[发明专利]改进的固体成像方法与装置

说明书

本发明涉及了在成象方式中通过光致固化的光敏组合物的相邻层而制造的三维物体；特别是一种附加的光致胶化的部分或光致固化的间隔层，或是两者分布于三维物体的周围。

许多用光致固化来制造三维立体造型的系统已经被提出。在Sci-tex有限公司于1987年6月6日提出的250，121号欧洲专利申请中公开了一种采用一可凝固液体的三维模型制造装置；并对这一技术的相关文件进行了很好的概述。1986年3月11日公开的美国专利4,575,330(C.W.Hull)描述了一种形成三维物体的系统，它通过在一种物理状态可随着由直接照射、粒子轰击或化学反应构成的复合激励而改变的流体介质选出的表面处，建立所要形成物体的横截面图，依次相邻的薄层代表了相应的依次相邻的物体横断面，且这些相邻层被自动地形成并造在一起构成了所需物体的分级薄层构造，从而在此形成过程中从流体的平表面上得到并形成三维物体。1988年6月21日公开的美国专利4,752,498(E.V.Fudim)描述了一种形成三维物体的改进的方法，包括让一有效量的感光聚合物固化所用的辐射，穿过一个与未处理感光聚合物接触的辐射透射材料照射未处理的感光聚合物。该透射材料是一种不影响已固化的感光聚合物以后的交联能力的材料。采用这种方法可以制作多层的物体。

在1981年11月的《科学仪器评论(Rev.Sci.Instrum)》52(11)的1770～1773页上，Hideo Kodama所公开的“用光致固化聚合物制造三维塑料模型的自动方法”描述了一种自动制造三维塑料模型的方法。该固体模型通过把液态的可光致固化的聚合物放在紫外线下照射，并把横截的固化的各层叠落起来而制得。1982年8月的《摄影工程应用杂志(Journal of Applied Photo-graphic Engineering)》8(4)的185～188页上，Alan J.Herbert所公开的“固态物体制作”描述了一种可制作固态或三维物体的复制品的装置，和照相复制机可以完成三维物体的复制几乎一样。该装置可以用感光聚合物根据存贮在计算机存储器中的信息产生简单的三维物体。

对不同方法的进一步评论还可由最近在《成象技术杂志(Journalof Imaging Techonolgy)》15的186～190页上(1989)由A.J.Herberr公开的题为“三维固态物体形成的评述”给出。

这些方法的大多数是关于通过逐步顺序地照射想要被固化的面积或体积，而形成三维物体的固态区域。就象直接激光记录的使用一样来描述各种遮蔽技术，即：根据所需图案用激光束来曝光可光致固化的成份，并一层层地构成三维模型。另外还描述了各种曝光技术，产生薄液体层的几种方法，它们允许先涂一个平台，然后依次涂先曝光后固化的各层。

但是，至今所提出的涂覆方法都有缺陷，它们不能保证平的均匀的涂层厚度，不能快速地形成这样的涂层，或者说他们不能在逐次涂覆的过程中有效地防止对前面已经涂好的涂层的损害或变形。进一步地说，它们忽略了在涂覆过程中被认为是非常重量的因素，如在薄液层形成过程中固体与液体同时存在的效果，流体流动的效果和液体的流变特性，在涂覆过程中由于流体流动容易使薄的光致固化层造成变形的危险，以及如氢键这样的弱作用力和较强的作用力，如机械接触和真空或压力不同的作用力施加在那些薄层和已成形的部分而产生的效果。

例如Hull的专利描述了一种浸渍的方法，其中在一个大容器中，平台被放低一个涂层的厚度或者下降一个涂层的距离，然后停止在可光致固化液体表面的一个涂层厚度的范围内。Hull进一步提出，低粘性液体是优选的，但是因为其他现实原因，光致固化液体通常是高粘性的液体。尽管理论上大多数的液体最终是要变平的，但是高粘性液体和低粘性的液体要化非常长的时间来变平到可以接受的程度，在大平面区域内成象和液体涂层厚度很薄的情况下尤为如此。由环绕液槽的固态薄壁组成的在先涂层的区域进一步影响了薄液体涂层涂覆的变平过程。另外，平台的运动和有悬臂或横梁的部分(该处在Z方向没有被在先的涂层支承)，在液体中使涂层产生变曲，从而在已完成部分造成难以接受的偏差。

Munz的专利(US.2,775,758，1956公开)和Scitex的申请描述了这样的方法，用泵或类似的装置把可光致固化的液体引入大容器中以使新的液体水平表面在前面已曝光的涂层上方形成一个涂层厚度。该方法除了液层的弯曲在涂覆过程中被减少了之外，具有Hull方法的全部问题。