專(zhuān)利名稱(chēng)：制造三維物體的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體三維物體的快速成型方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
光固化成型(SLA)原型是由液體光敏聚合物構(gòu)成的，該光敏聚合物是利用一種紫外 光進(jìn)行選擇性固化的。該過(guò)程始于3D CAD文件，可以在2D橫截面上進(jìn)行數(shù)字化切片。把 制造設(shè)備放在光敏聚合物的正下方，光敏聚合物粘附在該設(shè)備上，使用掃描系統(tǒng)對(duì)光敏聚合 物表面的第一個(gè)橫截面進(jìn)行繪制。當(dāng)該層面掃描結(jié)束后，升降裝置把設(shè)備降低放到容器中，對(duì)接下來(lái)一個(gè)層面進(jìn)行掃描， 每一個(gè)新的層面都粘附到前一層面上。不斷重復(fù)該過(guò)程，直至整個(gè)物體完成。實(shí)際的制造時(shí) 間從少于1小時(shí)到超過(guò)1天不等，這是根據(jù)光敏聚合物、激光功率、物體的幾何構(gòu)造不同而 不同。典型地，用一種機(jī)械刀片刮掃光敏聚合物的表面，以保證有一平整的樹(shù)脂層用于下一 層。 SLA的一個(gè)設(shè)備供應(yīng)商是位于加利福尼亞州瓦倫西亞市的3D系統(tǒng)公司(3D Systems, Inc.ofValencia, California)。第5885511號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行了探討。如探討內(nèi)容所述， 用于在特定能量照射下能夠凝固的液體介質(zhì)中形成固體三維物體的設(shè)備是一種已知的現(xiàn)有技 術(shù)。例如，如在第5885511號(hào)專(zhuān)利中探討的那樣，Charles W. Hull的第4575330號(hào)美國(guó)專(zhuān)利公 開(kāi)了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于在液體介質(zhì)中，對(duì)液體層進(jìn)行輻射，形成三維物體通過(guò)借助于計(jì) 算機(jī)程序控制的輻射源和一轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械。傳統(tǒng)地，每件制造的物體都需要柵格狀的結(jié)構(gòu)(支撐物)，附著在物體的朝向下 方的區(qū)域。支撐物在光固化成型(SLA)制造設(shè)備和物體之間，提供一個(gè)較小、容易移動(dòng)、 容易分離的區(qū)域。利用支撐物的"鋸齒狀"結(jié)構(gòu)，可以把物體和支撐物本身的接觸點(diǎn)減到最 少。這樣，在制造過(guò)程結(jié)束時(shí)，把支撐物從部件上移開(kāi)就比較容易，而且對(duì)物體上、部件或 模具上與支撐物連接的區(qū)域進(jìn)行最后的表面處理，也僅受到最小影響。如果物體的制造過(guò)程 中沒(méi)有支撐物，例如當(dāng)?shù)讓幼畲蟮奈矬w通過(guò)SLA固化時(shí)，那么已凝固的樹(shù)脂會(huì)陷入到SLA 設(shè)備的開(kāi)孔中。在此情況下，如果想把完成的部件從中移開(kāi)卻又不受到損害，將變得十分困
4難。然而，鋸齒狀結(jié)構(gòu)會(huì)延長(zhǎng)物體的制造時(shí)間。另外，用鋸齒狀方法移開(kāi)物體仍然是髙強(qiáng)度 的勞動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
公開(kāi)了一種系統(tǒng)和方法，用于一平臺(tái)，使用特定的能量，由液體介質(zhì)的連續(xù)選擇性 凝固層形成三維物體。該平臺(tái)可以有涂層也可以沒(méi)有涂層。該平臺(tái)可以有多個(gè)開(kāi)孔。物體完 成后，用一沖頭可以把物體從有多個(gè)與平臺(tái)上的開(kāi)孔相契合的凸起的平臺(tái)上移出。作為另一 種選擇，也可以使用一種工具把物體從平臺(tái)上推出。從一方面來(lái)說(shuō)，設(shè)備包括一個(gè)有多個(gè)開(kāi)孔的平臺(tái)，以及一個(gè)有多個(gè)凸起的沖頭，而這 些凸起與開(kāi)孔相契合。上述方面的具體實(shí)施方式
，可以包括以下的一項(xiàng)或幾項(xiàng)內(nèi)容。開(kāi)孔處可以是規(guī)則形狀 的排列，也可以是不規(guī)則形狀。開(kāi)孔可以是圓形、卵形、長(zhǎng)方形、淚滴形、三角形、橢圓或 是拉長(zhǎng)的形狀。開(kāi)孔可以設(shè)置為一列或多列。平臺(tái)可以是特氟隆(Teflon)材料。
另一方面， 一種制作三維物體的方法，由液體介質(zhì)的連續(xù)選擇性凝固層形成三維物體， 使用特定的能量可使該液體介質(zhì)凝固。該方法包含設(shè)置一個(gè)有多個(gè)開(kāi)孔的平臺(tái)的設(shè)備；在裝 有上述液體介質(zhì)的容器中，于該設(shè)備上形成三維物體本體；根據(jù)指定的圖案，將上述特定能 量施加于所述選擇性凝固的所述新鮮液體介質(zhì)；并且，反復(fù)進(jìn)行涂敷重復(fù)多次使物體成型。 在物體形成后，使有多個(gè)凸起的沖頭和平臺(tái)上的開(kāi)孔相契合，從平臺(tái)上推出形成的物體。作 為另一種選擇，不使用沖頭，而是使用一種工具也可以把物體從平臺(tái)上推出。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括以下的一點(diǎn)或幾點(diǎn)?？梢栽诓灰笾挝锔街谖矬w朝向下 方的區(qū)域的情況下制造物體。本系統(tǒng)能夠移開(kāi)最終完成的部件，而在此過(guò)程中不使其受到損 害。該設(shè)備可以使部件快速移開(kāi)而不破損，其結(jié)果是可以提高制造速度，并且降低制造成本。


下述附圖描述了一種具有本發(fā)明的技術(shù)特征的三維物體制造設(shè)備，這些附圖公開(kāi)了本 發(fā)明的一部分內(nèi)容，其中圖1A-1B是一種制造設(shè)備具體實(shí)施方式
的立體示意圖。
圖2A-2B是第二種制造設(shè)備具體實(shí)施方式
的立體示意圖。
圖3A-3C是第三種制造設(shè)備具體實(shí)施方式
的立體示意圖。
圖4是一種三維物體制造機(jī)器例子。
圖5是一種數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于控制如圖4所示的三維 制造機(jī)器，以制造出比如牙齒模具或牙齒器具的三維結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1A,公開(kāi)了一種平臺(tái)-沖頭設(shè)備100。該設(shè)備100有一個(gè)平臺(tái)122，它支撐著 一個(gè)或幾個(gè)物體132的形成。平臺(tái)122包含多個(gè)圓形開(kāi)孔，這些開(kāi)孔覆蓋了設(shè)備的表面，這 些開(kāi)孔與沖頭102的垂直凸起相匹配。在物體132形成過(guò)程中，平臺(tái)122正好放在光敏聚合物的表面下面，利用一掃描系 統(tǒng)繪制出光敏聚合物表面的第一個(gè)橫截面，該光敏聚合物粘附在該設(shè)備上。當(dāng)該層完成后， 一個(gè)升降裝置將平臺(tái)122降低到一個(gè)裝液體的容器中，進(jìn)行下一層的繪制，新的每一層都粘 附于上一層上。重復(fù)該過(guò)程，直到完成整個(gè)物體。在該物體成型后，沖頭102上有多個(gè)凸起， 這些凸起與平臺(tái)上的開(kāi)孔相契合，于是就把物體從平臺(tái)上邊推出去。作為另一種選擇，也可 以不使用沖頭102,而使用另一種工具把物體從平臺(tái)上推出去。圖1B是平臺(tái)102和沖頭122 的裝配立體圖。當(dāng)它們裝配后，沖頭就把物體132從平臺(tái)上推出。在圖1A所示的具體實(shí)施方式
中，沖針104排列成柵格狀，從平臺(tái)上突出。以柵格狀 排列的沖針104設(shè)計(jì)成用來(lái)匹配相應(yīng)的平臺(tái)或板122上的開(kāi)孔124。沖針104的深度和構(gòu)形 根據(jù)平臺(tái)122的厚度以及預(yù)期高度而定，該預(yù)期高度是在制造三維物體過(guò)程中從平臺(tái)122的 頂上將三維物體分離出去的高度。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，沖頭102和平臺(tái)122呈正方形。 然而，102和122的剖面可以是其它合適的形狀，包括長(zhǎng)方形、圓形以及其它形狀。
盡管圖1A所示的具體實(shí)施方式
有一多個(gè)圓柱狀沖針從底面凸起，但是其它合適的凸 起物也是可以使用的。例如，沖頭可以包括翅式底基，含有一系列平行、延伸翅形、沖針形 或凸起104。在一種具體實(shí)施方式
中,平臺(tái)122可以用特氟隆制成。"特氟隆"涂層可以是XYLAN 1840/424 "Pine Green"或是XYLON 8330H765 "Dark Brown",或是其它合適的特氟隆材 料。設(shè)備沖頭102的基材可以是303不銹鋼，304不銹鋼，或是6061鋁。在另一種具體實(shí)施 方式中，塑料沖頭例如移出工具714(圖3A)材料是Delrin，但是硬質(zhì)塑料也是可以使用的。 在另一重具體實(shí)施方式
中，用于制造SLA模具/工具的SLA材料可以是包含活性稀釋劑的環(huán) 氧基材料，它可以從3D System公司獲得，也可以從其它公司獲得。在有些平臺(tái)沒(méi)有涂層的實(shí)施方式中，該平臺(tái)的材料可以包括髙密度聚乙烯(HDPE)、 高分子量聚乙烯(HMWPE)、超高密度聚乙烯(UHDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。沒(méi)有涂層的設(shè)備用材料應(yīng)該含有髙熱穩(wěn)定劑或高抗紫外穩(wěn)定劑。 在有些平臺(tái)有涂層的具體實(shí)施方式
中，該平臺(tái)的材料可以包括鋁合金、不銹鋼以及 髙強(qiáng)度合金。設(shè)備的涂層可以包括氟化乙烯-丙烯(FEP),其商品名是Teflon或是Xylon，也 可以是其它品牌的產(chǎn)品。涂層也可以是聚四氟乙烯(PTFE)，其商品名是Teflon或是Xylon， 也可以是其它品牌的產(chǎn)品。涂層可以是硅氧烷，例如，Wearlon，或是其它品牌的類(lèi)似產(chǎn)品。 也可以使用General Magnaplate公司的其它表面增強(qiáng)涂層，包括Tufram、 Nadox、 MagnaplateHCR、 Magnaplate HTR、 Magnaplate HMF、 Le咖fluor、 Hi-T-Lube、 Magnagold以 及Goldenedge，或是其它品牌的類(lèi)似產(chǎn)品。盡管圖1A-1B所示的沖頭實(shí)施方式具有按照柵格排列的沖針狀物，但是沖針狀物也 可以進(jìn)行無(wú)規(guī)則設(shè)置、無(wú)序排列。沖頭也可以使用其它形狀。圖2A顯示了第二種具體實(shí)施方式
，在該實(shí)施方式中，平臺(tái)上的每一個(gè)開(kāi)孔都是延伸 形的，而圖2B則顯示平臺(tái)與相應(yīng)沖頭的匹配狀況。在圖2A中，平臺(tái)322包含多個(gè)延伸形的 水平開(kāi)孔或狹槽324,這些延伸形的水平開(kāi)孔或狹槽和與其相匹配的沖頭302上對(duì)應(yīng)平臺(tái)304 的水平凸起相契合或是相互連接。在平臺(tái)322上可以形成固體三維物體。圖2A所示的平臺(tái) 有兩欄延伸的凸起304，它們從沖頭302的基體上凸起。延伸形的凸起304排列成欄，與平 臺(tái)上的狹槽324或板322相契合，以用來(lái)將形成的物體從平臺(tái)322上移出。而且，盡管圖2A 所示具體實(shí)施方式
中的狹槽是成欄排列的，但是狹槽也可以無(wú)規(guī)則設(shè)置、無(wú)序排列。應(yīng)當(dāng)注 意，圖中排列方式僅用于示例，也可以使用其它排列方式。圖3所示為第三種具體實(shí)施方式
，在該具體實(shí)施方式
中，平臺(tái)710包含多排淚滴形 開(kāi)孔712。平臺(tái)710支撐物體732的形成，物體732形成于平臺(tái)710的表面。在物體732的 成型過(guò)程中，平臺(tái)710于容器中正好位于光敏聚合物表面下面，使用一種掃描系統(tǒng)繪制出光 敏聚合物表面的第一個(gè)橫截面，該光敏聚合物粘附在設(shè)備上。當(dāng)這一層繪制結(jié)束后，升降裝 置會(huì)把平臺(tái)710降低到一容器中，然后繪制下--層，每一新層都粘附于前一層上。整個(gè)過(guò)程 本身不斷重復(fù)，直到完成整個(gè)物體。物體形成后，使用工具714可以把物體732從平臺(tái)上推 出。圖3B和3C顯示了一個(gè)典型的三維物體或結(jié)構(gòu)的移出過(guò)程。如圖3B所示，根據(jù)公 開(kāi)結(jié)構(gòu)制作的平臺(tái)710用來(lái)制作多個(gè)模具732。在圖3B中，模具732有一機(jī)器識(shí)別器720， 在識(shí)別器中印有二維條形碼。在制作完后，輕輕地并快速地使用工具714把模具732從設(shè)備 710上分離開(kāi)來(lái)。圖3C顯示了模具分離過(guò)程的示意圖。圖4顯示起始液體介質(zhì)層的截面或剖面，其根據(jù)將要成型的固體三維物體的設(shè)計(jì)，
7其在電腦控制下使用光固化成型技術(shù)并將激光束射向液體介質(zhì)層22而固化。一旦相匹配的凹 形和凸形面板分開(kāi)，則物體就快速地從支撐設(shè)備上脫離。上述平臺(tái)被放在光敏聚合物表面的正下方，使用一種掃描系統(tǒng)繪制光敏聚合物表面 的第一層橫截面，該光敏聚合物粘附于設(shè)備上。當(dāng)該層完成后，升降裝置會(huì)把平臺(tái)710降低到一容器中，然后繪制下一層，新的每 一層都粘附于前一層上。整個(gè)過(guò)程本身不斷重復(fù)，直到整個(gè)物體繪制完畢。實(shí)際制造時(shí)間從 少于1小時(shí)到超過(guò)1天不等，根據(jù)光敏聚合物、激光功率、物體的幾何制造的不同而不同。 典型地，使用一機(jī)械刀片刮掃光敏聚合物的表面，以保證一個(gè)平整的樹(shù)脂層，用于下一層。 基本上所有類(lèi)型物體的形狀都可以通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)來(lái)完成。復(fù)雜的形狀可以更容易地通過(guò) 電腦有助于產(chǎn)生程序指令的功能創(chuàng)造出來(lái)，然后將程序信號(hào)發(fā)送給光固化物體成型子系統(tǒng)， 如第4575330號(hào)美國(guó)專(zhuān)利所公開(kāi)，其內(nèi)容并入本發(fā)明作為參照。在如圖4所示的升降裝置橫截面中，容器21中裝入了--種紫外固化液體22或類(lèi)似 液體，以提供一指定的工作表面23?？沙绦蚩刂频淖贤夤庠?6或類(lèi)似光源發(fā)射出一束紫外 光27到表面23上。光束27通過(guò)作為光源26 —部分的鏡子或其它光學(xué)或機(jī)械元件(未圖示) 的移動(dòng)在表面23上打點(diǎn)。光束27在表面23上的位置是通過(guò)計(jì)算機(jī)或其它程序裝置28來(lái)控 制的。 一個(gè)可移動(dòng)的升降裝置29裝在容器21內(nèi)，該升降裝置可以選擇性地升高或降低，該 升降裝置的位置由計(jì)算機(jī)28控制。設(shè)備操作時(shí)，通過(guò)順序構(gòu)建整體層如30a， 30b， 30c，制 造出三維物體30。在容器21中，紫外光固化液體22的表面始終保持恒定，并且，紫外光束27的打點(diǎn) 或其它有足夠濃度的合適的反應(yīng)引發(fā)劑形式來(lái)使液體固化，并將該引發(fā)劑轉(zhuǎn)化為固體材料， 隨后通過(guò)程序化手段將其從表面23上橫向移出。當(dāng)液體22固化并形成固體材料時(shí)，使用一 合適的執(zhí)行元件通過(guò)程序控制方式，將開(kāi)始時(shí)位于表面23下面的升降裝置29從表面向下移 出。通過(guò)這種方式，將最初形成的固體材料從表面23下面取出，并且讓新的液體22流過(guò)表 面23。該新液體的一部分通過(guò)程序控制的紫外光束27依次轉(zhuǎn)化為固體材料，并且新材料與 其下面的材料相粘附。該過(guò)程--直持續(xù)到整個(gè)三維物體30制作成型。然后將物體30移出容 器21，而設(shè)備則準(zhǔn)備制作另一個(gè)物體?？梢灾谱髁硪粋€(gè)物體，或是通過(guò)改變計(jì)算機(jī)28中的 程序來(lái)制作新的物體?？晒袒后w22，例如紫外光固化液體，必須有幾個(gè)重要的特征(A)它必須在紫外 光照射下固化足夠快，以保證實(shí)際物體的成型時(shí)間。(B)它必須有粘附性，這樣連續(xù)的一層 才能依次粘附到另一層上。(C)它的粘度必須足夠小，這樣當(dāng)升降裝置移動(dòng)物體時(shí)，新的液體材料才能快速地流過(guò)表面。(D)它必須可吸收紫外光，這樣形成的薄膜才能自然較薄。(E) 它必須在呈液態(tài)時(shí)溶于某種溶劑，而當(dāng)呈固態(tài)時(shí)又不太溶于同樣的這些溶劑，這樣一來(lái)，物 體成型后，就可以被紫外光固化液體和部分固化的液體洗去。(F)它必須盡量沒(méi)有毒性和輻 射性。固化后的材料還必須有一些當(dāng)其呈固態(tài)時(shí)的特性。這些特性取決于應(yīng)用領(lǐng)域，比如 其它塑性材料的傳統(tǒng)應(yīng)用。這些參數(shù)比如顏色、質(zhì)地、強(qiáng)虔、電學(xué)性能、可燃性、彈性等特 性皆屬考慮范圍。另外，在很多情況下，材料的成本也很重要。除其它產(chǎn)品外，目前優(yōu)選使用的光固化成型具體實(shí)施方式
中所使用的紫外光固化材 料，是一種由3D Systems, Inc.公司提供的化合物。第4100141號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中描述了一種生產(chǎn) 典型的紫外光固化材料的工藝，其題目是穩(wěn)定化粘合劑和固化復(fù)合物，現(xiàn)將該內(nèi)容并入本發(fā) 明作為參照。光源26產(chǎn)生出紫外光斑27，該光斑小得足以讓完成任何預(yù)期的成型細(xì)節(jié)，并且也強(qiáng) 烈得足以快速固化使用的可固化液體。安置光源26使其能按程序開(kāi)、關(guān)、移動(dòng)，以便使聚焦 的光斑27在液體22的表面23移動(dòng)。這樣，當(dāng)光斑27移動(dòng)時(shí)，將液體22固化成固體，并且 在表面"繪制"出固體形狀，這與記錄圖表或用筆在紙上繪制圖形很相似。
目前優(yōu)選的光固化成型具體實(shí)施方式
所用光束26是用燈罩內(nèi)350瓦短弧汞燈發(fā)出 的，燈罩內(nèi)發(fā)出的光束聚焦在lmm直徑的紫外光傳導(dǎo)纖維束末端(未圖示)。連在燈上的纖 維束末端用水冷卻，在燈和纖維束之間有電控的開(kāi)關(guān)葉片，它可以通過(guò)纖維束開(kāi)、關(guān)光束。 該纖維束有1米長(zhǎng)，光輸出端安裝在一棱鏡管中，該棱鏡管有石英，可以把紫外光聚焦成斑 點(diǎn)，光源26能夠產(chǎn)生出直徑小于lmm的光斑，其波長(zhǎng)UV強(qiáng)度約為lwatt/cm2。
在圖4A所示的系統(tǒng)中，可以采取措施以保持表面23始終處于恒定水平，并且在物 體移出后能補(bǔ)充材料，從而使聚焦光斑保持在固定的平面上形成很強(qiáng)的聚焦，確保最清晰地 沿工作表面形成一薄層。從這方面來(lái)看，希望能夠調(diào)整焦點(diǎn)形狀，在工作表面23上形成髙強(qiáng) 度光的區(qū)域，快速地散射成低強(qiáng)度，這樣就能限制固化過(guò)程的深度，為正在形成的物體提供 最薄的合適的橫截面層。最好通過(guò)使用短焦距的棱鏡來(lái)完成，并將光源26移到離工作表面盡 可能近的地方，這樣一來(lái)，最大限度的散射發(fā)生在進(jìn)入液體介質(zhì)的圓椎形焦束中，其結(jié)果是 大大提髙了清晰度。也可使用光源26的其它物理形式或其等效物。掃描可以用光學(xué)掃描儀來(lái)完成，它可 以省去光導(dǎo)纖維和數(shù)字繪圖裝置。紫外激光可能總體上優(yōu)于短弧燈。光固化成型過(guò)程的速度 主要受到光源強(qiáng)度以及相應(yīng)紫外光固化液體響應(yīng)的限制。
9
升降裝置29用來(lái)支撐正在成型的物體30,并且也用來(lái)按要求升高或降低該物體。典 型地，在一層成型后，將物體30移到髙于下一層的水平，這樣就可以讓液體22流進(jìn)表面23 的固體成型處瞬間留下的空間，然后流回到下一層的準(zhǔn)確水平。對(duì)升降裝置29的要求是其可 以以合適的速度進(jìn)行程序化移動(dòng)，具有足夠的精度，并且有足夠的力量承受正在成型的物體 30的重量。另外，升降裝置位置的手動(dòng)微調(diào)在裝配階段和移動(dòng)階段是很有用的。
圖4所示具體實(shí)施方式
中的升降裝置29，是一種裝有一個(gè)或幾個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置，該 發(fā)動(dòng)機(jī)由計(jì)算機(jī)28的程序控制，通過(guò)將數(shù)字傳到模擬轉(zhuǎn)換器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。光固化成型系統(tǒng)中的 計(jì)算機(jī)28有兩個(gè)基本功能。桌一個(gè)功能是幫助操作者以一種能實(shí)現(xiàn)的方式設(shè)計(jì)三維物體。第 二個(gè)功能是把設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為指令，該指令適合于其它光固化成型組件，并且把該指令以一種使 物體成型的方式傳送出去。在一些應(yīng)用中，物體已經(jīng)設(shè)計(jì)好了，那么計(jì)算的唯一功能就是傳 送指令。在理想的情況下，操作者會(huì)設(shè)計(jì)物體并且能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)28的CRT屏幕觀看物體的 三維形態(tài)，當(dāng)他完成設(shè)計(jì)后，能夠操控計(jì)算機(jī)28制作物體，并且計(jì)算機(jī)能夠發(fā)出合適的指令 傳遞給光固化成型的組件。升降裝置29可以是機(jī)械的、汽動(dòng)的或電動(dòng)的，并且也可以使用光或是電子反饋，來(lái) 精確控制位置。在一些情況下，計(jì)算機(jī)28并非必須，可以使用更簡(jiǎn)單的專(zhuān)業(yè)用程序裝置，特 別是在制作簡(jiǎn)單形狀的物體時(shí)。作為另一種選擇，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)28可以用來(lái)簡(jiǎn)單執(zhí)行其它 的更復(fù)雜的計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令。也可能存在這樣的情況，使用幾個(gè)光固化成型單元來(lái)制作物 體，而另外一個(gè)裝置用來(lái)設(shè)計(jì)即將制作的物體。可以使用一個(gè)由計(jì)算機(jī)控制泵(未圖示)，用來(lái)保持工作表面23中液體22的恒定水 平?？梢允褂帽炯夹g(shù)領(lǐng)域熟知的合適水平探測(cè)系統(tǒng)和反饋網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)流體泵或液體排放 裝置，例如當(dāng)升降裝置進(jìn)一步移入液體介質(zhì)中時(shí)用于從液體介質(zhì)中移出的固體桿(未圖示)， 以抵消液體體積的變化并保持表面23的恒定液體水平。作為另一種選擇，可以將光源26移 動(dòng)到相應(yīng)的感觸水平23，并且自動(dòng)地保持在工作表面23上很強(qiáng)的聚焦。所有這些選擇都可 以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)28相關(guān)的普通軟件操作而快速完成。在三維物體30成型后，升髙升降裝置29，并且將物體從設(shè)備上移開(kāi)。典型地，在一 種溶劑例如丙酮中用超聲波洗滌物體，該溶劑可以溶解未固化的液體狀流體介質(zhì)，而不能溶 解已經(jīng)固化的固狀介質(zhì)。然后將物體30放到強(qiáng)烈的紫外線泛光燈下，比如每英寸200瓦的紫 外光固化燈下，繼續(xù)完成固化過(guò)程。在一種具體實(shí)施方式
中，三維結(jié)構(gòu)是一個(gè)牙齒模型，例如假牙。
圖5所示是簡(jiǎn)化的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)600框圖，該系統(tǒng)可以用來(lái)直接產(chǎn)生三維結(jié)構(gòu)，例 如牙齒模型或牙齒用具。典型的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)600包括至少一個(gè)處理器602,它通過(guò)總線子 系統(tǒng)604與許多外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這些外圍設(shè)備典型地包括存儲(chǔ)子系統(tǒng)606 (記憶子 系統(tǒng)和文件存儲(chǔ)子系統(tǒng)614)，一套用戶(hù)界面輸入及輸出設(shè)備618,和連接到外網(wǎng)包括公共撥 號(hào)電話網(wǎng)絡(luò)的界面616。該界面在圖中示意為"調(diào)制解調(diào)器和網(wǎng)絡(luò)界面"方框616，并且通過(guò) 信息網(wǎng)絡(luò)界面624連接到其它數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的相應(yīng)界面設(shè)備。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)600可以是終端 或是一個(gè)低級(jí)個(gè)人用戶(hù)電腦或是髙級(jí)個(gè)人用戶(hù)電腦、工作站或主機(jī)。用戶(hù)界面輸入設(shè)備典型地包括一個(gè)鍵盤(pán)并可進(jìn)一步包括指向設(shè)備和掃描裝置。指向 設(shè)備可以是間接的指向設(shè)備如鼠標(biāo)、軌跡球、觸板、繪畫(huà)板，或是直接指向設(shè)備如裝到顯示 屏上的觸摸屏，或是三維指向設(shè)備，如第5440326號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中介紹的回轉(zhuǎn)式指向設(shè)備。也 可以使用其它類(lèi)型的用戶(hù)界面輸入設(shè)備，如聲音識(shí)別系統(tǒng)。用戶(hù)界面輸出設(shè)備典型地包括打 印機(jī)和顯示子系統(tǒng)，它包括顯示控制器和連接到控制器上的顯示設(shè)備。顯示設(shè)備可以是陰極 射線管(CRT)、平板設(shè)備如液晶顯示器(LCD),或是投影裝置。顯示子系統(tǒng)也可以提供非 視覺(jué)顯示，如聲音播放器。存儲(chǔ)子系統(tǒng)606保存著基本要求的程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。上述介紹的程序模塊典型地存 儲(chǔ)在存儲(chǔ)子系統(tǒng)606中。存儲(chǔ)子系統(tǒng)606典型地包括記憶子系統(tǒng)608和文件存儲(chǔ)子系統(tǒng)614。
記憶子系統(tǒng)608典型地包括許多記憶存儲(chǔ)器，其含有用于存儲(chǔ)在程序執(zhí)行過(guò)程中的 指令和數(shù)據(jù)的主要隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM) 610，還含有存儲(chǔ)固定指令的只讀存儲(chǔ)器(ROM) 612。 如果是Macintosh兼容的個(gè)人計(jì)算機(jī)，則ROM中包括一部分操作系統(tǒng)；如果是IBM兼容的 個(gè)人計(jì)算機(jī)，則包括BIOS (基本輸入/輸出系統(tǒng))。文件存儲(chǔ)子系統(tǒng)614為程序和數(shù)據(jù)文件提 供持久(非易失性的)的存儲(chǔ)，典型地包括至少一個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和至少一個(gè)軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(配 合相關(guān)的可移動(dòng)媒體)。還可以有其它設(shè)備，例如CD-ROM驅(qū)動(dòng)器和光驅(qū)(所有這些都有相 關(guān)的可移動(dòng)媒體)。另外，該系統(tǒng)還可以包括可移動(dòng)媒體盒式驅(qū)動(dòng)器?？梢苿?dòng)媒體例如可以是 硬盤(pán)盒，比如SyQuest和其它在市場(chǎng)上銷(xiāo)售的產(chǎn)品，也有軟盤(pán)盒，比如Iomega在市場(chǎng)上銷(xiāo)售 的產(chǎn)品?？梢栽谶h(yuǎn)程安裝一個(gè)或幾個(gè)驅(qū)動(dòng)器，例如在服務(wù)商所在地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)或萬(wàn)維網(wǎng)上。在 本文中，通常使用術(shù)語(yǔ)"總線子系統(tǒng)"以便包括那些讓各種組件和子系統(tǒng)按需要彼此連接的 機(jī)械裝置。除了輸入設(shè)備和顯示器之外，其它組件不需要在同一結(jié)構(gòu)位置。因此，文件存儲(chǔ) 系統(tǒng)部分例如可以通過(guò)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)媒介包括電話線來(lái)連接起來(lái)。相類(lèi)似地，輸入設(shè)備和 顯示器不需要位于同一位置如處理器，盡管人們希望在個(gè)人計(jì)算機(jī)和工作站中可以使用?？?線子系統(tǒng)性604圖示為一根單的總線，但是典型的系統(tǒng)有許多總線，例如區(qū)域總線和一個(gè)或
11幾個(gè)擴(kuò)充總線(例如ADS、 SCSI、 ISA、 EISA、 MCA、 NuBus或PCI)，以及連續(xù)端口和平 行端口。網(wǎng)絡(luò)連接通常是通過(guò)某一設(shè)備建立起來(lái)的，該設(shè)備例如是在這些擴(kuò)充總線上的一個(gè) 網(wǎng)絡(luò)適配器，或是連續(xù)端口上的調(diào)制解調(diào)器?？蛻?hù)端的計(jì)算機(jī)可以是臺(tái)式機(jī)也可以是手提電 腦。掃描儀620負(fù)責(zé)掃描患者牙齒模型，該模型可以從患者處得到，也可以從牙醫(yī)處得 到，掃描儀620把掃描的數(shù)據(jù)信息傳遞給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)600，以進(jìn)行下一步程序。在擴(kuò)散的 環(huán)境中，掃描儀620可以設(shè)置在遠(yuǎn)處，并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)界面624與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)600交流掃描 數(shù)據(jù)。制造機(jī)器622 (例如圖4所示的制造機(jī)器)根據(jù)從數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)600處得到的中間及 最終數(shù)據(jù)來(lái)制造牙齒用具。在擴(kuò)散的環(huán)境下，制造機(jī)器622可以放在遠(yuǎn)處，并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)界 面624從數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)600處得到數(shù)據(jù)信息。更多關(guān)于制造牙齒用具的信息，在第5975893 號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中有介紹，題目是"增量移動(dòng)牙齒的方法和系統(tǒng)"，其內(nèi)容并入本發(fā)明并作為參照。
驅(qū)動(dòng)制造機(jī)械622所需要的信息可以從內(nèi)部掃描儀，破壞性掃描儀，或非破壞性掃 描儀中得到。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，非破壞性掃描儀是CT掃描儀。在該具體實(shí)施方式
中， 一臺(tái)制造患者牙齒數(shù)字模型的設(shè)備包括放射源；從放射源中接收放射的閃爍物；連接閃爍 物的放射探測(cè)器；放在放射源和閃爍物之間的可轉(zhuǎn)動(dòng)平板。該平板用來(lái)支撐患者牙齒的牙??； 一臺(tái)連接到探測(cè)器上的計(jì)算機(jī)，使用掃描數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)字模型。制造機(jī)器可以由計(jì)算機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)， 生產(chǎn)多個(gè)用具，其中這些用具包含有孔穴的聚合物外殼，連續(xù)的外殼的孔穴有不同的幾何形 狀，由一種排列到連續(xù)排列，用來(lái)接收和回彈牙齒的新位置。該系統(tǒng)在美國(guó)專(zhuān)利第6633789 號(hào)，第662卯40號(hào)，第6626666號(hào)，第6621491號(hào)，第6607382號(hào)，第6602070號(hào)，第6582229 號(hào)，第6582227號(hào)，第6572372號(hào)，第6554611號(hào)，第6524101號(hào)，第6514074號(hào)，第6499997 號(hào)，第6497574號(hào)，第6488499號(hào)，第6485298號(hào)，第6471511號(hào)，第6463344號(hào)，第6457972 號(hào)，第6454565號(hào)，第6450807號(hào)，第6409504號(hào)，第6406292號(hào)，第63卯548號(hào)，第6394801 號(hào)，第6390812號(hào)，第6386878號(hào)，第6386864號(hào)，第6371761號(hào)，第6318994號(hào)，第6309215 號(hào)，第6299440號(hào)，第6227851號(hào)，第6227850號(hào)，第6217325號(hào)，第6210162號(hào)，第5975893 號(hào)中都有介紹，將其內(nèi)容并入本發(fā)明以作為參照。另外，這里介紹的技術(shù)可以用硬件或軟件或兩者組合實(shí)施。該技術(shù)可以用可編程計(jì) 算機(jī)的執(zhí)行程序?qū)嵤?，每個(gè)可編程計(jì)算機(jī)包括一個(gè)處理器、 一個(gè)處理器可讀的存儲(chǔ)器媒體(包 括易失性的和非易失性的記憶和/或存儲(chǔ)元件)以及合適的輸入和輸出設(shè)備。使用輸入設(shè)備將 編碼施加于輸入的數(shù)據(jù)，來(lái)完成所述功能并產(chǎn)生輸出的信息。將輸出信息施加于一個(gè)或幾個(gè) 輸出設(shè)備。
每個(gè)程序都可以用高水平的程序語(yǔ)言或以目標(biāo)為導(dǎo)向的編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)施，使其同計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)相連而操作。然而，如有必要，該可以用模塊或機(jī)器語(yǔ)言來(lái)實(shí)施該程序。在任何情 況下，這種語(yǔ)言可以是匯編語(yǔ)言或是翻譯語(yǔ)言。每個(gè)這樣的計(jì)算機(jī)程序都可以用由普通的或 專(zhuān)有程序計(jì)算機(jī)閱讀的存儲(chǔ)媒介或設(shè)備(如CDROM、硬盤(pán)或磁盤(pán)〉來(lái)存儲(chǔ)，當(dāng)計(jì)算閱讀存 儲(chǔ)媒介或設(shè)備時(shí)，該程序用來(lái)設(shè)定和操作計(jì)算機(jī)并執(zhí)行已設(shè)定的過(guò)程。該系統(tǒng)也可以做成用 計(jì)算機(jī)程序來(lái)設(shè)定的可讀存儲(chǔ)媒體，如此設(shè)定的存儲(chǔ)媒體讓計(jì)算機(jī)以一種特別的預(yù)先確定的 方式來(lái)執(zhí)行。雖然上述是對(duì)本發(fā)明優(yōu)選具體實(shí)施方式
的完整說(shuō)明，但是可以有各種選擇、改 進(jìn)及等效物。因此，本發(fā)明的范圍并非限于以上描述，而是由隨附的權(quán)利要求限定的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種設(shè)備，包括具有多個(gè)開(kāi)孔的平臺(tái)；以及具有多個(gè)凸起的沖頭，所述凸起與所述平臺(tái)上的開(kāi)孔相契合。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述開(kāi)孔是規(guī)則排列的。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述開(kāi)孔形成為不規(guī)則的圖形。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)開(kāi)孔都呈圓形或橢圓形。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)開(kāi)孔都雖長(zhǎng)方形。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其特征在于，每個(gè)開(kāi)孔都呈淚滴形。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)開(kāi)孔都呈延伸形。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述開(kāi)孔設(shè)置為一列或幾列。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述平臺(tái)含有特氟隆涂層材料。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)-歩包含適合接收所述平臺(tái)的髙速原型機(jī)。
11. 一種從液體介質(zhì)的連續(xù)選擇性固化層形成三維物體的方法，所述液體介質(zhì)通過(guò)施以預(yù)定能量而固化的，所述方法包括把具有多個(gè)開(kāi)孔的平臺(tái)放在所述液體介質(zhì)中； 在所述平臺(tái)上形成物體；并且將具有多個(gè)凸起的沖頭與平臺(tái)上的開(kāi)孔相契合，然后移出所述物體。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述開(kāi)孔規(guī)則排列的。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述開(kāi)孔形成為不規(guī)則的圖形。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，每個(gè)開(kāi)孔都呈圓形或橢圓形。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，每個(gè)開(kāi)孔都呈長(zhǎng)方形。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，每個(gè)開(kāi)孔都呈淚滴形。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，每個(gè)開(kāi)孔都呈延伸形。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述開(kāi)孔設(shè)置為一列或幾列。
19.如權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，所述沖頭含有硬質(zhì)塑性材料，所述平臺(tái)含有特氟隆涂層材料。
20.—種高速原型機(jī)，包括:裝有受到輻射時(shí)會(huì)固化的材料的容器，安裝在所述容器中用以支撐所述物體的平臺(tái)，所述平臺(tái)上有多個(gè)開(kāi)孔； 產(chǎn)生電磁輻射束以固化所述物體的輻射裝置以及具有多個(gè)與所述平臺(tái)中的開(kāi)孔相契合的凸起的沖頭，所述沖頭適合于將所述物體從所述 容器中推出。
21. —種從液體介質(zhì)的連續(xù)選擇性固化層中形成三維物體的平臺(tái)，所述液體介質(zhì)通過(guò)施 以預(yù)定能量而固化，所述平臺(tái)包括具有多個(gè)開(kāi)孔的基板以及 用以移出所述物體的裝置。
22. 如權(quán)利要求21所述的平臺(tái)，其特征在于,包含下列材料之一髙密度聚乙烯(HDPE)， 髙分子量聚乙烯(HMWPE)，超髙密度聚乙烯(UHDPE)和超髙分子量聚乙烯(UHMWPE)。
23. 如權(quán)利要求21所述的平臺(tái)，其特征在于，進(jìn)一步包含熱穩(wěn)定劑或紫外線穩(wěn)定劑。
24. 如權(quán)利要求21所述的平臺(tái)，其特征在于，進(jìn)一步包含覆蓋所述基板的涂層。
25. 如權(quán)利要求24所述的平臺(tái)，其特征在于，所述基板包含包括鋁合金、不銹鋼或高強(qiáng) 度合金的材料。
26. 如權(quán)利要求24所述的平臺(tái)，其特征在于，所述涂層包含下述材料之一氟化乙烯-丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)和硅氧垸。
27. 如權(quán)利要求24所述的平臺(tái)，其特征在于，所述涂層包含下述材料之一Teflon、Xylon 和Wearlono
28. —種髙速原型機(jī)，包括 裝有受到輻射時(shí)會(huì)固化的材料的容器，放置于所述容器中用以支撐物體成型的具有涂層的平臺(tái)，；和 產(chǎn)生電磁輻射束以固化所述物體的輻射裝置。
29. 如權(quán)利要求21所述的機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包含適合于將所述物體從所述平臺(tái)上 推出的工具。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于一平臺(tái)，以便從液體介質(zhì)的連續(xù)選擇性的固化層形成三維物體的系統(tǒng)和方法，該液體介質(zhì)通過(guò)使用特定能量而固化。該平臺(tái)可以有涂層也可以沒(méi)有涂層。該平臺(tái)上有成列的開(kāi)孔。物體完成后，使用一沖頭可以把物體從平臺(tái)上移出，該沖頭上有多個(gè)與平臺(tái)上的開(kāi)孔相契合的凸起。作為另一種選擇，也可以使用一種工具把物體從平臺(tái)上推出。
文檔編號(hào)B29C67/00GK101426631SQ200580019325
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2005年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月14日
發(fā)明者斯利尼瓦斯·卡扎, 施瓦·P·桑布, 朗·凡, 米歇爾·J·德翁 申請(qǐng)人:矯正技術(shù)公司