生成三维物体的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及使用转换机器制造三维物体的一种方法和装置，该转换机器受计算机指令的控制。材料由若干片状或板状断面（１６）组成。在每一断面（１６）的平坦面上至少放置了一个电极（１７ａ，１７ｂ；４２，４３），并且在这些电极上施加了足以在电极之间产生击穿火花的电压。从而，位于电极对方的部分材料或材料质点得以从对应的断面（１６）上消除或者粘结到该断面（１６）上。经过处理的断面以确定的顺序一层一层地结合形成所述三维物体。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

Apparatus and method for generating three-dimensional objects

The present invention relates to a method and a device for manufacturing a three-dimensional object using a conversion machine, which is controlled by a computer instruction. The material consists of a number of plate-like or plate-like sections (16). In each section (16) of the flat surface placed at least one of the electrodes (17a, 17b; 42, 43), and applied voltage to spark breakdown between electrodes in the electrode. Thus, part of the material or material particles at the other side of the electrode can be removed or bonded to the cross section (16) from the corresponding section (16). The treated sections are formed in a predetermined order, layer by layer, to form the three-dimensional object.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用计算机指令控制的转换机器生成三维物体的一种方法，该物体的材料由若干以规定尺寸的片状或盘形断面组成，它们按照给定的计算机指令被处理，使材料的一些部分永久性地被消去，而以这一方法处理过的各断面则以编程的顺序层层相连以形成所述的三维物体。在设计工作中往往希望能见到和在有些时候实际地展示设计构件的三维形状，这尤其适合于以计算机辅助设计(CAD)的工程，其中数据库通常不受人们干预地直接用于制造目的(CAM)，与数字控制转换机和其它自动制造机器由于错误设计所产生的处理相联系的错误而付出的代价是高昂的。在复杂的三维图形中，例如内燃机的气缸盖，以及某些难于测量到的关联部件的安装，例如私人汽车引擎箱的配置工作，在制造过程中早期对实物模型的接触往往是完成实际制造工作的条件。经常遇到这种需要的大型公司，例如汽车工业，通常有它们自己的模型车间，根据制造者的要求以比较容易加工或成型的材料制造出其零件。某些工业也在例如数控切割机中使用计算机辅助设计数据库进行模型制造。小型公司雇用外界模型车间或者在某些情况下在产品开发工作中完全取消这一步骤，结果在成品生产中造成高昂的报废成本。然而，对于现在所应用的所有模型制造方法，其记录与制造工作都是费时的，并且导致设计者在实际工作中任务的不连续性，即要为最终产品或部件完成和验证其制造原理。为此，如有可能，最好能为设计者提供一个对他或她的目的物更直观的了解，以提供一个在设计者的创造性和他或她的成果之间的不费时的交付周期的交互式工序。某些计算机辅助设计供应商使用了一种对物体的三维图形提供一定了解的方法，这种系统允许设计师从任意选择的一个视角在视屏上观察该物体，并以此得到该物体的照片式透视图。供应商为了增进这种图形的实体感已经作了大量的努力，例如采用选择色调和阴影的方法。然而，事实证明这种设备在推销和美学展示方面的作用比在设计工作中减少对实物模型的需求的贡献要大。使用直接与设计师的工作间相连接的计算机辅助设计数据库制造实物模型的一种方法在US-A-4，575，330(C.W.Hull)中被描述过。这种所谓立体平板印刷法是以下述原理为基础的一条紫外射线聚光束交接在液态光聚合物表层上的一点，并以此将该命中点凝固。因此，在盛有紫外线凝固的塑料液体槽上方能在二维方向上受控制的光源便能从所要求的模型上凝固一个断面。这样制成的断面被放置在能在槽中垂直方向上运动的一个台架上。当每完成一个横断面以后，逐渐降低台架便可将各层互相粘合在一起而产生该物体的一个完整模型。这一方法由于时间原因只能产生比例模型，所以至今只在容积为几个立方分米的小型机器上试用成功。据说尺寸精确度由于收缩和内部张力使完工的模型产生变形而成为问题。设备成本价格昂贵以及制造中每个模型要费许多小时，这种相对耗时的工序成为限制这一方法推广应用的因素。US-A-4752352公开了一种用叠层构成一个整体三维物体的装置和方法。在一个工作站，将一种板型材料切割成所需的形状，而在一个装配站将这些单个的叠层按事先选定的顺序装配成该三维物体的形状。这种装置从切割中剩下大量废料，这是一种缺陷。总而言之，可以这样说还没有找到一种在产品开发工作中与设计师工作间直接联系的用于交互式模型制造的有效而实用的设备。本专利技术的目的是提供一种能够交互式制造三维模型的方法，主要它是按照操作员意欲复制计算机辅助设计数据库内容进行的。只要操作员通过他或她的工作终端下达了制造一个或多个模型的命令后，这一方法便应在无人为干涉的条件下为研究中的物体提供的快速制造，以及一种完成这一方法的装置。这就是说，一种方法，它提供一种能放在办公室内并能制造复杂的三维模型的装置，这一装置能够将在数据库中定义的物体数字地再生。因而，这一方法必须容许制造空心模型，而在成形时不需要绘制想象中的胎芯或其他工具部分的轮廓图，例如注射成型中所用的。这一方法必须进一步允许不同材料的制造，例如硬性匀质或泡沫塑料，弹性橡胶型材料以及某些金属和其它低熔点材料。该方法还必须在物体制成后不剩下大量废料。以下述的事实实现上述目的在各断面的每个平坦面上放置至少一个电极，并且在其上加上足以在电极之间打火的电压，使基本上位于电极对面的物质部分或质点能够得以从对应断面上除掉或者连接到对应的断面上。一种实现这一方法的装置以下述事实解决这一问题在各断面的各个平坦面上可以放置或者放置了至少一个电极，而与给定的计算机指令相关联的电极可以和一个电压源相连接，该电压源足以在电极之间提供打火，使一部分物质或质点从对应的断面上除去或者连接上。附图说明图1示出了典型的用户环境，其中根据本专利技术的一种装置，使之在终端上能进行交互式模型制造。图2示出了图1中的设备的透视与局部剖视图，以显示本专利技术的内部。图3以透视图示出具有内啮合齿的啮合框架，并以较大的比例尺显示框架的一部分以示其啮合齿。图4是一个工作部件的透视图，其中最外层的三片材料板已从工作部件中分离，并互相分开，用于显示格栅线条的方向。图5为带有环绕电极层的材料板的部分透视图。一个电压源象征性地连接在该板上面的格栅线条和邻接于该板下面的格栅线条之间，同时展示了穿过格栅交叉区域的一个火花放电。图6示出了一个材料工作部件最外层板上两个格栅线条之间的火花放电。为了展示火花如何切割格栅线条的不需要部分，将交叉区域以放大的比例尺进行了显示。图7示出了根据本专利技术的另一种装置，其中每一个横断面完成材料处理以后，其格栅线条可以连续地从材料部件中抽出而去掉。该图同时以放大比例尺示出了格栅线条的两端部分。图7b通过从图7a中箭头方向所见的放大的右端部分展示一个断面。图8示出了物体的一个横断面S-S如何用它周围的电极在一片材料板中成形的。图9是根据本专利技术的带有可移动处理工具的一个装置的透视图。图10是图9中的设备的侧视图，放大了该处理工具的工作位置，以便更清楚地显示其细节。图11是另一个具有固定电极的装置的侧视图，对处理工具的工作位置进行了放大以便更清楚地显示其细节。图12展示了一台平板绘图仪加上附件以后，能根据本专利技术的方法处理材料板。图13是根据本专利技术的一个装置的侧视图，其中一块单行火花电极样板能以很高的速度接近一块未处理的材料板。图14是图13中的装置的顶视图。在展示实现本方法的装置的实施例的图中，其数字表示1.用于根据本专利技术制造模型的一个完整的装置;2.一个连接到一台计算机辅助设计计算机之类设备的终端或工作站;3.根据本专利技术制成的一个模型;4.用于将工作部件推进通过啮合框的一个馈入螺杆;5.该螺杆的驱动装置;6.工作部件材料;7.连接到计算机辅助设计计算机之类设备的控制单元;8.控制单元与啮合齿之间的连接件，例如一条电缆;9.用于电气连接格栅线条并带内啮合装置的框，称作啮合框;11.承接完工模型的架板;13.称作啮合齿的啮合件;16.材料的片状，通路状或板状断面，称为材料板;17.格栅线条;18.火花或电弧;19.电压/电流源;20.电火花处理后材料板中要求留下的想象的几何图形;21.能够形成计划中的电路，并受控于控制单元的断路器或其他部件的示意图;22.隔热层;23.格栅线条的接触块;24.包围格栅线条的绝缘层，例如漆层;25.处理形成的空腔空间，此处的材料已从材料板上消除，例如被熔化或气化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用由计算机指令控制的转换机器制造三维物体的方法，其中，材料包括以规定尺寸的若干片状或板形断面（１６），这些断面按照给定的计算机指令处理，使得一部分材料永久性地消除，用这一方法处理的断面以计划好的顺序一层一层地互相连接在一起构成所述三维物体（３），其特征在于：在各断面（１６）的每一平坦面上放置了至少一个电极（１７ａ，１７ｂ，４２，４３），而且一个足以在电极之间产生火花击穿的电压被施加在这些电极上，使得基本上位于电极的对应位置上的部分材料或质点从对应的断面（１６）上被除去或者被连接到该断面（１６）上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：雷尔夫拉森，奥维拉森，
申请(专利权)人：斯帕克斯公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]