TWI609793B - 產生三維物件之技術（三） - Google Patents

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Abstract

一種用於產生一三維物件的裝置被提供。該裝置包含一具有一表面的殼體，該表面界定一建構接收器以接收不同尺寸的建構模組或接收數個建構模組。該建構模組各自包括一建構腔以從一建構材料分配器接收一建構材料層。該裝置可包含有一化劑分配器，以選擇性地遞送一聚結劑至將接收自該建構材料分配器之該建構材料層的部分上，使得當能量被施加到該層時，該層的該等部分會聚結並固化以形成該三維物件的一個切片。

Description

產生三維物件之技術(三)
本發明係有關於產生三維物件之技術(三)。
發明背景
基於一種逐層堆疊的方式來產生三維物件之積層製造系統已被提出作為一種可產生少量三維物件之潛在的便利方法。
由如此系統所產生物件的品質可能會有很大的差異，取決於所使用的積層製造技術類型。一般而言，低品質和低強度的物件可使用較低成本的系統來產生，而高品質和高強度的物件可使用較高成本的系統來產生。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種用於產生一三維物件的裝置，該裝置包含有：一具有一表面的殼體，該表面界定一建構接收器以接收不同尺寸的建構模組或接收數個建構模組，該建構模組各自包括一建構腔以從一建構材料分配器接收一建構材料層；以及一化劑分配器，以選擇性地遞送一聚結劑至將接收自該建構材料分配器之該建構材料層的部分上，使得當能量被施加到該層時，該層的該等部分會聚結並固化以形成該三維物件的一 個切片。
10、100‧‧‧裝置
12、102、202、216‧‧‧殼體
14、104‧‧‧表面
16‧‧‧建構接收器
18、274‧‧‧化劑分配器
106‧‧‧建構體積
108‧‧‧化劑分配器接收器
200‧‧‧積層製造系統
204‧‧‧側殼體部分
206‧‧‧中央殼體部分
208‧‧‧後殼體部分
212‧‧‧建構接收器/接納體積
214、214a、214b、214c、214d‧‧‧建構模組
218‧‧‧輪子
220‧‧‧手柄
222‧‧‧蓋子
224、324‧‧‧建構組件
226、226c、326‧‧‧建構材料腔
228、228c、328‧‧‧建構腔
230、330、336‧‧‧支撐構件
232、236、238、338‧‧‧活塞
234、240、244、334、340、344、382‧‧‧馬達
242、332、342、384‧‧‧建構材料分配器
246‧‧‧建構材料
248‧‧‧先前沉積層
250、280‧‧‧部分
252、254‧‧‧固定器構件
256‧‧‧控制器
258‧‧‧處理器
260‧‧‧電腦可讀取媒體
266‧‧‧化劑遞送控制資料
268‧‧‧聚結劑分配器
270‧‧‧箭頭
272‧‧‧能量源
276‧‧‧建構材料層
278‧‧‧聚結劑
400‧‧‧方法
402~412‧‧‧方塊
一些實例的描述係針對以下的該等附圖：圖1a根據一些實例係用於產生一三維物件的一裝置的一簡化示意圖；圖1b根據一些實例係用於產生一三維物件的一裝置的一簡化示意圖；圖2a根據一些實例係一積層製造系統的一簡化透視圖；圖2b根據一些實例係用於一積層製造系統之一可移除式建構模組的一簡化透視圖；圖2c根據一些實例係用於一積層製造系統之一可移除式建構模組的一簡化透視圖；圖2d根據一些實例係一建構模組之一建構組件的一簡化透視圖；圖2e根據一些實例係一建構模組之一建構組件的一簡化側視圖；圖2f根據一些實例係已經接收可移除式建構模組之積層製造系統的一簡化透視圖；圖2g根據一些實例係已經接收一可移式除建構模組之積層製造系統的一簡化透視圖；圖2h根據一些實例係用於一積層製造系統之一可移除式建構模組的一簡化透視圖；圖3根據一些實例係一建構模組之一建構組件的 一簡化側視圖；圖4根據一些實例係一流程圖，其示範出了三維物件的一種方法；以及圖5a-d根據一些實例圖示出了一系列之建構材料層的橫截面側視圖。
較佳實施例之詳細說明
當由本說明書或該等請求項引用時，以下的術語會被理解為係指以下的意義。單數形式「一」、「一個」、和「該」的意思是指「一個或多個」。術語「包括」和「具有」旨在具有相同的包容性意義，如同術語「包含有」。
使用一積層製造系統，一三維物件可透過建構材料的一個或多個連續層其部分的固化來被產生。該建構材料可以是基於粉末的而所產生物件的該等屬性係取決於該建構材料的類型和所使用之固化機制的類型。在一些實例中，固化的實現可以使用一種液體粘合劑來化學式地固化建構材料。在其他的實例中，固化的實現可透過把能量暫時性地施加到該建構材料。這可以，舉例來說，涉及一聚結劑的使用，其係一種材料，當一適當量的能量被施加到建構材料和聚結劑的一種組合時，可致使該建構材料聚結和固化。在其他的實例中，固化的其他方法可被使用。
然而，一些積層製造系統的設計可能，舉例來說，無法提供足夠的靈活性和速度。舉例來說，當建構材料需要再次填充或該系統需要清理時，列印的連續性可能 難以維持。此外，在列印作業之間可能會有時間延遲。再者，在一些實例中，這些系統可能需要有高度使用者互動的設計，諸如處理建構材料和清理。
因此，本發明內容提供了一種積層製造系統，該系統可以以可移除的方式接收建構模組。該模組化設計可以，舉例來說，藉由在同一時間允許不同類型的建構模組被插入，諸如不同尺寸和/或多個建構模組，來提供多功能性。該模組化設計還可以透過允許更快的使用和在繼續使用該系統的過程中具有較少的中斷來提供高生產率，舉例來說在連續性的列印作業之間會以很少或沒有時間延遲的方式來完成。該建構模組可被提供有一殼體，其中一建構腔、建構材料腔、和/或馬達可被提供用於該等腔的移動。這種設計可以允許一建構模組可更快速的清理，當它被移除時。該建構模組也可以容易地於一積層製造系統被插入和移除。
圖1a根據一些實例係用於產生一三維物件的一裝置10的一簡化示意圖。該裝置10可以包括一具有一表面14的殼體12，其界定了一建構接收器16以接收不同尺寸的建構模組或接收數個建構模組。「不同尺寸」係指該建構接收器16一次能夠接收至少一個建構模組，而不管該一個建構組件是否有一第一尺寸或一第二尺寸。「以接收數個建構模組」係指該建構接收器16一次能夠接收兩個或更多個建構組件。因此，該建構接收器16不侷限於接收一固定尺寸的建構模組。該建構模組可以各自包括一建構腔以從一建 構材料分配器接收一建構材料層。該裝置10可以包括一化劑分配器18以選擇性地遞送一聚結劑至將被接收自該建構材料分配器之該建構材料層的部分上，使得當能量被施加到該層時，該層的該等部分會聚結並固化以形成該三維物件的一個切片。
圖1b根據一些實例係用於產生一三維物件的一裝置100的一簡化示意圖。該裝置100可以包括一具有一表面104的殼體102，其界定一建構體積106以接收多種尺寸的一建構模組或多個建構模組。該建構模組可以各自包括一建構腔以從一建構材料分配器接收一建構材料層。該裝置100可以包括一化劑分配器接收器108以可移除式地接收一化劑分配器，該化劑分配器可選擇性地遞送一聚結劑至將被接收自該建構材料分配器之該建構材料層的部分上，使得當能量被施加到該層時，該層的該等部分會聚結並固化以形成該三維物件的一個切片。
圖2a根據一些實例係一積層製造系統200的一簡化透視圖。該積層製造系統200可以包括一殼體202。該殼體202可以容納各種組件，諸如一化劑分配器和其他的組件，其將會做更詳細地討論。
該殼體202可包括側殼體部分204、一中央殼體部分206、和一後殼體部分208。這些殼體元件的表面可界定建構接收器212，其包括一接納體積。圖2a展示出該接納體積212具有一長方體形狀，但在其他的實例中，該接納體積212可以具有其他的形狀，取決於該等側殼體部分204、一 中央殼體部分206、和一個後殼體部分208的該配置和形狀。如圖2a所示，該中央殼體部分206和該接納體積212可沿著該y軸方向延伸至一足夠的長度使得該系統200可被認為是一寬格式系統。在其他的實例中，該中央殼體部分206和該接納體積212可沿著該y軸方向會有更短或更長的長度。
該積層製造系統200可以包括一系統控制器256，其可以包括一處理器258用以執行，諸如在本文中所描述那些方法的指令。該處理器258可以，舉例來說，係一微處理器、一微控制器、一可編程閘陣列、一特定應用積體電路(ASIC)、一電腦處理器、或類似物。該處理器258可以，舉例來說，包括在一晶片上的多核心、在多個晶片上的多核心、在多個裝置上多核心、或者它們的組合。在一些實例中，該處理器258可以包括至少一積體電路(IC)、其他控制邏輯、其他電子電路、或它們的組合。
該控制器256可以支援直接的使用者互動。舉例來說，系統200可以包括被耦合到該處理器258的使用者輸入裝置，諸如一鍵盤、觸控板、按鈕、鍵板、撥號盤、滑鼠、軌跡球、讀卡機、或其他的輸入裝置的一個或多個。此外，該系統200可以包括被耦合到該處理器258的輸出裝置，諸如一液晶顯示器(LCD)、印表機、視訊監視器、觸控螢幕顯示器、一發光二極體(LED)、或其他輸出裝置的一個或多個。該輸出裝置可以回應於指令以顯示出文字資訊或圖形資料。
該處理器258可經由一通信匯流排與一電腦可讀取儲存媒體260進行通信。該電腦可讀取儲存媒體260可包括一單一媒體或多媒體。舉例來說，該電腦可讀取儲存媒體260可以包括該ASIC的一記憶體，以及在該控制器256中一單獨記憶體的一個或兩個。該電腦可讀取儲存媒體260可以是任何電子的、磁性的，光學式的、或其他物理儲存裝置。舉例來說，該電腦可讀取儲存媒體260可以是，舉例來說，隨機存取記憶體(RAM)、靜態記憶體、唯讀記憶體、一電可擦除式可編程唯讀記憶體(EEPROM)、一硬碟、一光碟、一儲存碟、一CD、一DVD、和類似物。該電腦可讀取儲存媒體260可以是非暫時性的。該電腦可讀取儲存媒體260可儲存、編碼、或攜帶電腦可執行指令262，其當由該處理器258執行時，可致使該處理器258執行根據各種實例在本文所揭露的該等方法或操作的任一個或多個。
圖2b-c根據一些實例係用於一積層製造系統200之一可移除式建構模組214的一簡化透視圖。該建構模組214可包括一殼體216。輪子218可被安裝在該殼體216的一底部表面，使得該建構模組214可類似一手推車地被推動。可替代地，固定腳柱可以被提供而非使用輪子。然而，在一些實例中，並無安裝輪子218或固定腳柱。一蓋子222可以可移除式地被附接到該殼體216以形成該建構模組214的該頂部表面的一部分。當該蓋子222被移除時，如圖2b所示，一建構組件224，其可以被容納在該殼體216中，會被裸露出。圖2c展示出蓋上該蓋子的情況。該殼體216和該蓋子222 可以防止建構材料從該建構模組214中逸出。
如在圖2c中所示，該建構組件224可以如一抽屜般從該殼體216移除，由一使用者使用附接到該建構組件224的一側表面的手柄220。額外的手柄可被提供在該建構組件224的該表面上。在其他實例中，一種自動的和/或電子式的機制可以被使用來自動地打開該抽屜當，舉例來說，一使用者提供輸入諸如按下在該殼體216或該建構組件224上的一按鈕。
圖2d-e根據一些實例分別係一建構模組214之一建構組件224的一簡化透視圖。如圖所示，該建構組件224已經完全脫離該殼體216。該建構組件224可包括一建構材料腔226和一建構腔228。
一支撐構件230可被提供在該建構材料腔226中。一活塞232可被附接到該支撐構件230的一底部表面。一馬達234可以驅動該活塞232以使得該支撐構件230可沿著該z軸移動。同樣地，一支撐構件236可被提供在該建構腔228中。一活塞238可被附接到該支撐構件236的一底部表面。一馬達240可以驅動該活塞238以使得該支撐構件236可沿著該z軸移動。在一實例中，該等支撐構件230和236的尺寸約在從10厘米乘10厘米至100厘米乘100厘米的範圍內。在其他的實例中，該等支撐構件230和236可以具有更大或更小的尺寸。
圖2e圖示出在儲存區中的建構材料246，其位於該建構材料腔226中該支撐構件230的該頂部表面上。圖2e 還示圖出建構材料的一先前已沉積的層248，其位於該建構腔228中該支撐構件238的該頂部表面上。該先前已沉積的建構材料248包括使用該積層製造系統200已經被處理並固化成一三維物件部分的一部分250。
在一些實例中，該建構材料可以是一基於粉末的建構材料。正如本文中所使用的，基於粉末的材料該術語旨在包括乾燥和潮濕兩種基於粉末的材料、顆粒狀材料、和微粒狀材料。在一些實例中，該建構材料可以包括空氣和固體聚合物顆粒的一種混合物，舉例來說，比例約為40%的空氣和約為60%的固體聚合物粒子。一種合適的材料可以是Nylon 12，其可購自，舉例來說，Sigma-Aldrich Co.LLC。另一種合適的材料可以是PA2200，其可購自Electro Optical Systems EOS GmbH。合適建構材料的其他實例可以包括，舉例來說，粉狀金屬材料、粉狀複合材料、粉狀陶瓷材料、粉狀玻璃材料、粉狀樹脂材料、粉狀聚合物材料、等等。然而，應當被理解的是，這裡所描述的該等實例並不侷限於基於粉末的材料或任何上面所列出的該等材料。在其他的實例中，該建構材料可以是一膏狀物或一凝膠。根據一實例，一合適的建構材料可以是一種粉末狀半結晶熱塑性材料。
該建構組件224可包括一建構材料分配器242，諸如，舉例來說，一刮片或一軋輥。該建構材料分配器242可由一馬達244來驅動以提供，舉例來說，遞送和/或沉積，建構材料的連續層，從在該建構材料腔226中的該支撐構件 230到在該建構材料腔228的該支撐構件236。然而，在其他的實例中，該建構材料分配器242可以替代為該系統200的一組件並被附接到該殼體202或在其之中。
回到圖2a，一固定器構件252可被附接到該殼體22，在該中央殼體部分206的該底部表面。可替代地或另外地，固定器構件可被附接在該側殼體部分204和/或該後殼體部分208。在圖2a中，該固定器構件252被圖示出沿著該中央殼體部分206的該長度做長度上的延伸，但在其他的實例中，該固定器構件252可以具有其他的配置。在一些實例中，多個分離的固定器構件252可在沿著該中央殼體部分206之該底部表面長度的不同點上被提供。
回到圖2b，一固定器構件254可被附接到該殼體216的該頂部表面。可替代地或另外地，固定器構件可被附接在該殼體216的任何其他表面，包括該等四個側面的任一個。在圖2b中，該固定器構件254被圖示出沿著該殼體216的該長度做長度上的延伸，但在其他的實例中，該固定器構件254可以具有其他的配置。在一些實例中，多個分離的固定器構件254可在沿著該殼體216之該頂部表面長度的不同點上被提供。
該等固定器構件252和254可以被耦合在一起，使得該積層製造系統200可在該接納體積212中可移除式地耦合和可移除式地接收該建構模組214。如圖所示，該建構模組214可側向地或大致側向地，諸如水平地或大致水平地，被接收到該接納體積212中。該等固定器252和254可以是磁 性固定器、機械固定器、和/或其他類型的固定器。
如果該等固定器252和254係磁性固定器，它們各自可以是磁性的，這意味著它們每一個可以由合適的材料被做成，使得在一磁場的存在下它會感受到一種力量，和/或自身產生一磁場。因此，當該等固定器252和254足夠地靠近，它們會被吸引以把該建構模組214鎖在該積層製造系統200中。舉例來說，該等固定器252和254可以包括永久性磁鐵諸如鐵磁體、或反鐵磁體、亞鐵磁體、順磁體、抗磁體、或電磁鐵。
如果該等固定器252和254是機械式固定器，該等固定器252和254的其中一個可以是一鎖閂構件而另外一個是一接收構件。舉例來說，該鎖閂可以被插入到或附接到該接收構件以把該建構模組214鎖在該積層製造系統200中。
當該建構模組214被插入在該系統200的該接納體積212中時，該蓋子222會將旨在被移除，使得在該系統中的組件，諸如化劑分配器、能量源、加熱器、和感測器可以能夠與該建構腔228和任何在其中的建構材料進行互動，如將要被討論的。
圖2f-g根據一些實例係已經接收可移除式建構模組之積層製造系統的簡化透視圖。一般而言，建構模組沿著該x軸方向或該y軸方向可以具有任意的長度。舉例來說，如圖所示，各種尺寸的建構模組214a-d沿著該x軸方向可以具有任意的長度。舉例來說，在圖2g中，一單一建構 模組214d具有沿著該y軸方向的一種長度，使得當其被插入到該系統200中時，可充滿整個接納體積212。在圖2f中，多個沿著該y軸方向具有較小長度的建構模組214a-c可沿著該y軸方向被排列起來以共同充滿整個接納體積212。因此，在圖2f中，該等建構模組214a-c的建構腔和支撐構件可被排成列。此外，在圖2f中，具有不同長度的建構模組被圖示出，舉例來說，建立模組214a-c具有相對於彼此不同的長度。
圖2h根據一些實例係用於一積層製造系統之該可移除式建構模組的一簡化透視圖。該建構模組214c被圖示成從在圖2f的該系統200處被移除。如圖所示，由於比圖2b-2e的該建構模組214要長，該建構模組214c會具有一建構材料腔226c，其沿著該y軸方向會比建構模組214的該建構材料腔226要長，並且會有一建構腔228c其沿著該y軸方向會比該建構材料腔228要長。雖然未被圖示出，該建構模組214d會具有沿著該y軸方向跨越該建構模組214d整個長度的腔。
另外，雖然沒被示出，該建構模組和腔也可以沿著該x軸方向在寬度上做變化。
在一些實例中，建構模組和/或建構組件之不同的配置可以被使用。圖3根據一些實例係一建構模組之一建構組件324的一簡化側視圖。除了能夠可移除式地接收該建構組件224，圖2b-c的該殼體216也可以可移除式地接收該建構組件324。當該建構組件324是在該殼體216之中時，該 蓋子222可從該殼體216移除以裸露出該建構組件324和它的建構腔328。
該建構組件324是可移除的，可以如一抽屜般從從該殼體216移除，由一使用者使用附接到該建構組件324的一側表面的手柄。額外的手柄可被提供在該建構組件324的該表面上。在其他實例中，一種自動的和/或電子式的機制可以被使用來自動地打開該抽屜當，舉例來說，一使用者提供輸入諸如按下在該殼體216或該建構組件324上的一按鈕。
在圖3中，該建構組件324已經完全地從該殼體216移除。該建構組件324可包括一建構材料腔326和一建構腔328。該建構材料腔326可以是在該建構材料腔328之下。這可以，舉例來說，允許該建構材料腔328是寬的，使得建構材料之寬的層可以被遞送於此。
一支撐構件330可被提供在該建構材料腔326中。建構材料246被顯示成在該建構材料腔326中該支撐構件330的頂部表面上的儲存區中。該支撐構件330可被傾斜，以允許建構材料246可因重力而往下滑。一支撐構件336可被提供在該建構腔328中。建構材料的一先前已沉積的層248被展示在該建構腔328中該支撐構件338的該頂部表面之上。該先前已沉積的建構材料248包括該部分250，其使用該積層製造系統200已被處理並固化成一三維物件的部分。一活塞338可被附接到該支撐構件336的一底部表面。一馬達340可以驅動該活塞338以使得該支撐構件336可沿 著該z軸移動。在一實例中，該等支撐構件330和336的尺寸約在從10厘米乘10厘米至100厘米乘100厘米的範圍內。在其他的實例中，該等支撐構件330和336可以具有更大或更小的尺寸。
一個或多個建構材料分配器332、284、和342可被使用來提供，例如，遞送和/或沉積建構材料的連續層，從在該建構材料腔326中的該支撐構件330到在該建構材料腔328中的該支撐構件336。舉例來說，該建構材料分配器332，舉例來說一可旋轉的球、輪子、或軋輥，可以附接在該建構材料腔326中。一馬達234可驅動該建構材料分配器332來旋轉以移動該建構材料246，如由該彎曲箭頭所示。附接到該組件324的一建構材料分配器384，舉例來說，一遞送器，可由一馬達344驅動然後把該建構材料246在該z軸方向上往上移動，如該箭頭所示。附接到該建構組件324的一建構材料分配器384，舉例來說，一刮片或一軋輥，可由一馬達344驅動在該y軸方向做縱向移動以滾動建構材料242進入在該建構材料腔328中的該支撐構件336。在一些實例中，該建構材料分配器342可替代為該系統200的一組件並附接到該殼體202或在其之中。
在一些實例中，該建構模組214可以包括一控制器和電腦可讀取媒體，其具有相似於如之前所描述之該控制器256和該電腦可讀取媒體260的特徵。在如此的實例中，該電腦可讀取媒體可以儲存指定該建構模組214之特徵的資料和/或指令，舉例來說它的大小、它的每一個腔的大 小、被提供在它的建構材料腔中所儲存的建構材料類型、和類似物。這些資料和/或指令可被儲存來被該控制器256存取，當該建構模組214被插入到該系統200中用於產生一三維物件時。在一些實例中，諸如有關於在該建構模組214中的該建構材料類型，在建構模組上有一輸入裝置，其具有類似於先前所討論之該控制器256輸入裝置的功能，可以從一使用者接收有關於儲存在該建構模組214中該建構材料類型的輸入。在一些實例中，在該建構模組214上的一感測器可以自動檢測該建構材料的類型。
該積層製造系統200可以包括一聚結劑分配器268以選擇性遞送聚結劑至被提供在一個或多個建構腔228中的一個或多個支撐構件236上建構材料的連續層，其將會被討論。一聚結劑係一種材料，當一合適量的能量被施加到建構材料和聚結劑的一種組合時，可致使建構材料進行聚結並固化。根據一非限制性的實例，一合適的聚結劑可以是一種墨水型態配方，其包含炭黑，諸如，舉例來說，在市場上被稱為是CM997A的墨水配方，可購自Hewlett-Packard公司。在一實例中，如此一墨水可額外地包含一種紅外光吸收劑。在一實例中，如此一墨水可額外地包含一種近紅外光吸收劑。在一實例中，如此一墨水可額外地包含一可見光吸收劑。包含可見光增強劑之墨水的實例為基於染料的彩色墨水和基於顏料的彩色墨水，諸如在市場上被稱為是CE039A和CE042A的墨水，可購自Hewlett-Packard公司。
根據指令，該控制器256可控制聚結劑的該選擇性遞送至所提供建構材料的一層，該等指令包括儲存在該電腦可讀取媒體260中的化劑遞送控制資料266。
該化劑分配器268可以是一列印頭，諸如熱列印頭或壓電噴墨列印頭。該列印頭可以具有噴嘴的陣列。在一實例中，諸如通常被使用在市售噴墨印表機中之合適的列印頭可被使用。在其他的實例中，該等化劑可透過噴嘴而不是透過列印頭來被遞送。其他的遞送機制亦可被使用。
該化劑分配器268可被用於選擇性地遞送，諸如沉積，聚結劑當其具有該合適的流體形式時，諸如液體。在一些實例中，該化劑分配器268可以被選擇以300到1200每英寸點數(DPI)之間的分辨率來遞送劑滴，舉例來說600DPI。在其他的實例中，該化劑分配器268可被選擇以一種較高或較低的分辨率來遞送劑滴。在一些實例中，該化劑分配器268可以具有一噴嘴陣列，透過其，該化劑分配器268能夠選擇性地噴射出流體滴。在一些實例中，每一個液滴約為每滴10微微升(pl)的等級，儘管在其他的實例中能夠遞送一更大或更小液滴的一化劑分配器268亦可被使用。在一些實例中，能夠遞送可變大小液滴的一化劑分配器268亦可被使用。
在一些實例中，該化劑分配器268可以是該系統200的一整合部分。在一些實施例中，該等化劑分配器268可以是使用者可替換的而不是固定的，在這種情況下，它可以是可移除式地可接收的，例如可插入到，該系統200的 一合適的化劑分配器接收器，例如介面模組。
在圖2a所示的該實例中，該化劑分配器268有一在該x軸方向的長度使得它能夠以一種所謂的頁寬陣列配置跨越該支撐構件236或336在該x軸方向的整個寬度。在一實例中，這可透過多個列印頭的一種適當的佈置來被實現。在其他的實例中，一具有一噴嘴陣列的單一列印頭可被使用，該噴嘴陣列具有一長度使得它們能夠跨越該支撐構件236或336的寬度。在其他的實例中，該化劑分配器268可以具有一較短的長度，其無法使它們能夠跨越該支撐構件236或336的整個寬度。
該分配器268可以被安裝在一可移動的滑架上以使其可沿著該所示的y軸雙向地移動過該串一個或多個支撐構件236或336的整個長度，如圖箭頭270所示。這使得可用一單次遍歷即能夠把聚結劑的選擇性遞送橫越過該等支撐構件236或336的整個寬度和長度。
應當被注意的是，本文所使用的該術語「寬度」係一般用來表示在平行於圖2a-e中所示之該等x和y軸的平面中的最短尺寸，而本文所使用的該術語「長度」係一般用來表示在該平面中的該最長尺寸。然而，將被理解的是，在其他的實例中，該等術語「寬度」和「長度」係可互換使用。舉例來說，在其他的實例中，該化劑分配器268可具有一長度，其致使它們能夠跨越該支撐構件236或336的整個長度，而該可移動滑架可雙向地移動橫跨該支撐構件236或336的寬度。
在另一實例中，該化劑分配器268並不具有一可使它們能夠跨越該支撐構件236或336整個寬度的長度，但另外地能在該圖示的該x軸中雙向地移動橫跨該支撐構件236或336的寬度。該配置使用多次遍歷來致使聚結劑和聚結改性劑的選擇性遞送可橫跨該支撐體204的整個寬度和長度。然而，其他的配置，諸如一頁寬陣列配置，可致使三維物件可更快地被產生。
該聚結劑分配器268可以包括一聚結劑的供給，或者可連接到一分離的聚結劑供給。
在一些實例中，可能存在另外的聚結劑分配器，諸如該化劑分配器274。在一些實例中，系統200的該等分配器可以位於同一滑架上，不是彼此相鄰就是隔開一短距離。在其他的實例中，兩個或多個滑架的每一個可含有一個或多個分配器。舉例來說，每一個分配器可位於其自身的各別的滑架上。任何額外的分配器可具有類似於如之前參考該聚結劑分配器268所討論的特徵。然而，在一些實例中，不同的化劑分配器可以提供不同的聚結劑，舉例來說。
該系統200還包括一附接到該殼體202的能量源272。該能量源272將施加能量給建構材料以致使該建構材料在聚結劑已被遞送或已經滲透的部分進行固化。在一些實例中，該能量源272係一紅外線(IR)輻射源、近紅外線輻射源、或鹵素輻射源。在一些實例中，該能量源272可以是一單一能量源，其能夠均勻地施加能量至沉積在該支撐構件236或336上的建構材料。在一些實例中，該能量源272可 以包括一能量源陣列。
在一些實例中，該能量源272被配置成本質上係以一均勻的方式施加能量至一建構材料層的該整個表面上。在這些實施例中，該能量源272可被稱為是一未聚焦的能量源。在這些實施例中，一整個層可以具有同時施加於其的能量，這可有助於提升一三維物件被產生的速度。
在其他的實例中，該能量源272被配置成本質上係以一均勻的方式施加能量至一建構材料層其整個表面的一部分上。舉例來說，該能量源272可被配置以將能量施加至一建構材料層其整個表面的一條帶上。在這些實施例中，該能量源可被移動或掃描過該建構材料層，使得一本質上相同量的能量最終會被施加至一建構材料層其整個表面上。
在一些實例中，該能量源272可被安裝在該可移動的滑架上。
在其他的實例中，隨著該能量源272橫越過該建構材料層時，它可施加一可變量的能量，舉例來說，根據化劑遞送控制資料208。舉例來說，該控制器210可以控制該能量源僅把能量施加到建構材料已在其上施加有聚結劑的部分。
在另外的實例中，該能量源272可以是一聚焦的能量源，諸如一雷射光束。在這實例中，該雷射光束可以被控制來在一建構材料層的一整個或一部分上進行掃描。在這些實例中，該雷射光束可根據化劑遞送控制資料被控 制來掃描過一建構材料層。舉例來說，該雷射光束可被控制以將能量施加到一層在其上聚結劑已被遞送至的那些部分。
在一些實例中，該系統200可以另外包括一加熱器或預加熱器來發射熱量以把被沉積在該支撐構件236上的建構材料保持在一預定的溫度範圍內。該加熱器可具有一加熱單元陣列。該等加熱單元中的每一個可以是任何合適的加熱單元，舉例來說一加熱燈，諸如一紅外線燈。該配置可以被最佳化來在由該建構材料所展開的區域提供均勻的熱量分佈。每一個加熱單元，或加熱單元組，可具有一可調整的電流或電壓供給以可變地控制被施加到該建構材料表面上的該局部能量密度。
圖4根據一些實例係一流程圖，其說明了產生了一三維物件的一種方法400。該方法可以是電腦實現的。在一些實例中，被展示出的順序可以改變，以使得一些步驟可以同時進行，也可以添加一些步驟，並且也可以省略一些步驟。在描述圖3時，將參考圖2a、2e、3、和5a-d。圖5a-d根據一些實例展示出一系列之建構材料層的橫截面側視圖。
在402，該控制器210會獲取化劑遞送控制資料208。該化劑遞送控制資料208為將被產生之三維物件的每一個切片界定在該建構材料上的該等部分或該等位置，如果有的話，聚結劑將被遞送至其處。該化劑遞送控制資料208可由在該系統200中或在其之外一合適的三維物件處理 系統所產生。在一些實例中，該化劑遞送控制資料208的產生可基於物件設計資料，其代表一將被產生物件的一三維模型，和/或從代表該物件屬性的物件設計資料來產生。該模型可以界定該物件的該等實心部分，並且可由該三維物件處理系統進行處理以產生的該模型之平行平面的切片。每一個切片可界定建構材料之一各別層的一部分，其將由該積層製造系統來固化。該物件屬性資料可界定該物件的屬性，諸如密度、表面粗糙度、強度、和類似物。
在404，在該建構模組214上的一電腦可讀取媒體可判定和/或儲存代表建構模組特徵的建構模組資料，諸如正被使用的建構材料類型，舉例來說基於使用者輸入或透過感測器檢測。該建構模組的其他特徵，諸如該建構模組的實體尺寸，可以被預先儲存在該電腦可讀取媒體上，如前面所討論的。
在406，一個或多個建構模組214可由該系統200來接收。該系統200的該控制器256可以存取該建構模組214的該電腦可讀取媒體以發現該建構模組資料。
在408，建構材料的一層276可被提供，如在5a圖中所示。舉例來說，該控制器210可以控制該建構分配器242以在圖2e和4a中所示之一先前完成的層248上提供該層276。該已完成的層248可包括一固化的部分250。雖然為了說明的目的一完成的層248被圖示於圖5a-d中，但應該被理解的是，一開始可套用該等步驟408至412來產生該第一層248。
在一些實例中，諸如若該建構組件224被使用，該層276可被如下地遞送。參考圖2e和4a，在該建構材料腔226中的該支撐構件230可以由該活塞232在該z軸方向上以一種方式被如此定位使得該儲存的建構材料246的一部分會延伸超出該建構組件224的該頂部邊緣。在該建構腔228中的該支撐構件236可以由該活塞236在該z軸方向上被如此定位使得一預定的間隙被提供在建構材料的該先前已沉積層248的上方。該建構材料分配器242然後可以在該y軸方向上縱向地移動以滾動該儲存的建構材料246的該延伸部分進入該預定的間隙以在該建構腔228中產生該新的層276。該遞送可以基於被儲存在該建構模組的該電腦可讀取媒體中有關於該建構模組特徵的該資料和/或命令。
在一些實例中，諸如若該建構組件324被使用，該層276可被如下地遞送。參考圖3和4a，在該建構材料腔326中的該支撐構件330可以由該活塞332在該z軸方向上一種方式被如此定位使得該儲存的建構材料246的一部分會延伸超出該建構組件324的該頂部邊緣。在該建構腔328中的該支撐構件336可以由該活塞336在該z軸方向上被如此定位使得一預定的間隙被提供在建構材料的該先前已沉積層248的上方。然後，該等建構材料分配器332、284、和342可以被使用來遞送該層276。該儲存的建構材料246可以沿著圖3中的該等箭頭移動並被滾動進入該預定的間隙以在該建構腔228中產生該新的層276。該遞送可以基於被儲存在該建構模組的該電腦可讀取媒體中有關於該建構模組特 徵的該資料和/或命令。
在410，一聚結劑278可被選擇性地遞送至建構材料該層276的該表面上的一個或多個部分，如在5b圖中所示。該聚結劑278的該選擇性遞送可以該劑遞送控制資料208所界定的圖案被執行在該層276的各部分以變成固體來形成正被產生之該三維物件的部分。「選擇性的遞送」係指聚結劑會以各種圖案被遞送至該建構材料的該表面層的選定部分。該圖案可以由該化劑遞送控制資料208來界定，並基於被儲存在該建構模組的該電腦可讀取媒體中有關於該建構模組特徵的該資料和/或命令。
圖5c展示出聚結劑278基本上已經完全滲透入建構材料的該層276，但在其他的實例中，滲透的程度可以小於100%。
在412，一預定的能量水平會被暫時地施加至建構材料的該層276。在各種不同的實例中，該施加的能量可以是紅外線或近紅外線能量、微波能量、紫外(UV)光、鹵素光、超聲波能量、或類似物。能量的該臨時施加該會致使該建構材料在其上聚結劑278已被遞送或已經滲透的部分升溫超過該建構材料的熔點並進行聚結。在冷卻時，已聚結的該等部分變成為固體並形成該正被產生之三維物件的部分。如前面所討論的，一個如此的部分250可能已經在一先前的迭代中被產生。在能量的該施加過程中，所吸收的熱量可能會傳播到該先前已固化的部分250以致使部分250的部分會加熱到高於它的熔點。這種效果可有助於產生 一部分280其在已固化的建構材料的相鄰層之間具有強的層間粘合，如在圖5d中所示。
在一建構材料層已經如上述那樣子的被處理之後，可以在建構材料的該先前已處理層的上方提供建構材料的新層。透過這種方式，建構材料之該先前已處理的層會充當建構材料層之一隨後層的一支撐體。方塊408到412的該處理過程然後可被重複以一層一層地產生一三維物件。
此外，在方塊408至412期間中的任何時候，額外的建構模組214可以由該系統200來接收諸如在方塊406。因此，雖然該方法400是透過方塊408至412進行迭代，但該方法400的一平行實例可以繼續進行，使得該系統200一次可以在不同的建構模組214中不同的三維物件上執行多個列印作業。在其他的實例中，在該方法400的該第一實例已經完成和產生一三維物件之後，該方法400的該第二實例可馬上繼續進行方塊408至412，使得該第二三維物件會在該第一個被完成之後立即被產生，在其之間的時間延遲會很少或根本沒有。
此外，在一些實例中，在產生三維物件的過程中即使建構模組214需要清理或重新填充，有可能還是幾乎沒有或沒有時間延遲。舉例來說，如果一建構模組214需要被清理或重新填充，該建構模組214可以從該系統200被移除，同時該系統200會繼續在其他建構模組214中產生其他的三維物件。另外，該建構模組214的該設計，舉例來說它 全功能的建構系統在圖2d-e中包括馬達234和240或在圖3中包括馬達334、340、344、和382，可讓該建構模組214能夠被快速和容易地清理。舉例來說，該殼體216可有助於不讓建構材料逸出到在該建構模組214中不希望的地方。此外，該建構模組214可被插入至一清理裝置中，其可以是，舉例來說，自動清理該建構模組214的該等部分，同時馬達正在運行使得該建構材料可以從該建構模組214的該等組件處搖出。在一些實例中，在清理中的手動步驟也可被執行，舉例來說當馬達正在運行時。
所有在本說明書(包括任何所附的請求項、摘要和附圖)中所揭露的該等特徵，和/或所揭露之任何方法或加工過程之所有的步驟，可以以任何的組合方式被組合，除非在那些組合中至少一些如此的特徵和/或步驟是互斥的。
在上述的描述中，許多的細節被進行闡述以提供在此揭露之該技術主題的一種理解。然而，實例可以在沒有這些細節的部分或全部的情況下被實現。其他的實例可包含有源自於上文所討論之該等細節的修改和變化。該等所附的權利請求項旨在覆蓋這些修改和變化。
100‧‧‧裝置
102‧‧‧殼體
104‧‧‧表面
106‧‧‧建構體積
108‧‧‧化劑分配器接收器

Claims (15)

  1. 一種用以產生三維物件的裝置，該裝置包含有：具有一表面的一殼體，該表面界定一建構接收器以接收不同尺寸的建構模組或接收數個建構模組，該等建構模組各包括一建構腔以從一建構材料分配器接收一建構材料層；以及一化劑分配器，用以選擇性地遞送一聚結劑至將接收自該建構材料分配器之該建構材料層的一些部分上，使得當能量被施加到該層時，該層的該等部分會聚結並固化以形成該三維物件的一個切片。
  2. 如請求項1之裝置，更包含有一能量源以把能量施加到將藉該建構材料分配器接收之該建構材料層，以致使該建構材料層的一部分進行聚結並隨後固化。
  3. 如請求項1之裝置，更包含有耦合到該殼體的該建構材料分配器，以在該建構腔中提供該建構材料的該層，及在一先前已提供的建構材料層上提供相繼的建構材料層。
  4. 如請求項1之裝置，其中該建構模組包括該建構材料分配器以在該建構腔中提供該建構材料的該層，及在一先前已提供的建構材料層上提供後續的建構材料層。
  5. 如請求項1之裝置，其中該殼體包括一第一固定構件以耦合到該建構模組的一第二接收構件以鎖住該建構模組於該殼體中。
  6. 如請求項1之裝置，更包含有附接到該殼體的一控制器，以控制該化劑分配器可基於代表該建構模組之特徵的建構模組資料來選擇性地遞送該聚結劑至該建構材料。
  7. 如請求項1之裝置，其中該建構接收器係用以收納不同尺寸的建構模組。
  8. 如請求項1之裝置，其中該建構接收器係用以收納數個建構模組。
  9. 如請求項8之裝置，其中該等數個建構模組各具有不同的尺寸。
  10. 如請求項1之裝置，其中該建構接收器係用以大致橫向地接收該等不同尺寸的建構模組或該等數個建構模組。
  11. 一種用以產生三維物件的裝置，該裝置包含有：一殼體，其具有界定一建構體積以接收有多重尺寸的一建構模組或多個建構模組的一表面，該等建構模組各包括一建構腔以從一建構材料分配器接收一建構材料層；以及一化劑分配器接收器，用以可移除式地接收一化劑分配器，該化劑分配器可選擇性地遞送一聚結劑至將接收自該建構材料分配器之該建構材料層的一些部分上，使得當能量被施加到該層時，該層的該等部分會聚結並固化以形成該三維物件的一個切片。
  12. 如請求項11之裝置，其更包含有附接到該殼體的該建構 材料分配器以在該建構腔中提供該建構材料的該層，及在一先前已提供的建構材料層上提供後續的建構材料層。
  13. 如請求項11之裝置，其中該建構體積係用以收納不同尺寸的建構模組。
  14. 如請求項11之裝置，其中該建構體積係用以收納數個建構模組。
  15. 一種用以產生三維物件的裝置，該裝置包含有：一殼體，其具有一建構接收器以接收不同尺寸的建構模組及接收數個建構模組，該等建構模組各包括一建構腔以從一建構材料分配器接收一建構材料層；附接到該殼體的一化劑分配器，以選擇性地遞送一聚結劑至將接收自該建構材料分配器之該建構材料層的一些部分上；以及附接到該殼體的一能量源，以把能量施加到將接收自該建構材料分配器之該建構材料層，以致使已有聚結劑被遞送於其上之該建構材料層的該等部分進行聚結並隨後固化。
TW104101340A 2014-01-16 2015-01-15 產生三維物件之技術（三） TWI609793B (zh)

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