TWI668066B - 製造一個系列之物體的裝置及方法 - Google Patents

Abstract

本發明係揭露製造一個系列之物體的方法。於該方法中，提供製造之一媒介層。該媒介層之部分至少在該層之一邊緣區域結合，以形成一支撐部分。當藉由該層之邊緣區域來夾住該支撐部分時，該支撐部分係降低。提供由該支撐部分所支撐的一額外媒介層。該額外媒介層之部分係選擇性地結合，以形成至少一物體部分。本發明更揭露執行該方法的一裝置。

Description

製造一個系列之物體的裝置及方法

本發明係關於一種製造三維物體的裝置及方法，特別是一種能夠在連續製造流程中製造一個系列之三維物體的裝置及方法。

三維列印(three-dimensional printing)係用順序的材料層添加製造的技術類型，其中部分之材料層結合在一起且沉積於一建構區域中，使得一目標物體藉由連續層之結合部分來建構。在沉積之時，該材料可為液體、顆粒狀的固體或其他可流動地媒介。

傳統上，當該材料層從一沉積單元沉積時，其上沉積一第一材料層的一支撐盤係向下移動，遠離該建構區域，使得一額外材料層能夠添加在該建構區域。沉積的層係因此被包含在頂部具有該建構區域、底部具有該支撐盤的一井。該井之尺寸大致對應於該支撐盤之尺寸及該支撐盤可向下移動，遠離該建構區域的最大距離，限制了製造的可用空間。

特別地，如果目標是在同一輪製造過程中製造大量的物體，能夠製造物體的數量將受限於該井之空間。如果目標是製造超過該井所能同時容納之數量的物體，那麼在第一工作中所製造之第一批次的物體必須從該井移除，該支撐盤必須回到其略低於建構區域的原始位置，以及一第二批次或額外批次的物體必須在第二工作或額外工作中被製造。尤其是其中每一個物體具有相當於該井之最大尺寸的一最大尺寸，每一個所製造的物體需要一分離製造工 作，且在一額外物體可被製造之前每一個物體必須從該井中被移除。以此方式製造大量物體係勞力密集且費時的。

因此，需要添加製造的方法，其能夠讓大量的物體以有效率的方式被形成。

根據本發明之一第一態樣，其係提供一種製造一個系列之物體的方法。該方法包括提供一製造媒介層。該方法包括至少將該媒介層之部分與該層之邊緣區域結合在一起，以形成一支撐部分。該方法包括當藉由該層之邊緣區域來夾住該支撐部分時，降低該支撐部分。該方法包括提供一額外媒介層，其係藉由該支撐部分來支撐。該方法包括選擇性地結合該額外媒介層，以形成至少一物體部分。

於一實施例中，該方法包括額外降低該支撐部分。在該實施例中，該方法包括提供一更額外媒介層在該額外媒介層之上。在該實施例中，該方法包括將該更額外媒介層之部分結合在一起，以形成一額外支撐部分。在該實施例中，該方法包括藉由該額外媒介層之邊緣區域來夾住該額外支撐部分。在該實施例中，該方法包括釋放該支撐部分。

於一實施例中，該額外媒介層從較該支撐部分高的一個位置被提供，且該支撐部分從比該額外支撐部分低的一個位置被釋放。

於一實施例中，包含該層及該額外層的媒介層建構一連續柱(column)。

於一實施例中，該方法包含選擇性地結合該額外層的部分，以形成連接到該支撐部分的額外支撐部分，使得該物體部分在該層內被該額外支 撐部分所圍繞。

於一實施例中，該支撐部分及該額外支撐部分形成一個箱子。

於一實施例中，該箱子包括一開孔部分。

根據本發明之一第二態樣，其係提供一種製造一個系列之物體的裝置。該裝置包括一建構區域。該裝置包括一配送單元，係安排來沉積一製造媒介之一層至該建構區域，其中該層之部分係選擇性地結合在一起。該裝置包括一支撐單元，其係安排在該建構區域之下，以支撐在該層之下之一較低層的邊緣，該支撐單元亦安排來將該較低層向下移動而遠離該建構區域。該裝置係配置成選擇性地於該建構區域中，將連續層之部分結合，藉此形成由一圍繞結構所圍繞的一物體，且在至少在該圍繞結構構成之後，使用支撐單元來支撐該圍繞結構。

於一實施例中，該支撐單元包括一對反向夾子，係安排成在相互相反方向將夾住力施加至該較低層。

於一實施例中，每個夾子具有一夾制表面，係安排成平行於該圍繞壁，來在該較低層的邊緣夾住該較低層及可與該對夾子的另一夾子一起遠離該建構區域移動，以將該較低層向下移動。

於一實施例中，該裝置包括一對額外反向夾子，係安排成在與該對夾子之相互相反方向具有一角度的相互相反方向，，將夾住力施加在該較低層。

於一實施例中，每一個夾子包括一個環狀皮帶，其具有一夾制表面，係安排成平行於該圍繞壁，以當逐漸地向下移動該較低層且遠離該建構區域時，支撐該較低層。

於一實施例中，該裝置更包括一接收器，係安排成在該支撐單元釋放該較低層之後，接收該支撐結構。

於一實施例中，該裝置進一步包括一選擇性地結合單元，適用於以不同結合強度來結合該層的不同部分，使得該圍繞結構之形成區域相較於該物體具有一不同的結合強度。

根據本發明之一第三態樣，其係提供一種製造一個系列之物體的方法。該方法包括選擇性地結合製造媒介之一柱之順序層的部分，藉此形成圍繞一個系列的物體之一個系列的支撐結構。該方法包括當在該柱之頂部添加製造媒介的額外層時，將該製造媒介之柱向下移動，以及從該柱之底部移除該支撐結構，該製造媒介之柱藉由設置於該柱之底部的一支撐結構支撐，其係自身藉由該支撐結構之側來對其外部支撐。

根據本發明之一第四態樣，其係提供一種製造一個系列之物體的方法。該方法包括將製造媒介的連續層沉積至一建構區域，該連續層具有選擇性地結合在一起的部分，以形成由一第一支撐結構所圍繞的的一第一物體，其中該第一支撐結構係安排於在該連續層的至少一邊緣區域。該方法包括當向下移動該第一支撐結構而遠離該建構區域時，在形成該第一支撐結構之層的邊緣，外部地支撐該第一支撐結構。該方法包括沉積製造媒介之連續層，其具有選擇性地結合在一起的部分，以形成由一第二支撐結構所圍繞的一第二物體，該第二支撐結構係安排在該連續層之邊緣區域。該方法包括當該第一支撐結構係被外部地支撐時，在形成該第二支撐結構之層的邊緣，外部地支撐該第二支撐結構。該方法包括一旦該第二支撐結構係被外部地支撐，釋放該第一支撐結構。該方法包括在釋放該第一支撐結構之後，從該建構區域底下的一移除位置， 移除含有該物體的第一支撐結構。

根據本發明之一第五態樣，其係提供一種製造一個系列之物體的裝置。該裝置包括一材料沉積單元，其係安排以沉積製造媒介之連續層至一建構區域中，該製造媒介之連續層具有選擇性地結合在一起的部分，以形成由一支撐結構所圍繞的一物體，該支撐結構係安排成在連續層的至少一邊緣區域。該裝置包括一支撐單元，其係安排成當將第一支撐結構朝在該建構區域底下的一移除區域向下移動而遠離該建構區域時，在形成該支撐結構之層的邊緣上支撐該支撐結構。在該裝置中，該支撐單元係安排成同步地支撐至少二連續的支撐結構，該等支撐結構含有垂直安排的各個物體，使得當一較低支撐結構被釋放時，一較高支撐結構保持被支撐，且能向下移動以取代該較低支撐結構。

於本發明之一實施例或實施方式中，不同部分可以不同的結合強度結合，使得該圍繞結構以相較於該物體具有不同結合強度的部分形成。

於本發明之一實施例或實施方式中，該圍繞結構的結合可弱於該物體的結合，且該圍繞結構之結合可在該物體形成後順序地釋放。

於本發明之一實施例或實施方式中，該圍繞結構的結合可藉由可溶結合劑的方式，以及該圍繞結構之結合可藉由施加合適的溶劑來順序地釋放。

於本發明之一實施例或實施方式中，可藉由以該合適的溶劑噴塗該圍繞結構或浸沒該圍繞結構於該合適的溶劑中，來施加該合適的溶劑。

於本發明之一實施例或實施方式中，該圍繞結構之結合可被釋放，以從該圍繞結構中釋放該物體。

於本發明之一實施例或實施方式中，用來建構該支撐結構的製 造媒介可在其結合被釋放之後被順序地回收。

於本發明之一實施例或實施方式中，該可溶結合劑可為一可溶聚合物。

於本發明之一實施例或實施方式中，該製造媒介可為金屬粉末。

1‧‧‧粉末配送機

2‧‧‧列印頭

3‧‧‧開始盤

4‧‧‧桌

4a‧‧‧井

5‧‧‧進料機構

5a‧‧‧夾子

5b‧‧‧夾子

5c‧‧‧夾子

5d‧‧‧夾子

6‧‧‧移除機構

6a‧‧‧移除夾子

6b‧‧‧移除夾子

7‧‧‧運輸工具

為了使本發明可被更好地理解，以及顯示如何相同地實現，將使用示例及參照附圖的方式，其內容係摘要如下：〔圖1〕係顯示根據一第一實施例的製造裝置。

〔圖2〕係顯示根據圖1之實施例的一另一視圖。

〔圖3a至圖3i〕係顯示圖1之裝置之一系列之操作之一製造方法的一實施例。

〔圖4a至圖4c〕係顯示圖1之裝置之一系列之操作，其中一物體從該裝置被移除。

〔圖5〕係運用皮帶之一替代進料機構的圖。

〔圖6a至圖6b〕係運用螺絲之一替代進料機構的圖。

〔圖7a至圖7d〕係運用齒狀之驅動滾輪之一替代進料機構的圖。

〔圖8a至圖8c〕係運用彈性或具紋理之驅動滾輪之一替代進料機構的圖。

〔圖9a至圖9f〕係替代進料機構的圖，其中在該進料機構中該材料之柱(column)係傾斜的。

〔圖10a至圖10c〕係替代進料機構的圖，其中關聯於一單一製造系統的複數建構區域及進料機構被提供。

〔圖11a至圖11e〕係各種支撐結構之配置的圖。

〔圖12〕係顯示圖11e之支撐結構如何能夠被提供以連接圖8c之進料機構。

本發明之揭露係關於添加製造技術，其中一物體係由一系列之連續沉積層所建構，該連續沉積層之部分係在該層中被連結在一起，且與一下一層之部分連結在一起。此等流程可藉由液體聚合物之固化而被實現，例如：藉由定向的UV光；可藉由該選擇性地燒結粒狀材料(例如：金屬粉末)之層來實現，例如：藉由雷射；可藉由由結合劑之液滴的施加來選擇性地結合粒狀材料之連續層來實現，例如：藉由黏著劑之液滴的施加來結合陶瓷粉末；或者可藉由在一層中，一方面選擇性地沉積較強的建構材料，另一方面選擇性地沉積較弱的支撐材料來實現，例如：使用熱熔解(hot-melt)或光固化性(photo-curable)聚合物。

以下之揭露，將解釋關於粉末床及噴嘴頭三維列印的示例性實施例，其中結合劑係選擇性地從一掃描噴嘴頭噴出到一粉末床上。本發明之揭露係有利於運用於涉及到粒狀製造材料的此等配置，其中粒狀製造材料藉由一配送單元被沉積在一層，且其係藉由一選擇性結合單元被依序選擇性地結合在一起。然而，如同可被理解的，揭露之技術亦可應用於其他添加製造方法，例如：藉由適合的列印頭及沉積媒介之選擇。

圖1顯示本揭露之一第一實施例。在圖1之實施例中，係提供一桌4，其具有一上表面，於該上表面中，係形成一井4。該上表面可為平面。圖1亦顯示粉末配送機1，其係安排成在橫跨桌4之上表面的一第一方向X運 行。粉末配送機1具有至少一配送口，當粉末配送機1橫越井4a時，該配送口可均勻地配送一層粉末至井4a中，井4a係定義一建構區域。在垂直於該第一方向的第二方向Y，該發送口可具有足夠的寬度，藉此在橫跨井4a之寬度的第二方向將一均勻的粉末層配送到井4a。替代地，該配送口可具有較小的寬度，且可在第二方向掃描粉末配送機1之長度，藉此均勻地將一粉末層配送到井4a。

圖1亦顯示列印頭2作為一選擇性結合單元，於本實施例中其係安排在粉末配送機1在第一方向上之前邊緣，且包含一噴嘴單元，該噴嘴單元安排成在第二方向上，橫越粉末配送機1的前端移動。替代地，列印頭2可包括在井4a之寬延伸的一單一噴嘴頭。雖然圖1之實施例的噴嘴頭被固定在粉末配送機1之一前端，該列印頭係可替代地被提供，使得該列印頭能夠在第一方向獨立於粉末配送機1移動而橫越井4a。

井4a不僅在桌4a之上表面開口，在井4a之上，粉末配送機1及列印頭2係安排成移動的，井4a亦延伸以於桌4之下表面開口，從而連接桌4之上表面及下表面。

在井4a之下安排進料機構5，作為一支撐元件，其係包括兩對夾子5a,5b,5c,5d。各該對夾子係安排成橫跨一空間而彼此相對，該空間對應於井4a之形狀及尺寸，但位於井4a之下。各該對夾子具有夾住表面，其係安排成在相互相對的方向上施加向內的壓力。該等夾子因此能夠將夾住力施加到一物體的邊緣，該物體具有對應到井4a的形狀且剛好位於井4a之下

圖1之實施例中，該對夾子位在對應於井4a之相對角落的位置，且具有對應於井4a之對應角落之形狀的夾住表面。圖1之實施例中，第一對夾子5a,5b及第二對夾子5c,5d係安排成彼此對應於相同的相對角落對。然 而，在一可替代地配置中，該第一對夾子可被關聯於一第一角落對，以及一第二對夾子可被關聯於一第二角落對，使得該第一對夾子及該第二對夾子在橫跨該井之各自面對彼此的方向係具有一角度，具體而言係為一直角。第一對夾子及第二對夾子皆可獨立地從該井之下的空間被向內驅動及向外倒退，從而各自施加及釋放夾住力，且第一及第二對夾子皆可在向內驅動狀態或向外倒退狀態中，獨立地相對於井4a向上移動及向下移動。

一移除機構位於進料機構5之下，以作為一接受器單元，其具有一對額外的移除夾子6a,6b，夾子6a,6b亦具有各自的夾住表面，其亦對應於井4a的相對角落，且其亦可被向內插入及向外倒退，以各自施加或釋放一夾住力至位於該等夾子之間的一物體。

最後，運輸工具7位於移除機構6之下，其作為一運輸單元，用來運輸放置在其上的物品。

圖1顯示該裝置在製造開始之前的配置。開始盤3位於井4a中，其作為從粉末配送機1配送之第一粉末層的一初始支持結構。在開始製造時，如可能較為清楚之圖2所示，其中桌4係呈現透明，開始盤3藉由進料機構之至少第一對夾子5a,5b夾住，使得其表面與桌4之上表面共平面。事實上，在圖1及圖2中，第一及第二對夾子皆夾住開始盤3，且因此支撐開始盤3。

從圖3a所示之位置，施加夾住壓力到開始盤3之邊緣的進料機構5，係可操作以將各該第一對夾子5a,5b及第二對夾子5c,5d一起向下移動，藉此將被夾住的開始盤3相對於井4a向下移動。這讓一空間被創造於井4a中，使得一第一粉末層可從粉末配送機1被配送至開始盤3上的井4a的至少一部分。

從圖3b的狀態，如圖3c所示，粉末配送機1在第一方向上橫 跨井4a移動，以於井4a中配送一均一粉末層至開始盤3之頂部。若粉末層填滿桌4之上表面，一平滑單元(圖未示)，例如：一刮刀或一滾輪，可橫越桌4的上表面移動，藉此平滑及平整位於開始盤3之頂部之薄粉末層的上表面。該平滑單元可為粉末配送機1的一組成部分，或被分離地提供。

在該粉末已經被配送以後，該裝置之狀態係如圖3d所示。

從如圖3d所示的位置，粉末配送機1倒退以達到圖3e所示之狀態。在此一階段中，列印頭2係橫跨井4a移動，以噴射結合劑至粉末層上的選擇區域，藉此選擇性地將該粉末之部分結合在一起。在一替代性地配置中，該列印頭2可在第一方向上被固定於粉末配送機1之後，且粉末配送及結合劑噴射的作業，能夠在第一方向上於合併之粉末配送機及列印頭的一單一通過中實施。

在前進通過或後退通過之其一者或兩者之後，或在前進通過或後退通過之其一者或兩者的期間，該結合劑係可被固化，一固化單元(例如：在紫外光固化的結合劑的情況中的一紫外光源)可通過該建構區域之上，以固化該結合劑。當該結合劑係隨著時間固化時，可以不需要分離的一固化單元。該固化單元可在該建構區域的第一方向上獨立地移動，或可被固定在粉末配送機1或列印頭2之一邊緣。

在本實施例中，該列印頭係受到控制，藉此選擇性地於井4a之至少一邊緣區域，將該粉末結合在一起，，以形成如下所述之支撐結構。

從圖3e的位置，粉末配送機1及列印頭2回到如圖3a的位置。進料機構5隨後向下移動開始盤3一額外增加的距離，讓一額外的粉末層可被配送至井4a中已被配送的粉末層的頂部，且至少部分黏接之層現在存在於開始 盤3之頂部，如圖3b至圖3d所順序顯示的。

應注意者，因為至少先前層之邊緣區域已經藉由結合劑之作用而結合在一起，即使開始盤3在此時可能已下降至桌4之下表面之下，且可能因此已完全離開井4a，開始盤3之頂部表面上之粉末層的固化邊緣部分限制該粉末層並且支撐一或多個連續粉末層沉積於其上。因此，如圖3a到圖3e所示，該列印盤之動作及開始盤3之降低可連續性地重複，直到一箱子般的支撐結構已經被製造在包含實質上未結合之粉末之開始盤3的頂部，形成於開始盤3中的井4a，而無需延伸至該支持結構的全部深度。

在此一階段中，如圖3f所示，當第一對夾子5a,5b保持嚙合於開始盤3時，第二對夾子5c,5d可如圖3f所示被釋放。此一階段係如圖3g所示。該第二對夾子可然後如圖3h所示朝建構區域向上移動，且可隨後向內施加，藉此至少部分夾住形成穿透井4a之連續粉末層之固化邊緣區域的支撐結構。此狀態如圖3i所示。如可被理解地，此流程可連續地在具有一任意高度之箱子般之支撐結構上進行，當該支撐結構整體從該建構區域下降時，該第一及第二對夾子交替地於該支撐結構之壁上的連續性地較高位置夾住該支撐結構。

此流程有利於列印頭2可被控制，當製造該支撐結構時，藉由選擇性地固化連續層中不同於形成該支撐結構之部分的其他部分，亦製造了一目標物體。製造之物體的最大尺寸係僅受限於該支撐結構之內部空間，如以上所解釋的，該支撐結構實質上可具有任意的高度，僅受限於該結合之強度及該井之下的可行之深度。

使用此流程，順序地製造一系列之物體係可能的，其可為相同或不同，於一連續性地製造流程中，其中連續材料層係添加至該建構區域，且 連續性地支撐結構(各該支撐結構可包含一或多個目標物體)在他們被完成之後從進料機構5底下移除。這能夠藉由再次考量圖3a而被理解。然而，並非如圖3a所敘述之先前的情況(其中開始盤3係位於一井中)，該井現在應該被考量到包含一或多個實質上未結合的粉末層，該粉末層被包含在該井之壁中且被支撐在先前製造之箱子般的支撐結構之頂部上，該支撐結構可包含一物體，其頂部現在達到開始盤3之功能。該支撐結構之頂部可為關閉，或可為開啟。當該支撐結構藉由進料機構5連續性地降低時，新的支撐結構(其亦可包含一物體)係如上所述地從井4a中沉積的連續層被製造。完成的較低支撐結構係藉由進料機構5之至少一夾子5a,5b來夾住，直到未完成的較高支撐結構已形成一適當高度，在此時另一對夾子5c,5d可被應用以至少支撐該較高支撐結構。當未完成的較高結構被製造時，包含完成的較高支撐結構及未完成的較低支撐結構之粉末柱的整體係從井4a向下移動，該較高及較低支撐結構可包含的任何各自的物體亦一起向下移動。一旦未完成的較高支撐結構係藉由進料機構5之至少一對夾子來支撐，該等支撐已完成的較低支撐結構的夾子可向外移除，以自進料機構5釋放該已完成的較低支撐結構。

由於在該已完成的較高支撐結構及該未完成的較低支撐結構之間有至少一未結合粉末層或至少一部分未結合層，該粉末之結合與未結合的連續柱，其係由該較低支撐結構及該較高支撐結構以及該為結合粉末及其中所包含的物體所組成，其將在未結合的粉末層分離。該已完成的較低支撐結構可因此從進料機構5落下。在圖1之實施例中，移除機構6包括一第二對夾子，其係施加於粉末之柱中已完成的最低支撐結構，藉此使該較低支撐結構受控制地與該柱之其他部分分離。由於安排在該已完成之較低支撐結構之上的未完成之 較高支撐結構係已經藉由第一對夾子5a,5b來夾住，即使該已完成的較低支撐結構被移除，額外的粉末層可被沉積到井4a中且能夠繼續製造流程。

在圖1之實施例中，已夾住該柱中之該最低支撐結構且係已將其從粉末柱中分離的移除機構6，係被安排及被控制，以將該支撐結構放置到運輸工具7上，使得該支撐結構(及其可包含的物體)可從該裝置遠離而被轉移至例如：一火燒步驟、一燒結步驟、一烘烤步驟、一固化步驟、一檢查步驟、一上漆步驟、另一額外的製造步驟或一包裝步驟。。

這樣的一操作係顯示於圖4a至圖4c。在圖4a中，移除機構6之夾子6a,6b係施加於該支撐結構之壁上。夾子6a,6b隨後該支撐結構向下移動並遠離其餘的材料柱，藉此使該支撐結構及其所包含之該物體自該柱分離。在圖4b中，該支撐結構係藉由在運輸工具7上的移除機構放置，且隨後藉由夾子6a,6b的倒退被釋放。在圖4c中，移除機構被安排在對應於圖4a所示的位置，以接收下一個支撐結構。放置在運輸工具7上的支撐結構係沿箭頭方向被運離至一後續步驟。

上述流程可被無限期地進行，提供一合適的粉末及結合之供應係可行的。為了替第一個沉積的未結合之粉末提供一穩定基礎，開始盤3僅於開始製造流程時被需要。在開始盤3自該進料機構釋放之後，可持續一系列之支撐結構的連續製造(每個包含被製造之物體)，該粉末之柱隨時都至少藉由製造的支撐結構所支撐，製造的支撐結構由在進料機構5中最低的支撐結構所支撐。因此，一完全連續的製造流程係可能的，粉末及結合劑被添加到井4a以形成該支撐結構及包含在該支撐結構中之任何所欲之物體，且藉由移除機構6，完成的支撐結構以及其所包含的物體係在該進料機構5的底部被移除，並藉由運輸工 具7運離。

在能夠支撐該粉末行及限制該粉末從側面或透過該支撐結構之基底流動的前提下，該支撐結構之構造並不特別重要。多數粉末在堆集時，並不會透過一開口表面流動。因此，該支撐結構之壁及基底不需要是實心的，而是可為開口或形成一個篩網。這特別有利於，輕易釋放包含在該支撐結構內之製造物體。一旦自該進料機構釋放該支撐結構，且例如：係由移除機構6之夾子6a,6b所支撐，該箱子可被輕輕地搖動以擾動該粉末且讓該粉末流過箱子的開口部分。浪費的粉末(及選擇性地，該支撐結構本身)能夠接著被收回至一筒倉，以選擇性地清潔接著回收回到粉末配送機。

雖然已經敘述以上實施例中具有兩對夾子之進料機構，其係插入及倒退以各自夾住及釋放該支撐結構之側部分，替代性地結構係可能的。其中一種這樣的配置如圖5，其中圖1之第一及第二對夾子係替換為第一及第二皮帶5a及5b。皮帶5a及5b係環形且有彈性地，且具有面向外的夾住表面，安排成間隔設置橫跨在井4a底下的空間，以當該支撐結構在井4a中被製造而下降時至該支撐結構於皮帶5a及5b的一較低端釋放時，夾住該支撐結構之側並。因此該支撐結構係能夠在下降時在其邊緣部分隨時都被支撐。在圖5之實施例中，移除結構6可被省略。於此例中，該最低支撐結構係單純地釋放，以落在運輸工具7之上，其沿該箭頭所示之方向轉移該支撐結構、包含在內的未結合粉末及在該支撐結構內的任何製造物體。

其他種類之夾子亦可能的。例如，可提供複數對夾子於該支撐結構之其他對角落上操作。

在某些配置中，與該支撐結構之邊緣嚙合的元件，例如，該皮 帶之表面，可僅被提供在該柱之一側上。該柱之相對面可僅面對一平滑滑動表面。

該支撐結構可被製造，以具有製造於外部的一夾住模式，使支撐結構能被更輕易地夾住，且該夾住表面可被形成，以具有對應該支撐結構的夾住模式。

在另一變化中，提供一或多個轉動螺絲係可能的，該等轉動螺絲係安排成以鑽入驅動的方式與該支撐結構之邊緣嚙合，藉此提供需要的支撐及轉化到該支撐結構。此種螺絲可突出到建構區域，以夾住該支撐結構之一對應形成部分。在一些配置中，該支撐結構之對應形成部分可被形成，至少部分圍繞該螺絲之一合適部分(例如：一較上部分)。此一配置具有二螺絲5a,5b，安排在如圖6a所示之該行之相對側。在一替代性地配置中，其中螺絲5a,5b,5c 5d更大，提供在該柱的四個側，且額外延伸到該建構區域，如圖6b所示。在一些配置中，例如特別地與一轉動桌連接，該螺絲可延伸到或延伸穿過該建構區域的中央部分，使得該支撐區域係圍繞該螺絲安排。該中央部分可重疊於一轉動桌之材料配送機之轉動軸。

在一進一步變化中，可能提供在所敘述之各該夾子中，一或多個驅動齒輪或齒狀滾輪係安排成以一齒條及小齒輪驅動的方式與一個、二個或多個支撐結構之邊緣嚙合，藉此為該支撐結構提供必須的一支撐及移動。較佳地，該層之邊緣區域係組成該支撐結構，以在一邊緣或壁形成對應的一齒狀部分或脊狀部分，該邊緣或壁係相對於各該齒輪形成。此一配置，具有一對相對滾輪5a,5b，如圖7a所示。在一替代性地配置中，具有二對相對滾輪5a,5b,5c,5d，安排成彼此具有一直角，且一對5a,5b被安排成在另一對5c,5d之下，如圖 7b所示。圖7c顯示一配置，其中一齒狀滾輪5a係安排成僅在該柱的一側，且該柱之另一側面向一平滑表面5b。圖7d顯示一配置，其中齒狀滾輪5a,5b,5c,5d係安排成在一轉動桌4底下，作為進一步的一替代方式。沿著該柱之複數此種齒輪組或齒狀滾輪串接能夠組成該進料區域，使得當一較低支撐結構被釋放時讓一較上支撐結構保持支撐。二或多個齒輪或滾輪(或齒輪組或滾輪組)係安排成串接，可被提供至此一進料機構。

在一更額外的變化中，可能提供一系列的彈性滾輪(或替代性地具紋理的滾輪)，其係安排成施加一壓力到該支撐結構之一邊緣，藉此為該支撐結構提供必須的支撐或移動。此一配置，具有一對相對滾輪，如圖8a所示。一替代性地配置亦用於此方式，其具有二對相對滾輪，安排成直角，一對被安排在另一對之下，如圖8b所示。圖8c顯示一配置，其中一彈性滾輪5a係安排僅在該柱之一側，且該柱之另一側面對一平滑表面5b。再一次，沿著該柱之複數此種齒輪組或齒狀滾輪串接能夠組成該進料區域，使得當一較低支撐結構被釋放時讓一較上支撐結構保持支撐。二或多個齒輪或滾輪(或齒輪組或滾輪組)係安排成串接，可被提供至此一進料機構。

在所揭露之配置中，並不需要該進料機構僅在垂直方向移動該層，亦即，向下方向。如能夠想到的，例如圖5之皮帶，該進料機構能夠傾斜，藉此以與鉛錘線具有一角度的方向，來移動形成該粉末行的層賦予該層之移動一橫向分量。特別在此一配置中，與該支撐結構之邊緣(例如該皮帶之表面)嚙合之元件可僅被提供在一側上，較佳是此一傾斜柱之一底側。該傾斜柱之相對面可面對一平滑滑動表面，該平滑滑動表面僅用來包含該未結合粉末。此種配置之例子如圖9a至9f所示。

在圖9a中，夾子5a,5b具有齒狀夾住表面，係僅安排在一傾斜柱之一側。該傾斜柱之相對面可面對一平滑滑動表面。在圖9b中，螺絲5a,5b係安排在一傾斜柱之兩側之上，該傾斜柱之兩側並非傾斜側。至少該傾斜底側(及選擇性地該柱之傾斜底面之相對面)面對一平滑滑動表面。在圖9c中，齒狀齒輪5a,5b係安排在一傾斜柱之兩側之上。至少該傾斜底側(及選擇性地該柱之傾斜底面的相對面)面對一平滑滑動表面。在圖9d中，齒狀滾輪5a,5b係安排在一傾斜柱之兩側之上。在圖9e中，齒狀滾輪5a,5b係安排成面對一傾斜柱之一底側。選擇性地，該柱之傾斜底側之相對面可面對一平滑滑動表面。在圖9f中一平滑滑動表面5c係安排成面對一傾斜柱之一底側。齒狀滾輪5a,5b係安排成面對該柱之傾斜底側之相對面。該各種支撐元件及夾子元件的數量及安排可變化，而無限制。

在一些配置中，能夠提供多個桌，於該等桌之上係提供一共用列印頭、材料配送機、平滑單元及如所需之相似物，其可安排成可移動的。一些變化可提供幾個建構區域，安排在一共用平面。例如，定義建構區域的複數井可被形成在一共用桌之頂部表面中。各該建構區域可關聯於其自身的進料機構，(及選擇性地，其自身的運輸工具)。此一配置將接著能夠獨立地製造複數物體，該等物體在一連續流程中同步地被包圍在支撐結構中。為了簡化，關聯於各該井的進料機構可具有一相似構造。此種變化之例子係顯示於圖10a至圖10c。

圖10a顯示一轉動桌之應用，該轉動桌在一共用固定的桌中具有六個建構區域，每一建構區域包括向下延伸之齒條-小齒輪的進料機構5，其自該桌之中心向下延伸且放射狀地向外，共用列印頭、材料配送機、平滑單元及其類似裝置在其上轉動。各該進料機構終止在關聯的運輸工具7，其在展示的 配置中轉移被釋放的從該桌放射狀遠離的支撐結構。

圖10b顯示線性桌4的一應用，該線性桌4具有三個建構區域，每一建構區域包括向下延伸之齒條-小齒輪的進料機構5，其係向下延伸且以相同的方向橫向遠離線性排列的該等建構區域，該共用列印頭、材料配送機、平滑單元及其類似裝置，沿著線性排列的該等建構區域移動。各該進料機構終止在共用的運輸工具7，其在展示的配置中，轉移被釋放的支撐結構，使其在與該材料配送機之移動方向平行的方向上遠離該桌。替代地，各該進料機構可終止在分離之關聯的運輸工具。

圖10c顯示線性桌4的一應用，該線性桌4具有三個建構區域。每個建構區域包括向下延伸之齒條-小齒輪的進料機構5，其係自線性排列的該等建構區域向下及橫向延伸，該普通列印頭、材料配送機、平滑單元及其類似裝置，沿著線性排列的該等建構區域移動。兩個進料機構在遠離線性排列的該等建構區域的一方向延伸，而一進料機構在一相對方向延伸。各該進料機構終止在關聯的運輸工具7，其在展示的配置中，轉移被釋放的支撐結構，使其在與該材料配送機之移動方向平行的方向上遠離該桌。兩個進料機構分享一個共用運輸工具，其在此變化中以相同的方向延伸至該共用運輸工具，而另外的進料機構則關聯於另一運輸工具。

該支撐結構之配置並未特別地限制。圖1至圖5之實施例可使用，例如：一頂部開放之立方體箱子，其所有側面及底部皆關閉。然而，替代性地配置係可能的。例如，圖11a顯示立方體箱子之形式的一支撐結構，其中一頂部表面及兩相對側壁係形成一篩孔。例如，圖11b顯示一個系列之立方體箱子支撐結構I至IV，其各自具有：I，一開放頂部；II，一開放頂部及一開放側 壁；III，一開放側壁及分離的一頂部部分；IV，一開放側壁及分離的一頂部部分，其部分向下延伸至一對相對側壁。具有分離的部分的支撐結構可具有由未結合或輕結合之材料構成的一小區域，該小區域位於該分離部分及該支撐結構之其餘部分之間，使得該支撐結構可該未結合或輕結合材料之處破裂，以開啟該支撐結構，從而容易地取得一被封閉的物體。此種未結合或輕結合區域可藉由減少供應到該未結合區域之結合劑的量而產生，或藉由以一多孔區域將該分離部分連接到該結構之其餘部分而產生，在該多孔區域中結合的連接部分自該分離部分延伸至該結構之其餘部分，但其本身係藉由未結合的材料分離。後者的方法係類似於紙張上開孔的方式，允許沿著該等孔容易地分離。

再者，圖11c顯示立方體形式之一支撐結構I與傾斜平行管形式的一支撐結構II之間的一比較。後者之結構可特殊地應用於傾斜進料機構，例如圖9a至圖9e所顯示的那樣。

如進一步可能地，圖11d顯示一支撐結構I，其內部被分開為分隔部分II，在各該分隔部分II中可形成一物體。此一配置可改善操作強度。

最後，圖11e顯示環狀形式之另一種分開的支撐結構I，其可沿著未結合或輕結合區域被分離，被分開成例如五個較小容器II，例如每一容器係佔據該環的一扇型區域。此一配置可特別地有利於與如圖8d所示之轉動桌結合使用，如圖12所示。

對於該粉末及結合劑，並未有特別的要求。於一種可思及的變化中，相較於該物體，一不同的結合劑係用來形成該支撐結構。替代地，相較於該物體，不同的接合或結合技術可被使用以形成該支撐結構。這將讓該支撐結構暫時被製造或弱結合，例如使用一可溶聚合物將金屬粉末結合在一起，同 時包含在該金屬粉末內之任何製造物體可藉由一強結合(例如雷射燒結)來製造。此一配置讓用於該支撐結構之建構的金屬粉末，可藉由使用合適之溶劑清洗來回收，同時製造之物體將實質上不受此種清洗所影響。進一步地，此一方式可讓包含在該支撐結構內的物體被容易地釋放，例如藉由使用合適的溶劑來噴塗或浸沒該圍繞結構，合適的溶劑將解除結合並且洗去該支撐結構之粉末及圍繞該物體的未結合粉末，但不會讓所製造之物體受到影響。

該技術係同樣地運用於其他類型的三維列印及相關製造技術，包括雷射燒結、熱燒結、液體的光聚合反應或以多層擠製(extrusion)建構材料及支撐材料，而不具有限制。如本發明所屬技術領域中具有通常知識者可輕易理解的，這些都只需要對該列印頭及/或配送機作適當之修改。

雖然上述之揭露之描述係關於一方型或矩形建構區域，於該建構區域之上，一粉末配送機及一列印頭係線性地在至少一第一方向，來回地運行，然而，該技術亦可應用於一裝置，該裝置具有定義一圓形建構區域的一圓形井，在該圓形建構區域之上，一連續性地轉動的放射狀粉末配送機及連續性地轉動的放射狀列印頭，係順序地通過。此一配置如圖7d所示。事實上，此一情況甚至可進一步較佳的，由於該支撐結構並不是該製造物體之部件，且因此僅需以低解析度列印在此一圓形列印安排之邊緣，相對地，該物體可中央放置於井之中，且因此可以相對高的空間解析度列印。

當然，一方面該列印頭及該粉末配送機的移動及另一方面該建構區域僅的移動僅需要被相關，且實際上該列印頭及該粉末配送機可相對固定於一外部參考框架(例如一基底框架)，而該桌、該建構區域及該進料機構則相對於該外部參考框架移動。實際上，最多數的應用中，該列印頭及該粉末配送機 容易地安排來相對於任何外部參考框架移動。

圖1之實施例有利於使用箱子般之固定高度的支撐元件，由於該第一及第二對夾子的間隔可為合適地調整，以確保順序地支撐結構係總是安全地夾住。相反地，如圖5所示之皮帶類型的配置係能夠在連續性地粉末柱內容納各種箱子之高度。

最低限度地，對於一些粉末，該箱子僅需要具有側壁支撐部分。然而，為了改良粉末之包覆，一支撐結構具有一底部(及選擇性地，一頂部部分可被選擇)。該底部部分及該頂部部分可有利地相互平行，而有利於掌握該支撐結構，相對地，該側部分將如計畫地大致對應於該建構區域之尺寸及幾何位置。

上述揭露並非企圖限制所揭露之發明，且根據所附加之申請專利範圍之解讀，其所包含之所有變化、修改、替換及等效元件係能夠藉由本發明所屬技術領域中具有通常知識者之實施而達成。揭露的所有配置可在無限制下被合併，且一揭露的配置之應用概念可無限制地被運用於另一個揭露之配置。

Claims (26)

1. 一種製造一個系列之物體的方法，該方法包括：提供一製造媒介層；將該媒介層之部分與該層之邊緣區域結合在一起，以形成一支撐部分；當藉由該層之邊緣區域來夾住該支撐部分時，降低該支撐部分；提供一額外媒介層，其係藉由該支撐部分來支撐；以及選擇性地結合該額外媒介層，以形成至少一物體部分；其中該製造媒介之不同部分係以不同的結合強度結合，使得該圍繞結構以相較於該物體具有不同結合強度的部分形成。
2. 如請求項1所述之方法，更包括：額外降低該支撐部分；提供一更額外媒介層在該額外媒介層之上；將該更額外媒介層之部分結合在一起，以形成一額外支撐部分；藉由該額外媒介層之邊緣區域來夾住該額外支撐部分；以及釋放該支撐部分。
3. 如請求項1或2所述之方法，其中包含該層及該額外層的媒介層構成一連續柱。
4. 如請求項1所述的方法，更包括選擇性地結合該額外層的部分，以形成連接到該支撐部分的額外支撐部分，使得該物體部分在該層內被該額外支撐部分所圍繞。
5. 如請求項4所述之方法，其中該支撐部分及該額外支撐部分形成一個箱子。
6. 如請求項1所述之方法，其中該圍繞結構的結合係弱於該物體的結合，且該圍繞結構之結合係在該物體形成後順序地釋放。
7. 如請求項6所述之方法，其中該圍繞結構的結合係藉由可溶結合劑的方式，以及該圍繞結構之結合係藉由施加合適的溶劑來順序地釋放。
8. 如請求項7所述之方法，其中藉由以該合適的溶劑噴塗該圍繞結構或浸沒該圍繞結構於該合適的溶劑中，來施加該合適的溶劑。
9. 如請求項6所述之方法，其中該圍繞結構之結合係被釋放，以從該圍繞結構中釋放該物體。
10. 如請求項6所述之方法，其中用來建構該支撐結構的製造媒介係在其結合被釋放之後被順序地回收。
11. 如請求項6所述之方法，其中該可溶結合劑係為一可溶聚合物。
12. 如請求項1所述之方法，其中該製造媒介係為金屬粉末。
13. 一種製造一個系列之物體的裝置，該裝置包括：一建構區域；一配送單元，係安排來沉積一製造媒介之一層至該建構區域，其中該層之部分係選擇性地結合在一起；以及一支撐單元，係安排在該建構區域之下，以支撐在該層之下之一較低層的邊緣，該支撐單元亦安排來將該較低層向下移動而遠離該建構區域，其中該裝置係配置成選擇性地於該建構區域中，將連續層之部分結合，藉此形成由一圍繞結構所圍繞的一物體，且在至少在該圍繞結構構成之後，使用支撐單元來支撐該圍繞結構；其中該裝置進一步包括一選擇性地結合單元，適用於以不同結合強度來結合該層的不同部分，使得該圍繞結構之形成區域相較於該物體具有一不同的結合強度。
14. 如請求項13所述之裝置，其中該支撐單元包括一對反向夾子，係安排成在相互相反方向將夾住力施加至該較低層。
15. 如請求項14所述之裝置，其中每個夾子具有一夾制表面，係安排成平行於該圍繞壁，來在該較低層的邊緣夾住該較低層及可與該對夾子的另一夾子一起遠離該建構區域移動，以將該較低層向下移動。
16. 如請求項14或15所述之裝置，其中該裝置包括一對額外反向夾子，係安排成在與該對夾子之相互相反方向具有一角度的相互相反方向，將夾住力施加在該較低層。
17. 如請求項14所述之裝置，其中每一個夾子包括一個環狀皮帶，其具有一夾制表面，係安排成平行於該圍繞壁，以當逐漸地向下移動該較低層且遠離該建構區域時，支撐該較低層。
18. 如請求項13所述之裝置，更包括一接收器，係安排成在該支撐單元釋放該較低層之後，接收該支撐結構。
19. 如請求項13所述之裝置，其中該裝置適用於以不同結合強度來結合該製造媒介的不同部分，使得該圍繞結構以相較於該物體具有不同結合強度的部分形成。
20. 如請求項19所述之裝置，其中該圍繞結構之結合係弱於該物體之結合，且該圍繞結構之結合係在該物體形成之後順序地釋放。
21. 如請求項20所述之裝置，其中該圍繞結構之結合係藉由可溶結合劑的方式，以及該裝置適用於藉由施加用於釋放該結合之一合適的溶劑來順序地釋放該圍繞結構之結合。
22. 如請求項21所述之裝置，其中該裝置適用於將合適的溶劑噴塗該圍繞結構或浸沒該圍繞結構於該合適的溶劑中，來施加該合適的溶劑。
23. 如請求項20所述之裝置，其中該圍繞結構之結合係被釋放，以從該圍繞結構中釋放該物體。
24. 如請求項20所述之裝置，其中該裝置適用於在其結合被釋放之後，回收用來建構該支撐結構的製造媒介。
25. 如請求項20所述之裝置，其中可溶結合劑係為一可溶聚合物。
26. 如請求項13所述之裝置，其中該製造媒介係為金屬粉末。