[发明专利]利用实体自由成形制造生产的零件的基于区域的支撑件

说明书

技术领域

本发明涉及利用实体自由成形制造生产的三维零件的产生，更具体地说，涉及利用实体自由成形制造生产的零件用支撑件的产生。

背景技术

目前存在多种快速产生用于限量制造的模型、原型和实物(“零件”)的技术。这些技术通常被称为实体自由成形制造技术，这里称为“SFF”。一些SFF技术包括立体光刻术，选择性沉积成形，分层实体制造，选择性相区沉积(selective phase area deposition)，多相喷射固化，弹道粒子制造，熔融沉积成形，粒子沉积，激光烧结，膜转印成像等等。通常在SFF中，与本质上通常为减成法的常规制造技术相反，按照加成方式用建材生产复杂零件。例如，在多数常规制造技术中，利用机械加工去除材料，或者用模型或铸模把材料成形为接近最终形状，随后进行修整。相反，加成制造技术递增地一层一层把建材的各个部分添加到目标位置，以便构成复杂零件。SFF技术一般利用零件的计算机图形表示和建材的供应逐层地制造零件。

与传统的制造方法相比，SFF技术具有许多优点。例如，SFF技术显著缩短开发原型零件的时间，能够用快速制造方法生产限量零件。SFF技术还消除对与常规减成制造方法相关的复杂作业和加工的需要，包括为定制应用产生模具的需要。另外，用SFF技术能够根据计算机图形数据(例如，计算机辅助设计(CAD)文件)直接生产定制的零件。

通常，在多数SFF技术中，通过凝固或固化连续多层的建材，逐层地形成结构。例如，在立体光刻术中，穿过连续多层的液体光聚合物树脂扫描一般在紫外辐射带中的紧聚焦能量束，以有选择地固化每层树脂，从而形成多层零件。在选择性激光烧结中，穿过连续多层的粉末材料扫描紧聚焦能量束，比如激光束，以有选择地烧结或熔化每层中的粉末，从而形成多层零件。在选择性沉积成形中，以不连续小滴的形式喷射或滴落建材，或者通过喷嘴挤出建材，以致在温度变化和/或暴露在光化辐射之中时，建材变得相对坚硬，以便层状地制作三维零件。

在膜转印成像(“FTI”)中，薄膜把薄的树脂涂层转印到像面区，在像面区，用光化辐射有选择地固化与零件的断面层对应的树脂的各个部分，以形成多层零件中的一层。

一些SFF技术要求利用连接零件和支撑面的支撑件，把零件挂在诸如制作台、平台等之类的支撑面上。在美国专利5595703；6558606和6797351中公开了生产支撑件的现有方法，这些专利的公开内容在此整体引为参考。不过，在对正在生产的零件和支撑正在生产的零件的支撑件施加各种外力和内力的某些SFF技术中，这些现有支撑件并不总是令人满意。

用于SFF系统的现有支撑结构方法的另一种缺点在于多数情况下，它们往往需要大量的人为互动。在开始制作之前，需要人工检查和编辑由现有支撑结构方法和软件确定的支撑件，以确保所有要求的区域得到支撑。这是一个重大的问题，因为即使对于经验丰富的用户来说，编辑支撑件也需要大量的人为互动。这显著降低了原本设计成快速、短暂、易用且功能友好的SFF系统的生产能力。

用于SFF系统的现有支撑结构方法的另一种缺点在于过多的支撑结构或不足的支撑结构的产生。另外，支撑件可能并未支撑正被固化的准确零件几何体。从而，支撑件有可能并不支撑实际正被投射光或导引光固化的准确几何体。

当在新的实体成像技术，比如FTI中使用现有的立体光刻支撑结构方法时，可能出现的另一个潜在缺点是支撑件几何形状缺少变化。目前的支撑件具有三角形断面，从底部到顶部厚度无变化。从而，支撑件厚度始终为1像素宽，这要求在制作期间和之后使用大量的支撑件充分支撑零件。

发明内容

本发明包括产生用SFF生产的零件的支撑件的各种方法。本发明还包括具有各种形状，尺寸，位置和其它性质的支撑件(也称为“支撑结构”)。一个例证实施例包括FTI系统用支撑件，在FTI系统中，常常借助零件和制作台之间的支撑件颠倒生产零件，从而需要强度较高的支撑件来保持零件悬挂在制作台上，尽管当零件与像面、膜面或其它表面分离时，施加于零件上的脱除力较高。

其它实施例提供形成用于备选SFF技术，比如立体光刻和选区沉积成形的改进支撑件的方法，以提供两个非限制性例子。

本发明的一个方面目的在于一种产生用于利用SFF形成的三维零件的支撑结构的方法。所述方法包括对立体光刻(STL)模型切片，以产生零件体素；根据零件体素产生二维层数据和像素数据；对STL应用补偿或校正，以校正成像误差，和利用像素混合正确地决定边界的位置；确定支撑锚；产生支撑体素；和产生初始STL模型的像素表示的支撑结构。