1.本發(fā)明涉及一種被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備、一種被構(gòu)造為使粒子飛行的設(shè)備以及一種對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的方法。


背景技術(shù)：

2.用于對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備通常已知采用增材制造工藝，該增材制造工藝?yán)弥T如熔化沉積建模(fdm)、立體光刻、粉末燒結(jié)、材料沉積、粉末固定、片材層壓和定向能量沉積的技術(shù)。
3.還已知用光學(xué)渦旋激光束照射光吸收三維被建模對(duì)象形成劑并使三維被建模對(duì)象形成劑飛行以將該劑三維地附著到目標(biāo)上的過(guò)程(專利文獻(xiàn)1)。
4.引用文獻(xiàn)列表
5.專利文獻(xiàn)
6.專利文獻(xiàn)1：再次公開(kāi)的pct國(guó)際公開(kāi)號(hào)2016
?
136722


技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

7.技術(shù)問(wèn)題
8.遺憾的是，在專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)的構(gòu)造不太可能確保建模質(zhì)量，因?yàn)轱w行的三維被建模對(duì)象形成劑例如在附著之后被紫外線固化，并且當(dāng)三維被建模對(duì)象形成劑撞擊在被建模對(duì)象上，具體地說(shuō)，撞擊在被建模對(duì)象的邊緣上時(shí)，三維被建模對(duì)象形成劑散射。
9.本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而做出的，并且旨在提高建模質(zhì)量。
10.問(wèn)題的解決方案
11.根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備，包括載體、能量施加單元和飛行單元。載體被構(gòu)造成承載建模材料。能量施加單元被構(gòu)造為向被建模對(duì)象的表面施加能量。飛行單元被構(gòu)造成使承載在載體上的建模材料朝向被建模對(duì)象的表面飛行，能量被施加到表面。
12.發(fā)明的有利效果
13.本發(fā)明的一方面可以提高建模質(zhì)量。
附圖說(shuō)明
14.圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備的示意圖。
15.圖2是載體上的建模材料狀態(tài)的示例的顯微照片。
16.圖3a是另一個(gè)示例的顯微照片。
17.圖3b是另一個(gè)示例的顯微照片。
18.圖4是示出通過(guò)高速攝像機(jī)進(jìn)行截面觀察的狀態(tài)的示意圖，用于示出建模材料的
飛行狀態(tài)。
19.圖5是用于示出建模材料的下落軌跡的示意圖。
20.圖6是用于示出建模材料的液滴著落變化的示意圖。
21.圖7是用于示出該實(shí)施例的效果的流程圖。
22.圖8是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備的示意圖。
23.圖9是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備的示意圖。
24.圖10是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備的示意圖。
25.圖11是該設(shè)備的多空氣噴嘴的示意圖。
26.圖12是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備的示意圖。
27.圖13a是用于示出建模復(fù)雜形狀中的支撐方法的示意圖。
28.圖13b是用于示出建模復(fù)雜形狀中的支撐方法的示意圖。
29.圖13c是用于示出建模復(fù)雜形狀中的支撐方法的示意圖。
30.圖13d是用于示出建模復(fù)雜形狀的支撐方法的示意圖。
31.圖14是用于示出根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的在被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備中的正被建模的被建模對(duì)象的表面溫度的示意圖。
32.圖15是示出飛行建模材料與用于熔化的激光的輻射區(qū)域(激光區(qū)域)之間的關(guān)系的示意圖。
33.圖16是用于示出根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的在被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備中的正在被建模的被建模對(duì)象的表面溫度的示意圖。
34.圖17是用于示出根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的被構(gòu)造為使粒子飛行的設(shè)備的示意圖。
35.圖18是用于示出注量閾值的示意圖。
36.圖19是根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施例的被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施方式
37.下面將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。將參考圖1描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖1是根據(jù)本實(shí)施例的被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備的示意圖。
38.被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備(稱為三維建模設(shè)備)100包括平臺(tái)101，該平臺(tái)是支撐要建模的被建模對(duì)象200(建模過(guò)程中的被建模對(duì)象)的支撐構(gòu)件。臺(tái)101可以在箭頭y方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)并且可以在箭頭z方向上上下移動(dòng)，例如以0.05mm間距的建模厚度。
39.在平臺(tái)101下方，設(shè)置平臺(tái)加熱加熱器102，使得將平臺(tái)101調(diào)整到適合建模材料201的溫度。在平臺(tái)101上方，設(shè)置隔熱板301。被建模對(duì)象
?
加熱加熱器302設(shè)置在隔熱板301的下方，使得從被建模對(duì)象
?
加熱加熱器302接收到能量的被建模對(duì)象200被調(diào)整到適合建
模材料201的溫度。被建模對(duì)象
?
加熱加熱器302可以與隔熱板301集成在一起。
40.在臺(tái)101上方，設(shè)置形成有旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的載體111以承載粒子形式的建模材料201。載體111形成有轉(zhuǎn)滾筒，該轉(zhuǎn)滾筒承載建模材料201并沿箭頭方向(輸送方向)旋轉(zhuǎn)以將建模材料201輸送到臺(tái)101上的被建模對(duì)象200上方。載體111是透明構(gòu)件并且由但不限于圓柱形玻璃構(gòu)件形成。
41.建模材料201要根據(jù)目標(biāo)被建模對(duì)象200適當(dāng)?shù)剡x擇。在樹(shù)脂的情況下，示例包括pa12(聚酰胺12)、pbt(聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯)、psu(聚砜)，pa66(聚酰胺66)、pet(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、lcp(液晶聚合物)、peek(聚醚醚酮)、pom(聚縮醛)、psf(聚砜)、pa6(聚酰胺6)和pps(聚苯硫醚)。建模材料201不限于結(jié)晶樹(shù)脂，也可以是pc(聚碳酸酯)、abs(丙烯腈丁二烯苯乙烯)、pei(聚醚酰亞胺)等非結(jié)晶樹(shù)脂，或結(jié)晶與非結(jié)晶混合樹(shù)脂。
42.除了樹(shù)脂之外，諸如金屬、陶瓷和液體的各種材料可以用作建模材料201。建模材料201可以是具有1pa
·
s或更高粘度的材料。
43.在本實(shí)施例中，建模材料201主要通過(guò)范德華力承載在載體111的外周表面上。當(dāng)建模材料201的電阻值高時(shí)，建模材料201只能通過(guò)靜電粘附力進(jìn)行承載。
44.在載體111的外周上，設(shè)置供應(yīng)單元112以將建模材料201供應(yīng)到載體111的外周表面(表面)。
45.供應(yīng)單元112包括在內(nèi)部被供應(yīng)建模材料201并沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)的網(wǎng)輥121和用于摩擦和擦洗網(wǎng)輥121內(nèi)部的建模材料201的刮刀122。該供應(yīng)單元112在用刮刀122摩擦和擦洗建模材料201的同時(shí)破碎團(tuán)塊，以允許建模材料201通過(guò)網(wǎng)輥121，從而在載體111的外周表面上形成建模材料201的薄層。
46.網(wǎng)輥121的網(wǎng)開(kāi)口優(yōu)選比建模材料201的平均粒徑大20％至30％。雖然可以使用編織的金屬線，但是通過(guò)電鑄制造的平網(wǎng)是更優(yōu)選的。刮刀122進(jìn)行抵靠的方式可以是拖尾的，如圖1或相反所述的，并適當(dāng)?shù)剡x擇。盡管網(wǎng)的開(kāi)口可能被建模材料201堵塞，但是可以通過(guò)使比開(kāi)口細(xì)的纖維刷從外周與網(wǎng)輥接觸來(lái)消除堵塞。
47.現(xiàn)在參考圖2和圖3a和3b，將描述載體111上的建模材料201的狀態(tài)。圖2和圖3a和3b是不同建模材料的示例的光學(xué)顯微照片，并用于示出該狀態(tài)。
48.圖2是提供應(yīng)載體111的外周表面的建模材料201的光學(xué)顯微照片，其中體積平均粒徑為48μm的柱狀建模材料201用作建模材料201并使用具有70μm的開(kāi)口和50μm的線直徑的不銹鋼網(wǎng)。在該示例中，觀察到建模材料201整體上均勻排列，幾乎沒(méi)有重疊。
49.圖3a是提供應(yīng)載體111的外周表面的建模材料201的光學(xué)顯微照片，其中由siterit制造的pa12光滑(體積平均粒徑為38微米)被用作建模材料201，并且使用具有60微米的開(kāi)口和50微米的線直徑的不銹鋼網(wǎng)。圖3b是圖3a的放大照片。同樣在該示例中，建模材料201在整體上均勻布置，幾乎沒(méi)有重疊。盡管該建模材料201具有特殊的形狀，使得三個(gè)或四個(gè)球形粒子結(jié)合，但是建模材料201不結(jié)塊或重疊。
50.供應(yīng)單元112的供應(yīng)不限于網(wǎng)輥。例如，可以采用轉(zhuǎn)子接觸供應(yīng)、非接觸供應(yīng)、從不接觸的網(wǎng)噴射、通過(guò)粉末充氣浸入流化床。
51.回到圖1，在載體111內(nèi)部，用于飛行的激光器115被設(shè)置為飛行單元，其被構(gòu)造為使建模材料201從載體111的外周表面飛行。
52.如本文所使用的，“飛行”是指建模材料201以非接觸方式從載體111向平臺(tái)101移
動(dòng)。與涉及接觸的轉(zhuǎn)移不同，建模材料201可以以非接觸方式移動(dòng)，從而消除建模材料201的損失并提高建模精度。
53.用于飛行的激光器115包括脈沖激光器，并且從載體111的內(nèi)部向建模材料201發(fā)射脈沖激光115a。
54.用于飛行的激光器115包括諸如電流鏡的光學(xué)掃描儀。光學(xué)掃描儀改變反射脈沖激光115a的反射鏡的角度，以改變脈沖激光115a在正交于箭頭y方向和箭頭z方向的x方向上的輻射位置。用于飛行的激光器115可以使用光學(xué)掃描儀以用脈沖激光115a選擇性地照射x方向上的預(yù)定位置。
55.建模材料201接收脈沖激光115a，然后例如通過(guò)稱為輻射力的力從粉末粘附力中釋放，并且例如通過(guò)重力向下下落。在傳統(tǒng)已知和例如在us006025110a中公開(kāi)的激光誘導(dǎo)正向轉(zhuǎn)移(lift)中，與載體緊密接觸的箔或液態(tài)材料通過(guò)激光輻射被無(wú)接觸地轉(zhuǎn)移，其中局部加熱的材料被蒸發(fā)，然后在脈沖激光115a的方向上從載體111的外周表面飛出。
56.圖1等示出了一示例，其中建模材料201在重力方向上飛向平臺(tái)101，但是該方向不必保持在平臺(tái)101的法線(90
°
)處，并且可以根據(jù)需要相對(duì)于平臺(tái)101傾斜預(yù)定角度。
57.在本實(shí)施例中，我們不會(huì)說(shuō)后一種機(jī)制沒(méi)有貢獻(xiàn)，但是我們關(guān)注前一種機(jī)制。原因如下。
58.1.對(duì)激光吸收系數(shù)高的黑色粉末和透明粉末在飛行啟動(dòng)能量上相當(dāng)。
59.2.即使載體是透明樹(shù)脂膜時(shí)，透明粉末也會(huì)飛行。
60.3.載體的透明樹(shù)脂膜即使在多次至1000次的脈沖激光輻射下也不會(huì)劣化。
61.載體111和被建模對(duì)象200之間的間隙距離優(yōu)選保持為比建模材料201的平均粒徑大大約3至10倍。這個(gè)間隙可以避免上下建模材料在飛行前后的接觸，并可以避免因飛行而產(chǎn)生的消散。
62.現(xiàn)在參考圖4，將描述建模材料201的飛行狀態(tài)。圖4是用來(lái)示出飛行狀態(tài)的示意圖。圖4在(b)和(c)示出了通過(guò)高速攝像機(jī)的橫截面觀察的狀態(tài)。
63.如圖4中的(a1)所示，當(dāng)建模材料201在載體111的外周表面上多層重疊時(shí)，脈沖激光115a的輻射允許建模材料201飛行，然后如圖4中的(b)所示消散。
64.相比之下，如圖4中的(a2)所示，當(dāng)建模材料201被無(wú)重疊地承載在載體111的外周表面上時(shí)，脈沖激光115a的輻射允許建模材料201在豎直方向上飛行，如圖4(c)所示。
65.現(xiàn)在參考圖5和圖6，將描述建模材料的下落軌跡和液滴著落變化。
66.圖5示出了在以下條件下通過(guò)間隔連續(xù)拍攝捕獲的多個(gè)粉末粒子(建模材料)的下落軌跡。
67.pa12粉末：平均粒徑38μm
68.激光波長(zhǎng)：532nm
69.脈沖寬度：15ps
70.峰值功率：0.74mw
71.光束重疊數(shù)：1.3
72.光束直徑：40μm
73.頻率：6.6khz
74.掃描速度：200毫米/秒
75.拍攝：20kfps
76.使用透明pc、黑色pc、pe和pbt的粉末，觀察到激光波長(zhǎng)：1064nm和脈沖寬度：2ns、20ns等組合的各種飛行。特別是透明pc，無(wú)論是532nm還是1064nm，具有較高的透光率和較少的熱量吸收，推測(cè)是一種不同于傳統(tǒng)lift的機(jī)制。
77.在這樣的情況下，在建模預(yù)期位置0.5毫米間隙位置的液滴著落變化由圖6中的直方圖示出。
78.如從該結(jié)果可以理解的，76％的粒子著落在
±
50μm的范圍內(nèi)，這足以以例如
±
100μm的精度進(jìn)行建模。由于最終形狀由用于熔化的激光的位置精度決定，所以在被建模對(duì)象進(jìn)行建模后，從熔化部分偏離的少量粉末被移除。
79.用于飛行的激光器115可以使用任何激光光源，并且能夠產(chǎn)生皮秒到納秒脈沖的激光源是優(yōu)選的。固體激光器的示例包括yag激光器和鈦藍(lán)寶石激光器。氣體激光器的示例包括氬激光器、氦氖激光器和二氧化碳?xì)怏w激光器。半導(dǎo)體激光器是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兊木o湊性。光纖激光器是最適合將本發(fā)明商業(yè)化的光源，因?yàn)樗鼈兙哂懈叻逯的芰亢统叽鐪p小的可能性。
80.用于熔化的激光的波長(zhǎng)可以適當(dāng)選擇，優(yōu)選300納米或更大和11微米或更小，因?yàn)槿绻沁@樣的話，具有寬的光源選擇范圍。特別地，當(dāng)建模材料201是樹(shù)脂時(shí)，2460nm附近是幾乎所有樹(shù)脂都具有的ch
?
cc鍵的復(fù)合吸收帶，并且在包括含碳樹(shù)脂的各種樹(shù)脂中吸收系數(shù)為80％或更高。波長(zhǎng)為2300納米至2500納米時(shí)，吸收系數(shù)為65％或更高。同樣在這個(gè)范圍內(nèi)，可以應(yīng)用穩(wěn)定飛行和熔化的能量。類似地，3400納米附近(即cc鍵的吸收帶)及其1700納米附近的泛音帶也是優(yōu)選的。
81.在這個(gè)波段，普通玻璃的透射率也很高，因此很容易與基材結(jié)合。
82.結(jié)合激光器的掃描速度，可以適當(dāng)選擇激光器的脈沖頻率。當(dāng)有許多光束直徑重疊時(shí)，這是由它們的組合決定的，激光甚至在飛行后撞擊在粉末(建模材料)上，粉末傾向于消散。當(dāng)光束直徑重疊兩倍或更多時(shí)，這樣的趨勢(shì)很明顯，而當(dāng)重疊1.2至1.7倍時(shí)，粉末的消散很小。
83.在載體111內(nèi)部，用于熔化的激光器116被設(shè)置為能量施加單元，該能量施加單元被構(gòu)造為向被建模對(duì)象200的表面施加能量。用于熔化的激光器116不需要主動(dòng)使用脈沖，并且連續(xù)波激光器是合適的。
84.用于熔化的激光器116將在平臺(tái)101上建模的被建模對(duì)象200的表面加熱到熔化狀態(tài)。只要通過(guò)來(lái)自一個(gè)或多個(gè)能量施加單元的能量實(shí)現(xiàn)熔化狀態(tài)，例如，除了通過(guò)激光加熱之外，還可以采用對(duì)流、燈、感應(yīng)加熱和電介質(zhì)加熱。如這里使用的“表面”可以是一次通過(guò)建模形成的一層，或者是多層，例如兩層或三層。該表面可以是每層的一部分或整個(gè)層。換句話說(shuō)，包括最外表面的一部分是重要的。
85.發(fā)射用于熔化的激光器116的激光116a，以瞄準(zhǔn)圖1中用于飛行的激光器115的脈沖激光115a的輻射位置(建模材料201的液滴著落位置)。它們的位置可以調(diào)整，并且調(diào)整后的位置可以根據(jù)例如材料的種類和建模速度而改變。
86.利用該構(gòu)造，由用于飛行的激光器115飛行的建模材料201著落在由用于熔化的激光器116的激光116a熔化的被建模對(duì)象200的表面上，并且粘附到被建模對(duì)象200。
87.建模材料201的飛行開(kāi)始時(shí)間和被建模對(duì)象200的熔化開(kāi)始時(shí)間之間的時(shí)間關(guān)系
不受限制。也就是說(shuō)，被建模對(duì)象200的表面可以在建模材料201飛行之前熔化。替代地，在建模材料201飛行之后，被建模對(duì)象200的表面可以被熔化，并且飛行的建模材料201可以著落在熔化的表面上。
88.著落位置的變化以及不足和過(guò)?？梢栽诟鲗又g調(diào)整，盡管用于飛行的激光器115可以不同于建模形狀，但是建模形狀由用于熔化的激光器116確定。
89.在載體111的外周上，用于移除留在載體111上的建模材料201的清潔刮刀117被設(shè)置在載體111的旋轉(zhuǎn)方向上相對(duì)于被建模對(duì)象200被建模的區(qū)域的下游側(cè)。由清潔刮刀117刮掉的建模材料201在回收箱118中被回收。
90.現(xiàn)在參考圖7中的流程圖，將描述該三維建模設(shè)備100的效果。
91.在開(kāi)始建模操作時(shí)，供應(yīng)單元112用刮刀122摩擦和擦洗網(wǎng)輥121中的建模材料201(步驟s1，以下簡(jiǎn)稱為“s1”)，允許建模材料201穿過(guò)網(wǎng)(s2)，并將建模材料201放置在載體111的外周表面上以便不重疊(s3)。供應(yīng)單元112保持對(duì)載體111的供應(yīng)，直到完成建模(s4)。
92.以此方式，通過(guò)供應(yīng)單元112將建模材料201供應(yīng)到載體111的外周表面，使得建模材料201被承載在設(shè)置在支撐被建模對(duì)象200的平臺(tái)101上方的載體111的表面上。
93.然后，通過(guò)載體111的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行輸送到平臺(tái)101上方，并且在平臺(tái)101上方形成建模材料201的頂部。
94.在建模開(kāi)始時(shí)刻(s5)，用于熔化的激光器116輻射激光116a，以加熱和熔化建模材料201將要附著到的被建模對(duì)象200的一部分(s6)。在開(kāi)始建模后的第一層中，建模材料201被階段加熱加熱器102的溫度熔化。
95.然后，用于飛行的激光器115用如根據(jù)建模數(shù)據(jù)預(yù)定的脈沖激光115a照射建模材料201，以允許承載在載體111上的建模材料201朝著被建模對(duì)象200的熔化部分飛行(s7)。
96.從載體111飛出的建模材料201以熔化狀態(tài)著落在被建模對(duì)象200的表面上，以結(jié)合到被建模對(duì)象200中，使得被建模對(duì)象200由至少一種建模材料生長(zhǎng)。
97.以此方式，當(dāng)通過(guò)載體111的連續(xù)旋轉(zhuǎn)將建模材料201連續(xù)輸送到平臺(tái)101上時(shí)，重復(fù)通過(guò)用于熔化的激光器116熔化被建模對(duì)象200的表面以及通過(guò)用于飛行的激光器115飛行和著落建模材料201，直到完成建模(s8)。
98.以此方式，被建模對(duì)象200生長(zhǎng)成預(yù)定形狀，由此可以對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模。
99.在這樣做時(shí)，飛行的建模材料201著落在并粘附到熔化的被建模對(duì)象200的表面上，但是不會(huì)由于碰撞而擴(kuò)散，從而可以以高精度產(chǎn)生被建模對(duì)象200的邊緣，從而提高建模質(zhì)量。
100.如前所述的，不僅結(jié)晶樹(shù)脂，而且結(jié)晶樹(shù)脂和非結(jié)晶樹(shù)脂的混合樹(shù)脂都可以用作粉末，并且確保了廣泛的各種材料。此外，連續(xù)建?？梢蕴岣呓Ｋ俣炔⑶铱梢詼p少材料浪費(fèi)。
101.現(xiàn)在將參考圖8描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖8是根據(jù)本實(shí)施例的被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備的示意圖。
102.在本實(shí)施例中，在前述第一實(shí)施例中，構(gòu)造成噴射液體130并將液體130施加到建模材料201的頭部131設(shè)置在載體111的外周上，并且位于供應(yīng)單元112和建模材料201飛行
到的位置(建模位置)之間。
103.在頭部131沿粉末輸送方向(載體111的旋轉(zhuǎn)方向)的下游側(cè)，設(shè)置抽吸單元132以抽吸和回收未被施加液體130的建模材料201。提供罐133以在其中存儲(chǔ)由抽吸單元132回收的建模材料201。
104.以此方式，液體130通過(guò)頭部131施加到建模材料201，以在建模材料201之間以及載體111和建模材料201之間產(chǎn)生毛細(xì)力，由此建模材料201可以更穩(wěn)定地承載在載體111的外周表面上并被輸送到建模位置。
105.在這樣做時(shí)，頭部131根據(jù)建模數(shù)據(jù)被致動(dòng)，以選擇施加液體130的區(qū)域，由此可以根據(jù)建模數(shù)據(jù)在載體111上形成建模材料201的圖像。著色劑和/或添加劑可以添加到從頭部131噴射的液體中，以添加顏色或賦予功能。多色頭部可以用作頭部131，以賦予預(yù)定的顏色。
106.當(dāng)整體施加毛細(xì)力而沒(méi)有用建模材料201形成圖像時(shí)，來(lái)自超聲波加濕器的霧可以被噴射，以能夠更穩(wěn)定地輸送到建模位置。
107.當(dāng)范德華力和/或粉末阻力高時(shí)，僅靜電粘附力就能將其輸送到飛行部分。
108.抽吸單元132通過(guò)毛細(xì)力抽吸和移除未承載在載體111的表面上的建模材料201。除了高導(dǎo)電性粉末之外，抽吸單元132能夠靜電抽吸以及減壓抽吸，并且可以組合使用它們。抽吸的建模材料201不含液體，因此可以被重新供應(yīng)到供應(yīng)單元112中。
109.現(xiàn)在將描述液體130。水被用作液體130。為了調(diào)整粘度，可以含有微量的增稠劑，如甘油或聚乙二醇。
110.然而，在構(gòu)成建模材料201的一些樹(shù)脂中，由于水解，甚至應(yīng)該避免微量的水。在這樣的情況下，可以選擇阻燃且對(duì)材料沒(méi)有影響的液體，例如基于氟化氫的溶劑。例如，可以根據(jù)沸點(diǎn)選擇產(chǎn)品名稱：3m公司制造的fluorinert(注冊(cè)商標(biāo))或solvay制造的產(chǎn)品名稱：galden(注冊(cè)商標(biāo))。當(dāng)基于氟化氫的溶劑通過(guò)激光加熱分解時(shí)，吸收氫氟酸的吸收劑如碳酸鈣被布置在排氣路徑中。
111.現(xiàn)在將參考圖9描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖9是根據(jù)本實(shí)施例的被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備的示意圖。
112.在本實(shí)施例中，載體111形成有環(huán)形帶，該環(huán)形帶是循環(huán)的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。例如，鎳帶用于載體111。
113.載體111環(huán)繞在輥151、152和作為加熱單元的加熱輥153。這里，加熱輥153設(shè)置在平臺(tái)101上方對(duì)被建模對(duì)象200進(jìn)行建模的位置(建模位置)。
114.在加熱輥153的背面，設(shè)置有支撐輥154。支撐輥154減少了由加熱輥153的小直徑引起的環(huán)形帶的松弛。
115.回收輥134是偏壓輥，并且通過(guò)偏壓電場(chǎng)回收建模材料201，并將回收的建模材料滴到罐133中。
116.在本實(shí)施例中，加熱輥153被加熱到例如150℃，并且載體111和加熱輥153之間的接觸部分達(dá)到超過(guò)100℃的溫度，以釋放水對(duì)載體111上承載的建模材料201的毛細(xì)力(碰撞)。加熱輥153具有相對(duì)較小的直徑，并且建模材料201也通過(guò)離心力從毛細(xì)力中釋放。因此，建模材料201例如以載體111300毫米/秒的移動(dòng)速度從載體111流向被建模對(duì)象200。
117.簡(jiǎn)而言之，在本實(shí)施例中，被構(gòu)造為使建模材料201從載體111飛出的飛行單元包
括加熱輥153和被構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)載體111的元件，并且建模材料201通過(guò)碰撞和離心力從載體111的外周表面飛出。更具體地，載體111的移動(dòng)所涉及的慣性力也起作用，使得在載體移動(dòng)方向上，著落位置在飛行位置正下方的位置之前。
118.另一方面，與前述第一實(shí)施例一樣，被建模對(duì)象200的建模材料201附著到的部分通過(guò)用于熔化的激光器116熔化成熔化狀態(tài)。
119.從載體111飛出的建模材料201然后粘附到被建模對(duì)象200的熔化部分，以生長(zhǎng)被建模對(duì)象200。
120.現(xiàn)在將參考圖10和圖11描述本發(fā)明的第四實(shí)施例。圖10是根據(jù)本實(shí)施例的被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備的示意圖，以及圖11是該設(shè)備的多空氣噴嘴的示意圖。
121.在本實(shí)施例中，載體111形成有環(huán)形網(wǎng)帶。
122.載體111環(huán)繞輥151、152和輥156、157。多空氣噴嘴160設(shè)置在輥156和157之間，并且在平臺(tái)101上方的被建模對(duì)象200被建模的位置(建模位置)處。
123.空氣從供應(yīng)源供應(yīng)到多空氣噴嘴160?？諝鈴膰娮?60a吹向由網(wǎng)帶形成的載體111，使得建模材料201從載體111氣動(dòng)地飛行。
124.盡管飛行前的粉末圖像形成使用噴墨，但如在其他實(shí)施例中，底片(negative)可以通過(guò)激光移除。當(dāng)多空氣噴嘴本身具有類似噴墨的能夠利用微腔結(jié)構(gòu)單獨(dú)控制的構(gòu)造時(shí)，不需要初步圖像形成，并且可以實(shí)現(xiàn)粉末噴射構(gòu)造。
125.與前述第一實(shí)施例一樣，被建模對(duì)象200的建模材料201附著到的部分由用于熔化的激光器116加熱并熔化。
126.從載體111飛出的建模材料201然后粘附到被建模對(duì)象200的熔化部分，以生長(zhǎng)被建模對(duì)象200。
127.現(xiàn)在將參考圖12描述本發(fā)明的第五實(shí)施例。圖12是根據(jù)本實(shí)施例的被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備的示意圖。
128.在本實(shí)施例中，載體111形成有環(huán)形帶，該環(huán)形帶是循環(huán)的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。載體111由例如pet膜(由toray industries,inc.制造的lumirror)形成。替代地，載體111可由聚酰亞胺膜(由toray industries,inc.制造的kapton h)形成。這些膜在工業(yè)上大量生產(chǎn)，并可用作環(huán)形帶。替代地，可以原樣地使用長(zhǎng)膜卷，并且可以卷對(duì)卷地重復(fù)使用。
129.載體111環(huán)繞輥151、152和固定構(gòu)件155。這里，固定構(gòu)件155設(shè)置在平臺(tái)101上方的被建模對(duì)象200被建模的位置(建模位置)。
130.滾花輥可以用作供應(yīng)單元112的進(jìn)給輥123，并且在其表面上具有橡膠層的鄰接輥124被設(shè)置成面對(duì)進(jìn)給輥123。
131.固定構(gòu)件155允許用于飛行的激光器115的脈沖激光115a通過(guò)狹縫155a以20度的入射角照射載體11。
132.涂布設(shè)備163設(shè)置成噴射和施加涂布液體。涂布設(shè)備163噴射例如耐熱且水溶性的液體162，例如通過(guò)加熱沉積的硫酸鎂。該構(gòu)造提高了在被建模對(duì)象200的界面處的支撐可移除性。涂布液可以是低粘度液體，或者可以使用漿狀或加熱熔化的樹(shù)脂。
133.現(xiàn)在參考圖13a至13d(a1，可以描述建模復(fù)雜形狀的支撐方法。
134.如圖13a所示，c形被建模對(duì)象200被建模。在這樣做時(shí)，如圖13b所示，使用支撐構(gòu)
件211，該支撐構(gòu)件支撐被建模對(duì)象200的上部部分，并且可以在建模后容易地移除。
135.當(dāng)支撐部分形成有支撐構(gòu)件211時(shí)，僅用于飛行的激光器115被激活，而用于熔化的激光器116未被激活。粉末的高度可以通過(guò)飛行頻率來(lái)調(diào)整，并且可以預(yù)先在建模數(shù)據(jù)中預(yù)測(cè)和設(shè)置，或者可以在建模期間測(cè)量形狀時(shí)進(jìn)行校正。
136.如圖13(c)和13(d)所示，考慮到支撐構(gòu)件201b塌陷的可能性和精度，被建模對(duì)象212至214形成在支撐構(gòu)件211的一部分中，并且在建模之后移除。
137.現(xiàn)在將參考圖14描述本發(fā)明的第六實(shí)施例。圖14是根據(jù)本實(shí)施例的用于示出在被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備中正在被建模的被建模對(duì)象的表面溫度的示意圖。
138.本實(shí)施例中的設(shè)備構(gòu)造和建模操作類似于第一實(shí)施例中的那些?？梢圆捎玫诙恋谖鍖?shí)施例中的設(shè)備構(gòu)造。
139.在本實(shí)施例中，作為結(jié)晶樹(shù)脂的peek被用作建模材料(被建模對(duì)象200的材料)201?？梢允褂萌魏纹渌Y(jié)晶樹(shù)脂。
140.圖14示出了在被建模對(duì)象200的建模開(kāi)始之后表面溫度隨時(shí)間的變化。圖14中的s6表示圖7中步驟s6(用于熔化的激光輻射)和步驟s7(用于飛行的激光輻射)的定時(shí)。
141.在本實(shí)施例中，如圖14所示，在步驟s7通過(guò)用于熔化的激光器116用激光116a照射并具有升高的溫度的被建模對(duì)象200的表面保持在143℃，這是當(dāng)通過(guò)用于飛行的激光器115飛行的建模材料201到達(dá)(撞擊)所述表面并沉積時(shí)的轉(zhuǎn)變溫度tg或更高。
142.被建模對(duì)象200的表面溫度被設(shè)定為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg或更高，由此被建模對(duì)象200的表面變成橡膠狀，并且當(dāng)飛行的建模材料201撞擊被建模對(duì)象200時(shí)，被建模對(duì)象200的表面變形以吸收建模材料201的動(dòng)能。
143.相比之下，被建模對(duì)象200的表面溫度低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg是不優(yōu)選的，因?yàn)槿绻沁@樣，當(dāng)飛行的建模材料201撞擊被建模對(duì)象200時(shí)，被建模對(duì)象200的表面沒(méi)有充分變形并且不能充分吸收建模材料201的動(dòng)能。
144.在該構(gòu)造中，當(dāng)建模材料201撞擊(到達(dá))被建模對(duì)象200的表面時(shí)，建模材料201較少反彈并且建模材料201較少散射，由此提高了被建模對(duì)象200的尺寸精度和表面特性，從而提高了建模質(zhì)量。
145.在此情況下，當(dāng)使用peek作為建模材料201時(shí)，被建模對(duì)象200的表面溫度優(yōu)選為結(jié)晶溫度(tc)或更高，300℃或更高是優(yōu)選的。該溫度可以抑制由于溫度下降時(shí)與結(jié)晶相關(guān)的快速收縮而導(dǎo)致的局部翹曲的發(fā)生，并且可以產(chǎn)生具有穩(wěn)定形狀的三維被建模對(duì)象。
146.為了保持被建模對(duì)象200的表面溫度，如圖1所示，作為能量施加單元的被建模對(duì)象
?
加熱加熱器302被設(shè)置在平臺(tái)101上方，該被建模對(duì)象
?
加熱加熱器302用作被構(gòu)造為向被建模對(duì)象200施加能量的能量施加單元。被建模對(duì)象
?
加熱加熱器302由平面電阻加熱元件形成，以將被建模對(duì)象200周圍的環(huán)境溫度保持在143℃，這是建模材料201的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg或更高。
147.例如，通過(guò)風(fēng)扇在隔熱板301和平臺(tái)101之間吹送空氣，以保持環(huán)境溫度均勻。
148.溫度傳感器可以設(shè)置在被建模對(duì)象
?
加熱加熱器302或被建模對(duì)象200的周圍，以執(zhí)行溫度調(diào)整，使得被建模對(duì)象200周圍的環(huán)境溫度保持恒定。當(dāng)建模材料201撞擊到被建模對(duì)象200上時(shí)，保持環(huán)境溫度高可以抑制建模材料201的散射，此外，在建模之后減小被建
模對(duì)象200內(nèi)部的溫度梯度可以抑制翹曲。
149.被建模對(duì)象
?
加熱加熱器302升高被建模對(duì)象200周圍的環(huán)境溫度，使得建模材料201在通過(guò)用于飛行的激光器115(在被承載狀態(tài)下)飛行之前的溫度也保持在143℃，這是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg，或更高。
150.該構(gòu)造可以減少由用于熔化的激光器116施加的能量，從而實(shí)現(xiàn)更高的速度和功率節(jié)省。
151.另一方面，建模材料201在通過(guò)用于飛行的激光器115飛行之前可以低于143℃，這是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg。優(yōu)選是進(jìn)行調(diào)整，使得建模材料201不會(huì)變成橡膠狀的，從而將對(duì)載體111的粘附力保持在某一水平或更低，以便于建模材料201的飛行。
152.如圖14所示，在步驟6處，被建模對(duì)象200的表面溫度低于343℃，343℃是由用于熔化的激光器116輻射激光116a之前的熔點(diǎn)tm，而在輻射激光116a之后為343℃，或更高。
153.在通過(guò)用于熔化的激光器116輻射激光116a之后，溫度被設(shè)定為熔點(diǎn)tm或更高，由此被建模對(duì)象200變成液體，并且熔化的建模材料201結(jié)合在一起以形成具有高強(qiáng)度的被建模對(duì)象。如果即使在輻射之后溫度也低于熔點(diǎn)tm，則建模材料201不能充分結(jié)合到被建模對(duì)象200。
154.另一方面，溫度被設(shè)定為低于通過(guò)用于熔化的激光器116輻射激光116a之前的熔點(diǎn)tm，以防止被建模對(duì)象200完全熔化和塌陷，并保持一定的尺寸精度。
155.通過(guò)用于熔化的激光器116引起的被建模對(duì)象200的表面的溫度升高被設(shè)定為50℃，這樣的程度使得不會(huì)發(fā)生由于被建模對(duì)象的局部變形引起的翹曲。
156.被建模對(duì)象
?
加熱加熱器302被用作能量施加單元，該能量施加單元被構(gòu)造為施加能量以將被建模對(duì)象200的表面溫度(保持)在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg或更高。然而，實(shí)施例不限于此。
157.例如，用于熔化的激光器116的輸出或輻射時(shí)間或者來(lái)自用于熔化的激光器116的激光116a和來(lái)自用于飛行的激光器115的激光115a的輻射之間的時(shí)間間隔可以通過(guò)控制激光器來(lái)調(diào)整。
158.例如，當(dāng)時(shí)間間隔被調(diào)整時(shí)，時(shí)間間隔可以被確定到這樣的程度，使得在溫度降低的過(guò)程中，在用來(lái)自用于熔化的激光器116的激光116a照射被建模對(duì)象200的表面并且被建模對(duì)象200的表面溫度超過(guò)熔點(diǎn)之后，隨著熱量被傳遞到被建模對(duì)象200的內(nèi)部或大氣，溫度不會(huì)下降到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg以下。
159.現(xiàn)在將描述建模材料飛行的時(shí)間間隔。
160.當(dāng)建模材料201飛行并撞擊在被建模對(duì)象200的表面上時(shí)，熱量從被建模對(duì)象200傳遞以增加建模材料201的溫度。如果該熱傳遞不足，當(dāng)建模材料201隨后撞擊到相同位置時(shí)，建模材料201的表面溫度沒(méi)有充分升高，并且存在溫度沒(méi)有達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg的可能性。
161.為了獲得足夠的傳熱時(shí)間，當(dāng)建模材料201的平均粒徑為1[微米]時(shí)，從當(dāng)建模材料201飛行到達(dá)被建模對(duì)象200的該表面時(shí)到當(dāng)建模材料201隨后飛行到相同位置到達(dá)被建模對(duì)象200的該表面時(shí)的時(shí)間間隔被設(shè)置為l
×
l/200[毫秒]或更長(zhǎng)。時(shí)間間隔短于l
×
l/200[毫秒]是不優(yōu)選的，因?yàn)槿绻@樣，到達(dá)所述表面的粒子的熱量沒(méi)有充分?jǐn)U散，并且粒子沒(méi)有完全熔化。
[0162]
時(shí)間間隔的閾值是使用閾值l2/α導(dǎo)出的，用于實(shí)現(xiàn)厚度為l、熱擴(kuò)散率為α(對(duì)應(yīng)于rc電路中的時(shí)間常數(shù)rc)且α＝2.0
×
10
?7[m2/s]的材料在普通樹(shù)脂材料中的均勻溫度。當(dāng)l＝50[微米]時(shí)，12.5[毫秒]或更長(zhǎng)的時(shí)間間隔是必要的，并且基于此，例如，用于使建模材料201飛行的時(shí)間間隔被設(shè)置為20[毫秒]。
[0163]
利用該時(shí)間間隔，當(dāng)建模材料201飛行并撞擊在被建模對(duì)象200的表面上時(shí)，確保有足夠的時(shí)間使熱量從被建模對(duì)象200傳遞以提高建模材料201的溫度，從而提高建模質(zhì)量。
[0164]
現(xiàn)在將參考表1描述具體的示例。
[0165]
<示例1
?
1至示例1
?
6>
[0166]
如表1所示，peek(示例1
?
1和1
?
2)、pa12(示例1
?
3和1
?
4)和pbt(示例1
?
5和1
?
6)用作樹(shù)脂(建模材料201)。然后，將加熱前的被建模對(duì)象200的表面溫度設(shè)定為低于熔點(diǎn)的溫度，并在當(dāng)將加熱的樹(shù)脂到達(dá)表面時(shí)的表面溫度(到達(dá)表面溫度)設(shè)定為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg或更高(示例1
?
1、1
?
3和1
?
5)或結(jié)晶溫度tc或更高(示例1
?
2、1
?
4和1
?
6)。用于使樹(shù)脂飛行的時(shí)間間隔為“l(fā)
×
l/200[毫秒]”或更長(zhǎng)，0.1秒，在任何情況下。
[0167]
在任何情況下，環(huán)境溫度都設(shè)定為25℃。溫度是使用由keyence corporation制造的產(chǎn)品名稱ft
?
h20測(cè)量的。時(shí)間間隔是使用由keyence corporation制造的產(chǎn)品名稱nr
?
500測(cè)量的。
[0168]
評(píng)估示例1
?
1至示例1
?
6的熔化狀態(tài)，評(píng)估結(jié)果示于表1。評(píng)估結(jié)果“良好”表示建模材料熔化，被建模對(duì)象與建模材料結(jié)合。
[0169]
表1
[0170][0171]
現(xiàn)在將參考圖15描述在飛行期間加熱建模材料。圖15是示出飛行建模材料和通過(guò)用于熔化的激光器的輻射區(qū)域(激光區(qū)域)之間的關(guān)系的示意圖。
[0172]
激光116a照射被建模對(duì)象200的表面，并且傾斜入射以通過(guò)被建模對(duì)象200的上方。
[0173]
這里，當(dāng)用于熔化的激光器116輻射激光116a時(shí)，建模材料201在被建模對(duì)象200的表面上飛行和著落。
[0174]
以該方式，在飛行期間用用于熔化的激光器116的激光116a直接照射建模材料201，由此不僅被建模對(duì)象200的表面，而且建模材料201也可以同時(shí)被加熱。
[0175]
因此，著落建模材料201本身達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg或更高，或者在撞擊被建模對(duì)象200時(shí)的溫度增加，由此被建模對(duì)象200的表面在撞擊被建模對(duì)象200時(shí)變形并吸收動(dòng)能。
[0176]
因此，建模材料201在撞擊到被建模對(duì)象200的表面上時(shí)較少反彈，并且建模材料201較少散射，由此進(jìn)一步提高了被建模對(duì)象200的尺寸精度和表面特性，從而提高了建模質(zhì)量。
[0177]
現(xiàn)在將參考圖16描述本發(fā)明的第七實(shí)施例。圖16是用于示出在根據(jù)本實(shí)施例的被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備中正被建模的被建模對(duì)象的表面溫度的示意圖。
[0178]
本實(shí)施例中的設(shè)備構(gòu)造和建模操作類似于第一實(shí)施例中的那些?？梢圆捎玫诙?br/>第五實(shí)施例中的設(shè)備構(gòu)造。
[0179]
在本實(shí)施例中，作為非結(jié)晶樹(shù)脂的pes被用作建模材料201。可以使用任何其他非結(jié)晶樹(shù)脂。
[0180]
當(dāng)建模材料201是非結(jié)晶樹(shù)脂時(shí)，其不具有熔點(diǎn)。因此，類似于前述第六實(shí)施例的操作效果不能由用于熔化的激光器116的輻射之前和之后的被建模對(duì)象200的表面溫度來(lái)限定。
[0181]
然后，在本實(shí)施例中，基于樹(shù)脂的粘度來(lái)定義效果。
[0182]
在從用于熔化的激光器116輻射激光116a之前，樹(shù)脂的粘度為1.0
×
103pa
·
s或更高，而在輻射激光116a之后，該粘度被設(shè)定為低于1.0
×
103pa
·
s。也就是說(shuō)，在被建模對(duì)象200的表面被能量施加單元加熱之后，該粘度低于1.0
×
103pa
·
s，并且在加熱之前，該粘度為1.0
×
103pa
·
s或更高。
[0183]
現(xiàn)在將參考表2描述具體的示例。
[0184]
<示例2
?
1>
[0185]
將pes用作樹(shù)脂(建模材料201)，并且將溫度設(shè)定為激光輻射前的250℃和輻射后的360℃。在這樣的情況下，輻射前的粘度為3.0
×
103pa
·
s，輻射后的粘度為6.0
×
102pa
·
s。
[0186]
<示例2
?
2>
[0187]
使用pvc作為樹(shù)脂(建模材料201)，并且在施加激光能量之前將溫度設(shè)定為50℃，并且在施加之后設(shè)定為150℃。在此情況下，輻射前的粘度為4.0
×
103pa
·
s，輻射后的粘度為5.0
×
102pa
·
s。
[0188]
溫度是使用由keyence corporation制造的產(chǎn)品名稱ft
?
h20測(cè)量的。根據(jù)jis8803：2011測(cè)量粘度。
[0189]
評(píng)估示例2
?
1和2
?
2的熔化狀態(tài)，評(píng)估結(jié)果示于表2。評(píng)估結(jié)果中的符號(hào)“良好”表示建模材料熔化，被建模對(duì)象和建模材料結(jié)合。
[0190]
表2
[0191][0192]
根據(jù)這些示例，對(duì)于沒(méi)有熔點(diǎn)的非晶樹(shù)脂，在來(lái)自用于熔化的激光器116的激光116a的輻射之后，被建模對(duì)象200變軟，并且粉末結(jié)合在一起，由此可以形成具有高強(qiáng)度的被建模對(duì)象，如在前述第六實(shí)施例中的那樣。溫度被設(shè)定為低于由用于熔化的激光器116輻射激光之前的熔點(diǎn)，以防止被建模對(duì)象200完全軟化和塌陷，并保持一定的尺寸精度。
[0193]
層以非接觸方式沉積的前述實(shí)施例可以解決與選擇性熱塑性電子照相工藝等相關(guān)的幾乎所有問(wèn)題。例如，在熔化樹(shù)脂與被建模對(duì)象接觸并沉積的方法中，在界面處傾向于出現(xiàn)偏移或粗糙，并且材料在嚴(yán)格控制溫度、時(shí)間增加和熔化粘度方面受到限制。此外，由于使用靜電，導(dǎo)電樹(shù)脂不可用。然而，這些問(wèn)題通過(guò)無(wú)接觸沉積得以消除。
[0194]
現(xiàn)在將參考圖17描述本發(fā)明的第八實(shí)施例。圖17是根據(jù)本實(shí)施例的被構(gòu)造成使粒子飛行的設(shè)備的示意圖。
[0195]
在本實(shí)施例中，根據(jù)前述第一實(shí)施例，被構(gòu)造為使粒子飛行的設(shè)備被應(yīng)用于被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備。
[0196]
用于飛行的激光器115被設(shè)置為照射單元，該照射單元被構(gòu)造為在作為粒子的建模材料201通過(guò)吸引力fv被保持在載體111的表面上的狀態(tài)下，在與保持有建模材料201的表面相對(duì)的表面上用激光115a照射載體111，如圖17所示。
[0197]
用于飛行的激光器115以脈沖寬度為10μs或更短的脈沖光的形式發(fā)射激光115a。脈沖寬度可以是8μs，可以是5μs或更短，或者可以是2μs。已經(jīng)證實(shí)，即使納秒或皮秒也是可行的。脈沖寬度大于10μs的輻射不是優(yōu)選的，因?yàn)槿绻沁@樣，建模材料中的熱擴(kuò)散在微米量級(jí)或更高，并且到材料上的力不會(huì)被傳遞。
[0198]
這里，在圖17中，“fg”是施加在建模材料201(粒子)上的重力。這通常是通過(guò)將用被建模對(duì)象的體積和密度的乘積表示的重量乘以重力加速度來(lái)計(jì)算的。當(dāng)建模材料201為
siterit制造的pa12光滑(體積平均粒徑為38μm)時(shí)，重力fg約為10
?
10
n。
[0199]“fvdw”是施加在建模材料201上的范德華力。根據(jù)計(jì)算，這大約是10
?7n。
[0200]“fe”是建模材料201的靜電吸引力。眾所周知，在打印機(jī)中載體材料具有相同尺寸的情況下，這是大約10n量級(jí)的力，并且取決于建模材料201(粒子、粉末)的電荷量。
[0201]
以上是通過(guò)計(jì)算獲得的，并且作為fvdw和fe之和的粘附力fv可以通過(guò)使用離心分離器的粘附力測(cè)試實(shí)驗(yàn)地獲得。類似地，當(dāng)在粘附力測(cè)試中使用由siterit制造的pa12光滑確定時(shí)，fg約為10
?8n。
[0202]
fvdw的另一個(gè)可能的分量是當(dāng)液體包含在建模材料201(粒子)和載體111之間時(shí)產(chǎn)生的毛細(xì)管力。
[0203]“fr”是由輻射壓力施加在建模材料201上的力。fr可以通過(guò)計(jì)算確定。根據(jù)脈寬為10ps、脈沖能量為1μj的計(jì)算，瞬時(shí)力約為10
?4n。
[0204]“fab”是當(dāng)建模材料201的表面由于激光燒蝕而部分瞬間蒸發(fā)并且在噴射氣體時(shí)產(chǎn)生壓力時(shí)施加在建模材料201上的力。
[0205]
例如，當(dāng)使用脈沖寬度為ps量級(jí)的激光時(shí)，通常會(huì)發(fā)生一種稱為燒蝕的現(xiàn)象，在這樣的現(xiàn)象中，材料被轉(zhuǎn)化為氣體，在某些情況下轉(zhuǎn)化為等離子體。已知要達(dá)到的溫度高達(dá)幾十萬(wàn)度。在此情況下，可以認(rèn)為噴射壓力遠(yuǎn)大于fvdw。
[0206]
因此，如果激光的能量具有足夠引起燒蝕的能量，瞬時(shí)施加在建模材料201上的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)粘附力。
[0207]
激光是否超過(guò)被建模對(duì)象的燒蝕閾值通常根據(jù)激光注量fll是否超過(guò)閾值來(lái)討論。這里的閾值在下文中被稱為“注量閾值”。
[0208]
注量fll是通過(guò)脈沖能量j除以激光面積(j/cm2是常用單位)計(jì)算的。在粉末材料的情況下，其注量閾值flth通常為0.1至1.0j/cm2。這可以通過(guò)用激光輻射該材料的大塊材料來(lái)確定。
[0209]
這是在激光束是普通高斯光束的情況下的計(jì)算表達(dá)式。當(dāng)然，該值從光束的中心到外周是不同的，在其他不同形狀的光束(環(huán)形光束和頂帽光束)的情況下，必須使用對(duì)應(yīng)于每個(gè)單獨(dú)光束的計(jì)算表達(dá)式。
[0210]
基于這些，吸引力fvdw由范德華力、靜電力和毛細(xì)力組成。當(dāng)作用在粒子(建模材料201)上的重力為fg時(shí)，設(shè)定fv>fg，使得建模材料201可以承載在載體111上。
[0211]
當(dāng)由輻射壓力施加在粒子(建模材料201)上的力是fr時(shí)，激光的輸入條件被設(shè)定為使得fr>fv
?
fg在垂直于吸引表面的方向上使粒子飛行。
[0212]
現(xiàn)在將參考表3描述具體的示例。
[0213]
<示例3
?
1至示例3
?
3>
[0214]
將pa12(示例3
?
1)、pe(示例3
?
2)和pc(示例3
?
3)用作樹(shù)脂，設(shè)定fv>fg，并將fr>fv
?
fg設(shè)定為激光輸入條件。
[0215]
觀察示例3
?
1至示例3
?
3的飛行狀態(tài)。結(jié)果如表3所示。
[0216]
表3
[0217][0218]
當(dāng)粉末的注量閾值為flth1、載體的注量閾值為flth2、注量為fl時(shí)，激光條件被設(shè)定為使得fl<flth1和fl<flth2以使粒子飛行。
[0219]
這里，應(yīng)當(dāng)注意，存在多個(gè)注量閾值。如圖18所示，當(dāng)載體由多層形成時(shí)，例如，具有載體111a
→
載體111b
→
載體111a的夾層結(jié)構(gòu)，假設(shè)一個(gè)載體111a的上表面是周圍環(huán)境1，另一個(gè)載體111a的下表面是周圍環(huán)境2。
[0220]
在此情況下，載體111a和載體111b可以包括例如基材和粘附到其表面的薄膜層，或者可以是多種基材的疊層?？赡苁潜砻嫘螤畈黄秸灰?guī)則。該周圍環(huán)境可以包括一周圍環(huán)境，例如空氣、氮?dú)夂蜌鍤庖约皽囟?濕度條件。
[0221]
已知注量閾值根據(jù)物質(zhì)的材料和周圍環(huán)境而變化。在圖18的情況下，周圍環(huán)境1中的載體111a的界面邊界b1、載體111a和載體111b之間的界面邊界b2以及載體111a和周圍環(huán)境2之間的界面邊界b3具有各自不同的注量閾值。激光束的光斑直徑也不同，并且不是界面邊界而是載體內(nèi)部的注量閾值也不同。
[0222]
應(yīng)該注意的是，所有這些條件都被考慮在內(nèi)，并且應(yīng)該根據(jù)激光條件用所有可能的注量閾值來(lái)選擇注量條件。
[0223]
根據(jù)本實(shí)施例的被構(gòu)造成使粒子飛行的設(shè)備的使用不限制要飛行的粒子(粉末)。如前所述，例如，結(jié)晶樹(shù)脂、非結(jié)晶樹(shù)脂、工程塑料、金屬材料和陶瓷的粒子(粉末)可以飛行。
[0224]
只要粒子能夠被吸引到載體上，就可以對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模。
[0225]
這里，優(yōu)選的是，載體111和其上建模有三維被建模對(duì)象的平臺(tái)101在相對(duì)部分處沿相同方向移動(dòng)。
[0226]
載體的移動(dòng)速度優(yōu)選高于平臺(tái)的移動(dòng)速度。載體111通常很難完全填充粉末材料。因此，載體111需要以更高的速度移動(dòng)，以便以足夠的速度向三維被建模對(duì)象101供應(yīng)粉末。
[0227]
現(xiàn)在將參考圖19描述本發(fā)明的第九實(shí)施例。圖19是根據(jù)本實(shí)施例的被構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備的示意圖。
[0228]
在本實(shí)施例中，前述第一實(shí)施例中的載體111由膜形成。在使用中，用作載體111的膜從進(jìn)給輥111a被卷取到卷取輥111b上。
[0229]
當(dāng)從進(jìn)給輥111a進(jìn)給的載體111用完時(shí)，輔助進(jìn)給輥111c用于粘結(jié)和連接用作載體111的膜。因此，建?？梢栽诙虝r(shí)間內(nèi)繼續(xù)。
[0230]
在本實(shí)施例中，用于熔化的激光器116的激光116a稍微遠(yuǎn)離建模材料201的著落位置，但是可以以15度的入射角施加能量。
[0231]
入射角越接近零度，發(fā)生這樣的缺陷的可能性就越小，例如，當(dāng)建模復(fù)雜形狀時(shí)，由于熔化不足，光被異物或升高部分阻擋。
[0232]
當(dāng)平臺(tái)101在y1方向上移動(dòng)時(shí)，被建模對(duì)象200的表面被熔化并且材料被著落。當(dāng)平臺(tái)101沿y2方向移動(dòng)時(shí)，著落在在tg或更高溫度下軟化的表面上的粉末(建模材料201)被加熱并熔化。
[0233]
附圖標(biāo)記列表
[0234]
100 構(gòu)造為對(duì)三維被建模對(duì)象進(jìn)行建模的設(shè)備
[0235]
101 平臺(tái)(支撐構(gòu)件)
[0236]
111 載體
[0237]
112 供應(yīng)單元
[0238]
115 構(gòu)造為飛行的激光器(飛行單元)
[0239]
116 用于熔化的激光器(能量施加單元)
[0240]
200 被建模對(duì)象
[0241]
201 粉末
[0242]
201 建模材料(粒子)
[0243]
301 隔熱板
[0244]
302 被建模對(duì)象
?
加熱加熱器(輔助施加單元)