[发明专利]实体成像设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及实体成像设备和方法。

背景技术

实体成像设备已经被用于产品开发模型的快速原型设计，并在最近以来用于制造操作。实体成像设备通常通过响应于计算机控制而暴露到辐射来从可熔粉末或可光固化液体产生三维目标。表示三维目标的薄横截面层的数据向计算机提供控制参数，以用于通常分层自动化构建目标的程序。适合于实体成像的激光器或其它辐射源顺序照射构建材料的单个薄层，响应于此材料一层一层转换成固体而生成实体成像产品。

实体成像有时称为“快速原型设计制造”并包括诸如光固化成型(stereolithography)、激光熔结、喷墨打印等的不同技术。用于实体成像的粉末、液体和其它材料有时称为“构建材料”，而实体成像产生的三维目标有时称为“构建物”、“部件”和“实体成像产品”，其可以包括各种形状。构建物通常在称为“构建垫”或“构建平台”的表面上制备，所述表面可以升高或降低以使构建物的表面与成像辐射接触。暴露构建材料的区域有时称为“构建平面”或“图像平面”。

尽管开发了各种用于实体成像的设备和方法，仍然还有很多缺点有待解决。用于进行实体成像的设备和方法倾向于在某种程度上具有过多运动部件和复杂系统的特征，这些可能需要大量的努力来保养、维护和运行。激光成像和UV成像系统倾向于成本很高，使得这些系统无法用于许多应用。用于对准辐射源和图像平面的复杂繁琐的对准步骤降低了效率，增大了成本。在光固化成型中使用的大量液体树脂很昂贵且可能被固化树脂块污染。实体成像设备通常产生“绿色”三维产品，其中未固化的构建材料润湿表面并使产品有粘性，从而在整个构建物中完全固化产品之前需要清洁。

期望提供减小保养和维护问题并且操作更简单、成本更低和更加高效的实体成像系统和方法。

发明内容

本发明涉及从头开始完全重新设计的实体成像设备和方法，其具有多个子组件以提供改进的系统，包括容纳构建材料的可更换料筒组件、用于将构建材料从料筒分层传送到构建平面的传送表面、以及附装到传送表面以在施加各层之间从构建物移除多余的未固化构建材料的清洁组件。本发明的料筒在存储或传送期间不会溅出，对光密封，且直到插入设备中并由操作者接通才会启动来分配构建材料。系统操作者只需要移除用完的料筒并用容纳新构建材料的新料筒更换，丢弃或回收利用用完的料筒。

在料筒的一个具体实施例中，柔性膜通常用作传送表面。料筒提供容纳构建材料的壳体、用于将构建材料供应到膜的泵、用于存储膜的内部组件、以及与外部电机配合来用构建材料涂覆膜、伸出膜和缩回膜的清洁组件。膜附装到清洁组件，通过该清洁组件来伸出膜。清洁组件包括接触构建物的刷子，用于在缩回膜时移除多余的未固化构建材料，并将多余的未固化构建材料返回到料筒壳体进行过滤和重新使用。

本发明提供用于实体成像设备的成像器组件，其中成像器组件包括固定附装到成像器的对准夹具，用于将成像器精确安装到实体成像设备。该设备的操作者可以在没有附加复杂对准步骤的情况下简单地移除和更换成像器。成像器从下方照射构建物。

本发明包括在约600瓦范围中的高强度UV灯以及用于气流的相关冷却通道，该UV灯从底部照射构建物以在成像和清洁之后对部件的每层进行固化操作。由该设备产生的构建物具有大大减小粘性或者没有粘性，并可以在设备内以完全固化的状态产生。

在一个实施例中，构建垫在一侧包括形成栅格的升高的不连续表面，在该栅格上可以构建用于构建物支撑表面的格子，以提高对构建部件的结合并使部件能够更好地构建在上下颠倒位置中。将构建物保持在上下颠倒位置中通过使构建物上具有较少的多余未固化构建材料而有助于构建过程。构建垫在相反一侧上包括形成栅格的升高的不连续表面，该栅格用于在真空下抵靠地面上的平金属构建平台支撑构建垫。绕此构建垫侧的周边包括真空密封。

在另一实施例中，构建垫可透射固化辐射且不包括真空支撑栅格，并且构建平台是通过构建垫向构建物和支撑件施加不受阻碍的固化辐射的支架。在此实施例中，设置多个相对较低瓦特数(在100瓦左右)的UV组件用于层内固化，正常情况下没有更高强度的UV源。

升降臂组件减小了空气混入构建物中的可能性并方便构建物从传送表面的分离。当构建垫接近图像平面中的传送表面上的构建材料时，独立操作的升降臂使用于构建垫的保持框架和支撑平台稍稍倾斜。接近时的倾斜提供了空气逸出的路径。在成像发生之后将构建物从传送表面提升离开的同时倾斜构建平台便于将构建物从传送表面分离。