[发明专利]用于对象的增材制造的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求2011年4月17日提交的美国申请No.61/476275的优先权，该申请的内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明在其一些实施例中涉及对象的增材制造(AM)，更具体地但不是排他性地涉及一种利用材料和/或扫描模式的组合进行对象的增材制造的系统和方法。

背景技术

总体上，增材制造是其中利用对象的计算机模型来制造三维(3D)对象的工艺。这样的工艺被用于各种领域，例如针对可视性、展示和机械原型机制造的目的以及用于快速制造(RM)的设计相关领域。

任何AM系统的基本操作包括将三维计算机模型切片成薄的截面，将结果转换成二维位置数据，并将数据反馈给以逐成方式在工作表面上制造三维结构的控制设备。

增材制造使制造方法产生了许多不同的方案，包括三维打印、层叠对象制造、熔融沉积成型等。

例如，在三维打印工艺中，从具有一套喷嘴的分配头将建造材料分配至支撑结构上的沉积成上。随后可根据建造材料，利用适当装置使层弯曲或固化。建造材料可包括：形成对象的造型材料以及在建造对象时支撑对象的支撑材料。存在各种三维打印技术，而且例如，具有相同受让人的美国申请No.6,259,962、6,569,373、6,658,314、6,850,334、7,183,3357,209,797、7,225,045、7,300,619、7,479,510、7,500,846、7,658,976 和7,962,237以及美国申请公开No.20100191360中公开了各种三维打印技术，其内容通过引用并入本文。

AM有利于以最少的设备和人力的投入进行功能原型的快速制造。这种快速原型成型通过为设计人员提供快速有效的反馈，缩短了产品开发周期，并改进了设计过程。AM还可以用于快速制造非功能部件，例如，用于评估诸如美学、匹配、组合之类的各个设计方面。此外，AM技术已经被证明在药品领域很有用，该领域中在执行程序之前先对期望的结果进行建模。可以认识到，许多其它领域可受益于快速原型成型技术，包括但是不限于其中具体设计和/或功能的视觉化是有用的的建筑领域、牙科领域和整形手术领域。

对于根据二维位置数据沉积材料以形成层，一般可通过沿一些运动模式在分配装置(例如，打印头、挤压喷嘴等)和工作表面之间建立相对横向运动来实现。本领域已知的两种类型的运动模式被称为″光栅扫描″和″矢量扫描″。光栅扫描的特点在于分配装置和工作表面之间的前后相对运动，通常利用几个喷嘴来进行并行沉积。在光栅扫描期间，工作表面上的所有位置均被分配装置访问，其中控制器根据二维位置数据选择性地针对每个访问位置激活及去激活分配喷嘴。在矢量扫描中，分配装置并不访问工作表面上的所有位置。相反，沿着基于需求材料沉积的位置而选择的路径进行相对运动。

Leyden的美国专利No.6,193,923公开了一种快速原型造型技术，其中打印头在工作表面上方沿扫描方向和索引方向进行位移。Leyden教导了两种扫描协议。在一种协议中，打印头在主扫描方向上的运动之后是次扫描方向上的更少量的运动而没有出现分配，然后是沿主扫描方向上的方向扫描，其中再次进行分配。在另一协议中，在进行主扫描的同时执行少量的次扫描运动。Leyden还公开了矢量扫描以及矢量扫描和光栅扫描的组合。

几种AM技术允许利用多于一种的造型材料进行对象的增材形成。例如，当前受让人的美国申请公开No.20100191360（其内容通过引用并入本文）公开了一种系统，其包括具有多个分配头的增材制造设备、配置成将多个建造材料提供给制造设备的建造材料供应设备、以及配置成用于控制 制造设备和供应设备的控制单元。系统具有几种操作模式。在一种模式下，所有分配头在制造设备的单个建立扫描周期期间操作。在另一种模式下，一个或多个分配头在单个建立扫描周期或其一部分期间不可操作。

发明内容

根据本发明的一些实施例的方面，提供了一种三维对象的增材制造方法。该方法包括依次形成多个层，根据对象的截面的形状来形成每个层的图案，由此形成对象。在本发明的一些实施例中，对于所述多个层的中至少一个层，所述层的形成包括执行光栅扫描以分配至少第一建造材料成分，以及执行矢量扫描以分配至少第二建造材料成分。沿被选择来形成从组中选出的至少一个结构的路径进行所述矢量扫描，所述组由下述结构组成：(i)长条结构、(ii)至少部分地围绕被所述第一建造材料填充的区域的边线结构、以及(iii)层间连接结构。

根据本发明的一些实施例，第一建造材料成分不同于第二建造材料成分。