[发明专利]制作整体三维物件的方法及所用设备

说明书

本发明涉及利用光成形的三维物件生产，更具体地说，涉及通过一透明阻挡层由连续各层可光成形组合物的许多光成形子部制作整体三维物件，其中该阻挡层在一新子部形成之前与每个子部脱离。

已经有人提出很多利用光成形法生产三维仿型的系统。ScltexCorporation Ltd.于1987年6月6日提交的欧洲专利申请No.250,121公开了一种利用可固化液体的三维仿型设备，并对有关这一技术的文献做了很好的总结。1986年3月11日公布的美国专利4,575,330(C.W.Hull)描述了一种用于产生三维物件的系统，其方法是，在一种能对入射辐射、粒子轰击或化学反应等的适当协同激励做出响应而改变其物理状态的流体介质的一个选定表面上创造所要形成的物件的一个横截面图样，自动形成代表该物件对应相继邻接横截面的各相继邻接层，并使之结合在一起，提供该预期物体的逐步分层积累，从而在形成过程期间从该流体介质的一个基本上平的表面形成并堆积起一个三维物件。1988年6月21日公布的美国专利4,752,498(E.V.Fudim)描述一种改进的生成三维物件的方法，该方法包括使有效量的光聚合物固体辐射透过一种与未固化液体光聚合物接触的辐射透射材料，对该未固化光聚合物进行照射。该透射材料是一种使该照射表面能进一步交联的材料，以便当下一层形成时它将与之粘合在一起。利用这种方法，可以制作多层物件。

Hideo Kodama的出版物“用光硬化聚合物自动制作三维塑料仿型的方法”(Rev.Sei.Instrum.52(11)，1770-1773，1981年11月)描述了一种自动制作三维塑料仿型的方法。该固体仿型的制作是使液体光成形聚合物对紫外线曝光，并把各横截面固化层堆积起来。Alan J.Herbert的出版物“固体物件生成”(Journal of Applied Photographlc Engineering，8(4)，185-188，1982年8月)描述了一种能产生固体或三维物件复制品的设备，非常像一台复印机能对一个二维物件执行同一任务一样。该设备能根据贮存在计算机存储器中的信息用光聚合物产生简单的三维物件。

A.J.Herbert的一份更新的出版物，题为“三维固体物件生成综述”[Journal of Imaging Technology 15：186-190(1989)]也对各种不同方法做了很好的总结。

这些方法多数涉及分步对想要固化的区域或体积依次照射，形成三维物件的固体部分。描述了各种掩蔽技术以及直接激光写入的使用，即用一个激光束按照预期图样使可光成形组合物曝光，逐层建造一个三维仿型。除了种种曝光技术外，还描述了几种形成薄液层的方法，这些方法使得既能在最初涂布一个平台或台架，也能涂布以前曝光和固化的连续各层。

然而，迄今为止所提出的现有涂布方法的缺点在于它们不能保证平而均匀的层厚或不能迅速产生这样的层，或者它们在相继涂布过程期间不能有效地防止对以前形成的各层的损伤或失真，而且它们只能涂布相当低粘度的液体配方。此外，它们没有认识到在涂布过程中所包含的非常重要的参数，例如，在薄液层形成期间既有固体区存在也有液体区存在的效应，该液体的流体流动效应和流变学特征，薄光成形层在涂布期间易因流体流动而变得失真的趋势，以及弱力如氢键和更强得多的力如机械粘合及真空或压差力对那些薄层和对正在形成的部分的影响。

例如，Hull专利描述一种浸涂工艺，其中，一个平台或台架在一个容器中或者降低一层厚度或者浸没于一层距离以下，然后向上提升到该可光成形液体表面的一层厚度范围之内。Hull进一步建议较好使用低粘度液体，但由于其它实际原因，可光成形液体一般是高粘度液体。虽然在理论上多数液体终究是会流平的，但高粘度液体、甚至低粘度液体需要太大量时间才能流平到可接受的程度，如果要使大的平整区域成像且如果该液层厚度非常薄，则尤其如此，那些以前各层由液池周围的固体壁组成的区域，使该薄液层涂布的流平过程更加困难。此外，那些有悬臂或梁(在Z方向上不受以前层断面支撑的区域)的平台和部件在液体内的移动，在这些层中造成偏移，导致成品部件中精度不足。

Munz专利(美国专利2,775,758，1965年公布)和Scltex申请，描述了借以采用泵或类似设备把可光成形液体引进容器中的方法，这样，就在以前的曝光层上面以一层厚度形成新的液体水平面。这样的方法具有Hull方法的所有问题，所不同的是，涂布期间各层的偏移减少了。