，每个装置只有一个或两个通道。在两个通道装置中，一个通道可以用来喷射基本材料而另一个喷射颜料，在一组工作的几个喷射装置中，必须至少要有一个通道用来沉积含有基本材料的液体组合物，其余的通道含有液体颜料，或者所有的通道填有基本材料和选择的颜料的混合物，也可优选一条通道用来沉积象蜡那样的用于建造所需支撑结构的材料。

在液体喷射装置中，最好配有温度控制装置(未画出)，以确保喷射材料在供应室、导管或喷射前的通道中为可流动状态。加热和冷却装置(如加热元件、冷却管热电偶以及温度控制器〔未画出〕)可配备在平台16的周围区，用来控制材料在平台上的固化行为。

图3给出一种多通道粉末传送系统简图，它能按预定比例提供和喷涂不同的粉末混合物。这里只给了两条通道，图中供料室31A、31B用来存放不同的固体粉末，可供选择的搅拌装置35A或35B，是用来加快粉末颗粒通过阀门37A或37B，这些阀门通过电子方式连接到计算机10调节的机械控制器13上，阀门开启后，粉末通过导管39A或39B进入可选择的混合室36，再通过排料口41进行喷涂。不同供料室的不同粉末在喷涂前就在混合室36进行混合，粉末的比例可以调节成连续或间接的变化，如调节阀门37A或37B的开口大小。

图4是另一种多通道粉末传送装置简图，它只画出三个气动设备的通道。该装置是用塞相传输的方法以减少经常发生在浓质传输中的塞输现象。此装置中，容器71用来存放粉末72，压缩空气通过导管82导入，通过阀门76或78的交替操作，空气分别进入管道80或81，在第一个通道74中形成和向前传送不同的塞状粉末材料，其它通道(如88和89)也同样配有容器、管道、阀门(未画出)来形成和移动塞状的不同类别的粉末材料。塞状材料在可选择的混合室92中混合，然后通过喷头的排料口94进行喷涂，由于塞状材料被塞状空气分离，所以此装置不能提供连续的粉末流，但如果需要，可通过两条平行但相位相反的管线得到连续的粉末流，通过控制此装置中每一个材料供应系统中塞块的速度，各种材料可按不同的比例组合和沉积，这种通道粉末传送装置可以制造空间上带有不同组分材料的零件。

图5是流程图，表明多步执行的分层制造过程。该过程是以表示实体数据的数学模型的建立开始的，它是以代表一层的一组数据来储存的，这些层累加起来，表示整个物体。每一组数据对应于单层沉积材料的物理尺寸，一系列这样的数据按一定的逻辑顺次存储在计算机中，层层堆积起来就形成实体。

在三维实体的组成层形成之前，此实体的几何形状按一定的逻辑顺次分成一系列关连的理论层，每一理论层是由厚度和一组封闭的非相交的曲线形成了二维的平滑表面。这些理论层是以数据组的形式存储于计算机中的，因而被称为“逻辑层”，这组曲线形成了逻辑层的轮廓即横截面。最简单的情形为每一个二维的逻辑层为一平面，这样每一层是平的，每一特定层的各处厚度一样，但不是所有的情况都必须这样，每一层也可以是期望的曲面，并且每一层的厚度可以是它的二维平面上的点的位置的函数，逻辑层的数据组可以通过以下任一方式建立：

1.对于一个三维CAD模型，将代表模型的数据进行逻辑分层。

2.对于拓扑数据，直接用来表示区域的轮廓。

3.对于几何实体，用连续的曲线来表示，这些曲线是在x-y-z直角坐标系中将z设为常数来代表每一预定的几何形状。

4.还有其它适宜的方法，即计算机X线断层照相(CT)、磁共振成像(MRI)、卫星侦查、数字化激光、行程测定等方式也可获得数据，从而得到用计算机表示的三维实体方法。

另一种方法是用传感器定期测量新层形成时实体的尺寸，并用获得的数据帮助确定实体的每一个新的逻辑层，有可能的话，能确定每一新层的曲面和厚度，这种方法叫“适应性曲面的分层”。该法能使所制造的实体的最后尺寸更精确。

一部分代表每一层的封闭的、非相交的曲线明确地将二维平面分成两个特征区，其中一个是平面与指定的三维实体相交的部分称之为“阳区”，另一个区是与所需实体不相交的部分称之为“阴区”，液滴和固体粉末被沉积在阳区，而蜡被沉积在每一层阴区的特定部位或全部区域作支撑结构。

图6给出了一个解决非曲线的层间阶梯效应的办法和过程。图6B是一个三维实体的全视图。这个实体如按常规SFF技术一层一层堆积，就很可能出现图6A所示的“阶梯效应”，这样两层之间的阶梯(周边区域)可以用细的液滴来沉积如图6C和图6D那样，这些液滴一层接一层的堆积，厚度可由非常薄到阶梯的厚度，即从一层末端到此阶梯另一层末端的厚度变化。这些阶梯区域可由细液滴组分来堆积，而单层的主体则由液滴和粉末颗粒的混合物来堆积，这种办法能有效地减少或消除阶梯效应，提高零件的精确度。此方法还可通过图6E所示的进一步将周边区域分成几个薄的子区来实现，每一个子区在数学上可看成一个逻辑层，这个逻辑层的数据又被转化成程序信号，去驱动液滴沉积装置形成阶梯厚度的周边区域。

图7表示物件的外表面是曲线的阶梯效应及其边界区域情况。图中的110是表示液滴沉积装置沿着界面曲线走形成的边界区域，边界区域主要由预定的颜色的液滴和材料组份的液滴组成。边界区的宽度可以预设，宽的边界区表明液滴区域能更深的进入到横截面的内部。图中的112表示了边界区域的内边界决定了内部空间的大小。阶梯效应同样使用液滴喷射装置生成阶梯厚度的周边区域来减少。

图8表示使用压实器来辅助实现含有大量固体粉末的区域的压实。图中的115表示小型滚筒压实器，117是用滚筒压实器115已压好一层的区域，119是准备要压实的剩余的区域。如果不压实，细粉末颗粒间容易存留间隙空气。喷射的液滴会取代一部分空间，用滚筒(或用刮刀压实)滚碾粉末窝积的区域有利于进一步减少或消除空气间隙，以加强物件密度，以及使单层达到预定厚度。

关于材料，液体材料不必全为溶融态，可将水溶性材料如聚环氧乙烷与定量水混合，形成可流动的溶液或糊状物，有些材料(如石膏和淀粉)可以被分散但不是完全溶解于水或其它元素液体中。这类材料也可以同水和其它适宜的液体一起放入供料库，以制成浆料，这种液体也可以与选定的颜料混合，最好选择在液体或细粉末中形成可注射的液态组合物。

要与平台或前一层接触的释放的液体必须满足两个条件，一个是这种材料的精度应足够高，避免沉积时过分流动，这对于要得到良好的尺寸精度是必需的。二是新释放出的液体必须能够同前一层粘合在一起。在特定的工艺条件下，这两个条件可以从以下材料中得到满足。

第一类：陶瓷、金属、蜡或半结晶聚合物材料在释放前的温度必须保持在熔点以上。物件平台和前一层的温度必须保持在熔点以下。在新一层材料要与前一层的某些部位接触前，面向沉积设备的前一层的这些部位必须已经固化。为获得彩色模型，优先使用聚合物。可选用的半结晶聚合物有聚酰胺(或尼龙)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)。

第二类：非结晶材料如玻璃(硼硅酸玻璃、钠钙玻璃)、无定型聚合物等在释放前的温度应该略高于其玻璃化转变温度。物体平台和前一层的温度应低于玻璃化转变温度。在新一层材料与前一层的某些部位接触前，面向喷头的前一层的这些部位必须已经固化。这类无定型热塑性聚合物包括聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(PC)。

第三类：可溶性材料、(如水溶性聚合物)，必需在高溶质含量(液体比例低)时保持溶液状态。物体平台和前一层的温度应保持在液体的冰点以下(最好远低于冰点)，这样，新一层材料与前一层接触时将很快凝固。在完成物件的堆积过成后，将冷冻物体置于真空环境或抽真空，来促进溶剂组分的升华(此时的“液体”组分为固态)。这就是在食品加工工业中主要的冷冻-干燥过程。这个过程完成后，物体的空隙含量很高，可以灌入蜡或环氧树脂使其成为完整的物件。

第四类：固体材料(如细陶瓷、金属或聚合物粉末)可以分散于(混合而不是溶于)液体中，形成高的固体含量的适宜粘度的糊状物。颗粒尺寸尽可能小，直径至少小于15微米，最好小于1微米，以避免从液滴沉积装置中喷出时阻塞排料口。优选像乙醇、甲醇和丙酮一样可以快速汽化的液体；在室温下具有高蒸气压的无毒材料(如酒精)是最理想的。平台上的物件堆积区域，最好处在真空或抽真空状态以加速汽化，迅速形成固体。期望更低的环境温度来降低糊状材料的流动性，或者通过冷冻-干燥工序去掉液体组分。

第五类：快速固化的热固性树脂(如双组分环氧)，在释放前，保持在齐聚物状态。一旦被释放，树脂将很快凝胶，使得反应的树脂体系达到玻璃化转变温度以上即超过物体平台的环境温度，从而树脂固化。将沉积的树脂暴露在紫外光下可进一步加速所选树脂(如通常用于立体光刻的光固化环氧树脂)的凝胶过程。快速固化树脂在此领域已被人们熟知而且几种配方也已商业化。

第六类：溶胶材料(如含有轻度交联网络的聚合物胶体，在交联链之间充满了小分子)，可以在通过喷头释放前形成合适的流动性，当材料与物体平台或前一层接触时，凝胶化过程能很快提前，粘度增加，迅速固化。许多天然聚合物粉末如莲花茎、谷物淀粉等可在温水中均匀分散，形成糊状，以便传送至沉积装置。在液体释放前，加入较高温度的水，也能加速凝胶过程，新一层材料将自然地粘结在前一层上，因此这种高度凝胶状态下，不会有过分的流动。合成聚合物，如聚丙烯酰胺，也呈现出类似的行为，能成功地用来制造三为胶体物件。

最后，作为实施例，说明本发明最广泛的(包括带颜色和支撑结构)形式，其过程包括以下步骤：①在计算机中建立一个三维实体的图像，这个图像包括定义实物的多元段，每一段赋予一个颜色代码；②评判表示实物的数据文件，找出实物未被支撑的位置，为这一位置定义一个支撑结构，并建立多元段；③对应于堆积的实物和以一定序列排布的支撑结构的这一些组成段，生成程序信号；④为实物提供至少含有两种颜料的液体组分，其中一种组分用于支撑结构；⑤将这些组分填入至少一个液体沉积流道中；⑥在堆积的物体表面的相应位置疏忽，通过喷射流道喷射液体组分和粉末颗粒；⑦在喷射步骤中，响应程序信号，按照预定的运动顺序，在x-y平面及z方向上，相对移动成型子系统和实物支撑平台，使得液滴和粉末按照形成的多段序列在自由空间铺层，这种序列的排布是使得下一铺层段与上一铺层段的至少一部分重叠，从而形成支撑结构和三维实体。

在最后一步⑦中，可以是先用预选颜色和/或材料组成的基本主材料来沉积第一层的第一部分，然后用带有不同颜色的材料组成来沉积此层的第二部分。单个部分的颜色分别由它们的颜色代码来决定，材料的组成也包括在它们用数学方法表示的数组中。这些过程不断重复，直到完成第一层。用相似的一套程序来完成单色或多色的第二层的堆积。继续这些过程形成多层堆积，每一层可能带有不同的颜色，最后堆积成一个带颜色的实体。

Claims (12)

1.一种新的分层制造设备与工艺，其特征在于，该分层制造设备由材料成型子系统、物体支撑平台及与它们相耦连的运动装置组成；材料成型子系统包括液滴沉积装置和粉末铺层装置构成，液滴沉积装置包括多重流道，这种多重流道放入多元分散沉积装置中，每一种装置带有至少一个供应液体组分的流道，液体组分通过管道从液体原料库中流出，每个流道中填有一种可固化的液体组分，至少有一个喷头在一端具有一个与多重流道相连的液体通道，在另一端具有一个设定好尺寸大小排料口；该喷头为一个带有热激活驱动装置和一个带有压电激活驱动装置的喷射打印头，还包括用来控制上述流道，激活液滴从上述排料口中喷出；粉末铺层装置包括至少一个流道供应固体粉末颗粒，同样至少一个喷头在一端具有一个与上述的流道相连的液体通道，在另一端具有一个设定好尺寸大小排料口；还有用来控制流量的阀门，它安放在控制上述流道的位置上；物体支撑平台在工作状态下靠近上述的排料口，用来接收液滴和固体颗粒；运动装置是在x-y平面以及垂直于此面的z方向上，相对移动材料成型子系统及相对移动平台，从而沉积液滴和粉末颗粒，以形成三维形状物体。

2.一种新的分层制造设备与工艺，其特征在于，该分层制造工艺步骤包括启动材料成型子系统，它包括一个能提供多相液体组分并按要求以液滴方式喷射液体组分的多流道液体沉积装置，以及一个能将粉末颗粒铺到设定的固体粉末铺层装置；相邻于材料成型子系统安装有一个物体支撑平台，用来接收液滴和粉末颗粒；材料成型子系统与平台在平行于x-y平面上移动，使在平台上形成第一层材料，第一层固化后，喷射第二层材料(液滴和粉末颗粒)于第一层上，相对移动平台和成型子系统，使第二层材料固化并粘接在第一层上；如此反复一层一层堆积，最后形成三维形状物体。

3.根据权利要求1所说的一种新的分层制造设备与工艺，其特征在于液体组分中至少有一种含有聚合物溶体，另一种含有颜料。

4.根据权利要求1所说的一种新的分层制造设备与工艺，其特征在于其中液体组分中至少一种是细固体颗粒分散到液体组分中的膏状物，至少另一种液体组分含有颜料。

5.根据权利要求1所说的一种新的分层制造设备与工艺，其特征在于其中液体组分含有混有液体的聚合物，实物平台上配有冷却装置，用来快速固化沉积的液滴。

6.根据权利要求1所说的一种新的分层制造设备与工艺，其特征在于其中液体组分含有快速挥发的液体。

7.根据权利要求1所说的一种新的分层制造设备与工艺，其特征在于粉末铺层装置为一多流道气动塞相输送装置，包括多粉末供应室，与原料供应室相连的接收粉末材料的管道，与原料供应室和管道连接的供应压缩空气和有阀门的装置，按要求控制在管道中流入的材料；一个铺层喷头在一端有一个与上所述的流道相连的液体通道，在另一端具有一个设定好尺寸的排料口，来铺设粉末材料。

8.根据权利要求1所说的一种新的分层制造设备与工艺，其特征在于它必须有计算机辅助设计功能的计算机和支持软件程序，建立三维图像，将图像转化成多元数据段，对应于这些数据段按一定的序列生成程序信号；支持软件程序还包括评价表示实物图案的数据文件，找出实物中需被支撑的位置，响应上述评价，为需支撑的位置定义一个支撑结构，为支撑结构建立一个多元段数据，生成材料成型子系统制造支撑结构所需的程序信号，这些信号通过与计算机和运动装置相连的三维运动控制器可激活运动装置响应来自计算机的每一个数据段的程序信号。

9.根据权利要求1所说的一种新的分层制造设备与工艺，其特征在于还有一个连在材料成型子系统上的压实装置，用来压实含有固体粉末颗粒的沉积材料，这个压实装置是刮刀或滚筒。

10.根据权利要求2所说的一种新的分层制造设备与工艺，其特征在于，首先在计算机中建立三维实体的图像，包括定义实体的多段数据，每段赋予一个颜色代码，按照设定的顺序生成这些段的程序信息，依据程序信息并响应程序信号启动材料成型子系统按一定比例沉积粉末颗粒和带有颜色料的液滴组分，相对移动材料成型子系统和物体平台。

11.根据权利要求2所说的一种新的分层制造设备与工艺，其特征在于，在平台上形成带有预期颜色的至少一种液体组分的外边界，该外边界就决定了实物的外表面，其外边界限制了内部空间的大小；依据至少一种预定的模式在平行x-y平面的方向上，相对移动材料成型子系统和平台，用液体组分和粉末组分材料的混合物填充内部的空间；其中一种内腔是用多种类别的材料在三维空间连续变化浓度的特定材料来堆积，另一种内腔以特定类别的材料在三维空间的不连续的位置上沉积，以形成由空间控制组成的材料的零件。

12.根据权利要求2所说的一种新的分层制造设备与工艺，其特征在于可制造彩色的三维实体，在计算机中建立的三维实体的图像，图像定义实物的多元段，每一段赋予一个颜色代码；评判表示实物的数据文件，找出实物未被支撑的位置，为这一位置定义一个支撑结构，并建立多元段；对应于堆积的实物和以一定序列排布的支撑结构的这些组成段，生成程序信号。

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