專利名稱：組織或圖案表面在一種樣品上的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)一種成品的迅速制樣工藝方法和設備領域，所述成品是一個精確的三維視圖模型；并且更具體地，本發(fā)明涉及用于將一種組織或圖案施加于一個樣品部件表面的方法和設備。
2．現(xiàn)有技術的說明在本領域中都知道需要迅速制樣、以減少重復設計、生產(chǎn)、和模具制造成本。一種用于迅速生產(chǎn)樣品部件的方法稱為立體平版印刷術(stereolithography)或SLA。而許多這種設備的制造商常常用來生產(chǎn)相同類型的產(chǎn)品，所得產(chǎn)品通常稱為SLA部件或者模型。術語樣品部件指的是用于展示或作為制樣目的的一個部件。用于生產(chǎn)這種樣品部件的方法與本申請不是很相關。
立體平版印刷術是一種三維的印刷工藝，其用于生產(chǎn)固體塑料模型。所述方法包括自動操作一個激光器來將模型的橫截面繪制或印刷到可以用光電技術處理的液態(tài)塑料的表面。
立體平版印刷術通過將紫外線激光射線投射到盛有液態(tài)聚合物樹脂塑料的大缸中、并經(jīng)過計算機輔助制圖(CAD)形成一個切實的三維物體。利用立體平版印刷設備(SLA)，所述CAD模型數(shù)據(jù)通過所有軟件被分割成非常細小的橫截面。所述激光器產(chǎn)生了密度較小的紫外線(UV)光點，后者移動通過一個液態(tài)光聚合物大缸的頂部進入一種固體，在此其與各橫截面接觸并精確地印刷每個橫截面。一個垂直升降器系統(tǒng)降低新形成的層，同時一個水平系統(tǒng)建立下一層的厚度。
對于連續(xù)的橫截面來說，每一個都與其下面的一個粘結，這些截面制成一層在另一層上面，以形成上下顛倒的部件。在形成最后一層之后，所述部件從SLA移開并且被高密度紫外線(UV)光淹沒，以完成聚合工藝。在該技術領域中，所述部件的表面然后通過各種方法精加工。這些方法包括，研磨、噴砂、著色或染色。同樣，每一個部件能夠用手工拋光和精加工到一定的規(guī)格。
對于將一個構思在幾個小時內轉化為樣品來說，迅速制樣是非常有利的。因為這能夠幫助發(fā)現(xiàn)問題，改進設計，并且分析成品，同時不會影響進入市場的時間。然而，在這些已知方法中制造樣品時沒有包括對一件實際產(chǎn)品的精細的表面精加工。
在微平版印刷術領域，在加工過程中使用光阻成分來制備小型電子元件，例如計算機芯片和集成電路。在這種類型的方法中，一薄的光阻涂膠層被施加于一硅襯底上。部分襯底被覆蓋著，或者被防止暴露于輻射源，例如可見光、紫外線光、電子束或者X射線。在暴露部分上的光致抗蝕劑通過化學方法被改變，使之或多(積極的工作)或少(消極的工作)的可以溶解于顯影劑中?；蛘?，在暴光之后去除部分光阻涂膠層，以提供改變的襯底表面。
本發(fā)明在于提供一種新方法，其用于通過一種光阻成分將一種組織或者圖案施加于樣品部件的表面上。這種改進的方法設計簡單，使用有效，并且克服了相關技術領域中的困難，同時提供了更好和更有利的結果。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供了一種將一種組織或者圖案施加于一個樣品部件的表面的新穎和改進的方法，其允許將樣品部件精加工到一定的規(guī)格，并且提供了一種實際產(chǎn)品的精確復制品。
本發(fā)明公開了一種將組織或者圖案施加于一個樣品部件的表面的方法，并且將在此參照一個通過如上所述的立體平版印刷術形成的樣品進行描述。然而，本發(fā)明的方法能夠用于任何樣品部件，后者包括、但不限于、塑料樹脂、木材、硬紙板、金屬等。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種在樣品模型的表面上設置一種隆起特征的方法。所述方法的特征在于下述步驟(a)提供一個模型，所述模型具有至少一個表面，在所述表面上設置了一種隆起特征；(b)在所述表面上涂覆一定厚度的光致抗蝕劑；(c)提供用于防止所述光致抗蝕劑的一個第一部分被暴露于輻射源的裝置，其允許對光致抗蝕劑的一個第二部分暴光，其中，所述光致抗蝕劑的第二部分提供了隆起特征；(d)將所述表面暴露于一個輻射源，以通過化學方法改變所述光致抗蝕劑的第二部分；以及，(e)將所述光致抗蝕劑的第一部分從所述表面移走，同時留下由所述表面上暴光的光致抗蝕劑形成的隆起特征。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，利用光致抗蝕劑涂覆所述表面的步驟的進一步的特征在于，提供多于一層的光致抗蝕劑的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，當提供多于一層的光致抗蝕劑時，在連續(xù)的幾層光致抗蝕劑之間需要足夠的干燥時間。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，在利用光致抗蝕劑涂覆所述表面的步驟之前清洗所述樣品模型的表面。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述方法進一步包括下述步驟在移走所述光致抗蝕劑的第一部分的步驟之后，檢查所述隆起特征；以及，重復步驟(b)-(e)以增強所述隆起特征。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一個模型的步驟的特征在于，提供一個由立體平版印刷術方法制造的模型。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一個樣品模型，所述模型在至少一個表面上具有一種隆起特征，其中所述隆起特征通過本發(fā)明的方法形成。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，成品是一個確切的3-D視圖模型，為設計者、工程師、制造商、銷售經(jīng)理、營銷經(jīng)理、和預期消費者提供了處理新部件和產(chǎn)品的機會。
本發(fā)明的另一優(yōu)點是，使得反復設計迅速和便宜，保證了在最可能短的時間里得到最可能好的產(chǎn)品。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，用于迅速制樣的方法允許在報價時能夠得到切實的模型，這大大地提高了報價的精確性。
通過閱讀和理解下面的詳細說明，本發(fā)明其它的利益和優(yōu)點對于本領域普通技術人員來說將更加明顯。
附圖簡述本發(fā)明的一定的部件和部件的設置將呈現(xiàn)各種物理形式，參照說明書附圖，在說明書中對本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例進行說明，在附圖中

圖1是一個書包的示意圖；圖2是一雙運動鞋的鞋底的示意圖；圖3是一個高爾夫球的示意圖；圖4是一個壘球的示意圖；圖5是一個種植園籃子的示意圖；圖6是一個輪胎面的示意圖；圖7是一個罐的示意圖；圖8是另一種罐的示意圖；圖9是一個玻璃器皿的示意圖；圖10是一個手袋的示意圖；圖11是一個紙鎮(zhèn)的示意圖；圖12是本發(fā)明方法中使用的步驟的流程圖。
優(yōu)選實施例的描述在此附圖只是為了說明一個優(yōu)選實施例的目的，并不限制本發(fā)明。
圖1表示一種具有一組織表面12的書包10。在組織表面12上的織物圖案14能夠利用本發(fā)明被制造在一個樣品上。圖2表示了一種運動鞋18的鞋底。在這個運動鞋18的鞋底上的標記20可以通過本發(fā)明生產(chǎn)。圖3表示一個高爾夫球26，其中表示了在所述高爾夫球26的表面中的多個凹坑28。這些凹坑28可以利用本發(fā)明的方法在一個樣品上表現(xiàn)出來。圖4表示了一個壘球30，其中表示了一個線跡圖案32。同樣，類似的圖案可以在一個樣品模型上表現(xiàn)出來。圖5表示了一個由機織材料制造的種植園籃子36。一種復制的表面能夠在一個樣品上表現(xiàn)出來。圖6表示了一個輪胎面40。這個表面的組織和圖案同樣也能夠通過本發(fā)明生產(chǎn)。
圖7表示了一個陶瓷罐44，所述陶瓷罐44在其外部具有一種裝飾性設計46。裝飾性設計46能夠通過本發(fā)明在一個樣品模型的表面上生產(chǎn)。圖8表示了另一種塑料罐50。這個罐50的外表面52具有在其上面的粗糙的表面設計。同樣，本發(fā)明也可以用于生產(chǎn)這種設計。
圖9表示了一件玻璃器皿56，所述器皿56具有各種設計58。在制造一件實際產(chǎn)品時，所述設計58通常將切割或者壓制于玻璃器皿56中。通過利用本發(fā)明，可以非常迅速地考慮和改變這種設計。
圖10表示了一種布手袋60，所述手袋60在其上面具有一奇怪的組織設計62，后者可以利用本發(fā)明在一個樣品上生產(chǎn)。最后，圖11表示了一個紙鎮(zhèn)64。同樣，用于所述紙鎮(zhèn)的設計可以首先在一個樣品上生產(chǎn)，并且如果必要的話、可以在實際花費資金和時間生產(chǎn)產(chǎn)品之前、利用本發(fā)明進行改進。
圖12是表示本發(fā)明的步驟的流程圖。所述方法通常包括下述步驟。首先，提供一個模型，所述模型具有至少一個表面；在所述表面上將形成組織表面。在一個優(yōu)選的實施例中，所述模型通過已知的方法、即SLA方法形成。然后，所希望的表面用光致抗蝕劑涂覆到預定的厚度。所述厚度對應于在所述表面上形成的隆起特征的期望的厚度。一個預先選定的圖案被轉移到所述表面，并且一些部分被覆蓋了蠟或者薄膜，或者提供了其它裝置來防止光致抗蝕劑預先選定的部分被暴露于輻射源，同時允許所述光致抗蝕劑的其它部分被暴露于輻射源。所述允許被暴露或暴光的部分是對應于預先選定的圖案的隆起特征的部分。這些表面然后被一個輻射源暴光，以通過化學方法改變光致抗蝕劑被暴露的部分。然后如果需要的話，覆蓋材料被移開，所述表面用顯影介質處理，其目的是從所述表面去除未被暴光的光致抗蝕劑，留下由硬化的光致抗蝕劑形成的隆起特征。此時，檢查所述表面以找出圖案中的缺陷。使用附加的光致抗蝕劑并且重復先前的步驟能夠增強隆起特征(凸紋特征)。而且，通過利用附加的光致抗蝕劑再涂覆整個表面，就可以完成對邊緣的軟化或倒圓。
在一個優(yōu)選的實施例中，所述光致抗蝕劑被施加于一系列的簿層中，允許在和連續(xù)的施加之間有足夠的干燥時間，以更好地將光致抗蝕劑粘結到所述表面。
同樣在一個優(yōu)選的實施例中，樣品模型的所述表面在施加光致抗蝕劑之前被清洗，從而改進正確的粘結。
所述公開的一個關鍵因素在于通過使用一種光致抗蝕劑將一種隆起圖案應用于一個SLA模型或者任何其它物品。本發(fā)明優(yōu)選的樣品模型通過上述的立體平版印刷工藝形成。然而，在此描述的用于將一種組織或圖案施加于所述表面的方法不局限于立體平版印刷部件，而且可以應用于其它部件。
最后，本發(fā)明不受所述生產(chǎn)的物品的顏色的限制。本發(fā)明的一個方面可以是將不同的顏色應用于所生產(chǎn)的物品。
如上所述，圖1-11只是作為例子并不限制本發(fā)明。本領域的普通技術人員當然可以找到本發(fā)明方法的其它應用。本領域中知道的立體平版印刷工藝不能生產(chǎn)如上所述表面組織圖案。對本領域的普通技術人員來說，上述方法可以包含各種變化和改進，均不脫離本發(fā)明的總體構思。在所附權利要求書的范圍內可以包括各種改進和變化及其等同物。
權利要求
1．一種在一個樣品模型的表面上提供隆起特征的方法，其特征在于下述步驟(a)提供一個模型，所述模型具有至少一個表面，在所述表面上設置了一種隆起特征；(b)在所述表面上涂覆一定厚度的光致抗蝕劑；(c)提供用于防止所述光致抗蝕劑的一個第一部分被暴露于輻射源的裝置，同時允許對光致抗蝕劑的一個第二部分暴露于輻射源，其中，所述光致抗蝕劑的第二部分提供了隆起特征；(d)將所述表面暴露于一個輻射源，以通過化學方法改變所述光致抗蝕劑的第二部分；以及，(e)將所述光致抗蝕劑的第一部分從所述表面移開，同時留下由所述表面上暴露的光致抗蝕劑形成的隆起特征。
2．根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，利用光致抗蝕劑涂覆所述表面的步驟包括，提供多于一層的光致抗蝕劑的步驟。
3．根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，在連續(xù)的幾層光致抗蝕劑之間允許足夠的干燥時間。
4．根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在利用光致抗蝕劑涂覆所述表面的步驟之前清洗所述樣品模型的表面。
5．根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括下述步驟在去除所述光致抗蝕劑的第一部分的步驟之后，檢查所述隆起特征；以及，重復步驟(b)-(e)以增強所述隆起特征。
6．根據(jù)權利要求1所述的方法，其中提供一個模型的步驟的特征在于，提供由一個立體平版印刷方法制造的模型。
7．一種樣品模型，所述模型在至少一個表面上具有一種隆起特征，其特征在于，所述隆起特征通過權利要求1的方法形成。
全文摘要
使用迅速制樣技術來節(jié)省時間和資金。其中一種生產(chǎn)這種迅速制樣的方法是已知的立體平版印刷術。這種方法通過將紫外線激光器的射線投射到聚合物樹脂的大缸中、并經(jīng)過CAD制圖形成一個切實的三維物體。本發(fā)明涉及將組織或圖案施加于一個如上生產(chǎn)的樣品部件上。組織圖案被施加于樣品部件的表面上。所述方法包括將光致抗蝕劑噴射到所述物品的表面上到預定的厚度。部分表面被預先選定來提供組織圖案。另一表面部分被覆蓋從而防止暴露于輻射源。在被光源暴光后,去除硬化的光致抗蝕劑,留下未暴光的光致抗蝕劑在所述表面上形成預先選擇的圖案組織。
文檔編號B44C3/02GK1304353SQ00800788
公開日2001年7月18日 申請日期2000年3月9日 優(yōu)先權日1999年3月9日
發(fā)明者李·艾辛格 申請人:李·艾辛格