CN1852803A - 使用实体自由成形制造法制造物体的方法和系统 - Google Patents

使用实体自由成形制造法制造物体的方法和系统 Download PDF

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Abstract

一种通过实体自由成形制造法制造物体的方法，该方法包括选择性地淀积一个定义该物体表面的边界结构，并且在该边界结构内淀积一种可流动的构建材料(107)，其中可流动的构建材料(107)通过流向该边界结构形成该物体的一部分。

Description

使用实体自由成形制造法制造物体的方法和系统
背景技术
[0001]实体自由成形制造法(solid freeform fabrication)是一种用于制造三维物体的过程。可以使用实体自由成形制造法制造的典型物体包括，例如，原型部件、产品部件、模型以及操作工具。实体自由成形制造法是一种增加过程，其中期望的物体由电子数据描述并被自动地从基础材料构建。选择性淀积是一种常见的实体自由成形制造方法。
[0002]典型的选择性淀积方法包括使用一种分散机构在特定位置淀积被称为体素的个体材料滴。一种选择性淀积系统典型地合并两种不同的可坚固化的材料。第一材料用于制造实际期望的三维物体，而第二材料是一种用于为第一材料构建支撑结构的牺牲材料。
[0003]存在选择性淀积的几个变体。一个变体包括淀积两种在施加时坚固化的材料(一种用于支撑而一种用于期望的三维物体)。选择性淀积方法的这种变体需要在对应于期望的三维物体一部分的每个体素位置分散物体构建材料。因此，当分散机构具有遗漏或方向错误的喷嘴时会导致物理缺陷。
[0004]选择性淀积的另一种常见变体包括淀积至少两种材料(支撑与物体)，该两种材料都保持液态直到它们暴露给辐射(例如紫外”UV”光)。这种第二变体也存在许多问题。第一，由于液体趋向于混合，所以支撑与构建材料之间的界面未能轮廓分明。两种材料间的这种混合致使物体表面粗糙。第二，所述支撑材料通常被坚固化并交联，使得很难在不损坏期望物体的情况下从期望的三维物体清除它。此外，如同第一变体那样，必须在期望物体的每个体素位置分散构建材料，从而减缓了制造过程。
发明内容
[0005]一种通过实体自由成形制造法制造物体的方法包括选择性地淀积一个定义该物体表面的边界结构，并且在该边界结构内淀积一种可流动的构建材料，其中可流动的构建材料通过流向该边界结构而形成该物体的一部分。
附图说明
[0006]附图举例说明了本发明的不同实施例，并且是本说明书的一部分。举例说明的实施例仅仅是本发明的例子而没有限制本发明的范围。
[0007]图1是实体自由成形制造系统的一个透视图，该系统可用来实现本发明之系统与方法的示范实施例。
[0008]图2是按照一个示范实施例，显示了实体自由成形制造系统的组件的示意图。
[0009]图3是按照另一个示范实施例，显示了实体自由成形制造系统的组件的示意图。
[0010]图4是按照一种示范实施例，显示了用于通过实体自由成形制造法形成期望的三维物体的方法的流程图。
[0011]图5A和5B是图1实体自由成形制造系统之制造箱的俯视图，按照示范实施例显示了一种备选容器结构和物体构建材料。
[0012]图6A是图1实体自由成形制造系统之制造箱的侧视图，按照一种示范实施例显示了在容器结构中物体构建材料的施加。
[00l3]图6B是经过一段时间之后，图6A制造箱的侧视图。
[0014]图7A是实体自由成形制造系统之另一个制造箱的侧视图，按照另一个示范实施例，显示了在容器结构中在多个位置物体构建材料的施加。
[0015]图7B是经过一段时间之后，图7A制造箱的侧视图。
[0016]图8是图1实体自由成形制造系统之制造箱的俯视图，按照一种示范实施例，显示了容器结构材料与物体构建材料相互散置的容器结构。
[0017]图9是实体自由成形制造系统之制造箱的侧视图，按照一种示范实施例，显示了容器结构以及具有在其中形成的空腔的物体构建材料。
[0018]图10是实体自由成形制造系统之制造箱的侧视图，按照一种示范实施例，显示了容器结构以及具有互连的空腔的物体构建材料。
[0019]图11是按照一个备选实施例，显示了一种实体自由成形制造方法的流程图。
[0020]在所有附图中，相同附图标记指代类似但不一定相同的元素。
具体实施方式
[0021]这里描述了一种用于通过选择性边界淀积、使用实体自由成形制造系统创建物体的方法和设备。更具体地，描述了一种使用高精度过程形成边界结构而使用低精度过程淀积可流动的构建材料的方法。
[0022]正如在本说明书以及附加权利要求中所使用的那样，术语“高精度分散器”应当被广泛地理解为被配置用于执行高精度过程的任何分散设备。备选地，术语“低精度分散器”指被配置用于按照低精度过程喷射材料的分散设备，并且其在某些情况下，可以喷射连续的流。此外，单个材料分散器可被配置用于选择性地既作为高精度分散器又作为低精度分散器工作。“流”或“连续流”应当被广泛地理解为包括一种不是由单独的滴或泡定义、也不需要是完全连续的流体流。此外，物体的“外部表面”在这里以及附加权利要求中应当被理解为包括该物体的所有表面轮廓。然而，备选地，“外部表面”可以包括该物体除了顶部和底部表面之外的所有表面。术语“体素”描述了一个在x，y，以及z坐标上具有长度的可寻址容积的立体像素。另外，术语“稀疏”应当被理解为广泛地间隔、散布，或没有密集地填充。术语“固化”指一种坚固化过程，该过程也可以向被固化的物体赋予一定程度的耐化学性。术语“坚固化”应当被理解为任何用于向材料添加一定程度的结构强度或硬度而不一定永久地设置该材料的状态的过程。
[0023]在下面的说明中，出于解释的目的，为了提供对本实体自由成形制造方法的彻底理解，陈述了大量的特定细节。然而，对于本领域的技术人员，显然可以在没有这些特定细节的情况下实践本方法。说明书中参考“一个实施例”或“某个实施例”意味着结合该实施例描述的一个特定的特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。在说明书中不同地方出现的短语“在一个实施例中”不一定都指向同一个实施例。
示范结构
[0024]现在参考图1，显示了一种可以结合本自由成形制造方法的实体自由成形制造系统(100)。如图1所示，一个实体自由成形制造系统可以包括制造箱(102)、可移动台(103)以及包括多个控制与显示的显示面板(104)。
[0025]图1显示的制造箱(102)被配置用于接纳并促进在一个基底上构建期望的三维物体。制造箱(102)也可以接纳一个容器结构，该容器结构被配置用来接纳并支撑上面提到的构建材料。该容器结构可以在期望的三维物体之前或与其同时形成在制造箱(102)中。虽然图1中所示的实体自由成形制造系统(100)被显示为单个的、独立的、自包含的自由成形制造系统，本自由成形制造方法可被合并进任何自由成形制造系统，而不论结构或配置如何。
[0026]图1显示的可移动台(103)是一个可移动的材料分散器，它可以包括被配置用于作为高精度和/或低精度分散器工作的分散器。可移动台的分散器(未显示)可以包括但决不限于，一个或多个打印头或喷射器。可移动台(103)可以由计算装置(110，图2)控制并且可控制地通过例如轴系统、皮带系统、链条系统等移动。随着可移动台(103)的工作，显示面板(104)可以向用户通知工作条件以及向用户提供用户界面。
[0027]图2显示了实体自由成形制造系统之组件与期望的三维物体之间的关联。如图2所示，实体自由成形制造系统可以包括一个计算装置(110)、伺服机构(115)以及可移动台(103)，该可移动台(103)除了其它组件之外，包括一个辊(120)以及多个材料分散器(105)，诸如能够选择性的要么作为高精度分散器要么作为低精度分散器工作的打印头。如图2所示，计算装置(110)可以可通信地被耦合到伺服机构(115)，其进而耦合到所述可移动台(103)。计算装置(110)可以是配置为用于将表示一期望的三维物体的片段及其必须的结构支撑的坐标翻译成适当的用于伺服机构(115)的伺服命令的任何装置。伺服机构(115)接着可以响应计算装置(110)发出的命令并定位可移动台以使其可以淀积构建和/或结构材料来形成该片段。定位可移动台(103)的组件以使其可以在制造箱(102)中由计算装置(110)指定的x，y，以及z坐标处淀积制造和/或结构材料。另外，为了定位制造和/或结构材料的淀积，制造箱(102)可以是可移动的。
[0028]图2所示的材料分散器(105)可以是包含多个孔(orifice)的单个打印头(至少一个孔用于分散构建材料，另一个用于分散支撑材料)或多个相同或不同类型的分散器(至少一个分散器用于分散构建材料，另一个用于分散支撑材料)。材料分散器可被配置为当按照高精度方法形成容器结构(113)的边界(109)时执行选择性边界淀积，并且按照低精度分散方法分散物体构建材料(107)和非边界结构材料。在这里以及附加权利要求中，术语选择性淀积应当被理解为一种方法，借助该方法，材料分散器(105)使用高精度分散方法选择性地淀积构成物体成形边界(109)的结构材料，所述高精度分散方法包括但决不限于允许材料分散器(105)和目标区域之间的最小距离、结合低的材料滴速率与频率、实现低的拖运速率(carriage speed)、接收高解析度数据集或上述各项适当的组合。因为只有物体成形边界(109)将与物体构建材料接触，所以只需按照高精度分散方法形成紧接的物体成形边界(109)。其余的支撑材料以及物体构建材料(107)可以按照典型地更快速的、低精度方法进行分散。材料分散器(105)所表现的精度水平可能依赖于许多因素，包括但决不限于，材料分散器(105)和目标区域之间的距离、材料分散器(105)使用的材料滴速率、频率、所结合的激发(firing)方法、反馈机构的质量、拖运速率、数据集解析度等。另外，作为低精度分散器工作的材料分散器可以引起流体被不精确地淀积到目标区域或具有错误激发或缺失分散成分。
[0029]图2所示的辊(120)可以被配置用来在材料分散后使材料变平或平面化。在这里以及附加权利要求中，平面化应当被广泛地理解为意味着可以在淀积的材料上执行的任意操作，其移除过量的材料、巩固淀积的材料、和/或提高材料的表面光洁度。按照本方法，平面化可以在容器结构分散之后和/或大量物体构建材料被分散到容器结构(113)之后发生。辊(120)可以跟随打印头(105)来平面化分散的物体构建材料(107)并在构建材料中产生通常均匀的厚度。平面化可以由图2所示的辊(120)执行，由包含一个刮刀(未显示)的装置执行，或其它任何被配置用于从空腔中除去过量材料而产生具有最小缺陷的精密填充的装置执行。另外，可以允许物体构建材料(107)自然地迁移并扩展到容器结构(113)的物体定义边界(109)。物体构建材料(107)的自然迁移与扩展可以由许多因素控制，这些因素包括但决不限于，物体构建材料(107)上的重力、物体构建材料的粘性、物体构建材料的表面张力、物体构建材料的表面能以及物体构建材料的润湿性。
[0030]图2所示的容器结构(113)的物体定义边界(109)可以由位于可移动台(103)上作为高精度分散器工作的材料分散器(105)构造。作为高精度分散器工作的材料分散器(105)可以包括但决不限于，一个或多个合并到可移动拖运装配中的打印头。图2显示的容器结构(113)可以由在特定位置的支撑材料体素的高精度选择性淀积形成。体素可以堆叠成多个体素的垂直堆，或线性地放置以定义部分期望的三维物体的外部表面。容器结构(113)可以由任何能够从一材料分散器中喷射出的材料构成，该材料分散器在向物体构建材料提供表面定义时作为高精度分散器工作，该材料包括但决不限于，聚合物、蜡，或其它类似的可熔化材料或上述材料之适当组合。
[0031]在容器结构(113)中形成的期望的三维物体可以从图2所示的物体构建材料(107)制造。所述物体构建材料可以是任何可坚固化的材料，包括但决不限于，聚合物或蜡，所述材料在被一个或多个材料分散器(105)分散后能够按照容器结构(113)形状在其内部成形。为了制造期望的三维物体的每一片段，可以从其中一个作为低精度分散器工作的材料分散器(105)中提供大量物体构建材料(107)。作为低精度分散器工作的材料分散器(105)可以包括喷墨打印头、压电打印头、热喷墨打印头、连续喷印头、阀门喷印头、喷射机构，或其它任何能够根据来自计算装置(110)的请求而分散指定量的构建材料(107)的分散器。虽然传统的选择性淀积实体自由成形制造系统需要在期望的三维物体的每个位置分散体素的构建材料(107)，本系统和方法允许大量构建材料(107)以散装液体形式被管理。接着可以允许液体构建材料流动并随后填充容器结构(113)。只要物体构建材料(107)被施加到容器结构(113)的内部，则可能会有多个喷射位置，或按照这里描述的原则对于物体构建材料只有少至单个喷射位置。
[0032]图3显示了一个另外的可被用于合并本自由成形制造方法的示范配置。图3所示的结构显示了一个计算装置(110)、伺服机构(115)以及包括类似于图2所示结构的材料分散器(105)和辊(120)的可移动台(103)。然而，图3还包括一个配置用于监视并控制该物体构建材料量的分散的反馈装置(111)，以及一个配置用于在每个片段淀积之后向已分散的材料施加辐射的辐射施加器(130)。反馈装置(111)可以包括但决不限于，一个光传感器、一个流量计或其它可被用来监视并控制由作为高精度分散器或低精度分散器工作的材料分散器(105)分散的物体构建材料(107)量的装置。另外，辐射施加器(130)可以是配置用来施加紫外(UV)或其它足以坚固化或固化淀积材料的辐射的任何装置。如图3所示，辐射施加器(130)可以作为扫描单元被耦合到可移动台(103)。备选地，辐射施加器(130)可以是配置用来在一构建材料片段淀积后，向所有淀积材料的或其选定部分散光曝光(floodexpose)的单独的曝光器或扫描单元。
[0033]再次回到图2，实体自由成形制造系统(100，图1)的可移动台(103)可以包括喷墨技术，诸如连续或按需滴下液体喷射装置，包括热和/或压电喷墨，用于淀积容器结构(113)和/或物体材料(107)。另外，可移动台可以包括其它被配置用于形成期望的三维物体或对其着色的组件。如果可移动台(103)结合了连续或按需滴下喷墨技术，那么可移动台可以包括一个或多个材料分散器(105)，诸如被配置用于喷射净的(clear)或有色材料的打印头，以一种选择性模式向正在制造的物体或支撑结构添加颜色或纹理。
[0034]如上面所讨论的，材料分散器(105)可以被配置为选择性地作为高精度打印头工作，用于当形成容器结构(113)的物体定义边界(109)时执行选择性边界淀积。然而，并不要求材料分散器(105)连续地作为费时的、高精度分散器工作，当为选择性淀积的容器结构(113)分散构建材料(107)或非边界支撑材料时，材料分散器(105)还可以选择性地作为低精度的分散器工作。当淀积构建材料(107)时，材料分散器(105)可以在选择性淀积的容器结构(113)边界内喷射大量的物体构建材料。因此，与以前的实体自由成形制造系统需要在期望的三维物体的每个体素上由高精度方法喷射材料相比，按照这里描述的原则制造的三维物体可以更快、更便宜的被制造。
示范实现与操作
[0035]图4是一个流程图，显示了按照一个示范实施例的本实体自由成形制造方法。如图4所示，本方法可以由淀积或坚固化一个容器结构(步骤400)开始。一旦部分容器结构已经淀积并被可选地平面化(步骤405)，则实体自由成形制造系统(100，图1)可以使用一个作为低精度分散器工作的分散器向由容器结构形成的容器沟(moat)中分散构建材料(步骤410)。构建材料然后可以坚固化(步骤420)。该构建材料的一个可选的平面化可以发生在构建材料坚固化(步骤420)之前(步骤415)或之后(步骤430)。如果构建期望的三维物体的过程仍然没有完成(否，步骤440)，实体自由成形制造系统(100，图1)回到步骤400并且再次淀积并坚固化容器结构。然而，如果构建期望的三维物体的过程已经完成(是，步骤440)，实体自由成形制造系统(100，图1)可以进一步强化构建材料(步骤500)并除去容器材料(步骤460)。上面提到的每个步骤将结合图5到图7进行解释。
[0036]如图4所示，本方法以淀积并坚固化一个容器结构(步骤400)开始。容器结构(113，图2)可以由材料分散器淀积的材料形成，所述材料包括但决不限于，熔化的蜡、聚合物或其它任何能被容易地喷射来定义位置的化合物。一旦容器结构材料被淀积在指定的位置，便可以通过冷却或由容器材料中存在的化学制剂激活的快速化学固化过程来坚固化容器材料。
[0037]容器结构(113，图2)的物体成形边界(109，图2)形成定义期望的三维物体的四周、底部、和/或顶部(如果需要垂直嵌套)的表面。容器材料可以被线性地放置或作为多个彼此垂直堆叠的体素淀积，形成许多可以连接到一起来定义一期望的三维物体片段的外部表面的周界结构。另外，容器结构可以是一个或多个片段厚。因为容器结构(113，图2)的物体成形边界(109，图2)是仅有的影响期望的三维物体的表面的容器结构的部分，因而它是容器结构中唯一需要通过使用作为高精度分散器工作的材料分散器进行选择性边界淀积而形成的部分。一旦物体成形边界(109，图2)被形成，容器结构(113，图2)的剩余部分可以由其中一个作为低精度分散器工作的材料分散器来形成。如图4所示，容器结构(113，图2)中存在的任何缺陷或孔隙(void)都可以通过一个可选的平面化过程(步骤405)从容器结构中除去。
[0038]图5A显示了按照一个示范实施例的容器结构(113)。如图5A所示，容器结构(113)可以形成为具有一个定义期望的三维物体表面的连续物体成形边界(109)。如图5A所示，边界的内壁(109)是基本连续的，因为它将与构建材料进行交互作用来形成期望的三维物体的表面光洁度。此外，容器结构(113)的内壁(109)定义了一个容器沟(500)，被配置用于接纳并支撑将形成期望的三维物体的构建材料。
[0039]图5B显示了如何按照本实体自由成形制造方法来减少用于形成容器结构(113)的结构材料。如图5B所示，一旦通过选择性边界淀积形成连续的物体成形边界(109)，可以由一个作为低精度分散器工作的材料分散器以一种稀疏的阵列结构淀积结构支撑。连续的物体成形边界(109)对通过包括其中淀积的任意构建材料来定义期望的三维物体的表面来说是必要的。然而连续的物体成形边界(109)可以被形成得如此薄以致它可能缺乏结构强度。为了向连续的物体成形边界(109)增加结构强度而同时减少材料使用，可以淀积一种稀疏阵列结构。如图5B所示，连续物体成形边界(109)外面的稀疏阵列结构可以包括许多由稀疏分布的结构材料的区域(510)定义的孔隙(520)。稀疏阵列结构可以由结构材料、构建材料，或其它任何可以由低精度分散器进行分散来向物体成形边界(109)增加结构支撑的期望的材料构成。一旦连续物体成形边界(109)完成，结合稀疏阵列结构是可能的，因为稀疏阵列结构不会与形成期望的三维物体的外表面的构建材料接触。该稀疏阵列结构不仅减少了形成一个结构上可行的容器结构(113)所需结构材料的量和成本，结构材料的减少还减少了制造之后从期望的三维物体除去结构材料所需的处理时间。此外，可以使用作为低精度分散器工作的材料分散器来淀积稀疏分布的材料区域，因为体素的放置不如连续物体成形边界(109)的外侧重要。
[0040]一旦容器结构(113)被分散和/或坚固化得足够支撑构建材料，本实体自由成形制造系统(100，图1)可以向由如图6A所示的容器结构(113)的连续物体成形边界(109，图6A)形成的容器沟(500，图6A)中分散构建材料(107，图6A)。构建材料(107)可以由任意数量的作为低精度分散器工作的材料分散器分散，包括但决不限于，喷墨打印头、压电打印头、热喷墨打印头、连续喷印头、阀门喷印头或喷射机构。图6A显示了一个喷射器(600)，该喷射器正在向容器结构(113)的连续物体成形边界(109)创建的容器沟(500)中分散预定量的构建材料(107)。一旦构建材料(107)已经淀积到容器结构(113)中，则该液体构建材料在粘性、表面张力、重力以及润湿所控制的一段时间之后(用箭头表示)，可以靠着如图6B所示的容器结构(113)的连续物体成形边界(109)稳定下来。
[0041]图7A显示了如何使用多个材料分散器(700)来向容器结构(113)的连续物体成形边界(109)创建的容器沟(500)中分散预定量的构建材料(107)。如图7A和7B所示，诸如喷墨打印头的材料分散器(700)可以分散多组构建材料(107)，上述构建材料随着时间的流逝(箭头)，可以靠着容器结构(113)的连续物体成形边界(109)而稳定。使用多个构建材料分散器(700)可以减少构建材料(507)扩展并填充容器沟(500)所需的时间。如果希望精确的填充，可以利用诸如图3所示的橡皮辊或辊类机构来除去任何淀积在容器沟(500)中仍处于液态(步骤415，图4)的过量的构建材料(107)。应当注意，构建材料(107)和容器结构(113)二者可以同时地被步骤415平面化。此外，可以使用光传感器或其它反馈装置(111，图3)来监视并精确地控制材料分散器(700)分散的构建材料(107)的量。不管使用什么类型的分散器，因为不要求构建材料在接触的时候坚固化，所以按照本方法可以减少执行实体自由成形制造所需的成本和时间。相反，通过使用作为高精度分散器工作的材料分散器形成连续物体成形边界(109)，可以使用低精度分散器分散构建材料，并且允许其在坚固化之前稳定。流动的能力也允许构建材料消除许多实体自由成形制造系统的典型的结构空腔和缺陷。
[0042]一旦构建材料被淀积并处理得足以减少缺陷的可能性(步骤415)，实体自由成形制造系统(100，图1)可以坚固化构建材料(107，图7B)。可以使用任何适当的装置来坚固化所包含的液体构建材料(107，图7B)，包括但决不限于，使用电磁辐射的部分固化、施加热量或当淀积时由构建材料中存在的化学制剂激活的化学固化(步骤420)。液体构建材料(107，图7B)的坚固化可以在一些液体构建材料被分散到容器沟中后，或者在多个构建材料片段成形时立即发生。可以通过部分固化来坚固化构建材料，以致部分固化的构建材料片段将支撑随后淀积的构建材料。通过部分固化淀积的材料而不是在淀积的时候完全固化每一片段，中间坚固化的时间也随同整体处理时间减少。随着构建材料(107，图7B)的坚固化，可选地可以再次平面化构建材料(步骤430)。制造过程中的这次平面化有助于通过除去任何超出容器结构(113，图7A)高度或厚度的构建材料来确保容器沟(500，图7A)的精确填充。此外，构建材料部分坚固化之后的平面化可以消除构建材料中诸如气泡的大量缺陷。
[0043]一旦构建材料被平面化(步骤430)，计算装置(110，图2)确定期望的三维物体的制造是否完成(步骤440)。如果计算装置(110，图2)确定期望的三维物体的制造没有完成并且应当形成更多数量的容器结构和构建材料来完成期望的三维物体(否，步骤440)，那么计算装置会使实体自由成形制造系统(100，图1)再次从步骤400开始。然而，如果所述计算装置确定三维物体的制造已完成(是，步骤440)，实体自由成形制造系统(100，图1)可以进一步强化构建材料(步骤450)。在材料分散完成时构建材料(107，图7B)的进一步强化是需要的，因为如上面所解释的，在制造过程中构建材料可能仅仅被坚固化得足够支撑随后的构建材料的数量。可以通过使用任意多个固化装置来进一步强化构建材料(步骤450)，包括但决不限于，应用电磁辐射，UV辐射，加热，或在淀积时由构建材料中存在的化学制剂激活的化学固化。
[0044]一旦固化，就可以从期望的三维物体除去容器材料(步骤460)。根据所使用的材料，用于除去容器材料的过程可能变化。如果容器材料和构建材料都是由蜡制成的，构建蜡要比容器蜡具有更高的熔点。按照这个示范实施例，容器材料和期望的三维物体的复合结构可以被沉浸在一种溶液中，该溶液已经被加热到一个高于容器材料蜡熔点但低于构建材料蜡熔点的温度。来自溶液的热量可以使容器材料蜡从期望的三维物体中熔化。类似地，如果构建材料是一种在辐射中暴露时可固化的材料而容器材料是蜡，容器蜡可被加热并从构建材料中熔化而不需将操作温度保持在容器材料的熔点和构建材料的熔点之间。
[0045]备选地，可以选择构建材料和容器材料以对于一种溶剂的作用展现相反的脆弱性。例如，容器材料可以是一种极性材料，而构建材料是一种非极性材料。在这个示范实施例中，最终的复合结构可以被浸泡在一种极性溶剂中，所述极性溶剂使极性容器材料溶解掉，只留下构建材料。
[0046]在另外一个实施例中，构建材料可以在暴露在某种预定波长的辐射时可固化的，而容器材料不会。在每个构建材料量被淀积后，可以在随后构建材料的淀积之前将其暴露在辐射中。只要固化的材料展现与非固化状态的相同材料的一些交互作用，那么最终的复合结构将具有不同的硬度特征。因而可通过适当的物理或化学装置完成两种成分的分离。
[0047]在又一个实施例中，可以选择两种有相互不溶混性的材料。只要完成的三维物体在拓扑上不包含相反的成分，由于缺乏粘性，可以手工从周围的支撑材料中将其分离。
[0048]虽然上面提到的方法已经在能够选择性地作为高精度分散器或低精度分散器工作的单个材料分散器的上下文中进行了解释，本发明可以在一种具有任何数量的材料分散器的实体自由成形制造装置中被实现，其中至少一个分散器能够作为低精度分散器工作并且至少一个分散器能够作为高精度分散器工作。
备选实施例
[0049]按照图8所示的一个备选实施例，在期望的三维物体内部创建空腔或多孔网络是期望或费效合理的。可能需要空腔(820)减少重量、制造成本或解决其它问题。为了在期望的三维物体中制造空腔，按照本示范方法，可以在分散物体构建材料(107，图9)之前，通过在连续物体成形边界(109)内制造较小的、中空的容器结构(800)来在期望的三维物体内制造一个或多个空腔。如图8所示，较小的、中空的容器结构(800)具有坚固的外壁，类似于主容器结构(113)的连续物体成形边界(109)的外壁。按照这个示范实施例，较小的、中空的容器结构(800)可以由作为高精度分散器工作的材料分散器来形成，与主容器结构(113)的连续物体成形边界(109)的形成同时进行或一起进行。
[0050]图9是包括一个主容器结构(113)和较小的、中空的容器结构(800)的容器结构的横断面视图。如图9所示，当要形成一个空腔(800)时，较小的、中空的容器结构(800)可以在构建材料(107)的分散之前形成。当允许构建材料(107)在容器结构(113)形成的容器沟(500)中流动时，较小的、中空的容器结构(800)阻止构建材料(107)进入期望的空腔(820)。
[0051]如图10所示，一旦在期望的三维物体中形成空腔(820)，可以淀积后续结构材料以致空腔(820)边缘的材料滴部分地悬挂于空腔的边缘之上，并且逐渐地密封空腔。由于后续构建材料(107)淀积在由容器结构(113)形成的容器沟(500，图8)中，结构材料阻止构建材料进入所形成的空腔(820)。这种在期望的三维物体内形成空腔的能力不仅使得由于使用更少材料制造而引起成本下降，还可以制造许多诸如蜂巢形空腔的结构空腔。
[0052]图11显示了本实体自由成形制造方法的另外一个实施例。按照图11所示的示范实施例，该实体自由成形制造方法可以通过同时形成容器结构(步骤1000)并分散物体构建材料(步骤1110)而开始。本方法允许使用作为高精度分散器工作的材料分散器来形成容器结构(113)的连续物体成形边界(109，图8)，而由作为低精度分散器工作的材料分散器分散构建材料。如果松散物体构建材料(107)具有较低的粘性和/或高的表面张力，可能需要一些时间来扩散并填充由容器结构(113，图8)定义的容器沟(500，图8)。按照这个示范实施例，容器结构(113，图8)和物体构建材料(107，图9)可被同时分散，只要在物体构建材料(107)接触到容器结构时它被充分地坚固化。一旦容器结构和物体构建材料已被分散，构建材料可被充分地坚固化来支撑进一步的制造操作(步骤420)。还可以平面化构建材料以除去任何过量的构建材料(步骤430)。一旦构建材料被坚固化并平面化，计算装置可以确定制造操作是否完成(步骤440)。如果有另外的制造操作需要执行(否，步骤440)，实体自由成形制造设备(100，图1)再次开始分散容器结构和构建材料。然而，如果计算装置确定制造操作完成，它可能使实体自由成形制造设备(100，图1)除去容器材料(步骤1120)并进一步强化构建材料(步骤1130)。如图11所示，如果用于除去容器材料的过程足够良好来除去容器材料而不会损坏期望的三维物体，容器材料的除去可以发生在期望的三维物体之最终固化与强化之前。
[0053]总之，本实体自由成形制造系统和方法通过减少对于多个高精度分散器的需求而有效地减少了实体自由成形制造成本。更确切地，本系统和方法允许使用能够作为高精度分散器工作的材料分散器来选择性地淀积容器结构的边界区域，而使用作为低精度分散器工作的相同的材料分散器来淀积剩余容器结构以及淀积构建材料。这个系统和方法还通过允许由低精度分散器淀积稀疏结构阵列配置来减少制造期望的三维物体所需的支撑材料的数量，从而减少所制造物体的成本。由于材料用量的减少，稀疏结构阵列的形成还减少了除去结构材料的难度。此外，本系统和方法通过允许构建材料在后续坚固化过程之前保持可流动的液体状态，减少了部件缺陷。
[0054]前面给出的描述仅仅用来示例并描述本发明的示范实施例。它并非是详尽而彻底的，也不是将本发明限制为所公开的任何精确形式。根据上面的启发，许多修改和变种都是可能的。企图使用下面的权利要求来定义本发明的范围。

Claims (10)

1.一种通过实体自由成形制造来生产三维物体的方法，包括：
选择性地淀积一个边界结构，其中所述边界结构定义所述物体的表面；以及
在所述边界结构内淀积一可流动的构建材料(107)，其中所述可流动的构建材料(107)通过流进所述边界结构而形成所述物体的一部分。
2.权利要求1所述的方法，还包括平面化所述可流动的构建材料(107)。
3.权利要求1所述的方法，还包括坚固化所述可流动的构建材料(107)。
4.一种通过实体自由成形制造来生产物体的方法，包括：
使用一高精度分散器来选择性地淀积一个边界结构；以及
使用一低精度分散器在所述边界结构内淀积一可流动的物体构建材料(107)。
5.一种通过实体自由成形制造来生产物体的方法，包括：
使用一高精度分散器来选择性地淀积多个定义所述物体的外表面的周界结构；以及
向所述周界结构内部分散一定量的流体构建材料。
6.一种通过实体自由成形制造来生产多孔物体的方法，所述方法包括：
使用一高精度分散器来选择性地淀积第一材料以形成一个外部边界结构；
使用所述高精度分散器来选择性地淀积较小的内部边界结构；以及
用一可坚固化的构建材料(107)来填充所述外部边界结构，其中所述填充是由一低精度分散器执行的。
7.一种使用液体构建材料(107)来创建三维物体的方法，包括：
选择性地淀积一个边界结构，其中所述边界结构定义所述三维物体的表面；以及
在所述边界结构内淀积一液体构建材料；以及
坚固化所述液体构建材料(107)。
8.一种由自由成形制造创建的物体，所述物体包括：
多个边界物体材料，包括一固化的材料；以及
在所述物体材料内淀积的多个空腔，所述空腔是通过选择性淀积而在所述边界物体材料内形成。
9.一种实体自由成形制造装置，包括：
一个制造箱(102)；
一个用于在所述制造箱(102)内分散材料的可移动台(103)；以及
一个耦合到所述可移动台(103)的材料分散器(105)；
其中所述材料分散器(105)作为高解析度分散器工作来选择性地淀积一个边界结构，并且所述材料分散器(105)作为低解析度分散器工作来向所述边界结构内分散可流动物体构建材料(107)。
10.一种在其上具有指令的处理器可读的介质，用于
接收对应于实体自由成形制造物体的数据；
控制材料的选择性分散来形成一个定义所述物体的外表面的边界结构，其中所述材料是用一高精度分散器分散的；以及
控制使用低精度分散器在所述边界结构内分散可流动构建材料(107)，来形成所述实体自由成形制造物体。
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