[发明专利]通过立体光刻工艺获得的改良的三维物体及用于所述物体的电脑图形设计的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过立体光刻工艺获得的改良的三维物体，并且特别地，本发明涉及使物体的不同部件彼此连接的支撑件的接合元件。

本发明还涉及一种用于该物体的且特别是所述接合元件的电脑图形设计的方法。

背景技术

已知立体光刻技术为一种允许直接从通过CAD/CAM软件处理的数字数据开始制作三维物体的技术。

由于立体光刻技术使得能够在短时间内获得甚至具有复杂构造的三维物体——该三维物体可以在进入工业制造阶段之前进行分析和测试，因此立体光刻技术主要用于制作原型。

出于此目的，立体光刻工艺广泛地被使用来制作物体的模型，该物体的模型将通过熔模铸造连续地进行生产。

立体光刻工艺基本上通过厚度在十分之一微米的数量级的多个层的叠置生产三维物体，该三维物体通过使在光存在的情况下进行聚合的液态树脂在与待生产的物体的容积对应的区域中暴露于选择性光刺激而获得。

市场上存在多种类型的立体光刻机械，在这些立体光刻机械中，例如，存在基本上包括箱的立体光刻机械，该箱适用于容纳液态树脂并且通过透明的底部和模化头部来定界。

模化头部定位在箱的顶部上并且设置有适用于支撑正在形成的三维物体的平表面以及使该平表面相对于箱的底部移动的动力装置。

在物体形成过程的初期，平表面浸入液态树脂中，直到该平表面变得定位在距底部的距离等于要获得的第一层的厚度的位置处为止。

包括在箱的底部与模化头部的平表面之间的树脂层选择性地暴露于激光束，该激光束来自设置在箱的底部之下且与笛卡尔直角坐标型机器人相关联的激光发光体。

因此，树脂仅在与要被制作的物体的容积对应的区域中暴露于电磁辐射并且在固化期间树脂粘附至模化的头部平表面。

一旦已经完成固化过程，则头部与粘附至头部的物体的第一层一起被升起，以允许箱内的树脂的液面恢复。

一旦树脂液面已经恢复，则头部再一次被浸入树脂中并且以上描述的操作被重复进行以使得将粘附至第一层等的第二层沉淀，直到要被制作的物体已完成为止。

如果该物体包括从基部突出或在基部底切且可能屈服或者弯曲的部分，则在物体形成过程期间制造专用柱——通常叫做支撑件——以支撑所述突出的或者底切的部分，其中，所述支撑件构成该物体的一体的部分并且在一旦物体已经完成时被移除。

根据已知技术，支撑件——在特别复杂的物体中可能存在很多支撑件——的移除通过切割器手动地执行并且产生若干公知道的缺陷。

如果该物体用作用以获得通过熔模铸造技术铸造的部件的模型，则从模型手动移除支撑件不能保证成品的恒定的高品质。

实际上，如果通过在与模型的表面隔开相当远的位置处对支撑件进行切割来执行支撑件的移除，则一旦金属已经固化，必须通过机械加工移除的对应突出的残余部分将存在于通过熔模铸造连续生产的部件上。

另一方面，如果通过在模型的表面的高度处对支撑件进行切割来移除支撑件，则如已知的在任何情况下，切割器叶片在模型的本体中在每个切割点处产生凹部，使得必须被适当地填充的空穴区将与固化的金属部件中的所述凹部相对应。

因此可以理解的是，由于实际上操作者不可能通过相同的方式手动地进行切割，因此，存在于模型中的所有支撑件意味着成品上将存在随机分布的突出部和中空部。

因此，可以注意到的是，实际上不可能使铸件具有都一样的品质。

另一个缺点在于，由于支撑件的切割仅取决于操作者在操纵切割器方面的能力，因此执行时间和成本都相当高。

又一个缺点通过如下的事实表示：在具有相同的抵抗截面的情况下，切割每个支撑件所须的切割应力随着制成支撑件的材料的类型变化而变化。

因此，为了制作可以用具有恒定值或由操作者确定的值的力气进行切割的支撑件，需要根据使用的材料的类型将支撑件设计和制作为具有不同的截面。

根据现有技术，已知一种用于通过立体光刻工艺制作的三维物体的支撑件且在专利文献US2009/0072447A1中描述的方法。

在所述专利文献中给出的指示用于在三维物体形成过程期间支承三维物体的支撑件的截面的设计。

更特别地，包含在专利文献中的指示限于定义为一种适用于确定支撑件的最佳几何形状以使得支撑件有充分地抵抗力以支撑正在形成的三维物体的方法。

因此，以上提及的专利文献不包含对于以分析的方式设计和限定将支撑件连接至三维本体的接合元件的几何形状而言有用的指示，并且因此，包含在以上提及的专利文献中的指示不能够克服以上已经描述的已知技术的缺点。

发明内容