專利名稱：改進(jìn)的快速造型和制造系統(tǒng)及方法
專利說(shuō)明改進(jìn)的快速造型和制造系統(tǒng)及方法 本申請(qǐng)是2005年9月30日提交的待審美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)11/240,821的部分繼續(xù)申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及快速造型和制造(“RP&M”)生成三維物體的方法和設(shè)備，尤其涉及對(duì)RP&M系統(tǒng)的生產(chǎn)率和效率的改進(jìn)。
RP&M是用于形成三維物體或固體圖像的技術(shù)領(lǐng)域的名稱。一般而言，RP&M技術(shù)利用表示待形成的物體的連續(xù)橫截面的數(shù)據(jù)由構(gòu)造介質(zhì)一層一層地構(gòu)造三維物體。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)，通常被稱作CAD/CAM系統(tǒng)，通常為RP&M系統(tǒng)提供物體視圖。RP&M的三個(gè)主要模式包括光固化立體造型、激光燒結(jié)和固體圖像的噴墨印刷。
激光燒結(jié)由熱熔性粉末的薄層構(gòu)造固體圖像，熱熔性粉末包括陶瓷、聚合物和涂有聚合物的金屬，足夠的能量施加到這些物體上以固化這些層。噴墨印刷是當(dāng)這些粉末與粘合劑組合時(shí)由固化的粉末構(gòu)造固體圖像的過(guò)程。光固化立體造型是這里主要針對(duì)的主題，其用一般為樹脂的可聚合的液體薄層構(gòu)造固體圖像。
光固化立體造型和激光燒結(jié)系統(tǒng)通常通過(guò)激光的調(diào)制和精確定向控制來(lái)供給能量，用于生成和構(gòu)造三維物體的薄的橫截面。激光對(duì)粉末層或液體構(gòu)造介質(zhì)層的目標(biāo)區(qū)域施加能量。薄的目標(biāo)層被稱為構(gòu)造介質(zhì)的工作表面。傳統(tǒng)RP&M激光系統(tǒng)利用掃描系統(tǒng)定位激光束，該掃描系統(tǒng)具有由控制計(jì)算機(jī)定向的電流計(jì)驅(qū)動(dòng)鏡(galvanometer-driven mirrors)。該鏡響應(yīng)CAD/CAM程序使激光束偏轉(zhuǎn)，CAD/CAM程序已經(jīng)被嵌入STL程式，并切分到橫截面數(shù)據(jù)文件中，這些數(shù)據(jù)文件合并形成構(gòu)造文件。
在光固化立體造型中，三維物體由多個(gè)可聚合液體薄層的連續(xù)固化形成，薄層彼此疊置，直到所有的薄層連接在一起形成三維物體。每個(gè)層表示需要的三維物體的薄的橫截面?？删酆弦后w泛指“樹脂”，樹脂層的凝固被稱為固化。實(shí)用的構(gòu)造介質(zhì)典型地包括通常用紫外光足夠快地固化的樹脂。紫外線激光器生成小且強(qiáng)的光點(diǎn)，光點(diǎn)利用x-y掃描儀中的電流計(jì)反射鏡以預(yù)定的圖案在液體表面上移動(dòng)。掃描儀由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的向量等驅(qū)動(dòng)。該技術(shù)可迅速地生成精確的復(fù)雜圖案。
典型的光固化立體造型系統(tǒng)包括激光掃描儀、用于容納樹脂的大桶、物體支撐平臺(tái)以及控制計(jì)算機(jī)，所述物體支撐平臺(tái)能夠在大桶中被提升和降低。計(jì)算機(jī)自動(dòng)地控制所述系統(tǒng)以制成塑料部件，每次在物體支撐平臺(tái)上形成一個(gè)薄的固化樹脂橫截面，并一層接一層地構(gòu)造所希望的三維物體。物體支撐平臺(tái)支撐固化層，并停留在液態(tài)樹脂表面下方一層厚度的距離處以限定工作表面。激光固化工作表面處的液態(tài)樹脂的選定部分，以固化下一層。計(jì)算機(jī)控制該系統(tǒng)用新的樹脂重新涂到固化樹脂的表面，并成千上萬(wàn)次重復(fù)這些步驟，直到完成所希望的物體。要構(gòu)造的物體或多個(gè)物體和步驟的完成過(guò)程有時(shí)被稱為“造型”。操作者從樹脂大桶上移除造型，以清潔和根據(jù)需要進(jìn)一步固化。保持在大桶中的液態(tài)樹脂保持可用的狀態(tài)，只要它沒有被懸浮的少量固化樹脂嚴(yán)重污染。
用新的樹脂重新涂敷固化樹脂層的一個(gè)方法需要使平臺(tái)“深深浸漬”在液態(tài)樹脂中。平臺(tái)豎直降低到低于樹脂槽表面一段大于所希望的層厚的距離處，以用新的液態(tài)樹脂涂覆固化層。所述系統(tǒng)提升平臺(tái)至樹脂表面下的一層厚度處。過(guò)多的液態(tài)樹脂流走，靠重力使樹脂平整為單個(gè)層厚度。之后，激光對(duì)工作表面施加能量。
平整薄層的等待時(shí)間是變化的，這取決于幾個(gè)因素，這些因素包括可聚合液體的粘度、層厚度、部件幾何形狀、橫截面等等。一些最新的樹脂比已有的樹脂能夠更迅速地平整。可以利用有時(shí)被稱為Zephyr刀片的刮片或真空輔助刮片來(lái)輔助平整，以掃掠樹脂表面，涂覆新的樹脂，比靠重力更加迅速地除去過(guò)多的沉積物，在容納樹脂的大桶中平整樹脂工作表面。刀片用來(lái)重新涂覆凝固層，通常被稱為“重新涂覆器”。
已經(jīng)提出了各種改進(jìn)來(lái)提高RP&M技術(shù)完成的效率，包括改進(jìn)激光系統(tǒng)以更有效地利用激光和更精確地成像，改進(jìn)構(gòu)造介質(zhì)，減小固化時(shí)間，控制大桶中的樹脂液面等等。所希望的是，進(jìn)行附加的改進(jìn)，能夠使光固化立體造型系統(tǒng)在更小的時(shí)間內(nèi)生成更多的物體，而且精確性更大，人為干預(yù)更少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了對(duì)快速造型和制造系統(tǒng)的幾個(gè)改進(jìn)，能夠無(wú)人參與地構(gòu)造三維物體。兩個(gè)三維物體造型可以從單個(gè)構(gòu)造介質(zhì)的相同位置處按次序一個(gè)接一個(gè)地完成，在第一造型開始之后不需要有操作員在場(chǎng)。系統(tǒng)不需要操作者參與第一造型的完成及其從構(gòu)造介質(zhì)的移除、第二造型的開始或第二造型的完成。雖然系統(tǒng)能用于單個(gè)造型，但是該系統(tǒng)允許操作者回來(lái)參與到具有兩個(gè)依次構(gòu)造的物體、等待卸載、清潔以及根據(jù)需要進(jìn)一步固化的系統(tǒng)中。
本發(fā)明的系統(tǒng)可以用于具有單個(gè)能源的多個(gè)腔室單元，以便可以一次完成一個(gè)以上的造型，每個(gè)造型之后是無(wú)人參與的第二造型。在單個(gè)第一造型中完成的物體以及在第二造型中完成的物體可以具有相同或不同的設(shè)計(jì)，用于第二造型的構(gòu)造介質(zhì)與第一造型相同。在相鄰的腔室中同時(shí)完成的物體，這些物體是無(wú)人參與造型過(guò)程中的第一造型或者第二造型，通常由同一構(gòu)造介質(zhì)制備，但不是必須的，只要使適當(dāng)?shù)臋C(jī)械和過(guò)程調(diào)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)固化即可。
本發(fā)明能夠減少改變樹脂所需要的時(shí)間，提供了用于從系統(tǒng)上除去所有樹脂沾濕部件以及安裝新的部件的設(shè)備和方法，所述新的部件使用維持在工作溫度或工作溫度附近的新的樹脂，新的樹脂可以是與除去部件的樹脂不同的樹脂。因此，本發(fā)明避免了用于交換樹脂大桶和啟動(dòng)另一個(gè)光固化立體造型過(guò)程的過(guò)長(zhǎng)的停機(jī)時(shí)間。
在本發(fā)明實(shí)施例的更具體的細(xì)節(jié)中，本發(fā)明提供了用于光固化立體造型的設(shè)備和方法，該設(shè)備包括殼體，所述殼體具有用于支撐、提升和降低所構(gòu)造物體的支撐平臺(tái)的升降機(jī)；用于容納液態(tài)樹脂的大桶，物體用所述液態(tài)樹脂構(gòu)造；用于凝固液態(tài)樹脂的選定薄層的能源；用于無(wú)人參與地從升降機(jī)移除第一造型的小車；和用于控制升降機(jī)、能源、小車和大桶中的樹脂液面的控制系統(tǒng)。
在更具體的實(shí)施例中，升降機(jī)包括升降機(jī)部件的第一和第二子組件。第一子組件與樹脂大桶相關(guān)聯(lián)，并可以與大桶一起被裝入光固化立體造型殼體中的腔室內(nèi)，也可以從該腔室中移除。升降機(jī)部件的第二子組件固定在光固化立體造型殼體腔室中。第一和第二子組件相互連接，以形成整個(gè)升降機(jī)組件，它們也可以分別稱之為大桶升降機(jī)子組件和腔室升降機(jī)子組件。
大桶升降機(jī)子組件包括用于連接到光固化立體造型殼體腔室升降機(jī)子組件中的升降機(jī)驅(qū)動(dòng)盤的升降機(jī)連接支架。連接支架具有用于可釋放地接合到升降機(jī)驅(qū)動(dòng)盤上的支撐桿的吊鉤和用于接收升降機(jī)驅(qū)動(dòng)盤上的定心銷的接收器，所述定心銷使連接支架準(zhǔn)確地與樹脂工作表面的x、y水平面對(duì)齊。
連接支架固定地支撐在升降機(jī)框架上，升降機(jī)框架豎直延伸，以致能夠容易地下降到樹脂大桶內(nèi)以及容易地從大桶提升出來(lái)。升降機(jī)框架還大體上水平地延伸，用于提供一對(duì)升降機(jī)叉，以支撐和固定物體支撐平臺(tái)。物體支撐平臺(tái)由這些叉和從這些叉的后部的每一側(cè)向外水平地延伸的臂支撐。平臺(tái)通過(guò)在叉前部的可釋放地接合的閂鎖構(gòu)件固定到叉上。閂鎖構(gòu)件通過(guò)彈簧偏壓的閂鎖連桿致動(dòng)。當(dāng)升降機(jī)提升到樹脂上方足夠高的地方，閂鎖連桿可操作地接合升降機(jī)支撐件上的斜坡，以釋放閂鎖構(gòu)件，由此從閂鎖接合中釋放平臺(tái)。
如果需要的話，用于從升降機(jī)除去第一造型的小車可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制操作，在升降機(jī)上安裝新的物體支撐平臺(tái)。支撐平臺(tái)可以下降到用于無(wú)人參與的第二造型的大桶中。完成造型后，升降機(jī)提升，以從排放的樹脂中移除在造型中完成的三維物體和平臺(tái)。裝有在下文被稱為自動(dòng)卸載車的小車，以準(zhǔn)確地進(jìn)入殼體內(nèi)，與樹脂大桶相接。伸縮臂在計(jì)算機(jī)控制的指令下延伸，以接合和移除第一造型以及相關(guān)聯(lián)的支撐平臺(tái)，根據(jù)需要，伸縮臂也可以延伸來(lái)安裝用于第二造型的新的平臺(tái)。
在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，本發(fā)明包括用于平整樹脂的重新涂覆器組件，其可由計(jì)算機(jī)控制，用于保持與樹脂表面上的工作表面的平行。重新涂覆器組件包括重新涂覆器刀片和用于刀片的托架，所述托架可以在三個(gè)方向(y、z和θ)中的任一方向上進(jìn)行調(diào)節(jié)1)重新涂覆器組件在樹脂表面上移動(dòng)的水平y(tǒng)軸方向，2)上下移動(dòng)的豎直z軸方向，用于提供在重新涂覆器刀片的底部與樹脂的工作表面之間的刀片間隙和從大桶中移除重新涂覆器組件，和3)平行于y軸的旋轉(zhuǎn)θ軸，用于使刀片保持與整個(gè)y軸移動(dòng)方向上的樹脂表面平行。x、y平面對(duì)應(yīng)于樹脂的工作平面。
在重新涂覆器的整個(gè)行程中，重新涂覆器刀片與樹脂工作表面保持在同一距離上。重新涂覆器刀片沿軸“z”豎直移動(dòng)，并且繞縱軸θ旋轉(zhuǎn)，縱軸θ平行于重新涂覆器移動(dòng)的軸“y”并與之間隔開，以使重新涂覆器的端部與樹脂表面始終保持同一距離，刀片始終平行于樹脂表面。本發(fā)明的該實(shí)施例校正了機(jī)械誤差，減小了三維產(chǎn)品中的誤差。機(jī)械誤差起因于機(jī)械系統(tǒng)中的不均勻度，在過(guò)去，機(jī)械系統(tǒng)必需對(duì)重新涂覆系統(tǒng)進(jìn)行繁重的調(diào)節(jié)。
提供有重新涂覆器的計(jì)算機(jī)控制，該計(jì)算機(jī)控制響應(yīng)在啟動(dòng)與樹脂表面相接觸的激光之前獲得的在重新涂覆器的底部與樹脂工作表面之間距離的數(shù)據(jù)集。安裝在重新涂敷器托架殼體內(nèi)部的傳感器為計(jì)算機(jī)提供該數(shù)據(jù)。該傳感器位于沿刀片長(zhǎng)度方向(x軸)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)上。傳感器在兩個(gè)固定位置x處在樹脂工作表面的x、y水平面上方工作，在鄰近大桶邊緣的重新涂敷器的每一側(cè)各有一個(gè)固定位置x，以在重新涂敷器移動(dòng)的多個(gè)點(diǎn)y處獲得數(shù)據(jù)。重新涂敷器在各端部具有向下變薄的腳部，即刀片空隙感測(cè)腳部，傳感器確定距此腳部的距離?？梢哉_地確定傳感器到腳部底部的距離，因?yàn)橄蛳伦儽〉哪_部的頂部到腳部底部的距離是已知的，可以將該距離加入到傳感器確定的腳部的向下變薄部分的頂部的距離。傳感器位移一段微小的距離x，以獲得到樹脂的工作表面的距離的讀數(shù)。計(jì)算到工作表面的距離與到重新涂覆器的底部的距離之差，存儲(chǔ)樹脂大桶每一側(cè)的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)根據(jù)所使用的特定樹脂的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)定z軸的刀片空隙。重新涂敷器繞θ軸旋轉(zhuǎn)，沿z軸提升或下降，在各端與工作表面保持一恒定的距離，以使刀片空隙保持不變。因而，可以考慮并糾正機(jī)械和定位誤差，這些誤差包括重新涂敷器移動(dòng)所沿的軌道誤差。
在無(wú)人參與的順序構(gòu)造模式中在兩次造型之間不需要改變重新涂敷器，重新涂敷器設(shè)置成無(wú)論何時(shí)安裝新的樹脂大桶，都可以用手準(zhǔn)確定位和容易移除、更換，而不需要工具。重新涂敷器固定地連接于每端的托架上?？梢允褂么盆F。
要在兩條路線上確認(rèn)刀片的正確方向。在刀片的各端包括有不同形狀的對(duì)齊銷，用于放置在重新涂敷器托架殼體上的相應(yīng)插槽中。在重新涂敷器托架的各端包括有觸點(diǎn)，所有的觸點(diǎn)必須被激活，從接近開關(guān)產(chǎn)生信號(hào)，以表示刀片被正確地放置在托架殼體上。重新涂敷器一般為真空輔助型的，在刀片上設(shè)有一真空槽和用于從托架伸出的軟接頭的埋頭孔，只要正確地將刀片定位在托架上并形成真空，就可以通過(guò)該軟接頭建立真空連通。
本發(fā)明的設(shè)備和方法可應(yīng)用于與單個(gè)激光器一起操作的單個(gè)樹脂大桶或兩個(gè)或更多的大桶，一個(gè)層在所選定的大桶中由激光器固化，而其他層被重新涂敷。典型地，兩個(gè)大桶一個(gè)接一個(gè)地被激光照射，利用合適的掃描儀和光束分離器有可能激光照射兩個(gè)以上的大桶。
樹脂大桶包括用于根據(jù)需要響應(yīng)液面?zhèn)鞲衅飨虼笸肮┙o附加的液體的樹脂補(bǔ)給容器。在造型期間，要求保持大桶內(nèi)液面的準(zhǔn)確控制。樹脂液面隨著一些樹脂被固化以及隨著平臺(tái)使造型下降至樹脂中以在表面上完成附加層而漲落。還必須在兩次造型之間向大桶添加樹脂，以保持用于第二造型的足夠的樹脂液面。
在本發(fā)明的一具體實(shí)施例中，大桶和樹脂補(bǔ)給容器包括用于射頻識(shí)別(RFID)的標(biāo)簽。補(bǔ)給容器內(nèi)的樹脂在進(jìn)入大桶中的樹脂之前，可以容易地被篩分和識(shí)別，以避免由于不適當(dāng)?shù)臉渲廴敬笸皟?nèi)的樹脂。
在一個(gè)大桶被用光后，或者當(dāng)其他原因希望改變樹脂時(shí)，樹脂大桶和沾濕部件可以方便和快速地更換為新的樹脂和沾濕部件。重新涂敷器使用時(shí)被沾濕，用手可以很容易地移除和重新放置在準(zhǔn)確的位置，而不需要工具。沾濕的升降機(jī)部件包括連接支架、升降機(jī)框架和上述的升降機(jī)叉，這些部件合起來(lái)形成了大桶專用升降機(jī)子組件，所述大桶專用升降機(jī)子組件可以從固定在光固化立體造型腔室內(nèi)的升降機(jī)驅(qū)動(dòng)盤上移除，在將被更換的大桶腔室中被推出所述腔室。支撐造型的沾濕平臺(tái)已經(jīng)和造型一起移除，一個(gè)新的平臺(tái)安裝在新的大桶升降機(jī)子組件的叉上。新的大桶和升降機(jī)子組件可以被推到合適的位置并連接到升降機(jī)驅(qū)動(dòng)盤上，而樹脂被預(yù)熱到一控制溫度。
在更具體的實(shí)施例中，本發(fā)明的大桶包括至少一個(gè)位于大桶的外側(cè)底部表面上的加熱元件和至少一個(gè)用于感知樹脂溫度的熱敏電阻。樹脂的加熱由計(jì)算機(jī)控制，使得樹脂的工作表面接近一設(shè)定點(diǎn)，不會(huì)使樹脂的其他部分過(guò)熱，加熱控制持續(xù)在整個(gè)光固化立體造型構(gòu)造過(guò)程中。大桶可包括蓋，在將大桶導(dǎo)入光固化立體造型腔室之前加熱樹脂并保持控制溫度時(shí)使用。
因此，本發(fā)明用于在第一造型已經(jīng)完成之后由單一樹脂大桶進(jìn)行無(wú)人參與的光固化立體造型。本發(fā)明包括對(duì)光固化立體造型設(shè)備的多個(gè)改進(jìn)，以致能夠進(jìn)行無(wú)人參與的造型。本發(fā)明提供了幾個(gè)特征，這些特征易于自動(dòng)的計(jì)算機(jī)控制，大大簡(jiǎn)化了獲得三維物體的精確生成所需要的精確性。這些改進(jìn)包括用于從升降機(jī)上移除第一造型并提供新的物體支撐平臺(tái)的自動(dòng)卸載車；在用于同時(shí)造型的大桶之間切換激光；直接將樹脂補(bǔ)給容器耦合到光固化立體造型系統(tǒng)上，用于自動(dòng)確定樹脂供給，以充分支持無(wú)人參與的造型；樹脂容器的RFID識(shí)別，用于保持樹脂的完整性；在造型期間自動(dòng)平整樹脂工作表面液面以及在兩次造型之間自動(dòng)重新填充大桶；自動(dòng)確定工作表面與重新涂覆器之間的距離，在重新涂覆器移動(dòng)的軸上映射該距離，用于自動(dòng)控制重新涂覆器的旋轉(zhuǎn)和校正機(jī)械誤差；從升降機(jī)上自動(dòng)釋放物體支撐平臺(tái)并更換新的平臺(tái)；以及完全用手而不用工具來(lái)安裝和移除重新涂覆器刀片。通過(guò)提供用手而不用工具移除和精確安裝重新涂覆器刀片以及提供和樹脂大桶一起移除和安裝沾濕升降機(jī)部件，本發(fā)明減小了在兩次造型過(guò)程之間改變樹脂所需要的時(shí)間。


現(xiàn)在參考附圖，概括地描述本發(fā)明，這些附圖不一定按比例描繪，其中
圖1是用于通過(guò)光固化立體造型生成物體的本發(fā)明的雙腔室殼體的透視圖，且表示了與之相關(guān)的樹脂大桶，一個(gè)為陰影表示，一個(gè)為透視表示；
圖2是樹脂大桶的透視圖，以分解圖表示了布置在其上的物體支撐平臺(tái)和用于將平臺(tái)提升和下降到樹脂中的升降機(jī)的子組件；
圖3是圖2的升降機(jī)子組件的一部分的透視圖，其中移除了一些部分，以表示升降機(jī)子組件的各個(gè)細(xì)節(jié)；
圖4是本發(fā)明的重新涂覆器組件的透視圖5是用于圖4的重新涂覆器組件的一個(gè)端部的重新涂覆器托架和重新涂覆器刀片的局部分解透視圖6是圖5的重新涂覆器刀片部分的下側(cè)的局部透視圖7是本發(fā)明的光固化立體造型腔室的內(nèi)側(cè)后部的局部透視圖，表示了升降機(jī)子組件的一部分；
圖8是圖7的升降機(jī)子組件的局部透視圖和隔離視圖，表示了其與圖2的升降機(jī)子組件的一部分的關(guān)系；
圖9是圖2和圖8所示的升降機(jī)子組件裝配在一起的局部透視圖10是腔室殼體的一部分的局部切除的視圖，表示了升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)軸線即豎直z軸，重新涂覆器刀片和托架的運(yùn)動(dòng)軸線即水平的前后方向的y軸，以及刀片空隙傳感器的運(yùn)動(dòng)軸線即y軸和水平的側(cè)向x軸； 圖11是進(jìn)入處理腔室的樹脂車的截面?zhèn)纫晥D12-14是一系列截面?zhèn)纫晥D，表示了在處理腔室中的適當(dāng)位置與升降機(jī)連接的樹脂車以及平臺(tái)的升降；
圖15是自動(dòng)卸載車的操作的側(cè)視圖，該操作包括完成搬運(yùn)到車上的第一造型的、新的平臺(tái)的安裝、完成第二造型和第二造型從大桶中的移除；
圖16是本發(fā)明的樹脂大桶的透視圖，其帶有樹脂補(bǔ)給容器和安裝在其上的液面保持容器；
圖17是類似于圖16的樹脂大桶的透視圖，表示了移除的蓋和大桶的內(nèi)部特征；
圖18是圖17的樹脂大桶的下側(cè)的透視圖；和
圖19是容納于圖17的大桶內(nèi)的樹脂的溫度曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下參考附圖，更加全面地描述本發(fā)明，在附圖中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。提供這些實(shí)施例，以便對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，所披露的內(nèi)容是充分的和完整的，全面地傳達(dá)了本發(fā)明的范圍。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，圖中表示了用于安放光固化立體造型的兩個(gè)腔室12、13的雙腔室殼體10。殼體具有兩個(gè)腔室，用于提高激光利用的效率。當(dāng)一個(gè)腔室內(nèi)的物體表面被重新涂敷時(shí)，激光可以作用于另一個(gè)腔室內(nèi)的重新涂敷物體表面，以便在一次操作中可以在兩個(gè)腔室中構(gòu)造物體。激光器和在多腔室內(nèi)利用光束的系統(tǒng)在下文將詳細(xì)解釋。
殼體在相對(duì)的側(cè)壁上具有觀察窗14、15，每個(gè)腔室12、13中各具有一個(gè)觀察窗。每個(gè)腔室具有門16、17，門16、17帶有可鉸接地打開和拆卸的窗戶。窗口用于操作自動(dòng)系統(tǒng)，該自動(dòng)系統(tǒng)用于無(wú)人參與地移除支撐平臺(tái)和完工的物體以及為無(wú)人參與的第二造型放置新的物體支撐平臺(tái)。
大桶21容納有樹脂18，光固化立體造型設(shè)備用該樹脂18形成三維物體。在腔室12中大桶20用虛線表示。所示的大桶21正準(zhǔn)備穿過(guò)打開的腔室門17引入腔室13內(nèi)。升降機(jī)連接支架23位于大桶21的后面附近，用于連接到升降機(jī)提升板82(圖8)上，以使物體支撐平臺(tái)30(圖2)在大桶中相對(duì)于樹脂工作表面提升或下降。所述物體支撐平臺(tái)30是造型進(jìn)行的平臺(tái)。升降機(jī)連接支架具有吊鉤86(圖8)，與提升板的連接由所述吊鉤86固定。
升降機(jī)連接支架和升降機(jī)提升板相配合組成升降機(jī)組件的一部分。升降機(jī)組件包括幾個(gè)部件，所有的這些部件相配合以提升和下降平臺(tái)。圖2表示了設(shè)置在大桶21的上方的升降機(jī)部件的子組件22，其與大桶一起導(dǎo)入腔室，也可以從腔室移出。根據(jù)需要，圖2所示的可移出的子組件可專用于單個(gè)大桶。這些部件包括剛性地固定到支撐升降機(jī)框架24上的升降機(jī)連接支架23和支撐在框架24上的升降機(jī)叉25。框架24豎直延伸以致能夠到達(dá)大桶的底部?？蚣苌系牟媾c從框架的后部側(cè)向延伸的間隔支撐件27、28配合支撐造型平臺(tái)30。閂鎖36與升降機(jī)框架前端上的翼片33、35一起配合來(lái)固定和釋放平臺(tái)，以便一旦造型已經(jīng)完成并且升降機(jī)已經(jīng)從大桶中提升起來(lái)，就自動(dòng)安裝和移除該平臺(tái)。
應(yīng)當(dāng)理解，上述就圖2和圖8關(guān)于與大桶21和腔室13相關(guān)的升降機(jī)組件和子組件22的論述同樣適用于大桶20和腔室12，大桶20具有類似的升降機(jī)部件和物體支撐平臺(tái)。在這一點(diǎn)上，下面關(guān)于一個(gè)大桶或腔室的升降機(jī)組件及子組件、重新涂覆器組件、大桶、處理步驟以及自動(dòng)卸載車的操作同樣適用于另一個(gè)大桶或腔室。
圖3表示了用于支撐平臺(tái)30的框架24和升降機(jī)叉25，其中移除了金屬板覆蓋物，閂鎖連桿37暴露出來(lái)。閂鎖連桿37可操作地使閂鎖36動(dòng)作，以在安裝時(shí)結(jié)合翼片33和35來(lái)固定平臺(tái)，并且從叉中釋放平臺(tái)，以從系統(tǒng)移除平臺(tái)。閂鎖連桿由彈簧偏壓桿38致動(dòng)，以使閂鎖36在平臺(tái)安裝到叉上時(shí)將平臺(tái)固定在叉上，然后當(dāng)平臺(tái)提升到大桶上方足夠高時(shí)釋放平臺(tái)以移除平臺(tái)。
參見圖15，用于從升降機(jī)叉上釋放造型平臺(tái)的閂鎖連桿的致動(dòng)表示在圖9中。圖9表示了在腔室12內(nèi)部以及該腔室內(nèi)的大桶20內(nèi)部被固定到升降機(jī)叉25的平臺(tái)30。當(dāng)升降機(jī)組件提升得足夠高時(shí)，桿38接合腔室部件框架92上的斜坡表面90(圖3、9和15)。隨著升降機(jī)的繼續(xù)上升，斜坡使閂鎖釋放桿受到向外朝向平臺(tái)的力，并驅(qū)使閂鎖連桿釋放閂鎖36。類似地，當(dāng)平臺(tái)安裝在空的叉上并且升降機(jī)組件下降以致于斜坡不能接合釋放桿的時(shí)候，彈簧偏壓閂鎖釋放桿和連桿，以閉合閂鎖并將平臺(tái)固定在叉上的翼片33和35上，如圖15所示。
圖7和8詳細(xì)表示了升降機(jī)組件的部件中的第二子組件39。圖7表示了在光固化立體造型腔室情況下的子組件，圖8表示了與第一子組件的升降機(jī)連接支架23有關(guān)的子組件。第二子組件的這些部件沿著與門16(圖1)相對(duì)的后壁80(圖7)固定在光固化立體造型腔室12中，不像圖2所示的子組件22中的部件一樣與大桶一起進(jìn)來(lái)或出去。圖7和圖8的第二子組件中的這些固定的升降機(jī)部件、腔室升降機(jī)部件接收第一子組件中的升降機(jī)部件、大桶升降機(jī)部件(圖2)，以及特別是接收?qǐng)D8中的升降機(jī)連接支架23，這些部件組合形成了一個(gè)完整的升降機(jī)組件。在圖9中以透視圖的形式表示了連接有兩個(gè)子組件的升降機(jī)組件。
升降機(jī)提升板82包括定位銷83，以插入圖9的在升降機(jī)連接支架23上的接收器96，定位連接支架23，從而在水平的x、y平面上定位升降機(jī)框架25和叉24。升降機(jī)提升板82包括桿84，所述桿84接合連接支架23(圖8)上的吊鉤86，以將連接支架以及與之相關(guān)的框架和叉從樹脂大桶中提升出來(lái)和下降到樹脂大桶中。在圖7和圖8中表示了用于升降機(jī)提升板82的提升螺桿85。提升螺桿85由馬達(dá)91沿垂直z軸提升和下降升降機(jī)提升板、連接支架、框架和叉。升降機(jī)子組件還包括定位銷88，以在與樹脂18表面112的x、y平面平行的水平面中定位樹脂大桶20(簡(jiǎn)見圖12)。定位銷88插入大桶上的接收器200內(nèi)(簡(jiǎn)見圖18)。
圖10以局部透視圖的方式表示了位于z軸上用于接收光固化立體造型腔室12中的樹脂大桶的升降機(jī)提升板82，以及與之相關(guān)的激光掃描器100、重新涂敷器刀片42和托架44的位置。在圖11-15中表示了將大桶滾動(dòng)到光固化立體造型腔室內(nèi)、準(zhǔn)備造型和移除造型的步驟順序。當(dāng)大桶與升降機(jī)子組件和被固定的平臺(tái)滾動(dòng)進(jìn)入本發(fā)明的光固化立體造型腔室并且定中在定位銷88上時(shí)，連接支架23與升降機(jī)提升板82和提升桿84(圖11和12)豎直對(duì)齊。馬達(dá)91轉(zhuǎn)動(dòng)提升螺桿85，以提升升降機(jī)提升板(圖13)。隨著提升板的提升，提升桿接合并坐落在連接支架23上的吊鉤86中(圖13)，定位銷83接合并坐落在連接支架上的接收器96(簡(jiǎn)見圖8)中，從而連接腔室升降機(jī)和大桶升降機(jī)子組件，使大桶升降機(jī)子組件定中在大桶內(nèi)部。隨著提升板繼續(xù)進(jìn)一步提升，大桶升降機(jī)子組件和平臺(tái)在樹脂內(nèi)上升(圖14)。提升板的充分提升使鎖閂36釋放，如上文所述。提升板的充分降低使提升桿與連接支架的接合釋放，以致大桶和大桶升降機(jī)子組件可以根據(jù)需要，例如安裝新的樹脂時(shí)被移除。正常情況下，大桶和大桶升降機(jī)子組件作為一個(gè)單元單獨(dú)地移走，與其上具有造型的平臺(tái)分離。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到對(duì)重新涂敷器組件以及其用于在造型前映射(mapping)刀片空隙的討論上，重新涂敷器刀片42和托架44在y軸方向上穿過(guò)腔室12橫跨樹脂工作表面112，在圖14中最佳示出。重新涂敷器組件標(biāo)記為40(圖4)。重新涂敷器組件包括重新涂敷器刀片42和托架44，重新涂覆器刀片連接于托架44上，托架44用于重新涂敷器刀片的移動(dòng)。重新涂敷器刀片由計(jì)算機(jī)控制沿所示的軸線運(yùn)動(dòng)1)沿y軸方向跨越樹脂表面上水平地前后移動(dòng)，2)沿z軸方向豎直地上下移動(dòng)，和3)繞刀片的中心旋轉(zhuǎn)，刀片的中心為θ軸，平行于y軸，并與y軸間隔開。重新涂敷器刀片和所示的重新涂敷器刀片的傳統(tǒng)功能是加速工作表面112的激光掃描照射之間的新的樹脂層的平整，其在較短時(shí)間段內(nèi)典型地提供了比深浸漬和重力沉降更大的部分準(zhǔn)確性。
用于圖4中的重新涂敷器刀片的托架安裝到豎直運(yùn)動(dòng)臺(tái)47上。豎直運(yùn)動(dòng)臺(tái)47坐落在軌道49中，以沿豎直z軸在上下方向上移動(dòng)刀片。軌道49又裝入在軌道50內(nèi)，并在軌道50上移動(dòng)，以使重新涂敷器刀片在樹脂工作表面上沿水平y(tǒng)軸方向前進(jìn)。電纜驅(qū)動(dòng)器和與之相關(guān)的步進(jìn)線性驅(qū)動(dòng)器電機(jī)已被確定為適用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些方面。
本發(fā)明的重新涂敷器組件包括傳感器45，傳感器45用于提供讀數(shù)給控制器，以保持重新涂敷器刀片在其整個(gè)行程上與樹脂表面平行。重新涂敷器刀片的各端與樹脂表面保持同一距離。該傳感器容納于托架44內(nèi)部，在沿托架的長(zhǎng)度的x軸方向上可移動(dòng)，以便可以在沿樹脂表面的x軸的不同部位獲得距離讀數(shù)。容納于托架中的電纜驅(qū)動(dòng)器可用于移動(dòng)托架中的傳感器，該電纜驅(qū)動(dòng)器由豎直運(yùn)動(dòng)臺(tái)47中的馬達(dá)提供動(dòng)力。
重新涂覆器刀片掃掠表面時(shí)與樹脂表面之間的距離被稱為“刀片空隙”。刀片空隙通常取決于為特定造型所挑選的樹脂以及它的物理特性，是根據(jù)造型憑經(jīng)驗(yàn)確定的量，并且存儲(chǔ)在光固化立體造型控制計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中。傳感器45的功能是提供重新涂敷器刀片在樹脂表面上的整個(gè)移動(dòng)區(qū)域中保持規(guī)定的刀片空隙所必需的數(shù)據(jù)。重新涂敷器組件移動(dòng)的軌道的變化以及其他機(jī)械誤差源可能改變刀片空隙。本發(fā)明的計(jì)算機(jī)控制的重新涂敷器組件基本上解決了這些問(wèn)題，在工業(yè)上對(duì)硬件故障提供了軟件解決方案。
在圖4中可最佳看出的傳感器45為激光二極管傳感器，并且為具有窄的測(cè)量范圍的高分辨率傳感器?？蓮腎llinois州Schaumberg的Omron電子器件公司獲得的型號(hào)為ZXLD30的Omron光學(xué)傳感器被確定作為傳感器45。Omron傳感器具有較高的靈敏度，通過(guò)發(fā)射聚焦的能量束接觸目標(biāo)然后接收反射束來(lái)工作，通過(guò)比較它們，能夠以對(duì)光固化立體造型來(lái)說(shuō)足夠的精度確定距目標(biāo)的距離。
根據(jù)在開始造型之前通過(guò)Omron傳感器45獲得的數(shù)據(jù)，重新涂敷器刀片42保持與樹脂表面平行。傳感器獲得數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)控制器根據(jù)這些數(shù)據(jù)確定在對(duì)應(yīng)于重新涂敷器刀片兩端的樹脂大桶每一側(cè)的x軸上的兩個(gè)點(diǎn)的位置處沿多個(gè)y軸上的點(diǎn)的重新涂敷器刀片的底部76(圖6)到樹脂的頂部或工作表面112(圖12)的距離。圖4、5、6和14表示了當(dāng)重新涂敷器托架44和傳感器45橫跨工作表面112，以獲得這些數(shù)據(jù)并測(cè)繪出造型期間對(duì)重新涂敷器刀片要進(jìn)行的調(diào)整量時(shí)，Omron傳感器45和重新涂敷器組件44與工作表面112之間的相對(duì)位置。在造型期間，計(jì)算機(jī)控制器根據(jù)在造型之前獲得的映射(map)，使重新涂敷器刀片繞它的運(yùn)動(dòng)軸θ旋轉(zhuǎn)，該軸θ為平行于樹脂表面的y軸并與y軸間隔開的軸線，并使重新涂覆器刀片的兩端與在沿y軸的間隔點(diǎn)x處的樹脂表面之間保持同一距離。刀片旋轉(zhuǎn)基于的數(shù)據(jù)不是實(shí)時(shí)獲得的，確定實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和造型開始之前獲得的映射之間的差別不重要。
圖5和6表示了沿x軸截取的重新涂覆器刀片42的端部，其對(duì)應(yīng)于圖4所示的重新涂覆器刀片的右邊端部。圖6表示了與圖5相同的端部，從刀片底部，完全表示了刀片的特征。僅僅表示了其中一個(gè)的腳部56，從每個(gè)端部的刀片底部向外側(cè)向延伸，所述腳部的底表面60限定了用于測(cè)量的刀片底部。在遠(yuǎn)離刀片的腳部的端部上，在頂表面處，每個(gè)腳部被切割或精密研磨成薄的表面58，以獲得刀片底部的Omron傳感器讀數(shù)。從腳部的底部60到切割部分的頂表面58之間的距離是固定不變的，并被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。由于Omron傳感器的工作范圍，該腳部深度距離很小。
為了獲得讀數(shù)，Omron傳感器設(shè)置在沿x軸的某一點(diǎn)處的托架內(nèi)，并鄰近重新涂覆器刀片的一個(gè)端部。圖4用虛線表示了位于鄰近左邊端部的托架中的傳感器45。當(dāng)獲得讀數(shù)時(shí)，刀片不接觸樹脂，樹脂不會(huì)使離開Omron傳感器的腳部的頂部模糊。從圖4、6和14中可以很清楚，在腔室12的范圍內(nèi)，在固定位置x、y上，Omron傳感器45讀取從傳感器到腳部56的頂部58的距離，以對(duì)應(yīng)于腳部的底部60并基于表面58和底部60之間的腳部的預(yù)定深度對(duì)腳部位置賦值。Omron傳感器被移動(dòng)很小的距離x，接近與該腳部相同的位置x并足以能使Omron傳感器讀取從傳感器到樹脂表面的頂部112的讀數(shù)。計(jì)算機(jī)控制器確定腳部的底部和樹脂表面的這兩個(gè)讀數(shù)之間的差別，并存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)。然后，重新涂覆器組件移動(dòng)距離y(未表示)，以獲得另外的數(shù)據(jù)點(diǎn)，直到沿大桶一側(cè)的整個(gè)表面已經(jīng)在對(duì)應(yīng)一個(gè)點(diǎn)x的多個(gè)點(diǎn)y處進(jìn)行了映射。然后，Omron傳感器移動(dòng)到托架的相對(duì)側(cè)，即右側(cè)，以獲得大桶的那一側(cè)在不同的位置x和相同的位置y處的映射數(shù)據(jù)，從而完成映射。整個(gè)映射由計(jì)算機(jī)控制器獲得，并被存儲(chǔ)，以用于后續(xù)的造型。
重新涂覆器刀片42可以完全用手連接到托架44上，也可以完全用手從托架44上移除。光固化立體造型系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制重新涂覆器刀片的對(duì)齊，基本上減少了與現(xiàn)有設(shè)備有關(guān)的繁瑣的工序。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5和圖6以及對(duì)重新涂覆器刀片的特征和用于簡(jiǎn)化刀片的安裝和移除的托架的特征的討論上，在圖6的重新涂覆器刀片上只表示了其中一個(gè)滾花手柄55，滾花手柄55用于用手安裝重新涂覆器刀片和從托架上移除重新涂覆器刀片。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在刀片的端部上具有相應(yīng)的把手，只是沒有在圖6中表示該把手，這可以從圖4中看到。重新涂覆器刀片上的接收器64(圖5)接收重新涂覆器托架上的相應(yīng)的對(duì)中銷66。所示的銷66為圓形的橫截面，但可以改變?cè)撔螤??？赡芟Ｍ谥匦峦扛财魍屑艿南鄬?duì)端部上設(shè)置不同形狀的第二對(duì)中銷和在刀片上設(shè)置相應(yīng)的接收器。這些對(duì)中銷幫助操作者確認(rèn)刀片正確定向在托架上。在刀片托架的每一端各設(shè)有一個(gè)磁鐵70或其它連接裝置，在重新涂覆器刀片的每一端也各設(shè)有一個(gè)磁鐵71或其他連接裝置，它們將重新涂覆器刀片固定在托架上。也可以使用其它連接裝置，不過(guò)這些連接裝置可能需要用于安裝和移除刀片的工具。觸點(diǎn)72可用來(lái)激活接近開關(guān)75，以指示刀片正確地固定在托架的適當(dāng)位置上。設(shè)置三個(gè)這種觸點(diǎn)是有好處的，一個(gè)設(shè)置在所示的托架的端部，兩個(gè)設(shè)置在相對(duì)的端部，這樣，需要三點(diǎn)接觸來(lái)激活接近開關(guān)，以發(fā)出重新涂覆器刀片在托架的正確位置上的信號(hào)。
重新涂覆器刀片包括在它的底表面76上的真空通道77，在圖6中的翻轉(zhuǎn)位置上可以看到。真空通道有助于以傳統(tǒng)方式平整新的樹脂層。刀片包括位于中心的觀察窗78(圖4)，用于操作者觀察真空是否被觸發(fā)。刀片和托架之間的真空連接不是硬插入的，不需要任何的工具來(lái)完成。真空連接是“軟”的，該連接設(shè)置在位于刀片及托架的中心的配合和密封真空端口之間，通常為刀片上的真空吸杯和托架上的配合元件。
在大桶安裝在光固化立體造型腔室中之前，重新涂覆器組件被“停放”，也就是說(shuō)，重新涂覆器刀片位于最靠近腔室的門的y軸方向上，并在z軸方向上被提升在大桶的路線之外，所述大桶具有固定到其底部的輪子，所以它可以象小車(圖11和12)一樣被操縱。大桶能夠被滾到腔室內(nèi)，不會(huì)撞上重新涂覆器組件。一旦安裝好大桶，重新涂覆器組件可以下降至樹脂表面附近并與之隔開一段距離，以映射樹脂表面和重新涂覆器刀片(圖17)之間的關(guān)系。使重新涂覆器刀片在樹脂工作表面上方保持一段比刀片空隙大的距離，一段足夠能確保刀片上的腳部不會(huì)被樹脂覆蓋的距離，來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明對(duì)重新涂覆器刀片的映射，腳部被樹脂覆蓋將會(huì)負(fù)面地影響Omron傳感器產(chǎn)生控制刀片空隙所需的數(shù)據(jù)的能力。
當(dāng)造型開始時(shí)，形成重新涂覆器刀片真空，刀片下降至樹脂的預(yù)定刀片空隙(圖14)。真空將樹脂向上抽入刀片中的真空通道77內(nèi)，并進(jìn)入觀察窗78。當(dāng)?shù)镀舆^(guò)表面時(shí)，腳部通常會(huì)使樹脂溢過(guò)它們，當(dāng)每次向平臺(tái)上的造型施加新的樹脂層時(shí)這都會(huì)發(fā)生。
造型的精度對(duì)保持大桶內(nèi)的樹脂的精確液面很敏感。造型平面在開始造型之前形成。激光掃描系統(tǒng)100(圖19)剛性地安裝到腔室上，且被控制在空間的某一特定點(diǎn)撞擊樹脂工作表面，該樹脂工作表面被稱為“造型平面”，該造型平面形成了工作表面的x、y平面可位于的z值范圍。本發(fā)明自動(dòng)有效地平整重新涂覆器刀片的能力取決于使樹脂保持在與造型之前建立樹脂表面的映射時(shí)的同一液面。
第二Omron液面?zhèn)鞲衅?7(圖7和9)被剛性地固定到腔室殼體的后部?jī)?nèi)的升降機(jī)框架上，用于確定大桶內(nèi)的樹脂液面，并確定大桶是否需要添加另外的樹脂。傳感器87確定是否樹脂需要添加或移除，以保持造型期間的造型平面。在造型期間，傳感器87確定大桶內(nèi)的樹脂液面，以便樹脂可以添加或移除，以始終保持同一液面，由此與刀片保持和映射期間獲得的距離相同的距離。Omron傳感器為閉環(huán)操作的激光二極管傳感器，即傳感器通過(guò)工作表面的激光在連續(xù)的掃描之間工作，當(dāng)達(dá)到合適的樹脂液面時(shí)傳感器關(guān)閉。
在圖16和17中表示了用于控制樹脂液面具有樹脂補(bǔ)給容器127、128、129的大桶21，所述大桶21帶有可移除的蓋141。樹脂容器127、128和129(圖16)分布保持在可傾斜的插槽133、134和135中，所述插槽133、134和135通過(guò)接合手柄136、137和138可樞轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離大桶21，以便于簡(jiǎn)化安裝和移除。每個(gè)容器127、128和129經(jīng)由快速脫開雙關(guān)閉耦合件連接到大桶21上。每個(gè)容器127、128和129具有管嘴，所述管嘴與大桶21上的相應(yīng)插槽133、134和135內(nèi)部的耦合件(兩個(gè)都沒有表示)相互配合，以便當(dāng)耦合件連接時(shí)，樹脂能夠從容器通過(guò)耦合件流入大桶21內(nèi)。
用射頻識(shí)別標(biāo)簽(RFID技術(shù))來(lái)標(biāo)識(shí)樹脂容器是有好處的，這樣可確保精確樹脂置換和避免混合不同的樹脂的代價(jià)高的錯(cuò)誤。如果樹脂不相同，操作者可以在將樹脂大桶連接到補(bǔ)給容器之前被提醒樹脂是否不相同，并因此可以確認(rèn)正確的樹脂。各管嘴模制或者將其整體形成到RFID標(biāo)簽中。每個(gè)耦合件為一個(gè)“智能耦合器”，因?yàn)樗Ｖ苹蛘哒w形成到讀出器上，以感測(cè)和傳送有關(guān)容器和其內(nèi)的樹脂的光固化立體造型系統(tǒng)的控制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，例如樹脂類型、樹脂批號(hào)、有效期、樹脂體積以及潛在的容器正在使用的大桶和光固化立體造型系統(tǒng)標(biāo)識(shí)。讀出器為接近讀出器(proximity reader)，如果在容器內(nèi)裝入了不正確的樹脂或過(guò)期的樹脂，光固化立體造型系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)會(huì)在容器管嘴經(jīng)由插槽耦合件耦合地連接到大桶上之前以報(bào)警形式警示操作者。當(dāng)大桶和光固化立體造型系統(tǒng)經(jīng)由適當(dāng)?shù)碾娎|線路連接在一起時(shí)，大桶和光固化立體造型系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)流通過(guò)數(shù)據(jù)和功率口101發(fā)生。
每個(gè)容器也可以跟蹤從容器流入大桶的樹脂的數(shù)量。兩個(gè)樹脂補(bǔ)給容器127和128在二次造型之間重新填充大桶，并通過(guò)波紋管式泵102操作，對(duì)420升容積的大桶以每分鐘供應(yīng)約一升樹脂來(lái)供給充足的行程排量。兩個(gè)Omron超聲波傳感器186和188(圖17)安裝在大桶21的壁上，以在造型之前確定樹脂是否在預(yù)定最小值和最大值之內(nèi)，并發(fā)送是否需要添加樹脂的信號(hào)。每個(gè)大桶21還具有在外壁上的RFID標(biāo)簽19，圖11和12的升降機(jī)連接吊鉤86支撐在該外壁上。所述RFID標(biāo)簽19由讀出器81讀數(shù)，讀出器將有關(guān)大桶標(biāo)識(shí)、初始樹脂量和安裝數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳送到光固化立體造型系統(tǒng)的控制計(jì)算機(jī)。
通過(guò)閥門組件131，首先從一個(gè)容器例如128經(jīng)由管路106供給樹脂，當(dāng)該容器排空時(shí)，從另一個(gè)容器例如127經(jīng)由管路107供給樹脂。根據(jù)超聲波傳感器檢測(cè)到的開始造型之前樹脂低于最低液面的信號(hào)，光固化立體造型控制計(jì)算機(jī)打開適當(dāng)?shù)拈y。補(bǔ)給的樹脂從補(bǔ)給容器通過(guò)閥門組件131經(jīng)由入口182并穿過(guò)出口184(圖17)流至波紋管式泵102，再通過(guò)補(bǔ)給管路111流至大桶21。
另一個(gè)容器129充當(dāng)貯存器，經(jīng)由進(jìn)入管路108和流出管路109，根據(jù)造型期間的漲落，通過(guò)閥門組件131中的兩路流量閥，降低或增加大桶內(nèi)的液面。光固化立體造型系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)響應(yīng)于液面?zhèn)鞲衅?7，通過(guò)指令激活雙位流量閥。傳感器87獲取每層之間的大桶內(nèi)的精確液面的讀數(shù)。樹脂凝固時(shí)會(huì)收縮。平臺(tái)和造型下降時(shí)造成樹脂的位移會(huì)影響大桶內(nèi)的樹脂液面。對(duì)控制造型期間的樹脂液面有用的泵為計(jì)量泵，例如蠕動(dòng)泵104，以輸送很小的精確控制的流體量。蠕動(dòng)泵104可以通過(guò)幾個(gè)行程，添加或移除樹脂，以便嚴(yán)密地控制大桶內(nèi)的液面。蠕動(dòng)泵可以在幾個(gè)行程之后供給大約1微米的流體體積，以提供精確的控制。
根據(jù)需要，閥門組件131也可以從大桶21通過(guò)管路110、閥門組件131、管路111、波紋管式泵102、管路113，回到大桶21，這樣循環(huán)樹脂。該循環(huán)特性有助于保持大桶21內(nèi)的樹脂的質(zhì)量，防止粘度增大。在兩次造型之間最好是通過(guò)光固化立體造型控制系統(tǒng)的軟件自動(dòng)或者由操作者啟動(dòng)上述循環(huán)操作。
如圖16所示，樹脂容器127和128已經(jīng)被移除，所示的可傾斜的插槽133和134處于傾斜的打開位置，以接收樹脂容器。在圖17中，樹脂補(bǔ)給管路111和用于波紋管式泵102的蓋已經(jīng)被移除，露出了閥門組件131上的供給配件180和波紋管式泵102上的入口182，樹脂供給管路連接到所述入口182上以供給樹脂，在順序構(gòu)造模式中在兩次造型之間重新裝滿大桶。樹脂從波紋管式泵通過(guò)出口184經(jīng)由表示在傾斜插槽134上方的部分管路111被輸送至大桶。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向?qū)τ糜趯?shí)現(xiàn)本發(fā)明的激光系統(tǒng)的論述上，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，不論在樹脂表面上還是在重新涂覆器刀片的平面上，由Omron傳感器發(fā)出的激光束的焦平面(focal plane)是一樣的。傳統(tǒng)的光束靠模銑床(profiler)系統(tǒng)使用檢測(cè)器陣列和形成高斯光束分布，其確定了光束位置和激光束的寬度。該系統(tǒng)可以利用三軸掃描儀改變光束的焦距。所述三軸掃描儀能夠自校準(zhǔn)，容許為不同的樹脂定制刀片空隙的設(shè)定值。隨時(shí)間存儲(chǔ)該信息，這會(huì)在本發(fā)明的各個(gè)系統(tǒng)中建立用于特定樹脂的數(shù)據(jù)記錄文檔庫(kù)。
典型用于光固化立體造型的這種激光系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法和設(shè)備是有好處的。利用由電流計(jì)控制的反射鏡來(lái)定位激光束的x、y掃描激光器是有益的。在圖15中以非常簡(jiǎn)略的示意圖表示了掃描系統(tǒng)100，該系統(tǒng)以預(yù)定路徑將能量施加到樹脂的工作表面112即造型平面上，以凝固物體117的一個(gè)層115。激光窗通常使激光器和電流計(jì)系統(tǒng)與受熱的處理腔室隔離。
動(dòng)態(tài)光束偏轉(zhuǎn)器可用于形成一個(gè)以上的激光束的順序路徑，以便能夠更有效地使用激光。為提高效率，單個(gè)激光器可被用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，用來(lái)對(duì)用于同時(shí)造型的兩個(gè)或兩個(gè)以上的分開的光固化立體造型腔室12、13(圖1)和電流計(jì)系統(tǒng)提供能量。當(dāng)一個(gè)腔室內(nèi)的三維物體正用一層新的樹脂重新涂覆時(shí)，可以引導(dǎo)激光在相鄰腔室實(shí)施掃描曝光，以便激光在一個(gè)造型的兩次重新涂覆之間不會(huì)閑置。
激光控制系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)地改變激光焦點(diǎn)，以便在不損失精確性的情況下生產(chǎn)較大的物體。如圖9所示，檢測(cè)器單元89位于腔室的后部并安裝在腔室升降機(jī)子組件框架92上，該檢測(cè)器單元提供了用于控制由掃描儀100(圖15)提供的并用于凝固樹脂的激光束的強(qiáng)度、焦距和光斑尺寸的信息。象Omron傳感器一樣，三軸掃描儀可用于改變激光的焦距和光斑尺寸，這樣，不論是在樹脂的中間還是在大桶的外邊緣處，造型都具有相同的質(zhì)量和精確度。
激光在樹脂表面的x、y平面中實(shí)施掃描曝光。造型一層一層地持續(xù)進(jìn)行，直到完成三維物體，升降機(jī)組件將造型支撐平臺(tái)30提升出樹脂18，并提升到工作表面112上方。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，用于所希望獲得的物體的支撐層最先被凝固。隨著橫截面層通過(guò)施加激光束被凝固，支撐平臺(tái)逐漸下降。激光使一個(gè)層凝固，升降機(jī)降低平臺(tái)提供一層新的樹脂，重新涂覆器平整樹脂，以提供單層厚度。在激光掃描曝光和重新涂覆樹脂的多個(gè)過(guò)程之后，平臺(tái)30已經(jīng)降低到樹脂18中的更大深度處，單個(gè)造型物體117已經(jīng)完成了。然后，升降機(jī)從樹脂中移出造型和平臺(tái)至卸載位置。
完成的造型和支撐平臺(tái)的自動(dòng)卸載以及第二造型的完成包括一系列的步驟。完成的造型物體117被支撐在平臺(tái)30上，并被提升以釋放如上所述的平臺(tái)閂鎖(未表示)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在造型從樹脂中提升出來(lái)之前，先停放重新涂覆器刀片42和托架44。自動(dòng)卸載車120與計(jì)算機(jī)控制器(未表示)連接，以執(zhí)行無(wú)人參與的平臺(tái)交換，通過(guò)所述平臺(tái)交換進(jìn)行第二造型。車120具有伸縮臂段123和125(從圖15可明顯看出)，分別用于支撐和傳送用于卸載造型物體117和平臺(tái)30的滴盤122以及用于為大桶供給新的平臺(tái)124。
圖15的側(cè)面剖視圖表示的是，卸載車120滾動(dòng)到與圖1中的光固化立體造型腔室的門16或17相接觸，窗口從光固化立體造型腔室被手動(dòng)移走或者擺向打開位置，放在樹脂大桶的一部分的下面。如圖1所示，門具有限定底部的一個(gè)開口的刷子，自動(dòng)卸載車的輥?zhàn)油ㄟ^(guò)該開口進(jìn)入腔室。自動(dòng)卸載車入塢與大桶相接，以便伸縮臂與大桶和升降機(jī)配合，以進(jìn)行完美的平臺(tái)交換。圖16表示了配件132和139，其可用于確保對(duì)接到樹脂大桶上。對(duì)接不是自動(dòng)的，其由操作者執(zhí)行，操作者還將車連接到用于光固化立體造型系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制器系統(tǒng)(未表示)上。腔室門16、17(圖1)上的窗口由操作者鉸接地打開或移走，以便可以進(jìn)行自動(dòng)造型的移除。
在造型結(jié)束的時(shí)候，平臺(tái)30和造型物體117被提升得足夠高，以釋放將平臺(tái)抵靠在翼片33和35以固定到叉和框架24上的閂鎖36。伸縮臂123從具有滴盤122的小車延伸，使升降機(jī)框架24放置在滴盤的上方。使升降機(jī)框架下降，滴盤和叉配置成使平臺(tái)和造型可以擱在滴盤上，框架穿越其間。使伸縮臂123縮回，從而使造型物體和平臺(tái)從腔室移除以擱在小車上。然后，升降機(jī)框架下降，接收新的平臺(tái)，閂鎖36仍然在釋放位置上。
伸縮臂125延伸，其具有置于其上的新的平臺(tái)124。接著升降機(jī)框架被提升，接合和接收該新的平臺(tái)，該伸縮臂縮回。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，將平臺(tái)固定到升降機(jī)框架上的閂鎖36直到平臺(tái)充分下降才接合，而在該方法的反向過(guò)程中將閂鎖打開。
一旦新的平臺(tái)就位并且閂鎖固定，升降機(jī)可以使新的平臺(tái)下降到樹脂大桶內(nèi)并且下降到樹脂表面以下，像上述一樣，用于確定第二造型所需要添加的樹脂量。第二造型同第一造型一樣完成，如圖15所示，提供了卸載的第一造型物體117和提升到樹脂大桶上方的平臺(tái)上的第二造型物體130。
已經(jīng)略為詳細(xì)地描述了本發(fā)明的設(shè)備，現(xiàn)在轉(zhuǎn)向?qū)μ幚聿襟E的考慮上，將描述依照本發(fā)明的用于在單個(gè)大桶中完成無(wú)人參與的造型的基本流程圖。在無(wú)人參與造型模式中，該設(shè)備構(gòu)造第一三維物體或多個(gè)三維物體，從大桶和升降機(jī)移除完成的造型，完成無(wú)人參與的第二造型。第一造型被移除之后，設(shè)備在升降機(jī)上安裝新的平臺(tái)，根據(jù)需要調(diào)整樹脂參數(shù)，完成第二造型，并從樹脂大桶移除第二造型。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在單個(gè)大桶或者在相鄰大桶中可以同時(shí)將幾個(gè)物體構(gòu)造成一個(gè)造型，下面的說(shuō)明表示了僅在一個(gè)大桶中進(jìn)行單個(gè)物體的無(wú)人參與的造型。無(wú)人參與的造型可以在其它大桶中在多桶工藝中同時(shí)進(jìn)行。
在處理開始時(shí)，操作員將執(zhí)行幾個(gè)功能。經(jīng)選擇了無(wú)人參與的造型模式之后，操作者首先需要輸入物體表現(xiàn)(objectrepresentation)，通常利用用于物體表現(xiàn)的CAD/CAM程序。然后操作者確定第一造型所需要的樹脂體積以及造型體積是否在設(shè)備的設(shè)計(jì)限度內(nèi)。例如，如果設(shè)備的容量包括最多使用20千克的樹脂來(lái)構(gòu)建部件，那么如果所選擇的物體需要更多的樹脂，操作者必須選擇另一種造型模式。如果設(shè)計(jì)容量只提供制造無(wú)人參與的第一造型，而不能提供無(wú)人參與的第二造型；那么不能使用無(wú)人參與模式。
操作者還檢查重新涂覆器刀片的安裝、停放以及不礙事，以免安裝樹脂大桶時(shí)碰到它。一旦安裝好樹脂大桶，操作者就應(yīng)該核對(duì)大桶是否正確安裝以及大桶是否容納型號(hào)正確的足夠樹脂。通常，大桶包括升降機(jī)子組件，所述升降機(jī)子組件包括升降機(jī)連接支架、升降機(jī)支撐框架和叉，以及通過(guò)閂鎖36和翼片33、35將其固定到叉上的造型平臺(tái)。整個(gè)大桶和升降機(jī)子組件滾動(dòng)進(jìn)入光固化立體造型腔室內(nèi)，與腔室升降機(jī)子組件接合。
在這一點(diǎn)或者另一個(gè)點(diǎn)處，樹脂表面和重新涂覆器刀片之間的關(guān)系在造型之前可以被映射，所得數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)以用于造型期間。一旦已確認(rèn)特定樹脂、選定樹脂的刀片空隙、以及可再現(xiàn)地控制的大桶內(nèi)的樹脂液面，那么對(duì)這些狀態(tài)的映射就可以在一段時(shí)間內(nèi)用于同一設(shè)備。
在自動(dòng)卸載車已經(jīng)滿足最初要求并且核對(duì)了無(wú)人參與的造型已被支撐之后，操作者然后安裝自動(dòng)卸載車。為安裝自動(dòng)卸載車，操作者可鉸接地打開或移除腔室門上的窗口，以使自動(dòng)卸載車的伸縮臂可以伸進(jìn)處理腔室中以取回平臺(tái)和第一造型。在腔室門關(guān)閉的情況下，操作者將自動(dòng)卸載車插入在大桶上。腔室處于受熱狀態(tài)，而且為避免干擾處理過(guò)程，腔室門保持關(guān)閉。帶輪的腳部從自動(dòng)卸載車延伸穿過(guò)腔室門的底部上的一切口進(jìn)入到腔室內(nèi)。所述切口用刷子覆蓋，以使碎屑和熱量損失減小到最低。在大桶和自動(dòng)卸載車對(duì)接時(shí)，將它們配置成相對(duì)位置保持不變，以用于自動(dòng)操作。操作者還確認(rèn)自動(dòng)卸載車連接到了用于控制自動(dòng)操作的光固化立體造型系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上。
對(duì)無(wú)人參與的造型模式來(lái)說(shuō)，操作者可能在準(zhǔn)備本發(fā)明設(shè)備的期間任一時(shí)間點(diǎn)換班。因此，系統(tǒng)的成功運(yùn)行通常需要操作者不止一次地核對(duì)關(guān)于系統(tǒng)的信息。因此，讓計(jì)算機(jī)控制來(lái)提醒操作者在第一造型開始之前核對(duì)當(dāng)?shù)谝辉煨屯瓿蓵r(shí)用于安裝的空的平臺(tái)事實(shí)上已在自動(dòng)卸載車上就位，這是有益的?；蛘撸眠m當(dāng)?shù)膫鞲衅骺赏瓿善脚_(tái)是否適當(dāng)就位的核對(duì)。
接下來(lái)，操作者使重新涂覆器組件和升降機(jī)進(jìn)入開始位置。升降機(jī)下降進(jìn)入大桶內(nèi)，并下降到剛好在樹脂的表面下面某一高度處，以便限定工作表面。重新涂覆器組件向樹脂下降，以限定腳部的底部與樹脂工作表面之間的預(yù)定刀片間隙。
此時(shí)，剛好在激光和重新涂覆器實(shí)際開始工作之前，提醒操作者核對(duì)工作參數(shù)是有益的。操作者應(yīng)該核對(duì)造型平臺(tái)實(shí)際上已被安裝在叉上。如果平臺(tái)沒有就位就開始造型，損失生產(chǎn)率和樹脂的結(jié)果是昂貴的。如果平臺(tái)沒有在升降機(jī)叉上就位，那么操作者應(yīng)當(dāng)停放重新涂覆器，將升降機(jī)提升至平臺(tái)釋放位置，然后安裝新的平臺(tái)。一旦核對(duì)了平臺(tái)的存在，那么就應(yīng)當(dāng)核對(duì)樹脂和腔室溫度。通常，持續(xù)進(jìn)行溫度控制是由計(jì)算機(jī)控制的。然而，對(duì)操作者來(lái)說(shuō)，核對(duì)啟動(dòng)造型之前的溫度是否正確是有好處的。操作者應(yīng)該還核對(duì)大桶是否具有足夠的樹脂。即使系統(tǒng)的容量對(duì)造型來(lái)說(shuō)已足夠，也應(yīng)當(dāng)檢查系統(tǒng)以核對(duì)大桶容納著樹脂以及在桶中樹脂液面處于對(duì)造型平面的細(xì)微液面控制來(lái)說(shuō)所必須的預(yù)定最小和最大液面之間。
操作者還應(yīng)該核對(duì)樹脂補(bǔ)給容器已容納了在兩次造型之間用于再次填充大桶以及在造型期間細(xì)微液面控制的足夠的樹脂。如果不足，那么系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)提醒操作者用滿的容器更換部分滿的容器，并且核對(duì)新的容器容納了與大桶中的樹脂相同的樹脂。核對(duì)樹脂相同的一個(gè)有效方法是啟動(dòng)射頻識(shí)別程序，或“RFID”程序。RFID標(biāo)簽可以包括在容器內(nèi)，以在完成與大桶的連接之前自動(dòng)識(shí)別。隨后，如果樹脂是相同的，操作者可以完成安裝。在容器和大桶上使用RFID標(biāo)簽允許進(jìn)行有關(guān)系統(tǒng)的樹脂和樹脂使用方面的數(shù)據(jù)收集，通過(guò)來(lái)自用于大桶的升降機(jī)組件上的特定RFID讀出器和用于每個(gè)容器的大桶上的智能耦合器上的各個(gè)RFID讀出器的數(shù)據(jù)流進(jìn)行所述數(shù)據(jù)收集。
如果已經(jīng)滿足了上述參數(shù)，那么造型就可以進(jìn)行了。然后，操作者應(yīng)該形成重新涂覆器真空，調(diào)整樹脂液面以及樹脂和腔室溫度。這時(shí)，樹脂液面在預(yù)選的最小和最大液面內(nèi)，液面在這些液面內(nèi)被調(diào)整到已經(jīng)選擇的造型平面的精確液面。通過(guò)用于此目的兩個(gè)樹脂補(bǔ)給容器的計(jì)量泵接口，物質(zhì)被泵送到大桶內(nèi)或從大桶排出，并響應(yīng)傳感器進(jìn)行自動(dòng)控制。
重新涂覆器刀片準(zhǔn)備工作表面以接收激光，實(shí)際的光固化立體造型現(xiàn)在可以從支撐層的制備開始。此時(shí)，不再需要操作者參與該處理過(guò)程，造型完全基于計(jì)算機(jī)控制功能進(jìn)行。通常，在每個(gè)層凝固之后，升降機(jī)將使平臺(tái)下降以接收樹脂的新涂覆，并充分地提升平臺(tái)以激光照射下一層。根據(jù)需要，樹脂液面的調(diào)整取決于由于凝固產(chǎn)生的收縮量以及平臺(tái)與物體在樹脂表面下的位移。重新涂覆器刀片掠過(guò)每層之間的表面，以準(zhǔn)備好工作表面，然后進(jìn)行造型。造型可以包括一個(gè)或多個(gè)三維物體。
一旦完成一些被制造的物體的造型，就停止造型，關(guān)上激光，然后系統(tǒng)在無(wú)操作者參與的情況下使平臺(tái)進(jìn)行交換。系統(tǒng)停放重新涂覆器組件，并避開升降機(jī)叉，以致能夠使升降機(jī)與平臺(tái)上的造型一起完全移動(dòng)到樹脂大桶外面。升降機(jī)被提升至卸載位置，在該卸載位置固定升降機(jī)平臺(tái)的閂鎖被釋放，可以從叉上移除平臺(tái)。升降機(jī)叉、造型平臺(tái)和造型現(xiàn)在的位置在大桶上方，仍然接觸叉、平臺(tái)和造型物體的沒有使用的樹脂排入大桶內(nèi)。在足夠的停留時(shí)間以提供有效排放之后，自動(dòng)卸載車移除平臺(tái)并移除完成的并且排干的造型物體。計(jì)算機(jī)控制器使一組伸縮臂在升降機(jī)叉下方從自動(dòng)卸載車延伸，以致叉可以下降，以將平臺(tái)和造型放置到自動(dòng)卸載車的伸縮臂上。排放盤通常設(shè)置在伸縮臂上，以便平臺(tái)和完成的造型物體被放置在伸縮臂上的排放盤上。伸縮臂縮回，以從升降機(jī)叉和光固化立體造型腔室移除平臺(tái)和造型物體。
第一造型從腔室移除之后，升降機(jī)使叉移動(dòng)到適當(dāng)位置上，以接收新的平臺(tái)。伸縮臂再次從自動(dòng)卸載平臺(tái)延伸。取決于自動(dòng)卸載車的結(jié)構(gòu)，該車可以具有一組或兩組伸縮臂。如果具有兩組伸縮臂，那么第一造型和平臺(tái)保持在腔室外部的適當(dāng)位置上。如果具有一組伸縮臂，那么第一造型物體再次進(jìn)入腔室和大桶上方的區(qū)域，并定位于叉的上方。升降機(jī)叉被提升，以接合新的平臺(tái)并從伸縮臂接收新的平臺(tái)，然后伸縮臂被移除，第一造型物體和平臺(tái)與自動(dòng)卸載車一起存儲(chǔ)，直到第二造型完成并且操作者返回到系統(tǒng)為止。
一旦安裝了新的平臺(tái)，系統(tǒng)回來(lái)重復(fù)前述步驟中的幾個(gè)步驟。升降機(jī)使新的平臺(tái)下降進(jìn)入樹脂，并將平臺(tái)帶到適當(dāng)液面。系統(tǒng)響應(yīng)傳感器，自動(dòng)重新裝滿大桶，調(diào)整樹脂液面和溫度，并掠過(guò)工作表面以準(zhǔn)備進(jìn)行第二造型。進(jìn)行第二造型，當(dāng)完成第二造型時(shí)，停放重新涂覆器，升降機(jī)將第二造型和平臺(tái)移除至大桶外面的上部位置。
當(dāng)操作者返回時(shí)，第一和第二造型完成，第一造型存放在腔室外部的自動(dòng)卸載車上，第二造型位于腔室內(nèi)，在大桶上方被排干，并準(zhǔn)備卸載。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在構(gòu)造物體的步驟中單個(gè)造型是類似的，根據(jù)需要可以安裝或不安裝自動(dòng)卸載車。不論在哪種情況，對(duì)單個(gè)造型來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)在第一造型之后被關(guān)閉。圖1的系統(tǒng)為雙腔室系統(tǒng)，因此利用單一激光和用于每個(gè)腔室的單獨(dú)的掃描儀和自動(dòng)卸載車可進(jìn)行兩個(gè)無(wú)人參與的造型，以在腔室外部提供兩個(gè)造型，每個(gè)車上各有一個(gè)，以及在腔室內(nèi)部提供兩個(gè)造型，每個(gè)腔室內(nèi)各有一個(gè)。
本發(fā)明還用于樹脂大桶的快速交換。樹脂車、可容易移除和更換的重新涂覆器刀片以及升降機(jī)子組件一起配合，能夠使被加熱的新的樹脂大桶得以安裝以及能夠使與樹脂接觸并被樹脂沾濕的部件交換，所有這些只占用光固化立體造型操作之間的最小停機(jī)時(shí)間。圖17表示了被移除的蓋子141(圖16)的樹脂大桶21，以表示安裝在大桶內(nèi)壁上的特征，包括在樹脂大桶被滾動(dòng)到光固化立體造型殼體中并被固定就位之前與樹脂的加熱有關(guān)的那些特征。應(yīng)當(dāng)理解，蓋子141在加熱期間通常就位在大桶21頂部，當(dāng)大桶被裝入到光固化立體造型殼體時(shí)被移除。蓋子141在加熱樹脂中起到保持大桶內(nèi)的熱量的重要作用。
在圖17的大桶21內(nèi)部表示有沿其壁安裝的熱敏電阻190，其用于確定樹脂工作表面附近的樹脂溫度。工作表面應(yīng)當(dāng)維持在特定樹脂的所希望的設(shè)定點(diǎn)附近的穩(wěn)定溫度下。第二熱敏電阻位于小蓋子192后面的大桶底部中心上，用于指示大桶底部的樹脂溫度，其中樹脂在該底部被加熱。熱敏電阻192直接指示大桶底部的壁溫度，并指示樹脂達(dá)到的最高溫度，以免使樹脂過(guò)熱和熱降解。熱敏電阻190和192通過(guò)輸入/輸出接頭101(圖17和18)電連接到用于光固化立體造型系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制器上，向用于控制給樹脂加熱的控制器提供溫度數(shù)據(jù)，保持樹脂的工作表面在所希望的設(shè)定點(diǎn)，并避免使樹脂過(guò)熱。
圖19表示了隨時(shí)間變化的工作表面處和加熱樹脂的樹脂大桶的底部處的樹脂溫度的圖示關(guān)系。對(duì)關(guān)于圖19所選用的樹脂來(lái)說(shuō)，樹脂被加熱的最大溫度，即鄰近大桶底部的溫度是45攝氏度，該峰值溫度可以保持至少4個(gè)小時(shí)，而不會(huì)損害樹脂。以這種方式施加到樹脂的峰值熱量使達(dá)到工作表面的設(shè)定點(diǎn)所需要的時(shí)間最小。對(duì)關(guān)于圖19所選擇的樹脂來(lái)說(shuō)，可以在7小時(shí)內(nèi)達(dá)到設(shè)定點(diǎn)溫度，偏差程度為1度。正如圖19所示，名義上在5小時(shí)內(nèi)達(dá)到設(shè)定點(diǎn)，誤差在一度之內(nèi)。最初加熱周期之后，為了使箱體底部的樹脂保持在加熱狀態(tài)從而使工作表面溫度保持在與設(shè)定點(diǎn)相差一度的范圍之內(nèi)，最大穩(wěn)定狀態(tài)的溫度為34度。因此，樹脂可以容易地在前一天的晚上或在前一次造型期間被加熱到工作溫度，然后，可以預(yù)料將需要新的樹脂大桶。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，最大峰值和設(shè)定點(diǎn)溫度可以隨樹脂的不同而不同。
通過(guò)硅酮毯(silicone blanket)加熱器194和196加熱樹脂，所述硅酮毯加熱器194和196封裝有電阻絲，通過(guò)粘合劑安裝在大桶的外壁上，且通常安裝到底壁上。根據(jù)需要，附加的毯加熱器可以安裝到豎直側(cè)壁上，與之相關(guān)的熱敏電阻希望位于鄰近這些加熱器的中心上。毯加熱器通過(guò)電線和位于面板198后面的溫度控制器連接到電氣輸入/輸出接頭101上。當(dāng)大桶安裝在光固化立體造型殼體內(nèi)時(shí)，以及為了在大桶裝入殼體之前將樹脂加熱到穩(wěn)定狀態(tài)，毯加熱器通過(guò)輸入/輸出接頭101連接和操作。一旦安裝好，可以在殼體內(nèi)以非紊流和層流的方式供給熱風(fēng)，繞大桶的底部以及穿過(guò)大桶的敞開表面的頂部流動(dòng)，以使樹脂的工作表面保持在精確的溫度下，消除激光的溫度效應(yīng)。
一旦造型過(guò)程已經(jīng)完成，就從殼體移除完成的造型和平臺(tái)。包括叉的大桶升降機(jī)子組件下降退回到已用過(guò)的大桶中，以使已用過(guò)的大桶和沾濕的升降機(jī)部件可以從殼體移除。在如圖15所示的順序造型模式中，車120和造型117被移走且不與殼體接觸，然后第二造型130和與之相關(guān)的平臺(tái)124就可以移除了。然后，升降機(jī)子組件22(圖2)下降退回到大桶中，以便與大桶一起移出。升降機(jī)下降到圖12所示的位置。閂鎖吊鉤86以與結(jié)合圖8所描述的安裝大桶的過(guò)程相反的過(guò)程釋放桿84。然后，操作者將已用過(guò)的大桶20從光固化立體造型殼體滾動(dòng)出來(lái)，其中，大桶可以被清潔，并恢復(fù)原狀用于重新裝滿樹脂以再次使用。
同時(shí)，具有已安裝的自己專用的大桶升降機(jī)子組件的新的樹脂大桶21在完成前一次造型期間已經(jīng)加熱到所希望的設(shè)定點(diǎn)，為立即裝入殼體做好準(zhǔn)備。操作者移除沾濕的重新涂覆器刀片并安裝一個(gè)新的重新涂覆器刀片。操作者從大桶21移除蓋(圖16)，切斷連接到大桶的用于預(yù)熱的電連接101，并將新的大桶滾動(dòng)進(jìn)入殼體內(nèi)的合適位置上，以類似于圖11-14所示的方式將專用的大桶升降機(jī)子組件連接到殼體升降機(jī)子組件上。通常，該新的大桶中的樹脂為另一種樹脂，不過(guò)在新的大桶中也可以使用與前面使用的樹脂相同的樹脂。然后，如上所述重復(fù)造型過(guò)程。整個(gè)大桶更換順序可以在10分鐘或更少的時(shí)間內(nèi)完成。
對(duì)本發(fā)明涉及的領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，根據(jù)前述說(shuō)明書以及與之相關(guān)的附圖中存在的教導(dǎo)，可以想出對(duì)在此闡述的本發(fā)明的許多改進(jìn)和其他實(shí)施例。所以，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不局限于所公開的具體實(shí)施例，許多改進(jìn)和其它實(shí)施例應(yīng)該包括所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。雖然在此采用了專用術(shù)語(yǔ)，但是它們只是用于一般的和描述性的意義，不作為限制目的。所引用的所有專利申請(qǐng)、專利及其他出版物引入在此作為參考。
權(quán)利要求
1.一種在光固化立體造型設(shè)備中用于容納液態(tài)樹脂的大桶，所述大桶包括a)用于所述樹脂的接收器；b)用于加熱所述樹脂的至少一個(gè)加熱元件，所述加熱元件可操作地連接到所述接收器上；c)可操作地連接到所述接收器的一個(gè)或一個(gè)以上的熱響應(yīng)元件，用于指示所述加熱元件附近的樹脂溫度和樹脂工作表面的溫度；d)向響應(yīng)所述熱響應(yīng)元件的控制器傳遞數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)端口；和e)用于所述加熱元件響應(yīng)控制器對(duì)樹脂施加熱量而接收功率的功率端口。
2.如權(quán)利要求1所述的大桶，其中所述至少一個(gè)加熱元件位于所述接收器的底部外壁上，通過(guò)接收器壁向樹脂供熱。
3.如權(quán)利要求1所述的大桶，其中所述至少一個(gè)加熱元件包括嵌入到硅酮基體中的電阻絲。
4.如權(quán)利要求1所述的大桶，其中所述熱響應(yīng)元件包括熱敏電阻。
5.如權(quán)利要求4所述的大桶，其包括兩個(gè)熱敏電阻，一個(gè)熱敏電阻位于所述至少一個(gè)加熱元件附近，另一個(gè)位于所述接收器的內(nèi)側(cè)上部附近。
6.如權(quán)利要求1所述的大桶，還包括在操作上與大桶相關(guān)的升降機(jī)子組件以支撐光固化立體造型平臺(tái)，所述大桶升降機(jī)子組件適于可升降地連接到光固化立體造型腔室中的升降機(jī)子組件上以及可移除地從光固化立體造型腔室中的升降機(jī)子組件上釋放，由此所述這些子組件連接以提升和下降造型平臺(tái)并釋放以移除所述大桶和所述大桶升降機(jī)子組件。
7.如權(quán)利要求1所述的大桶，其中所述數(shù)據(jù)端口和功率端口包括單個(gè)端口。
8.如權(quán)利要求1所述的大桶，其還可移除地插入光固化立體造型設(shè)備中的腔室內(nèi)，激光束掃描所述腔室內(nèi)的液態(tài)樹脂的工作表面，所述加熱元件在大桶插入腔室之前加熱所述液態(tài)樹脂。
9.一種光固化立體造型設(shè)備，其包括a)殼體，所述殼體具有至少一個(gè)限定光固化立體造型腔室的內(nèi)部框架；b)用于液態(tài)樹脂的大桶，其適于被接納在所述腔室內(nèi)，并適于可釋放地與所述腔室對(duì)齊并軸向固定，所述大桶包括用于樹脂的接收器、可操作地連接到所述接收器上的用于加熱所述樹脂的至少一個(gè)加熱元件以及可操作地連接到所述接收器的一個(gè)或一個(gè)以上的熱響應(yīng)元件，該熱響應(yīng)元件用于指示所述加熱元件附近的樹脂溫度和樹脂工作表面的溫度；c)可操作地連接到所述殼體、用于在所述腔室內(nèi)供給能量的激光，所述激光用于根據(jù)預(yù)定的物體表現(xiàn)一層一層地使樹脂凝固；d)用于支撐凝固樹脂層的造型平臺(tái)，所述平臺(tái)適于安裝在樹脂表面下的所述大桶之內(nèi)；e)升降機(jī)，所述升降機(jī)可移動(dòng)地固定到所述框架上并水平地延伸進(jìn)入所述腔室，以可釋放地將所述造型平臺(tái)固定到所述升降機(jī)上，以及在所述大桶內(nèi)提升和下降所述平臺(tái)以每次暴露單層厚度的樹脂，所述升降機(jī)包括第一升降機(jī)子組件和第二升降機(jī)子組件，所述第一子組件可操作地與大桶相關(guān)聯(lián)，以便與大桶一起裝入腔室，所述第二子組件固定在光固化立體造型腔室內(nèi)，用于可釋放地接合所述第一子組件；f)重新涂覆器托架，其可移動(dòng)地固定到所述框架上，用于豎直移動(dòng)和在樹脂表面上水平地移動(dòng)；g)重新涂覆器，其可釋放地固定到所述托架上；和h)控制器，其可操作地連接到所述大桶、激光器、升降機(jī)和重新涂覆器托架上，從而控制所述光固化立體造型設(shè)備的操作，由此所述重新涂覆器以及所述第一升降機(jī)子組件和大桶可以被移除，并更換為新的重新涂覆器、第一升降機(jī)子組件和大桶，以使停機(jī)時(shí)間減少到最小。
10.一種用于光固化立體造型的方法，借助該方法，通過(guò)在樹脂表面上施加激光能量根據(jù)預(yù)定程序的控制器一層一層地構(gòu)造物體，由大桶內(nèi)的液態(tài)樹脂生產(chǎn)三維物體，所述方法包括響應(yīng)既定程序的控制器，在大桶引入光固化立體造型腔室之前，將大桶內(nèi)的樹脂的工作表面溫度控制在工作表面的設(shè)定點(diǎn)附近。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中響應(yīng)預(yù)定程序的控制器控制樹脂溫度的步驟包括向控制器傳送關(guān)于樹脂溫度的數(shù)據(jù)以及響應(yīng)該控制器向樹脂供熱。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括將已用過(guò)的樹脂大桶快速更換為權(quán)利要求9的在腔室外部加熱的大桶的步驟。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括步驟加熱權(quán)利要求10所述的大桶中的樹脂的工作表面，將重新涂覆器停放在腔室內(nèi)，從腔室中一起撤回已用過(guò)的大桶和沾濕的升降機(jī)部件，安裝新的重新涂覆器刀片，以及一起安裝帶有加熱的樹脂的大桶和新的升降機(jī)部件以更換移除的已用過(guò)的樹脂大桶和沾濕的升降機(jī)部件。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中加熱樹脂的工作表面至設(shè)定點(diǎn)溫度的步驟包括，加熱樹脂至最大峰值溫度并持續(xù)一段預(yù)定的時(shí)間，該時(shí)間足夠能將樹脂的工作表面溫度升高到設(shè)定點(diǎn)溫度的1攝氏度的范圍之內(nèi)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中樹脂被加熱到低于最大峰值溫度的控制溫度，以保持樹脂的穩(wěn)態(tài)溫度，該穩(wěn)態(tài)溫度足夠能使樹脂的工作表面保持在設(shè)定點(diǎn)溫度附近。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中在足夠使工作表面加熱到設(shè)定點(diǎn)附近的時(shí)間段內(nèi)最大峰值溫度小于樹脂熱降解的溫度。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中足夠使工作表面的溫度升高到設(shè)定點(diǎn)附近的時(shí)間段小于在最大峰值溫度下熱降解樹脂的時(shí)間段。
全文摘要
一種光固化立體造型設(shè)備，其具有帶有計(jì)算機(jī)控制的加熱元件的樹脂大桶，所述加熱元件響應(yīng)于熱敏電阻，用于控制樹脂大桶的預(yù)熱；用于支撐和可釋放地保持造型平臺(tái)的升降機(jī)組件，所述造型平臺(tái)可移除地連接到光固化立體造型設(shè)備框架上，以便支撐造型平臺(tái)的升降機(jī)叉可以釋放到大桶中，并與大桶一起從光固化立體造型設(shè)備中移除；以及重新涂覆器刀片，所述重新涂覆器刀片可以用手移除和精確地安裝，由此提供了所有沾濕的部件可以快速高效地移除和安裝，能夠?qū)⒂眠^(guò)的樹脂快速更換成新的樹脂，并且使光固化立體造型操作之間的設(shè)備停機(jī)時(shí)間減到最小。
文檔編號(hào)B29C41/52GK1974185SQ20061013216
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月29日
發(fā)明者D·F·亨特, G·L·雷諾茲, B·瓦爾斯特龍 申請(qǐng)人:3D系統(tǒng)公司