三维造型设备、物体以及制造物体的方法技术

本发明专利技术涉及三维造型设备、物体以及制造物体的方法。该三维造型设备包括载台、约束体、供应喷嘴、照射单元以及移动机构。约束体包括具有沿第一方向的直线状区域的表面，并被布置为与载台相对，使得表面的直线状区域与载台最接近。供应喷嘴将可通过能量射线的能量而固化的材料供应到位于载台与直线状区域之间的缝隙区域中。照射单元利用能量射线来通过约束体照射被供应进入缝隙区域的材料。移动机构相对于约束体来沿与第一方向不同的第二方向移动载台，由此通过利用能量射线来形成一层材料的固化层，并用于沿使固化层层叠的层叠方向彼此相对地移动约束体及载台。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及形成由光固化材料形成三维物体的三维造型设备，涉及通过该设备形成的物体，并涉及制造物体的方法。
技术介绍
过去，已经公知作为快速制样设备的形成三维物体的造型设备，其得到广泛的商业应用。通常，三维造型设备根据要造型的对象的针对各个预定厚度的形状数据(即，各层的形状数据)来逐层地形成物体。作为用于三维造型设备的主要方法之一，举例说明立体印刷术，其中用激光选择性地照射光固化树脂，由此使树脂的需要部分固化并得到绘制(drawn)，由此形成物体。立体印刷术例如包括自由表面法及约束表面法。在自由表面法中，光固化树脂的液体表面暴露于空气，并且激光被聚焦在空气与液体表面之间的分界面上，由此进行绘制。 在自由表面法中，存在树脂的层叠精度(各层的厚度精度或各层树脂的表面状态精度)会取决于液体表面的表面精度的问题。考虑到此问题，在约束表面法中，例如通过平坦玻璃表面来约束光固化树脂的液体表面，并且通过玻璃，使激光聚焦在液体表面与玻璃表面之间的分界面上，由此完成绘制。日本专利申请公开号2009-137048(以下称为专利文献1)揭示了一种采用约束表面法的立体印刷术设备。该立体印刷术设备包括位置约束机构，用于防止玻璃偏转并保持玻璃平坦(例如，专利文献1的说明书的W077]段，图7至图10)。
技术实现思路
在如专利文献1中的使用玻璃的约束表面法中，需要在完成了各层的造型之后将固化树脂与玻璃分离。但是，随着要为各层造型的面积变大，分离所需的力量也变化。因此， 在一些情况下，物体会破裂，或者物体与座(物体将层叠在其上的载台)分离。此外，如上，当要为各层造型的面积变大时，由于固化树脂的收缩力，玻璃会张紧或拉伸并朝向树脂偏转。因此，各层的物体的平坦性会劣化。就此，在上述专利文献1中， 仅考虑了玻璃的偏转，而对玻璃被拉向与偏转方向相反的方向的现象则并无应对措施。此外，随着光固化树脂的粘性变高，树脂向座表面或玻璃表面施加的压力也变大。 由此，玻璃表面被张紧，由此存在不能够将各层的树脂厚度控制成具有预定厚度的另一问题。着眼于上述情况，需要提供一种三维造型设备，其能够从对用于形成物体的材料的顶表面进行约束的约束体将该材料的固化层整齐干净地分离，并能够提高各层的平整度或以高精度控制各层的厚度。还需要提供一种由该设备形成的物体以及制造物体的方法。根据本专利技术的实施例，提供了一种三维造型设备，包括载台、约束体、供应喷嘴、照射单元以及移动机构。约束体包括具有沿第一方向的直线状区域的表面，并被布置为与载台相对，使得表面的直线状区域与载台最接近。供应喷嘴用于将可通过能量射线的能量而固化的材料供应到缝隙区域中，该缝隙区域是载台与直线状区域之间的区域。照射单元用于利用能量射线来通过约束体照射由供应喷嘴供应到缝隙区域中的材料。移动机构用于使载台相对于约束体沿与第一方向不同的第二方向移动，由此通过利用能量射线来形成一层材料的固化层。此外，移动机构还用于使约束体及载台相对于彼此沿层叠方向移动，由此使材料的固化层层叠。约束体被布置使得表面的直线状区域与载台最接近。因此，在缝隙区域或其附近区域内，材料被能量射线照射并固化。换言之，材料大致在载台与直线状区域之间的缝隙区域中固化。在约束体的下游，由移动机构使约束体的表面与载台彼此相对地移动，使得两者彼此分离。由此，材料的固化层可整齐干净地从约束体分离。此外，缝隙区域并非由宽阔平坦区域形成，而是由约束体的直线状区域形成。因此，如上所述，易于将材料从约束体分离。此外，即使在材料固化时收缩力被施加至约束体， 也可防止约束体张紧或形变。由此，能够提高各固化层的平整度，并以高精度控制各固化层的厚度。直线状区域可以是一维或两维。在直线状区域为两维的情况下，直线状区域可以是平坦表面或曲面。在直线状区域实际上是曲面的情况下，只要直线状区域包括使得物体的固化层的顶表面可保持希望的平坦表面精度的表面，就不存在问题。可将约束体形成为呈圆筒形。在此情况下，具有直线状区域的表面包括呈圆筒形的约束体的外周表面。在此情况下，圆筒体的轴向大致对应于第一方向。外周表面的沿该轴线方向的一部分是直线状区域。当约束体被形成为呈圆筒形时，能够以简单的形式提供约束体的功能。此外，当约束体被形成为呈圆筒形时，在材料被供应到缝隙区域中的情况下，当移动机构使约束体与载台相对于彼此移动时，由于约束体与材料之间的摩擦力，允许约束体围绕轴线旋转并移动。照射单元可被布置在呈圆筒形的约束体的内部。由此，提高了约束体被形成为呈圆筒形的优点。此外，与照射单元被布置在圆筒体的外部的情况比较，可以减小三维造型设备的尺寸。三维造型设备还可包括多个导辊，用于支撑约束体以使所述约束体可旋转。由此， 不再需要轴承。三维造型设备还可包括驱动部分，用于驱动多个导辊中的至少一者。由此，驱动部分能够旋转约束体。例如，当供应喷嘴向约束体供应材料时，驱动部分旋转约束体，并且材料可被供应到缝隙区域中。或者，在额外材料附着至约束体的外周表面的一部分的情况下， 驱动部分能够旋转约束体，由此在未使用的表面的未附着额外材料的区域与载台之间形成缝隙区域。约束体可被形成为呈包括所述表面的板状，并且所述表面为曲面。由此，能够抑制三维造型设备的尺寸增大，同时，增大了直线状区域可被视为平坦表面的面积。约束体可被形成为具有圆筒体的一部分。在约束体被形成为呈圆筒体的情况下，CN 102371680 A说明书3/18 页照射单元被设置在圆筒体的内部，由此能量射线的光路的长度受到限制。但是，在本专利技术中，只要使用了具有通过切割圆筒体而获得的形状的约束体，就可以消除对能量射线的光路的长度的限制。移动机构可用于使约束体及载台相对于彼此沿包括竖直分量的方向移动。由此， 额外材料可因其自身重量而从物体向下流动，由此可靠地去除额外材料，由此能够实现高精度造型。三维造型设备还可包括清洗喷嘴，用于向形成在载台上的物体供应清洗材料。由此，清洗材料从清洗喷嘴朝向物体排出。因此，即使在使用清洗材料来清洗物体的情况下， 清洗材料也可从物体流下，并且可以清洗物体，即固化层的顶表面。由此，可以提高造型精度。供应喷嘴可包括多个供应喷嘴，并且多个供应喷嘴用于排出不同的材料。具体而言，在移动机构沿包括竖直分量的方向移动约束体或载台的情况下，易于去除额外材料，由此易于去除各层的额外材料。此外，易于形成对于各层具有不同种类材料的物体。供应喷嘴可包括缝隙涂布型喷嘴。由此，能够以高精度控制一层固化层的厚度。供应喷嘴可用于供应具有触变性的材料作为所述材料。由此，例如，可形成具有悬臂状部分的物体。约束体及供应喷嘴可包括多个约束体及多个供应喷嘴，并且多个约束体中的每一者与多个供应喷嘴中的每一者构成的组成为一对。在此情况下，约束体与供应喷嘴构成的多个组沿移动机构移动载台所沿的第二方向布置即可。由此，可以使用不同种类的材料来形成一个物体。照射单元可照射能量射线，以形成作为要被造型的对象的主体以及布置在物体的主体的外周的至少一部分中的锚定图案。由此，可以高精度形成物体的主体的边缘部分。照射单元可包括生成源以及检测器，生成源用于生成能量射线，检测器用于对从生成源生成的能量射线的强度分布进行检测。在此情况下，三维造型设备还可包括控制机构，其用于基于由检测器检测得到的能量射线的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种三维造型设备，包括：载台；约束体，其包括具有沿第一方向的直线状区域的表面，并被布置为与所述载台相对，使得所述表面的所述直线状区域与所述载台最接近；供应喷嘴，其用于将可通过能量射线的能量而固化的材料供应到缝隙区域中，所述缝隙区域是所述载台与所述直线状区域之间的区域；照射单元，其用于利用所述能量射线通过所述约束体照射由所述供应喷嘴供应到所述缝隙区域中的所述材料；以及移动机构，其用于使所述载台相对于所述约束体沿与所述第一方向不同的第二方向移动，由此通过利用所述能量射线来形成一层所述材料的固化层，并用于使所述约束体及所述载台相对于彼此沿层叠方向移动，由此使所述材料的所述固化层层叠。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：安河内裕之，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP