用于生產(chǎn)三維物體的方法和應用所述方法的立體光刻的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于通過立體光刻機（1）生產(chǎn)成層的三維物體（11）的方法，立體光刻機（1）包括：容納流體物質(zhì)（3）的容器（2），流體物質(zhì)（3）適于通過暴露于預定的輻射（4a）而凝固；適于發(fā)射預定的輻射（4a）以及使與容器（2）的底部（2a）鄰近的流體物質(zhì)（3）的層凝固的裝置（4）；適于支承凝固層（6）并且與致動器裝置（7）相關聯(lián)的模板（5），致動器裝置（7）適于使模板（5）垂直于容器（2）的底部（2a）移動；與流體物質(zhì)（3）接觸地布置的整平裝置（8）。該方法包括下列操作：選擇性地照射流體物質(zhì)（3）的層以獲得凝固層（6）；從流體物質(zhì)（3）取出凝固層（6）；通過移動整平裝置（8）使得整平裝置（8）在模板（5）與容器（2）之間通過來重新分布容器（2）中的流體物質(zhì)（3）。
【專利說明】用于生產(chǎn)三維物體的方法和應用所述方法的立體光刻機
[0001]本發(fā)明涉及一種立體光刻方法和應用所述方法的立體光刻機。
[0002]眾所周知,立體光刻技術用于通過能夠通過暴露于光源而聚合的多層光敏液態(tài)樹脂的連續(xù)沉積來生產(chǎn)三維物體。
[0003]具體地，每個樹脂層添加至待生產(chǎn)的三維物體的在前層并且允許在對應于物體本身的體積的點處選擇性地凝固。
[0004]根據(jù)已知實施方式的立體光刻機包括適于容納所述液態(tài)樹脂并且設置有透明底部的容器。
[0005]還具有光源，通常為激光發(fā)射器或投射器，其能夠選擇性地照射與容器的底部鄰近地布置的液態(tài)樹脂的層，使得液態(tài)樹脂的層凝固。
[0006]機器還包括模板，模板適于支承三維物體的凝固層，模板與致動器裝置相關聯(lián)，致動器裝置適于允許板在垂直于容器的底部的方向上移動。
[0007]根據(jù)使用上述機器的已知類型的立體光刻方法，首先，模板布置在距離容器的底部等于待凝固的層的厚度的距離處。
[0008]繼而，與容器的底部鄰近的液態(tài)樹脂層由光源選擇性地照射從而使該液態(tài)樹脂層凝固。
[0009]模板構造成使得凝固層粘附于模板，同時，相反地，容器的底部設置有減小這種粘附的涂層。
[0010]模板遠離容器的底部連續(xù)地移動，從而使凝固層從液態(tài)樹脂露出，并且由此，可以恢復加工物體的后續(xù)層所需的液態(tài)樹脂的厚度。
[0011]事實上，提升模板和凝固層意味著在液態(tài)樹脂中留下凹陷部，該凹陷部由樹脂本身的自發(fā)的流動填充。
[0012]所述整平動作恢復凝固物體的新的層以及進一步防止在模板的連續(xù)下降過程中氣泡保持受陷于液態(tài)樹脂中所必需的液態(tài)樹脂的厚度，氣泡受陷于液態(tài)樹脂中可能影響三維物體的后續(xù)層的完整性。
[0013]一旦所述自發(fā)整平完成，模板再次浸入液態(tài)樹脂中并且物體的另一層被凝固。
[0014]上述方法具有下述缺陷:三維物體的總加工時間由于在物體的每一層凝固之后用于整平液態(tài)樹脂所需的等待時間而大幅延長。
[0015]由于形成通過立體光刻所獲得的物體的層數(shù)能達到幾百，所以可以理解，上文提到的等待時間導致加工時間上的大幅增加。
[0016]明顯地，等待時間與液態(tài)樹脂的粘度成比例。因此，當使用所謂“混合”型的樹脂時，上述缺陷尤為重要，所謂“混合”型的樹脂包括與聚合物成分混合的陶瓷或其他材料的顆粒。
[0017]所述混合樹脂適于生產(chǎn)具有高機械阻力的物體，但是，另一方面，其粘度與立體光刻中通常使用的其他樹脂相比更高。
[0018]在專利申請WO 2010/045950中描述的已知實施方式包括可移動的箱和與樹脂接觸地布置的固定整平槳狀物。[0019]在每層的凝固之前，箱移動使得整平槳狀物填充由當模板被提升時模板留下的凹陷部。
[0020]此實施方式具有下述缺陷:其需要用于箱的移動的一定量的空間，相應地，這使得機器的總尺寸增大。
[0021]本發(fā)明旨在克服如上文概述的已知技術的所有缺陷。
[0022]具體地，本發(fā)明的目的是提供一種立體光刻方法和一種立體光刻機，該立體光刻機可以通過成層的流體物質(zhì)的凝固比當應用上述已知類型的方法更快速地生產(chǎn)三維物體。
[0023]本發(fā)明的另一目的是與已知類型的機器相比限制機器的總體尺寸。
[0024]上述物體通過根據(jù)權利要求1所述的用于生產(chǎn)成層的三維物體的方法得以實現(xiàn)。
[0025]上述目的還通過根據(jù)權利要求6所述的立體光刻機得以實現(xiàn)。
[0026]本發(fā)明的進一步的特征和細節(jié)在對應的從屬權利要求中進行描述。
[0027]有利地，作為本發(fā)明的主題的方法和機器可以在基本上不依賴于所使用的流體物質(zhì)的粘度的總時間上生產(chǎn)三維物體。
[0028]因此，有利地，本發(fā)明特別適于與諸如上述混合樹脂的高粘度流體物質(zhì)或其粘度甚至更高的流體膏狀物質(zhì)一起使用。
[0029]還有利地，減少的總尺寸使得更易于使用機器。
[0030]在通過參照附圖的非限制性示例所提供的本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方式的描述中，闡明所述目的和優(yōu)勢以及下文中著重強調(diào)的其他目的和優(yōu)勢，其中:
[0031]圖1至圖6示出了在不同操作構型中的本發(fā)明的立體光刻機的示意性側視圖。
[0032]參照由圖1中的I總體上表示的立體光刻機對本發(fā)明的方法進行描述，立體光刻機包括容器2，容器2容納流體物質(zhì)3，流體物質(zhì)3適于通過暴露于預定的輻射4a而凝固。
[0033]從現(xiàn)在開始規(guī)定，術語“流體物質(zhì)”指的是適于分布在容器2中使其表面呈現(xiàn)基本平面形狀例如如同液態(tài)或膏狀物質(zhì)的表面的物質(zhì)。
[0034]流體物質(zhì)3優(yōu)選地但不必是光敏聚合物液態(tài)樹脂以及預定的輻射是光輻射。
[0035]具體地，所述樹脂是所謂“混合”型的，其包括一旦已經(jīng)凝固就能夠增加樹脂的機械阻力的陶瓷或其他材料的顆粒。
[0036]但是，本發(fā)明的方法和機器可以與任何類型的流體物質(zhì)一起使用，只要該流體物質(zhì)能夠在暴露于預定的輻射之后凝固即可。
[0037]機器I還包括適于發(fā)射預定的輻射4a的裝置4，裝置4能夠選擇性地照射具有預定厚度并且與容器2的底部2a鄰近布置的流體物質(zhì)3的層從而使其凝固。
[0038]發(fā)射器裝置4優(yōu)選地布置在容器2下面并且構造成朝向容器2的底部2a引導預定的輻射4a，容器2的底部2a可以透過輻射，如圖2中所示。
[0039]優(yōu)選地，如果流體物質(zhì)3是光敏樹脂，則發(fā)射器裝置4包括與適于朝向流體物質(zhì)3的上述層的任意點引導光束的裝置相關聯(lián)的激光發(fā)射器。
[0040]根據(jù)本文中未示出的本發(fā)明的變型實施方式，發(fā)射器裝置4包括適于產(chǎn)生對應于流體物質(zhì)3的待凝固層的表面區(qū)域的發(fā)光圖像的投射器。
[0041]立體光刻機I還包括模板5，模板5面對容器2的底部2a并且適于支承所形成的三維物體11。
[0042]模板5與致動器裝置7相關聯(lián)，致動器裝置7適于使模板5沿著垂直于底部2a的?；较騒相對于同一底部2a移動。
[0043]具體地，模板5被構造成使得只要流體物質(zhì)3已經(jīng)凝固便粘附于模板5上。
[0044]相反地，容器2的底部2a優(yōu)選地由防止所述粘附的材料制成。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的方法，模板5浸入在流體物質(zhì)3中，直到將模板5布置在距離底部2a等于需獲得的凝固層的厚度的距離處。
[0046]然后，對流體物質(zhì)3的層選擇性地進行照射以便獲得凝固層6，凝固層6粘附于模板5，如圖2和3中所示。
[0047]接著，將模板5提升，以此方式來使凝固層6遠離底部2a移動，直到凝固層6脫離流體物質(zhì)3，如圖4中所示。
[0048]在凝固層6遠離底部2a的上述移動之后，在包含在容器2中的流體物質(zhì)3中，在由模板5和/或由所形成的三維物體11在前所占據(jù)的位置的水平面處仍存在凹陷區(qū)域3a。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的方法，為了填充上述凹陷部3a，通過憑借布置成與流體物質(zhì)3接觸的整平裝置8將流體物質(zhì)3推向凹陷部3a，在容器2中重新分布流體物質(zhì)3。
[0050]具體地，所述整平裝置8與文中雖未示出但本質(zhì)上已知的動力裝置相關聯(lián)，動力裝置構造成使整平裝置8與流體物質(zhì)3接觸、沿著移動方向Y相對于容器2的底部2a移動，從而如上所述地重新分布流體物質(zhì)3。
[0051]在所述移動過程中，整平裝置8在模板5與容器2之間即在模板5下面通過。
[0052]這樣，不需要移動容器2來實施整平操作，并且因此可以限制機器I的整體尺寸。
[0053]接著，模板5再次降下并且重復上述操作以便完成物體11的另一層的凝固。
[0054]可以理解，上述整平裝置8可以以比在前描述的已知方法更快的方式填充凹陷部3a，在上述方式中，填充動作是由流體物質(zhì)的自發(fā)的重新分布引起的。
[0055]因此，大幅減少了在物體的每層的凝固之后用于流體物質(zhì)3的整平的等待時間，由此達到與由已知類型的方法所需的時間相比減少總加工時間的目的。
[0056]具體地，所使用的流體物質(zhì)3的粘度越高，總加工時間越短。
[0057]因此，如先前所述，本發(fā)明的方法特別適合于在流體物質(zhì)3是具有高粘度的混合樹脂時使用。
[0058]另外，優(yōu)選地，為了在兩個連續(xù)層的凝固之間的間隔期間重新分布流體物質(zhì)3，整平裝置8僅沿一個方向移動，該方向與如圖中可以看到的對應于先前重新分布過程的方向相反。
[0059]具體地，一旦每個層已經(jīng)凝固，整平裝置8通過模板5并且在模板5的相對于整平裝置8在上一層的凝固之后所位于的一側的相反側上定位在模板5的旁邊。
[0060]這樣，有利地，用于流體物質(zhì)3的重新分布的每次操作不需要整平裝置8返回至最初位置，并且因此該操作非常迅速。
[0061]整平裝置8設置成與位于水平面高于凹陷部3a的高度處的流體物質(zhì)3的水平面的區(qū)域中的流體物質(zhì)3的表面接觸，從而能夠?qū)⒘黧w物質(zhì)3推向凹陷部3a。
[0062]優(yōu)選地，整平裝置8包括槳狀物9，槳狀物9沿著縱向方向大致地延伸并且槳狀物9的長度優(yōu)選地對應于容器2的寬度。
[0063]在圖中，槳狀物9在側視圖中示出，并且因此，剛才提到的縱向方向垂直于附圖平面本身。[0064]為了推動流體物質(zhì)3，與流體物質(zhì)3接觸地布置的上述槳狀物9沿著垂直于上述縱向方向的移動方向Y移動，如圖5中所示。
[0065]槳狀物9的移動可以整平流體物質(zhì)3，由此獲得基本均勻的厚度，如圖6中所示。
[0066]顯然，槳狀物9可以具有任意形狀，甚至不同于圖中示出的形狀，只要該形狀適于與容納在容器2中的流體物質(zhì)3的表面接觸從而整平流體物質(zhì)3即可。
[0067]根據(jù)本文中未不出的本發(fā)明的變型實施方式，容器2可相對于模板5在垂直于槳狀物9的縱向方向的方向Y上移動。
[0068]在此情形中，流體物質(zhì)3的重新分布通過槳狀物9和容器2的移動的組合發(fā)生。
[0069]上文清楚地示出了本發(fā)明實現(xiàn)了所有設定目的。
[0070]具體地，在物體的每層的凝固之后填充呈現(xiàn)在流體物質(zhì)中的凹陷部的整平裝置的使用可以減少在后續(xù)層的凝固之前的等待時間。
[0071]因此，與當使用已知類型的立體光刻方法時所需的時間相比，大幅減少了制造三維物體所需的總時間，并且所述時間的減少隨著所使用的流體物質(zhì)的粘度的增大而變大。
[0072]另外，整平裝置移動使得整平裝置在模板與容器之間通過的事實可以限制機器的總體尺寸。
[0073]作為本發(fā)明的主題的方法和機器可以進行進一步地改變，即使本文中未描述并且附圖中未示出，這些改變必須都認為由本專利所保護，只要這些改變落入隨附權利要求的范圍內(nèi)。
[0074]在任意權利要求中提到的技術特征由附圖標記隨附的情況下，這些附圖標記已被包含僅用于增加權利要求的可理解性的目的，并且因此，這些附圖標記對由這些附圖標記通過示例的方式所標示的每個元件的保護不具有任何限制作用。
【權利要求】
1.一種用于通過以下類型的立體光刻機(I)生產(chǎn)成層的三維物體(11)的方法，所述立體光刻機(I)包括: -容器(2)，所述容器(2)用于適于通過暴露于預定的輻射(4a)而被凝固的液態(tài)或膏狀態(tài)的流體物質(zhì)(3)； -用于發(fā)射所述預定的輻射(4a)的裝置(4)，所述裝置(4)適于選擇性地照射具有預定厚度并且與所述容器(2)的底部(2a)鄰近地布置的所述流體物質(zhì)(3)的層，以便使所述流體物質(zhì)(3)的所述層凝固； -模板(5 )，所述模板(5 )適于支承所述凝固層(6 ); -致動器裝置(7 )，所述致動器裝置(7 )適于使所述模板(5 )至少沿著垂直于所述底部(2a)的?；较?X)相對于所述底部(2a)移動； -整平裝置(8 )，所述整平裝置(8 )布置成與所述流體物質(zhì)(3 )接觸； 所述方法包括下列操作: -選擇性地照射所述流體物質(zhì)(3)的層以便獲得所述凝固層(6)； -使所述凝固層(6)遠離所述底部(2a)移動，從而使所述凝固層(6)脫離所述流體物質(zhì)(3)； -重新分布所述容器(2)中的所述流體物質(zhì)(3)，以便填充由提升所述凝固層(6)而產(chǎn)生的凹陷部(3a)，所述重新 分布過程通過所述整平裝置(8)從所述容器(2)的第一區(qū)域朝向所述凹陷部(3a)移動而發(fā)生，在所述容器(2)的所述第一區(qū)域中，所述流體物質(zhì)(3)的水平面高于所述凹陷部(3a)的水平面； 其特征在于，以所述整平裝置(8)在所述模板(5)與所述容器(2)之間通過的方式執(zhí)行所述移動。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述整平裝置(8)包括槳狀物(9)，所述槳狀物(9)主要沿著縱向方向延伸。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述移動通過所述槳狀物(9)在垂直于所述縱向方向的移動方向(Y)上的移位來執(zhí)行。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在發(fā)生在兩個連續(xù)的層的凝固之間的間隔期間的所述流體物質(zhì)(3)的每次重新分布過程中，所述移動沿單一的移動方向(Y)發(fā)生，使得所述整平裝置(8)從所述模板(5)的一側通過至另一側。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述整平裝置(8)在每次所述重新分布操作過程中的所述移動沿相對于在前重新分布操作的相反方向發(fā)生。
6.—種立體光刻機(I),包括: -容器(2)，所述容器(2)用于適于通過暴露于預定的輻射(4a)而被凝固的液態(tài)或膏狀態(tài)的流體物質(zhì)(3)； -用于發(fā)射所述預定的輻射(4a)的裝置(4)，所述裝置(4)適于選擇性地照射具有預定厚度并且與所述容器(2)的底部(2a)鄰近地布置的所述流體物質(zhì)(3)的層，以便使所述流體物質(zhì)(3)的所述層凝固； -模板(5 )，所述模板(5 )適于支承所述凝固層(6 ); -致動器裝置(7 )，所述致動器裝置(7 )適于使所述模板(5 )至少沿著垂直于所述底部(2a)的?；较?X)相對于所述底部(2a)移動；-整平裝置(8)，所述整平裝置(8)與動力裝置相關聯(lián)，所述動力裝置構造成使所述整平裝置(8 )與所述流體物質(zhì)(3 )接觸地移動，以便使所述流體物質(zhì)(3 )重新分布在所述容器(2)中； 其特征在于，所述動力裝置構造成使所述整平裝置(3)移動，以使所述整平裝置(3)在所述模板(5)與所述容器(2)之間通過。
7.根據(jù)權利要求6所述的立體光刻機(1)，其特征在于，所述整平裝置(8)包括至少一個槳狀物(9 )，所述至少一個槳狀物(9 )主要沿著縱向方向延伸。
8.根據(jù)權利要求7所述的立體光刻機(I)，其特征在于，所述動力裝置構造成使所述槳狀物(9)沿垂直于所述縱向方向的方向(Y)移動。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的立體光刻機(I)，其特征在于，所述動力裝置構造成使所述槳狀物(9 )垂直于所述底部(2a)移動并且使所述槳狀物(9 )浸入到所述流體物質(zhì)(3 )中以及從所述流體物質(zhì)(3)中取出。
【文檔編號】B29C67/00GK103492159SQ201280018961
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年4月19日 優(yōu)先權日:2011年4月20日
【發(fā)明者】埃托雷·毛里齊奧·科斯塔貝貝爾 申請人:Dws有限公司