[发明专利]通过间歇曝光的增材制造方法

说明书

一种形成三维物体的方法，通过以下进行：提供载体和具有构造表面的光学透明的构件，所述载体和所述构造表面限定它们之间的构造区；用可聚合液体填充所述构造区，用光透过所述光学透明的构件间歇地照射所述构造区，以从所述可聚合液体形成固体聚合物，和连续或间歇地推进所述载体远离所述构造表面，以从所述固体聚合物形成所述三维物体。在一些实施方案中，进行所述填充、照射和/或推进步骤，同时还：(i)连续维持可聚合液体的死区与所述构造表面接触，和(ii)连续维持所述死区和所述固体聚合物之间的聚合区梯度并维持其相互接触，所述聚合区梯度包含呈部分固化形式的所述可聚合液体。

相关申请

本申请要求2015年2月5日提交的美国临时专利申请号62/112,290的权益，其公开内容通过引用以其整体结合到本文中。

发明领域

本发明涉及用于从液体材料制造固体三维物体的方法和装置。

发明背景

在传统的添加剂或三维制造技术中，一个三维物体的构造以逐步(step-wise)或逐层(layer-by-layer)的方式进行。特别是，层形成在可见光或UV光照射的作用下，通过光固化树脂的固化来进行。两种技术是已知的：一种是其中在生长物体的顶部表面形成新层；而另一种是其中在生长物体的底部表面形成新层。

如果新层在生长物体的顶部表面形成，那么在每个照射步骤后，正在构造的物体被降低到树脂“池”中，一层新的树脂被涂布在顶部，且进行一个新的照射步骤。这样的技术的一个早期的例子在Hull，美国专利号5,236,637 (图3)中给出。这样的“自上而下(topdown)”的技术的一个缺点是需要将生长物体浸没在(可能很深的)液体树脂池中并重建精确的液体树脂覆盖层。

如果新层在生长物体的底部形成，那么在每个照射步骤后，正在构造的物体必须从制造孔中的底板分离出来。这样的技术的一个早期的例子在Hull，美国专利号5,236,637(图4)中给出。虽然这样的“自下而上”技术保持了不需要其中物体被浸没的深孔的可能性，代之以将物体从一个相对浅的孔或池中抬升出来，但这样的“自下而上”制造技术在商业实施上的一个问题是由于底板和固化层之间的物理和化学相互作用，当从底板分离固化层时必须极其小心，并采用附加的机械元件。例如，在美国专利号7,438,846中，弹性分离层被用来实现固化材料在底部结构平面的“无损”分离。其它的方法，例如由Deadwood, SouthDakota, USA的B9Creations销售的B9Creator^TM 3-维打印机，使用一个滑动构造板(sliding build plate)。见例如，M. Joyce，美国专利申请号2013/0292862和Y. Chen等，美国专利申请号2013/0295212 (二者均在2013年11月7日)；也见Y. Pan等, J. Manufacturing Sci.and Eng.134, 051011-1 (2012年10月)。这样的方法引入了一个可使装置复杂化、使方法放慢，和/或潜在地使最终产品变形的机械步骤。

在美国专利号7,892,474中以一定篇幅提出了关于“自上而下”技术的生产三维物体的连续过程，但这篇参考文献没有解释如何可使它们在“自下而上”系统中，以对要生产的物品无损的方式实施。因此，有对三维制造的替代方法和装置的需求，这样的方法和装置可消除在“自下而上”的制造中对机械分离步骤的需要。

发明概述