[发明专利]建造三维产品的设备以及建造三维产品的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以连续横截面层的方式建造三维产品的设备，以及利用所述设备建造这种产品的方法。

背景技术

目前逐渐要求利用工程CAD(计算机辅助设计)数据制造高强度、技术上有用的三维产品。

已经提出了很多种技术，大多数生产的是易破损并且短期或中间使用的产品。

在US4575330中，描述了一种液态和软膏状感光性树脂的激光寻址方法。虽然所述方法非常成功，但是这种技术要求实验室标准的后期处理以及成熟的操作，结果生成艺术型的光滑表面，但是一定程度限制了对产品的直接使用。

另一种技术是挤压沉积(extrusion deposition)，例如在US6869559中所描述的，在最终的产品中获得非常良好的性能，例如热塑性能。然而，这个过程很慢，并且要求湿处理来取走支撑结构。

在US5136515中，描述了采用可固化流体的直接喷射系统。虽然具有快速处理系统，但是所有的都要求后处理程序以及取走/处理支撑结构。

在US4938816中，描述了一种基于粉末的系统，其中利用高能CO₂激光来烧结粉末。对这种基于粉末的系统十分感兴趣，因为当形成三维产品时系统可自我支撑。虽然激光烧结可生产出接近真实的热塑性塑料的高强度产品，这个过程很慢并且所产生的表面质量很粗糙。

另一种基于粉末的系统采用粘合剂喷射技术，大部分是基于含水的喷射材料，并且已经在US5204055中加以描述。这种系统更快，但是生产出易破损的模型，要求做进一步渗透处理来实现高强度。

在WO02/064354中，描述了一种三维结构打印方法，其中粉末材料的连续层涂敷在彼此上，借此各个粉末层包含了活泼(reactive)或活性(active)成份，这种成份对接触产生反应，以便按所要求的方式形成固体薄板，重复进行一直到形成所期望的固体产品。

用于建造三维产品的很多方法通常都在这种设备中实施，所述设备包括：粉末喷洒系统、用于输送粘合剂材料的打印系统、用于形成所期望产品的建造室、和粉末清除系统，由此使来自粉末喷洒系统的多余粉末经由设置在粉末喷洒系统和建造室一端的开口缝隙进入到粉末回收系统。这种设备例如已经在US2001/0045678A1或WO03016067A2中描述。

一旦制造完成，成形的三维产品必须从粉末层取走。这是非常艰难的过程，必须非常小心使得在移动同时不破坏该三维产品。下文的现有技术描述了几种方式：

US2004/084814描述了用于包含粉末的3D打印机的复杂的粉末清除系统，其中利用压力气体的抽空和导入系统来将形成的物体从粉末层取走。

US2002/0090410描述了另一种采用工艺处理室的复杂的粉末清除系统，工艺处理室内设有空气的吹气入口和抽吸出口。

US2001/0045678中描述了粉末清除段，其中粉末层内的成形产品被移动导粉末清除段。WO2005/025780描述了位于激光烧结(SLS)类型机器内的粉末清除装置，再次示出了粉末抽吸区域以及冷却段。优选的，冷却装置不包含在本发明内。

然而，由于三维产品的制造和取出的过程中，多余粉末使得粉末喷洒系统变得非常凌乱，使生产过程复杂化，所以就为这种机器设计留下了很多改进的空间。另外，还有很多不能重新使用的废弃材料。而且，当采用可完全固化的流体树脂时，为了防止树脂配发装置(例如喷墨打印头)受到污染，就需要控制机构。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种建造三维产品的设备，这种设备相对简单，并且同时实现了干净的生产过程，由此可以以高效的方式重新使用未使用的粉末材料。在将可完全固化的流体输送到粉末层、以结合到/结合于粉末形成的高性能精确分层的物体时，这种设备特别有用。