CN1300667A - 利用可光固化液体形成三维层状产品的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种三维层状产品形成方法和装置,通过逐步地在每一个的上面重叠具有规定厚度的固体层,来由可光固化液体形成三维层状产品,通过对由可光固化液体形成的表面层进行感光加工处理和将其转化成固体层来提供每个固体层。该装置包括一容器,用来盛装可光固化液体,一个产品台,在该产品台上逐步形成三维固体产品,一个液体表面平整装置和一个辐射头。

Description

利用可光固化液体形成三维层状产品的方法和装置

本发明涉及一种用于形成三维层状产品、诸如用于熔模铸造装饰性珠宝工艺产品的模型或型芯的方法和装置。

近些年来，人们已经知道通过依次一个叠加一个地重叠一定数量的、三维产品的多层截面的可光固化叠层的方法来形成三维产品。具体地，通过利用激光能量，对一可光固化液体(photo-curableliquid)进行扫描并固化成规定厚度的表面层的方式在预先形成的可光固化叠层上形成一可光固化层，以此制成三维产品。例如，在未经审查的日本专利申请No.65-144478中已知一种用可光固化液体来形成三维产品的方法和装置。

为了引入获得规定厚度的可光固化液体表面层所需要的一些新液体，这些新液体将作为一个可光固化层形成在预先重叠的可光固化叠层上，将予制作的产品需要以等于处理过程中的规定厚度的距离精确地从可光固化液体的工作表面上移开，在该工作表面上利用激光能量照射一个新液体表面层。实践中已经证明这很困难。例如，为了形成具有精确控制的厚度的可光固化液体表面层，如这里所描述的，例如欧洲专利EP0171069B1和EP0535720B1，为了实现在制造该待完成的产品的过程中的每一次逐步调整，将予制作的产品最初从规定的工作表面上向下移动到超出规定工作表面位置的水平面，然后，移动返回到规定的工作表面水平面。另外，例如在日本专利No.26195445和2715649中所描述的，提供一种用来喷溅新液体的新液体喷溅机，从而在以等于规定厚度的距离将建立在下面的产品从规定的工作表面上移去之后，在将予制作的产品上形成具有精确厚度的可光固化液体表面层。

虽然利用最后形成的层离开规定的工作表面到达超出规定工作表面水平面的一个水平面的运动的最初增进量，能够使得该通过光固化处理逐步制成三维产品的装置结构和机械简单并且外形尺寸小，但是，其引起在完全建立三维产品之前花费较长时间的一些混乱问题。也就是说，流体状态的可光固化液体受到其相对高的粘度和表面张力的制约，因此，需要相对较长的时间来引入精确控制数量的新液体，来为下一个处理步骤提供具有规定厚度的可光固化液体表面层。除了在引入精确控制数量的新液体之前所花费的长时间之外，在引入了精确控制数量的新液体之后，需要时间来将工作表面移动回到规定的工作表面水平面处。另外，激光能量作用到可光固化液体表面层上必须等待一定的时间，直到该表面层完全成水平。结果，需要较长的工作时间来完成单个的感光处理层，这引起生产成本的增加。由于通过光化学反应，例如原子团反应和离子反应的方式，将可光固化液体由流体转化成固体，可光固化液体本身具有一些有限制的有效期，这使得大量的可光固化液体不能直接使用，并且从而导致生产成本的增加。

另一方面，虽然通过新液体喷溅机喷溅新液体，来在将予制作的产品上形成具有精确厚度的可光固化液体表面层，减少了引入精确控制的数量的新液体和使表面层水平所需要的时间，并且实现了用来容纳可光固化液体的流体容器的小型化，但新液体喷溅机不仅必须装配有各种辅助器件，例如喷嘴、网筛、转轴、刷子和水轮，这些使得该装置笨重，而且还装配有第二流体容器，其中必须设有待喷溅的可光固化液体。另外，需要安装一个表面水平度调整器，用来在喷溅新液体之后调整表面层的水平面。这种表面水平度调整器结构复杂和昂贵，导致生产成本的增加。

本发明的一个基本目的在于，提供一种方法和装置，用来通过对叠层进行逐步光固化处理，用可光固化液体形成三维层状产品。

本发明的另一个目的在于，提供一种三维层状产品形成装置，该装置配置有按照毛细管作用原理工作的液体表面平整装置，它可吸取其中预留的可光固化液体并施加于将予制作的整个层状产品上，从而形成具有平整和光滑工作表面的统一厚度的可光固化液体表面层。

上述目的是通过提供三维层状产品形成方法和装置来实现的，该方法和装置通过依次一个叠加一个地重叠具有规定厚度的固体层的方式用可光固化液体形成三维层状产品，其中的每一个固体层是通过对可光固化液体表面层进行光固化处理并将其转化成固体层而提供的。该三维层状产品形成装置包括：一个可在其上逐步制成三维固体产品的产品台，所述产品台在上述每一步骤中以等于该固体层的规定厚度的距离浸没在可光固化液体的蓄储池中；和一个液体表面平整装置，该装置利用毛细管作用在与一个容器台上的容器中包含的可光固化液体作表面接触的同时，收集或吸取储存的可感光处理液体。该平整装置在可光固化液体的整个表面上移动，将收集到的可光固化液体施加在整个三维层状产品上，其中的三维层状产品已经部分地制成于产品台上并为制作下一层而降下来，从而在已经部分制成的三维层状产品上形成具有平整和光滑表面的统一厚度的可光固化液体表面层。一个辐射头在可光固化液体的光滑和平整的表面层上形成反应刺激的光点(紫外线能量)，因此从而固化该表面层，和将其转化为重叠在部分制成为三维层状产品的三维层状产品上的一个固体层。

根据该三维固体产品形成装置和方法，能够在已经部分制成的三维产品上形成具有规定厚度的可光固化液体表面层。该表面层平整装置包括一对表面平整刀片，具有设定为预定开口的入口，从而使其起到毛细管的作用。该结构简单而且用于它的驱动机械同样简单和便宜。结果，该三维固体产品形成装置的外形尺寸小、操作快速和成本低。

附图图面的简要说明：

结合参照下面附图给出的优选实施例，阅读下面的描述时，可以清楚地看出本发明的上述和其它目的和特征。其中：

图1是根据本发明的一个优选实施例的三维层状产品形成装置的局部剖开的侧视图；

图2A是安装在图1所示的三维层状产品形成装置中的液体表面层平整单元的主视图；

图2B是安装在图1所示的三维层状产品形成装置中的液体表面层平整单元的侧视图；

图3安装在图2A、2B所示液体表面层平整单元的液体表面平整装置的侧视图；

图4A、4B和4C分别是通过CAD设计的戒指模型的前视、顶视和剖视图；

图5A和5B是通过光固化处理而制成的部分三维层状产品的顶视和剖视图；和

图6A-6C是图3中的液体表面平整装置的不同变形的侧视图。

优选实施例的详细说明：

参照详细的附图，具体参照图1，表示计算机控制的逐层熔铸装置100，具体用于通过光固化处理的可光固化液体形成三维层状产品，例如珠宝戒指的原型。计算机控制的逐层熔铸装置100具有箱体2，箱体2设有固定的底平板4，其上安装有层状三维产品创建单元200A，和固定的顶平板6，其上安装有感光处理单元200B，两个平板都固定安装在箱体2上。层状产品创建单元200A包括一个可动容器台22，其上放置有装满可光固化液体PCL例如可光固化树脂的容器26；一个可动产品台24，在其上由容器26中的可感光处理液体PCL建立三维层状产品；和一个液体表面层平整单元28，可分离地固定在可动容器台22上。可动容器台22在固定地支撑在固定平板4上的导柱22b上运动，通过垂直位置控制机械22a在垂直方向中上下运动，来调整容器26的垂直位置，因此，当需要时，具体调整容器26中的可光固化液体PCL的上表面的垂直位置。可动产品台24在导柱24b上运动并通过垂直位置改变机械24a向下运动，从而改变光固化处理后的叠层的顶部工作表面的垂直位置。此处使用的术语“工作表面”表示和指代反应激励的光点聚焦在可光固化液体上，从而处理该可光固化液体和将其转换成固体材料的液体表面。通过逐步向下改变可动产品台24，将工作表面渐进地调整在规定的水平面，最好是以从大约30至大约70微米的垂直距离，也就是说，基本上等于可光固化液体表面层的预先确定的厚度，该液体是要被光固化处理和被转化成覆盖在由可光固化多层构成的固体上的一个固体层，其中的固体形成所需要的最终三维层状产品的一部分。液体表面层平整单元28(后面结合附图2将详细说明)，在可光固化叠层构成的固体上，精确地开发并形成具有规定厚度的可光固化液体表面层，其中的可光固化叠层构成了所需的、由可光固化液体PCL形成的三维层状产品的一部分。

在本发明的优选实施例中用来作为可光固化液体PCL的可光固化树脂具有一种成分，它可以由小于400nm波长的紫外线能量予以固化。本领域的技术人员已知多种这样的成分，例如该成分可以包括丙烯酸树脂和/或环氧树脂。为了本发明的目的，该可光固化液体PCL需要具有规定的大约1.2的重力，大约1.4PaS的粘度和大约200至大约700的分子量。该成分还可以包括硬化剂和/或可光固化引发剂，因为已知它们通常具有较低的粘度和相对高的缩水率。

光固化单元200B包括：一个光束辐射聚焦头32，在规定工作表面上将反应激励的光束，例如具有320nm波长的氦-镉激光，施加于可光固化液体PCL；一个X-Y位置控制机构，例如X-Y数字描绘器34，该机构在彼此相互交叉的二维水平方向中移动光束辐射头32；以及一个激光源36。在该优选实施例中采用了一种具有325nm波长和产生5至10mW输出的多模激光器。在三维层状产品具有微小形状的情况中，最好使用具有3至10mW输出的单模形式的激光器，因为它不会遇到无序的波形而容易聚焦。由光源36发出的激光束通过光引导装置38发射到光束辐射头32，并以一个光点聚焦在位于工作表面处的可光固化光介质PCL上。为了高效率地和高安全性地发射激光束，该光引导装置采用突变型的光纤38a和其中包裹有光纤38a的可弯曲的金属管38b。因为突变型的光纤具有由于激光束在光纤内部反复折光引起的波形无序，和在从光纤的出口端出来后引起激光束漫射的可能，在微小形状的三维层状产品的情况中，最好采用单一的突变型光纤或者格栅型的光纤。为了在可光固化液体PCL的表面层上作用由激光源36产生的光固化处理用的激光能量，光源36设有多个由致动器的操作控制的高速机械快门(图中没有显示)，从而允许激光能量进入到光纤中和关闭它不允许进入到光纤中。为了提供充分强度的激光束来光固化处理可光固化液体表面层，光束辐射头32设有聚焦透镜(图中没有显示)，可以用以控制在可光固化液体表面层上形成具有规定直径的激光点。该激光点在工作表面上具有大约80微米的直径和大约200W/cm²的辐射强度，其足以光固化处理具有预定厚度的可光固化液体PCL的表面层。通过表面平整度传感器30监视工作表面的平整度。因此，通过向上或向下移动可动容器台22，根据光束辐射头32将可光固化液体PCL的工作表面的工作表面平整度调整到规定的平整度。

参照图2A和2B，表面层平整单元28包括一个液体表面平整装置50，通过驱动机械60在X方向或相反的Y方向中驱动，来平整可光固化液体PCL的表面层，后面将详细说明。液体表面平整装置50包括一对平整刀片52和一个附件54，通过定位螺丝54a将平整刀片52可拆除地固定在附件的相对两侧上。附件54是刀片固定柱56的整体的一部分。驱动机械60包括一对可以运动的刀片支撑62，其上支撑有刀片固定柱56。每个刀片支撑62包括一个基块64，一对L形的支撑元件66通过定位螺丝66a安装在上面，从而在它们之间形成一个空间66b，用来接收刀片固定柱56。该刀片支撑62设有一个刀片调整螺丝65，用来相对于可光固化液体PCL的工作表面调整平整刀片52的垂直位置。基块64在其下部设有一个引导滑块68，在可拆卸地固定在容器台22上的垂直侧壁72的引导滑轨70上滑动。刀片支撑62整体形成有一个从基块64向里伸出的臂63。驱动机械60还包括一个固定在容器台22上的可逆转的电机80。如图2B中所示，垂直侧壁72在它们的正对的端部支撑驱动轴82a和空转轴82b。电机80通过皮带80a与驱动轴82a连接，来将电机80的转动传递给驱动轴82a。两个调速带84以规定的拉伸力安装在驱动轴82a和空转轴82b之间。刀片支撑62的臂63分别固定在调速带84上。如图2B所示，当驱动电机80以逆时针方向转动时，用液体表面平整装置50支撑的刀片支撑62沿着引导滑轨70在X方向中运动。另一方面，当如图2B所示，电机80在顺时针方向中反向转动时，用液体表面平整装置50支撑的刀片支撑62沿着引导滑轨70在相反的Y方向中返回运动。

驱动机械60还包括位置限定装置90，后者包括固定在刀片支撑62的基块64上的腿状部件90a，连接在安装在垂直侧壁72的滑动导轨90d上的固定的限制传感器90b，和固定在用于滑动运动的滑动导轨90d上的可运动的限制传感器90c。当检测到腿状部件90a时，每个限制传感器90b和90c即启动停止电机80。通过滑动可运动的限制传感器90c，调整表面层平整单元28的运动范围。

图3通过举例的方式详细说明液体表面平整装置50。液体表面平整装置50包括一对平整刀片52，它们通过固定螺丝54a固定在附件54上，和通过例如最好是大约彼此相距1mm的距离在它们的远端分开，从而在它们之间形成1mm的狭窄间隙51，为平整刀片52提供毛细管作用。当液体表面平整装置50向下运动，直到位于它们底部边缘的平整刀片52与可光固化液体PCL的表面相接触时，因为它们的距离和结构，平整刀片52产生毛细管作用，在可光固化液体PCL的表面张力的帮助下将可光固化液体PCL吸取到间隙51中，从而在间隙51上建立PCL液体的小蓄水池，如图3中所示。由于当产品台24以等于三维固体产品的一个截面层的规定厚度的距离，逐步运动到可光固化液体的下面时，可光固化液体的表面由于可光固化液体的表面张力、流动性和粘度的原因不总是流动和均匀地覆盖三维层状产品。因此，当液体表面平整装置50在X和Y方向之一上运动时，同时处于它们底部远端的平整刀片52保持与液体表面的接触，所收集储存的可光固化液体落下并且从平整刀片52之间的间隙51流出来，流动并覆盖三维层状产品LP，因此立即形成具有适合于光固化处理的规定厚度的可光固化液体表面层。随着液体表面平整装置50运动，位于它们底部远端的平整刀片52使得可光固化液体的表面光滑和平整，在三维层状产品上形成统一厚度的表面层，从而能够立即光固化处理该表面层和转变成具有规定厚度的固体层。

通过计算机系统300的辅助，根据所给出的三维固体产品的设计的三维数据，数字化地控制三维固体产品创建单元200A和光固化处理单元200B的操作。这种系统对于本领域普通技术人员是已知的。

下面的说明涉及生产三维固体产品的步骤，该产品是由本发明的方法和装置形成，并且通过举例的方式用来作为生产铸造戒指的模具的模型。

参照图4A-4C，是通过利用已知的建模程序由计算机系统300设计的三维模型M的侧视、主视和截面图，CAD数据转化成CAM数据，是内和外轮廓Ma和Mb的点(P1,P2,……Px)的规定角位置的三维数字数据。

如图5A和5B所示，当根据CAM数据开始三维固体产品生产处理时，可动台24向下运动，直到其沉没在可光固化液体PCL中，与工作表面WS相隔等于模型T的截面层的规定厚度的距离，然后可移动的容器台22根据表面平整传感器30提供的信号向上或向下移动，从而将可光固化液体PCL的工作表面WS定位在对应于光束辐射头32的规定平面上，接下来液体表面平整单元28移动到可光固化液体PCL的工作表面WS上，来形成表面层和使得该表面层光滑。因此，通过计算机300控制X-Y数字描绘器34，根据CAM数据移动光束辐射头32。一旦X-Y数字描绘器34移动到将光点Bs定位在工作表面WS上的位置P(1)1中，快门打开。至此以后，X-Y数字描绘器34以位于大约300mm/min至1000mm/min之间的恒定速度，最好是以800mm/min的恒定速度线性地移动，经过位置P(1)2……P(1)X，沿着多边形轨迹扫描可光固化液体PCL的表面。结果，以多边形方式逐步地加工处理可光固化液体PCL表面层上受到光束来回扫描的区域，该多边形几乎与圆相接近，具有等于光点BS的直径的宽度，并且转化成具有与模型M的截面层L的规定厚度相同厚度的多边形的固体回路。多边形固体回路Lma-1形成模型M的第一截面层L1的第一个内轮廓Ma。一旦光点BS到达穿过位置P-(1)X的开始位置P(1)1，快门闭合。接下来，X-Y数字描绘器34向外移动，以等于工作表面WS上的光点BS的直径的距离改变光束辐射头32，并且快门打开。至此以后，X-Y数字描绘器34以恒定速度线性地移动，经过位置P(1)2……P(1)X，扫描可光固化液体PCL的工作表面WS，从而以多边形的方式逐步地处理可光固化液体PCL的表面层，该多边形具有等于光点BS的直径的宽度，并且转化成具有与模型M的截面层L的规定厚度相同厚度的多边形的固体回路。多边形固体回路Lmb1形成模型M的第一截面层L1的第一个外轮廓Mb。这些多边形固体回路Lma1和LMb1构成相当于模型M的第一截面层L1的第一固体层。

当光点BS到达开始位置P(1)1时，快门闭合，可动台24向下运动，直到作为固体层的多边形固体回路Lma1和Lmb1的上表面沉没在可光固化液体PCL中，与工作表面WS相隔等于模型T的截面层的规定厚度的距离。与此同时，可动容器台22根据表面平整传感器30提供的信号向上或向下移动，从而将可光固化液体PCL的工作表面WS定位在对应于光束辐射头32的规定位置。接下来，液体表面平整单元28移动返回到可光固化液体PCL的工作表面WS上，来形成覆盖多边形固体回路Lma1和Lmb1的表面层和使得该表面层光滑。以如上所述的同样方式，X-Y数字描绘器34移动将光点BS定位在可光固化液体PCL的工作表面WS上的位置P(2)1，使得该表面层光滑，和沿着多边形轨迹扫描可光固化液体PCL的表面，因此从而形成多边形固体回路Lma2，LMb2作为相当于模型M的第二截面层L2的第二固体层重叠在先前形成的第一固体层上面。根据CAM数据逐步重复同样的程序，来形成多边形固体回路Lman和Lmbn，作为相当于模型M的截面层Ln的固体层。

通过重复与模型M的截面层的数量相同的次数，在一个的顶部重叠与模型M的截面层的数量同样数量的多边形固体回路，在台24上形成作为戒指铸模的三维层状产品。内和外回路之间的全部表面间隙准确固定为6至10层，给出产品的结构。

当产品已经完全制成后，将其从工作台24上取走，利用超声波清洗大约5分钟来去除液体树脂。可能还需要使用酒精和清洁剂来去除液体树脂。接下来，该产品或模型在紫外线的照射下经受第二次固化处理，来固化整个模型。

可以采用图6A至6C中简要给出的液体表面平整装置50的各种变形。图6A中所示的液体表面平整装置50a包括可拆卸地安装在附件54上的一对双层壁的平整刀片52a。每个双层壁的平整刀片52a包括外和内壁部分，彼此相距恒定的距离从而提供一个裂缝或间隙51b，用来作为辅助毛细管工作。另外，双层壁的平整刀片52a通过固定螺丝54a连接到附件54上，并通过例如最好是大约1mm的间距彼此在末端相分离，在中间形成狭窄的间隙51a，用来作为主要的毛细管工作。当双层壁的平整刀片52a变成与可光固化液体PCL的表面接触时，通过其自身的毛细管作用和可光固化液体PCL的表面张力的作用，液体表面平整装置50a将可光固化液体PCL吸取到间隙51a和裂缝51b中。该液体表面平整位置等于模型T的截面层的规定厚度，然后可动容器台22根据由表面平整度传感器30提供的信号向上或向下移动，从而将可光固化液体PCL的工作表面WS定位在对应于光束辐射头32的规定平面上，接下来液体表面平整单元28移动到可光固化液体PCL的工作表面WS上，来形成表面层和使得该表面层光滑。接下来，通过计算机300控制X-Y数字描绘器34，根据CAM数据移动光束辐射头32。一旦X-Y数字描绘器34移动到将光点Bs定位在工作表面WS上的位置P(1)1中，快门打开。至此以后，X-Y数字描绘器34以位于大约300mm/min至1000mm/min之间的恒定速度，最好是以800mm/min的恒定速度线性地移动，经过位置P(1)2……P(1)X，沿着多边形轨迹扫描可光固化液体PCL的表面。结果，以多边形方式逐步地加工处理可光固化液体PCL的表面层上受到光束来回扫描的区域，该多边形几乎与圆相接近，具有等于光点BS的直径的宽度，并且转化成具有与模型M的截面层L的规定厚度相同厚度的多边形的固体回路。多边形固体回路Lma-1形成模型M的第一截面层L1的第一个内轮廓Ma。一旦光点BS到达穿过位置P-(1)X的开始位置P(1)1，快门闭合。接下来，X-Y数字描绘器34向外移动，以等于工作表面WS上的光点BS的直径的距离改变光束辐射头32，并且快门打开。至此以后，X-Y数字描绘器34以恒定速度线性地移动，经过位置P(1)2……P(1)X，扫描可光固化液体PCL的工作表面WS，从而以多边形的方式逐步地加工处理可光固化液体PCL的表面层，该多边形具有等于光点BS的直径的宽度，并且转化成具有与模型M的截面层L的规定厚度相同厚度的多边形的固体回路。多边形固体回路Lmb1形成模型M的第一截面层L1的第一个外轮廓Mb。这些多边形固体回路Lma1和LMb1构成相当于模型M的第一截面层L1的第一固体层。

当光点BS到达开始位置P(1)1时，快门闭合，可动台24向下运动，直到作为固体层的多边形固体回路Lma1和Lmb1的上表面沉没在可光固化液体PCL中，与工作表面WS相隔等于模型T的截面层的规定厚度的距离。与此同时，可移动的容器台22根据表面平整传感器30提供的信号向上或向下移动，从而将可光固化液体PCL的工作表面WS定位在对应于光束辐射头32的规定位置。接下来，液体表面平整单元28移动回到可光固化液体PCL的工作表面WS上，来形成覆盖多边形固体回路Lma1和Lmb1的表面层和使得该表面层光滑。以如上所述的同样方式，X-Y数字描绘器34移动将光点BS定位在可光固化液体PCL的工作表面WS上的位置P(2)1，使得该表面层光滑，和沿着多边形轨迹扫描可光固化液体PCL的表面，因此从而形成多边形固体回路Lma2,LMb2作为相当于模型M的第二截面层L2的第二固体层重叠在先前形成的第一固体层上面。根据CAM数据逐步重复同样的程序，来形成多边形固体回路Lman和Lmbn，作为相当于模型M的截面层Ln的固体层。

通过重复与模型M的截面层的数量相同的次数，在一个的顶部重叠与模型M的截面层的数量同样数量的多边形固体回路，在台24上形成作为戒指铸模的三维层状产品。内和外回路之间的全部表面间隙准确固定为6至10层，给出产品的结构。

当产品已经完全制成后，将其从工作台24上取走，利用超声波清洗大约5分钟来去除液体树脂。可能还需要使用酒精和清洁剂来去除液体树脂。接下来，该产品或模型在紫外线的照射下经受第二次固化处理，来固化整个模型。

可以采用图6A至6C中简要给出的液体表面平整装置50的各种变形。图6A中所示的液体表面平整装置50a包括可拆卸地安装在附件54上的一对双层壁的平整刀片52a。每个双层壁的平整刀片52a包括外和内壁部分，彼此相距恒定的距离从而提供一个裂缝或间隙51b，用来作为辅助毛细管工作。另外，双层壁的平整刀片52a通过固定螺丝54a连接到附件54上，并通过例如最好是大约1mm的间距彼此在末端相分离，在中间形成狭窄的间隙51a，用来作为主要的毛细管工作。当双层壁的平整刀片52a变成与可光固化液体PCL的表面接触时，通过其自身的毛细管作用和可光固化液体PCL的表面张力的作用，液体表面平整装置50a将可光固化液体PCL吸取到间隙51a和裂缝51b中。该液体表面平整装置50a内最好吸取和容纳较大数量的可光固化液体PCL。

图6B表示另一种液体表面平整装置50b，其包括通过固定螺丝54a安装在附件54上的一对表面平整刀片52b，彼此相距恒定的最好是大约1mm的距离从而形成狭窄的间隙51b，用来作为主要毛细管工作。每个表面平整刀片52b形成有正相对的末端延伸5，其始终位于可光固化液体PCL的表面的下面，当表面平整刀片52b至少与可光固化液体PCL的表面接触时，将可光固化液体PCL吸取到间隙51b中。该液体表面平整装置50b最好快速地吸取可光固化液体PCL和充满间隙51b。装置50a最好在其中吸取和容纳更大数量的可光固化液体PCL。

图6B表示另一种液体表面平整装置50b，其包括通过固定螺丝54a安装在附件54上的一对表面平整刀片52b，彼此相距恒定的最好是大约1mm的距离从而形成狭窄的间隙51b，用来作为主要毛细管工作。每个表面平整刀片52b形成有正相对的末端延伸5，其始终位于可光固化液体PCL的表面的下面，当表面平整刀片52b至少与可光固化液体PCL的表面接触时，将可光固化液体PCL吸取到间隙51b中。该液体表面平整装置50b最好快速地吸取可光固化液体PCL和充满间隙51b。

图6C表示另一种液体表面平整装置50c，其包括一对表面平整刀片52c，彼此相距规定的距离从而在中间形成狭窄的间隙51c和多孔渗水的衬垫59，例如插入到表面平整刀片52c之间的海绵垫和泡沫塑料垫，具有积极地容纳或保存通过毛细管作用保持吸取的可光固化液体和将其作用到整个要制成的多层产品上的功能。另外，表面平整刀片51c可以由多孔元件构成。

液体表面平整装置可以采用图3和图6A至6C中所示的平整刀片50、50a-50c的任何形式的组合。

虽然已经以优选实施例的方式描述了本发明，本领域普通技术人员会了解，在不脱离权利要求的范围的前提下，本发明可以具有多种变化和改变。

本发明涉及一种方法和装置，用来形成三维层状产品，例如对于实现所希望的装饰性珠宝工艺产品的浇铸有益处的模型或型芯。

Claims (20)

1．一种三维层状产品形成装置，该装置通过依次一个叠加一个地重叠具有规定厚度的固体层的方式用可光固化液体形成三维层状产品，每一上述固体层通过对由可光固化液体形成的表面层进行光固化加工处理来提供，所说三维层状产品形成装置包括：

一容器，用来盛装可光固化液体；

一产品台，在该产品台上逐步形成三维固体产品，所说产品台放置在所说可光固化液体中，并且适合于以等于所说每步中的每个固体层的规定厚度的距离，逐步前进到容器中；

一液体表面平整装置，该装置限定一个工作间隙，以适合于利用毛细管反应将可光固化液体吸取到该装置中、在其中形成储存的可光固化液体，当容纳在所说容器中时，所说液体表面平整装置可以在容器中水平运动，从而经过可光固化液体的表面，在产品台上的正在制成三维层状的产品上形成光滑的和平整的可光固化液体的表面层；和

一辐射头，该辐射头用来在容器中形成反应刺激的光点，其对应于在规定水平面的可光固化液体的光滑和平整的表面层，从而光固化处理该表面层，并且将其转化为在所说产品台上正在制成的三维层状产品上的光滑和平整表面层的固体层。

2．根据权利要求1所述的三维固体产品形成装置，其中所说液体表面平整装置包括限定空隙的至少一个刀片，该刀片用于通过毛细管作用将可光固化液体吸取入到由至少一个刀片限定的空腔中。

3．根据权利要求2所述的三维固体产品形成装置，其中所说刀片由多孔的材料制成。

4．根据权利要求2所述的三维固体产品形成装置，其中所说刀片形成有多个空隙，每个限定一个空腔，用来通过毛细管作用将可光固化液体吸取到每个空腔中。

5．根据权利要求2所述的三维固体产品形成装置，其中所说刀片制成具有垂直悬挂的部分，在形成多层产品的过程中，当所说产品台渐进地前进到所说容器中时，这些部分部分位于容器中的可光固化液体的表面下面。

6．根据权利要求1所述的三维固体产品形成装置，其中所说液体表面平整装置包括设置成面对面的至少两个刀片，在这两个刀片的中间限定一个狭窄的空隙，可光固化液体可通过毛细管作用穿过这一空隙。

7．根据权利要求6所述的三维固体产品形成装置，其中每个所说刀片由多孔材料制成。

8．根据权利要求6所述的三维固体产品形成装置，其中每个所说刀片形成有一定数量的孔。

9．根据权利要求6所述的三维固体产品形成装置，其中所说液体表面平整装置进一步包括一个多孔的元件，插入在间隙上的所说刀片之间，用来吸收可光固化液体。

10．根据权利要求6所述的三维固体产品形成装置，其中至少一个所说刀片制成部分垂直悬挂，当通过等于所说固体层的所说规定厚度的所说距离，所说产品台前进到可光固化液体中时，可使其垂直悬挂部分位于可光固化液体的表面下面。

11．一种由可光固化液体形成三维层状产品的方法，该方法通过依次一个叠加一个地方式重叠具有规定厚度的固体层、用可光固化液体形成三维层状产品，每一上述固体层通过对由可光固化液体形成的表面层进行光固化加工处理来提供，所说方法包括步骤：

利用可光固化液体充满容器，以限定一工作表面；

将在其上逐步形成三维层状产品的产品台逐步移动至可光固化液体中，所说每一步移动的深度等于所说固体层的规定厚度；

利用毛细管反应将可光固化液体吸取到由液体表面平整装置限定的蓄储池中；

使液体表面平整装置在所说容器中的所说可光固化液体的整个工作表面上运动，以在所说产品台上正在制成的整个三维层状产品上涂布所说可光固化液体并使其光滑；和

将反应刺激的光点辐射在位于所说工作表面的所说可光固化液体的光滑和平整的表面层上，以光固化所说光滑和平整后的表面层，并且将其转化为在所说产品台上正在制成的所说三维层状产品上的固体层。

12．根据权利要求11所述的方法，其中所说液体表面平整装置中的蓄水池包括至少一个刀片。

13．根据权利要求12所述的方法，其中所说刀片由多孔材料制成。

14．根据权利要求12所述的方法，其中所说刀片形成有一定数量的孔。

15．根据权利要求12所述的方法，其中包括当所说产品台以等于所说固体层的所说规定厚度的所说距离移动至可光固化液体中时，使所述部分刀片降低于所述可光固化液体的工作表面之下的步骤。

16．根据权利要求11所述的方法，其中辐射是通过具有大约325nm波长的氦-镉激光器进行的。

17．根据权利要求11所述的方法，进一步包括从可光固化液体的容器中取出三维层状产品、清洗取出的产品，和通过利用紫外线辐射进行照射对清洗后的产品进行第二次固化的步骤。

18．根据权利要求11所述的方法，其中只有在形成每一层的过程中对应于正在制成的三维层状产品的边界部分的工作表面受到辐射，而对于第一和最后一层并且对于每个连续的X层，对应于三维层状产品的整个截面的工作表面的全部部分受到辐射，其中X是位于6和10之间的完整整数。

19．根据权利要求11所述的方法，进一步包括步骤，将蓄储池中的可光固化液体吸收到多孔的物体中。

20．根据权利要求11所述的方法，其中蓄储池的入口设定为大约1mm。

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