本发明专利技术涉及一种用于通过使可光聚合的塑料逐层固化来制造三维物体的方法和装置，借助于一个平面或基本平面的构造／基准面，在该构造／基准面上要逐层地通过电磁辐射使包含在液体材料中的可光聚合的塑料固化，并且自动地通过使最后固化的层与构造／基准面分离而得到对于随后层的材料涂覆，其中通过弹性膜构成构造／基准面。所述膜固定在一个框架里面，并且在具有液体材料的槽中这样调节该框架与膜的高度位置，使液体材料的压力补偿膜的悬垂（形成弯月面）并且使膜底面在整个构造期间持久地与材料接触。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于通过使可光聚合的塑料逐层固化来制造三维物体的方法和装置，借助于一个平面或基本平面的构造/基准面，在该构造/基准面上要逐层地通过电磁辐射使包含在液体材料中的可光聚合的塑料固化，其中通过弹性膜构成构造/基准面。
技术介绍
在文献中给出不同的方法用于逐层地由光敏且尤其是光固化的聚合物或塑料构成三维物体，对此参见Marshall Burns的“制造业中的自动制作-改进生产率”(ISBN 0-13-119462-3)。所述方法涉及三种变型，其中通过透明的基准面穿过所谓的“Contact Window”(接触窗)12有选择地照射要被产生的层并且在这个平面上聚合/固化。三种变型在图8A-C中示出。为了使固化的材料层可以与接触窗/基准面分离，在专利文献US5,171,490(Efrem V.Fudim)和DE4125534A1(EOS GmbHElectro Optical Systems)中描述了用于借助于由柔性塑料制成的膜分离层的解决方案。EP0484086A1描述了分离膜在构造/基准面中的应用，它半透性地构成，以便相对于可变形的层混合体在一个方向可透过，但是相对于可光聚合的塑料在相反的方向不可透过。通过穿过不透明的层混合体，与固化层相比减小膜的粘附力。可变形的层混合体可以是玻璃、液体或凝胶，也可以是流体。将膜固定在框架里面。框架平移装置在相应层光固化以后实现框架与膜的平移运动。由于可变形的层混合体的固定和附加存在，使对半透明膜的负荷是高的。在EP0435564中以其它方式和在EP0466422中，为了分离过程需要透明板，由此使悬挂在板上方的膜置于拉应力下。现有技术的缺陷在通过激光或掩膜以不同变形的表面结构直接在透明基准面的与辐射源对置的侧面上选择地照射时，树脂与这个基准面直接接触聚合。问题是，在其表面结构中不同构成的层这样与透明基准面分离，使得该层保留在事先产生的层上，并且由于分离力，不仅已经存在的层而且已经产生的物体部分不变形甚至完全损坏或者撕裂，并最终使层对层形成的物体通过整个构造处理保持粘附在支承板上。在使用分离膜时利用所谓的剥离效应，即，使膜通过分离过程完全地从固化的聚合层上剥下来，由此由于力矢量分解而减小在Z向上的分离力。如果膜作为用于透明基准面、如玻璃或塑料板的分离层，在膜与板局部接触时可能导致形成牛顿环或者夹杂气泡，它们可能对掩膜在构造面中的光学成像产生不利影响和假象。在上述专利的大多数情况下，为了分离固化层并为了重新材料涂覆，使膜移动、分离或滚动。这要求加大膜的应力并由此降低耐用度。此外使用附加的机械驱动的部件或可变形的覆层流体，这易于出现故障。如果膜没有实心的基准板作为支承面，在各种情况下尽管高的预应力也使膜悬垂，由此不再保证平面的构造面。当可变形的覆层流体与半透明膜组合时，这种效应更加强化。如果选择没有通过实心基准板支承的基本平面的膜布置并且附加地例如通过覆层流体加载，则膜略微过应力并进一步降低耐用度，尤其是使用薄的膜时。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是，提供上述形式的方法和装置，其中改善作为构造面或基准面的膜与固化的材料层的分离过程。可以有利的方式不使用实心基准板地实现固化，但是通过膜提供一个平面的或接近平面的构造/基准面。这个目的通过具有权利要求1、11或12特征的方法并通过具有权利要求16、23或24特征的装置得以实现。按照本专利技术的方法或按照本专利技术的装置的优选扩展结构在权利要求中给出。通过按照本专利技术的解决方案并通过优选的改进方案消除现有技术的缺陷，并且可以实现下面描述的优点a)对于光学成像不产生或产生最小的干扰，即，减少从一种介质到另一种介质(具有不同厚度)的光学过渡次数。b)使对最后固化的层并由此对模型的分离力最小化。c)为了涂覆新材料层无需使用附加的装置或附加的方法。d)分离方法不受到固化表面尺寸的限制。e)可以不使用实心的基准板地在平面的或接近平面的构造/基准面上固化。f)机械驱动部件的使用可以降低到最少。膜形式的分离层同时作为平面或接近平面的基准/构造面。作为分离层的材料使用弹性的、透明/半透明的材料如硅酮或其它橡胶类型。膜最好是既不透明也不半透明，和/或膜不用可变形的覆层流体覆层。所述膜固定在一个框架里面并且经受可调节的、用于固定膜所必需的预应力下。该膜框架犹如悬浮在光敏聚合物上并因此与光敏聚合物持久接触。在构造处理期间也保持膜底面与含有光敏聚合物的材料持久接触，而与含有光敏聚合物的材料状态无关。尤其在分离过程期间也保持形成接触，由此在分离过程期间可以使新鲜的液体材料从侧面流入。通过使膜处于基本没有或非常微小的预应力下，不考虑膜材料的塑性变形或蠕变，这又显示出高的膜耐用度。通过液体槽中的压力补偿由于基本没有或只微小的与预应力引起的膜悬垂。本专利技术的上述优点特别有效地实现，通过组合地建立关于(i)在固定于框架中的膜预应力和(ii)框架和与此相关膜在液体槽中的高度位置的条件，尤其是这样使膜处于基本没有或只微小的预应力下同时使液体槽中的压力负责补偿膜悬垂，即防止形成负的弯月面，无需其它膜支承如板。如果构造/基准面仅仅通过膜而没有通过必要时透明的玻璃或塑料板支承地构成，则是特别有利的。因为按照本专利技术可以省去附加透明的玻璃或塑料板形式的基准面，在构造或照射处理期间可以消除由于牛顿环或夹杂的空气泡引起的光学故障，它们可能在膜与基准面之间接触时产生。所述膜框架这样定位到光敏聚合物槽里面并且以这样的高度调整或下降，使得在静止状态，通过含有可光聚合塑料的液体材料相对于膜的压力来补偿膜“悬垂”(负的弯月面)。顶压可以主要通过液体压力或液体静压力形成。所述膜可以在分离过程期间弹性变形，由此在固化的层上引起所谓的“剥离”或“分离”过程。通过分离层的弹性变形或者通过剥离过程产生分离力矢量的偏移/矢量分解，它使分离过程显著容易。可以根据对于分离过程所使用的光敏聚合物选择膜材料或使膜材料最优化。例如通过使用FEP膜、PTFE膜或PFA膜可以实现附加的“抗粘附”效应和易于抑制丙烯酸系时的自由基聚合。在损伤或用坏时可以毫无问题地更换膜。附图说明下面示例地且不受其局限地借助于附图详细描述本专利技术。附图中图1简示出按照本专利技术的优选实施例的方法和装置的基本结构(横截面图)，图2至图6简示出按照本专利技术的优选实施例的用于制造三维物体的方法过程的不同步骤，图7以立体图简示出使膜与最后固化的聚合层分离的优选形式，图8简示出传统的制造三维物体的三种方案，图9至15示出按照本专利技术的另一方面的实施例，其中在前面的层固化后再使构造/基准面抹平。具体实施例方式在图1中的结构以截面图简示出按照本专利技术的装置的实施例，用于以光固化为基础借助于投射单元1通过激光或掩膜照射的快速原型法(Prototyping)，其中含有光敏聚合物(可光聚合的塑料)的液体材料以表面水平5在投射单元下面位于槽7里面。液体的或至少可流动的材料可以通过液体光敏聚合物本身、或者通过光敏聚合物与载体材料的混合或溶液构成。一个支承板8位于槽中并因此在液体材料内部，该支承板可以在垂直方向移动。在材料表面高度上安置一个框架2，在其中固定膜3。该膜3以一个必需的预应力固定在框架里面并且框架从其高度上可这样定位或下降到材料里面，使得液体材料的压力可以本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于通过使可光聚合的塑料逐层固化来制造三维物体的方法，借助于一个平面或基本平面的构造／基准面，在该构造／基准面上逐层地通过电磁辐射来使包含在液体材料中的可光聚合的塑料固化并且自动地通过使最后固化的层与构造／基准面分离而得到对于随后层的材料涂覆，其中通过弹性膜构成构造／基准面，其特征在于，所述膜固定在一个框架里面，并且在具有液体材料的槽中这样调节该框架与膜的高度位置，使液体材料的压力对膜的悬垂（形成负的弯月面）进行补偿，并且使膜底面在整个的构造期间持久地与材料接触。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：A施科尔尼克，H约翰，A埃尔西布拉尼，
申请(专利权)人：想象科技有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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