一种立体印刷成型装置，该装置具有：树脂槽，该树脂槽具有单向流体连通的再供给容器和双向流体连通的平化容器；用于移走和替换构造支撑平台的自动卸载小车；升降机组件，其用于支撑和可释放地保持可拆卸地连接至立体印刷成型装置框架的构造平台，以使得支撑构造平台的升降机叉子可释放到槽内并且与槽一起从立体印刷成型装置移走；以及重新涂覆器组件和重新涂覆器刮刀，用于测绘槽内的树脂表面并施加新的树脂涂覆至在槽内构造的截面上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于快速原型成型和制造(“RP&M”)以生产三维物体的方法和装置，更特别地，本专利技术涉及对RP&M系统的生产率和效率的改进。
技术介绍
RP&M是用于成形三维物体或实体图像的
的名字。通常，RP&M技术利用表示待成形物体连续截面的数据并通过构造介质来一层接一层地构造三维物体。计算机辅助设计和计算机辅助制造系统，通常称作CAD/CAM系统，通常将表示物体的数据提供给RP&M系统。RP&M的三个主要模式包括立体印刷成型(stereolithography)，激光烧结，和实体图像的喷墨印刷。激光烧结通过可热熔粉末(包括陶瓷、聚合物、和涂覆有聚合物的金属)的薄层来构造实体图像，其中足够的能量施加到所述粉末薄层以便固化所述薄层。喷墨印刷通过在与粘合剂结合时固化的粉末来构造实体图像。这里主要针对的主题——立体印刷成型，是通过可聚合的液体(通常指的是树脂)薄层来构造实体图像。立体印刷成型和激光烧结系统通常通过对激光的调制和精密的方向控制来提供用于创造和建造三维物体薄截面的能量。激光向粉末层的目标区域或液体构造介质层的目标区域施加能量。薄的目标层被称为构造介质的工作面。传统的RP&M激光系统通过使用扫描系统来定位激光束，其中扫描系统具有由控制计算机引导的检流计驱动镜子。所述镜子响应于已经被表面细分成STL格式并且切片成并入到建造文件的截面数据文件的CAD/CAM程序来偏转激光束。在立体印刷成型中，三维物体通过可聚合液体的多个薄层的连续固化而得到，其中一层在另一层之上，直到所有的薄层结合在一起而形成三维物体。每一层代表预期三维物体的薄截面。可聚合的液体通常指的是“树脂”，并且树脂的固化层被称为熟化。实际的构造介质通常包括可利用紫外线充分快速熟化的树脂。紫外线激光器产生小的、强烈的光点，并且该光点利用x-y扫描器中的检流计镜子以预定的方式移过液体表面。该扫描器由计算机产生的矢量或类似的来驱动。这种技术快速地制造精密和复杂的模型。典型的立体印刷成型系统包括激光扫描器、用于容纳树脂的槽(vat)、能够在槽内升高和降低的物体支撑平台，以及控制计算机。该计算机自动地控制该系统以制造塑料部件，在物体支撑平台上一次形成熟化树脂的一个薄截面，并且一层接一层地构造预期的三维物体。物体支撑平台支撑熟化后的层，并且位于液体树脂表面之下一个层厚度的距离，以便限定工作面。激光使工作面处的液体树脂的选定部分熟化，以便熟化下一层。计算机控制该系统以便在熟化后的树脂表面上重新涂上新树脂，并且成千上万次重复这些步骤，直到完成预期的物体。被构造的物体或多个物体以及完整的系列步骤有时候称作是“构造”。操作员从树脂槽移走该构造以便根据需要清洁和进一步熟化。残留在槽内的液体树脂仍可被使用，只要它没有被熟化树脂的悬浮小块污染得太厉害。一种在熟化后的树脂层上重新涂覆新树脂的方法需要使平台“深浸”在液体树脂中。平台竖直地降到树脂液的表面之下大于预定的层厚的距离，以便以新的液体树脂涂覆熟化后的层。该系统将平台在树脂表面之下升高至一个层厚。过量的液体树脂流走并该树脂借助重力变平至单个层厚。在这之后，激光向工作面施加能量。薄层变平的等待时间取决于几种因素而改变，包括可聚合液体的粘度，层厚，部件的几何形状，截面，等等。近来有一些树脂可比传统树脂更快地变平。可通过使用刮刀或真空辅助刮刀来帮助变平，有时称作Zephyr式刮刀，用于掠过树脂的表面，与在容纳树脂的槽内通过重力使树脂工作面沉积和变平相比，这可更快地施加新树脂及移除过量的树脂。刮刀被用于重新涂覆固化后的层并且通常称作“重新涂覆器”(recoater)。已经提出了各种改进以增加实现RP&M技术的效率，包括改进激光系统以便更有效的使用激光和更精密的成像，改进构造介质，减少熟化时间，控制槽内的树脂水平面，等等。理想的是进行另外的改进，以使立体印刷成型系统能在较少的时间内制造更多的物体，同时精度更高且人为干预更少。
技术实现思路
本专利技术提供了对快速原型成型和制造系统的多个改进，从而能够完成三维物体的自动构造。两个三维物体可从单个构造介质的相同位置处一个接一个地顺序构造，并且在第一物体的构造开始后无需操作员在场。该系统不需要操作员照看第一构造的完成和它从构造介质移走，以及第二构造的开始，或者第二构造的完成。尽管该系统可被用于单个构造，但是该系统允许操作员返回至具有两个物体的系统，该两物体顺序构造并且等候卸载，清洁，以及根据需要进行进一步熟化。本专利技术的系统可适用于具有单个能量源的多室单元，以使得一次可完成不止一个构造，每一个构造之后接着第二个自动构造。在单个第一构造中完成的物体和那些在第二构造中完成的物体可具有相同或不同的设计，并且第二构造与第一构造具有相同的构造介质。在相邻的室内同时完成的物体(将是自动构造顺序中的第一或第二构造)通常由相同构造介质制备，但是构造介质也不必相同，只要做出适当的机器和工艺调节以使得能够熟化。在本专利技术实施例的更特别的细节中，本专利技术提供了用于立体印刷成型的装置和方法，其包括具有用于支撑、提升、和降低用于待构造物体的支撑平台的升降机的外壳，用于容纳构造物体的液体树脂的槽，用于固化液体树脂选定薄层的能量源，用于从升降机处自动移除第一构造的小车，和用于控制升降机、能量源、小车以及槽内的树脂水平面的控制系统。在更特别的实施例中，升降机部件包括升降机连接支架，用于连接至立体印刷成型外壳内的升降机驱动板。连接支架具有用于可释放地接合连接至升降机驱动板上的支撑杆的钩，和用于接收升降机驱动板上的定心销的接收器，该定心销使连接支架定位成与树脂工作面的水平x，y平面精确地对准。连接支架固定地支撑在竖直延伸的升降机框架上，以便容易地降低到树脂槽内以及从槽内提出。升降机框架还大体上水平地延伸，以便提供一对用于支撑和固定物体支撑平台的升降机叉子。物体支撑平台由叉子和臂支撑，其中臂从叉子后部的每一侧水平向外延伸。平台通过叉子前部的可释放接合锁销部件固定至叉子。锁销部件由弹簧偏压的锁销连接件驱动。锁销连接件是可操作的，以便在升降机被充分升高到树脂之上时接合升降机支撑件上的斜面，以便从锁定接合状态释放锁销部件从而释放平台。用于从升降机移除第一构造的小车(如果需要的话)由计算机控制来操作以便将新的物体支撑平台安装在升降机上。支撑平台可降低至槽内以用于第二个自动构造。在构造完成后，升降机升高以便从树脂那里移走完成了的三维物体或构造中的物体并且移走平台以便沥干。小车，在下文指的是自动卸载小车，被配置成精确对接到外壳中并且与树脂槽对接。伸缩臂根据计算机控制的指令伸出，以便接合和移走第一构造和相关的支撑平台，并且其可被伸长以便在需要时安装用于第二构造的新的平台。树脂槽包括附加树脂容器，用于在需要时响应水平面高度传感器向槽提供额外的液体。在构造过程中，保持槽内液体精确控制的水平面高度是可取的。当一些树脂固化并且平台使构造降低至树脂内以便在表面完成另外的层时，树脂水平面高度将波动。在构造之间向槽内加入树脂以便保持足够的树脂水平面高度以用于第二构造也是必要的。在本专利技术的特定实施例中，槽和附加树脂容本文档来自技高网...
【技术保护点】
立体印刷成型装置，包括： 具有至少一个用于限定立体印刷成型室的内部框架的外壳； 用于液体树脂的槽，该槽适合于容纳在所述室内，并且可释放地固定与所述室轴向对准； 操作性地连接至所述外壳的激光器，用于在所述室内提供能量，以便响应预定的物体表示来一层接一层地固化树脂； 用于支撑固化后的树脂层的第一和第二构造平台，所述平台适合于装配在所述槽内且位于树脂表面之下； 可平移地固定至所述框架并且水平地延伸至所述室中的升降机，用于将所述构造平台可释放地固定于其上，并且提升和降低所述槽内的所述平台，以便每次将一个层厚的树脂暴露在激光下； 用于自动地移走所述第一平台并且以所述第二平台替换的小车； 可平移地固定至所述框架的重新涂覆器载运架，用于跨树脂的表面竖直和水平移动； 可释放地固定至所述载运架的重新涂覆器； 可平移地固定至所述载运架的第一传感器，其沿所述重新涂覆器刮刀的长度移动，以便确定所述重新涂覆器刮刀的底部与构造介质的表面之间沿所述刮刀移动方向在多个点处的距离； 固定至所述框架的第二传感器，用于确定所述容器内的构造介质的表面的高度；和 操作地连接至所述激光器、升降机、小车、重新涂覆器载运架以及第一和第二传感器的控制器，用于控制所述立体印刷成型装置的操作。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：M斯通史密斯，DF亨特，B瓦尔斯特伦，L斯托特五世，GL雷诺兹，
申请(专利权)人：三D系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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