結(jié)構(gòu)體及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】為了提供新穎形狀的結(jié)構(gòu)體和其生產(chǎn)方法，該結(jié)構(gòu)體設(shè)置有壁、第一開口區(qū)域和多個第二開口區(qū)域。第一開口區(qū)域具有第一開口表面面積并且由所述壁環(huán)繞形成。多個第二開口區(qū)域被設(shè)置在壁中以形成有規(guī)則的線并具有小于第一開口表面面積的第二開口表面面積。
【專利說明】結(jié)構(gòu)體及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)體及生產(chǎn)結(jié)構(gòu)體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在專利文件I中所述的立體光印刷對象(stereolithography object)被用作要設(shè)計的物件的三維模型。在該三維模型中，與設(shè)計物件的較厚部分相對應的部分以中空形狀形成。中空部分的內(nèi)部被形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。這會減少取決于三維模型的部位的強度的變化(例如，見專利文件I的說明書中的段落[0020])。
[0003]專利文件1:日本專利申請公開第2002-347125號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]通過本發(fā)明要解決的問題
[0005]作為結(jié)構(gòu)體，需要實現(xiàn)新穎形狀的結(jié)構(gòu)體。
[0006]鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供新穎形狀的結(jié)構(gòu)體及生產(chǎn)該結(jié)構(gòu)體的方法。
[0007]用于解決問題的手段
[0008]為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)體包括壁部(wall portion)、第一開口區(qū)域和第二開口區(qū)域。
[0009]所述第一開口區(qū)域具有第一孔徑面積并且通過壁部環(huán)繞形成。
[0010]多個第二開口區(qū)域被設(shè)置為使得在壁部中有規(guī)則地排列，每個所述第二開口區(qū)域均具有小于第一孔徑面積的第二孔徑面積。
[0011]在環(huán)繞第一開口區(qū)域的壁部中，提供具有比第一孔徑面積小的第二孔徑面積的第二開口區(qū)域，并且從而可以提供新穎形狀的結(jié)構(gòu)體。
[0012]該結(jié)構(gòu)體可以進一步包括一些第三開口區(qū)域。所述第三開口區(qū)域形成第二開口區(qū)域。所述第三開口區(qū)域被設(shè)置為使得在第二開口區(qū)域周圍在壁部中有規(guī)則地排列。所述第三開口區(qū)域具有比第二孔徑面積小的第三孔徑面積。由于在壁部中設(shè)置有第二開口區(qū)域和第三開口區(qū)域，能夠盡可能多地提高孔徑比。
[0013]第一開口區(qū)域和多個第二開口區(qū)域可以均在同一方向上開口。進一步地，所述第一開口區(qū)域、多個第二開口區(qū)域和多個第三開口區(qū)域可以均在同一方向上開口。
[0014]所述結(jié)構(gòu)體可以具有自相似形狀。換句話說，結(jié)構(gòu)體的形狀本身可以和壁部的形狀相同，結(jié)構(gòu)體的尺寸比壁部尺寸大。
[0015]至少第一開口區(qū)域可以是蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的布置和形狀。這能夠提高結(jié)構(gòu)體的強度。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)體的方法為將通過能量射束的能量可固化的材料供給至供給區(qū)域。
[0017]用能量射束照射被供給至供給區(qū)域的材料的所有區(qū)域中的所選區(qū)域。
[0018]通過能量射束的照射，形成結(jié)構(gòu)體，其包括壁部、通過壁部環(huán)繞形成的具有第一孔徑面積的第一開口區(qū)域、以及被設(shè)置為使得在壁部中有規(guī)則地排列的多個第二開口區(qū)域，每個第二開口區(qū)域均具有比第一孔徑面積小的第二孔徑面積。
[0019]所述結(jié)構(gòu)體可以通過使用包括臺架(stage)和調(diào)節(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體形成裝置以下列方式來形成。該調(diào)節(jié)構(gòu)件具有包括沿第一區(qū)域延伸的線性區(qū)域的表面。該調(diào)節(jié)構(gòu)件面對臺架被設(shè)置使得表面的線性區(qū)域與臺架最接近。
[0020]在材料的供給中，材料被供給至線性區(qū)域與設(shè)置臺架的一側(cè)的區(qū)域之間的狹縫區(qū)域。
[0021]生產(chǎn)所述結(jié)構(gòu)體的方法進一步可沿不同于第一方向的第二方向相對地移動調(diào)節(jié)構(gòu)件和臺架，從而形成至少一層的材料的固化層。
[0022]本發(fā)明的效果
[0023]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供新穎形狀的結(jié)構(gòu)體。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1A和圖1B是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的結(jié)構(gòu)體的平面圖。
[0025]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的結(jié)構(gòu)體的平面圖。
[0026]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的結(jié)構(gòu)體的平面圖。
[0027]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的結(jié)構(gòu)體的平面圖。
[0028]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的結(jié)構(gòu)體形成裝置的側(cè)視圖。
[0029]圖6是示出從Z軸觀看的結(jié)構(gòu)體形成裝置的側(cè)視圖。
[0030]圖7是示出結(jié)構(gòu)體形成裝置的示意性側(cè)視圖；以及是示出其控制系統(tǒng)的配置的框圖。
[0031]圖8是示出調(diào)節(jié)構(gòu)件的放大圖的示圖。
[0032]圖9A至圖9C是按順序示出結(jié)構(gòu)體形成裝置的操作的示圖。
[0033]圖1OA至圖1OD是示出在調(diào)節(jié)構(gòu)件和臺架之間的區(qū)域在操作時的放大圖的示圖。
【具體實施方式】
[0034]在下文中，參考附圖，會描述本發(fā)明的一些實施方式。
[0035][結(jié)構(gòu)體的第一實施方式]
[0036]圖1A是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的結(jié)構(gòu)體的平面圖。
[0037]該結(jié)構(gòu)體10是二維擴展(片狀或膜狀)結(jié)構(gòu)體，其在厚度方向(垂直于圖1A平面的方向)上通常具有相對薄的均勻厚度。結(jié)構(gòu)體10在其厚度方向上形成為均勻形狀。
[0038]圖1B是示出結(jié)構(gòu)體10的放大圖的示圖。結(jié)構(gòu)體10包括壁部36、通過壁部36環(huán)繞形成的第一開口區(qū)域31、以及設(shè)置在壁部36中的多個第二開口區(qū)域32。這些第一開口區(qū)域31和第二開口區(qū)域和32被設(shè)置為使得有規(guī)則地排列。壁部36通過規(guī)則排列的開口區(qū)域32的集合形成。
[0039]這些開口區(qū)域31和32開口的方向(開口端的平面的斜度)均在在垂直于圖1A和圖1B的平面的方向上，它們的方向相同。
[0040]術(shù)語“在同一方向開口”意味著開口的方向大體相同。這意味著開口的方向被排列為與結(jié)構(gòu)體的設(shè)計人“期望的”的方向匹配。因此，例如，即使一個開口區(qū)域開口的方向偏移多個開口區(qū)域的其他區(qū)域設(shè)計人不期望的嚴格小的角度(例如，開口端的其平面偏移該圖的平面一很小的角度)，但這些方向大體相同。
[0041]每一組開口區(qū)域31和32的規(guī)則排列的形式可不同。然而，至少有一個條件:開口區(qū)域31 (和32)的節(jié)距是固定的。
[0042]第二開口區(qū)域32的孔徑面積(第二孔徑面積)被形成為小于第一開口區(qū)域31的孔徑面積(第一孔徑面積)。第一開口區(qū)域31是蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的布置和形狀。第二開口區(qū)域32也是蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的布置和形狀。第二開口區(qū)域32的孔徑平面的形狀為正六邊形。第一開口區(qū)域31的孔徑平面的形狀為近似正六邊形(特別地，星號(*)形狀)。
[0043]該結(jié)構(gòu)體10具有自相似形狀(碎片形狀,fractal shape)。也就是說,特定單元結(jié)構(gòu)體(在這種情況下，為最小正六邊形的第二開口區(qū)域32)的集合形成相對單元結(jié)構(gòu)體來說尺寸更大但形狀相似的結(jié)構(gòu)體。在這種情況下，預定數(shù)目的第二開口區(qū)域32有規(guī)則地排列組合，并且因此形成與第二開口區(qū)域32的形狀大體相似的第一開口區(qū)域31。
[0044][結(jié)構(gòu)體的第二實施方式]
[0045]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的結(jié)構(gòu)體的平面圖。
[0046]該結(jié)構(gòu)體110包括壁部136、通過壁部136環(huán)繞形成的多個第一開口區(qū)域137、被設(shè)置在壁部136中的多個第二開口區(qū)域138以及形成這些第二開口區(qū)域138 (的壁)的多個第三開口區(qū)域139。第一開口區(qū)域137具有大體近似的正六邊形形狀。
[0047]該結(jié)構(gòu)體110具有根據(jù)上述第一實施方式的結(jié)構(gòu)體10的自相似形狀。也就是說，結(jié)構(gòu)體10本身(在圖1示出)形成結(jié)構(gòu)體110的壁部136 (在圖2示出)。換句話說，當單元結(jié)構(gòu)體是如圖1A示出的虛線環(huán)繞的部分IOA時，結(jié)構(gòu)體110是通過單元結(jié)構(gòu)體IOA形成更大的開口區(qū)域(在圖2示出的第一開口區(qū)域137)所獲得的結(jié)構(gòu)體。
[0048]這些開口區(qū)域137、138以及139開口的方向均是與圖2的平面垂直的方向，它們?yōu)橥环较颉?br> [0049]如上所述，通過結(jié)構(gòu)體110具有自相似的形狀，可實現(xiàn)具有無數(shù)種形狀的結(jié)構(gòu)體。例如，通過使用圖2示出的結(jié)構(gòu)體110作為壁部136，能夠形成由壁部136環(huán)繞的多個開口區(qū)域。
[0050][結(jié)構(gòu)體的第三實施方式]
[0051]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的結(jié)構(gòu)體的平面圖。在下文的描述中，會簡化或省略與圖1和圖2示出的實施方式的結(jié)構(gòu)體10和110相同的部分，并且會主要描述不同點。
[0052]圖3示出的結(jié)構(gòu)體20包括形成第一開口區(qū)域41的壁部43。壁部43通過多個第二開口區(qū)域42形成。結(jié)構(gòu)體10 (見圖1)和結(jié)構(gòu)體20之間的不同在于，形成結(jié)構(gòu)體20的一個第一開口區(qū)域41的第二開口區(qū)域42的數(shù)量不同于形成結(jié)構(gòu)體10的一個第一開口區(qū)域的第二開口區(qū)域的數(shù)量。
[0053][結(jié)構(gòu)體的第四實施方式]
[0054]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式結(jié)構(gòu)體的平面圖。
[0055]結(jié)構(gòu)體120包括第一開口區(qū)域141，多個第二開口區(qū)域142，以及由壁部146環(huán)繞的多個第三開口區(qū)域143。壁部146由根據(jù)上述第三實施方式的結(jié)構(gòu)體20形成。也就是說，結(jié)構(gòu)體120具有結(jié)構(gòu)體20的自相似形狀。[0056][結(jié)構(gòu)體的應用例]
[0057]在下文中，會分別描述上述實施方式的結(jié)構(gòu)體10、110、20和120的一些應用例。
[0058]這些結(jié)構(gòu)體可作為過濾器使用。
[0059]通常，如果過濾器的孔徑比增大，過濾器的孔徑面積增大。因此，形成過濾器的開口的部位的厚度變薄，并降低過濾器的強度。相反地，如果減小過濾器的孔徑比以增大壁的厚度，其會降低穿過過濾器的液體的流速。也就是說，會增大壓力損耗。
[0060]當本發(fā)明的結(jié)構(gòu)體用作過濾器時，孔徑比會較大，并且因此這種結(jié)構(gòu)體的構(gòu)造可提聞材料的每個單位大小的表面面積。
[0061]特別地，通過在壁部中設(shè)置的開口區(qū)域，可抑制穿過過濾器的液體流速降低(壓力損耗低)，同時提供高強度。特別地，通過使用蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，能夠獲得足夠的強度和硬度。
[0062]而且，例如，在圖2和圖4示出的結(jié)構(gòu)體110和120中，即使形成單個的第三開口區(qū)域139和143的部分或全部的邊損壞，形成單個的第二開口區(qū)域138和142的壁作為整體不會損壞。因此，維持過濾器的期望性能是多余的。
[0063]根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)體可具有例如通過電鍍形成在其表面上的涂覆膜。電鍍可以是任何種類，諸如金屬電鍍和樹脂電鍍。例如，通過使結(jié)構(gòu)體經(jīng)受電鍍，可給予結(jié)構(gòu)體不同的性能，例如疏水性(如氟材料)、親水性(如硅材料和氧化鈦材料)、防污性能(如鈦材料和碳材料)以及耐熱性(如鎳、鉻和鈦)。
[0064]例如，通過使結(jié)構(gòu)體經(jīng)受金屬電鍍，隨后使其進行樹脂電鍍，使得結(jié)構(gòu)體被用作金屬纖維增強塑料材料。
[0065][生產(chǎn)結(jié)構(gòu)體的方法]
[0066]圖1至圖4示出的結(jié)構(gòu)體10、110、20和120通過例如建模裝置(modelingapparatus)的方法形成。
[0067]建模裝置基于預期結(jié)構(gòu)體的三維設(shè)計數(shù)據(jù)，在已被供給材料的所有區(qū)域中，用能量射束照射所選區(qū)域。供給材料從而部分固化。因此，可形成任何形狀的結(jié)構(gòu)體。
[0068]能量射束的典型實例是光，并且特別地，可使用紫外線。在這種情況下，紫外線固化樹脂可被作為材料采用。能量射束不限于紫外線而可以是紅外線、可見光、電子束、超聲波等。紅外線、超聲波等可在以相對低的建模精度形成成形對象的情況下采用。當光照時，通?？墒褂眉す庹丈洹?br> [0069]然而，通過使用下文描述的建模裝置(結(jié)構(gòu)體形成裝置)，可形成在實際速度和成本方面具有高精度的結(jié)構(gòu)體。
[0070](結(jié)構(gòu)體形成裝置)
[0071]在下文中，將描述結(jié)構(gòu)體形成裝置。這種結(jié)構(gòu)體形成裝置基本上采用建模裝置的原理。通過結(jié)構(gòu)體形成裝置形成的結(jié)構(gòu)體不僅可作為模型使用，還可作為實際產(chǎn)品使用。
[0072](結(jié)構(gòu)體形成裝置的配置)
[0073]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的結(jié)構(gòu)體形成裝置的側(cè)視圖。圖6是示出從Z軸觀看的結(jié)構(gòu)體形成裝置的側(cè)視圖。圖7是示出結(jié)構(gòu)體形成裝置的示意性側(cè)視圖；以及是示出其控制系統(tǒng)的配置的框圖。示圖中的X、Y和Z軸是三個相互正交的軸。
[0074]結(jié)構(gòu)體形成裝置100包括底座11、在底座11上垂直設(shè)置的Y軸移動機構(gòu)(movement mechanism) 13、連接到Y(jié)軸移動機構(gòu)13的Z軸移動機構(gòu)15以及連接到Z軸移動機構(gòu)15的臺架14。結(jié)構(gòu)體形成裝置100進一步包括照射單元17，其發(fā)射例如如紫外線的激光作為能量射束至臺架14。結(jié)構(gòu)體形成裝置100進一步包括面向臺架14配置的調(diào)節(jié)構(gòu)件12 ;以及進料噴嘴16，其將通過激光可固化的諸如紫外線固化樹脂的材料供給至臺架14和調(diào)節(jié)構(gòu)件12之間的空間。
[0075]Y軸移動機構(gòu)13具有Y軸移動馬達(movement motor)131 (見圖7)、在底座11上垂直設(shè)置的支撐柱134、在支撐柱134上各自沿Y軸方向(第二方向)放置的導軌132以及沿導軌132可通過Y軸移動馬達131而移動并連接到導軌132的可移動底座133。
[0076]Z軸移動機構(gòu)15具有Z軸移動馬達151 (見圖7)并被配置為能夠在Z軸方向上移動臺架14。臺架14被形成為例如如圖6所示的圓形形狀，而其可以是正方形或其他形狀。通過Y軸移動機構(gòu)13和Z軸移動機構(gòu)15，臺架14可沿Y軸和Z軸方向移動。Z軸移動機構(gòu)15控制臺架14的表面14a和調(diào)節(jié)構(gòu)件12的表面12a的特定區(qū)域(稍后會描述的線性區(qū)域Al)之間的距離，該特定區(qū)域是表面12a中最接近臺架14的區(qū)域。Y軸移動機構(gòu)13和Z軸移動機構(gòu)15起“移動機構(gòu)”的作用。
[0077]調(diào)節(jié)構(gòu)件12調(diào)節(jié)從進料噴嘴16供給至臺架14的表面14a的材料沿Z軸方向的厚度。圖8是示出調(diào)節(jié)構(gòu)件12的放大圖的示圖。調(diào)節(jié)構(gòu)件12具有圓柱形狀的一部分的形狀(柱面透鏡形狀)。也就是說，調(diào)節(jié)構(gòu)件12面對臺架14的表面12a為曲面，該曲面被形成為柱面。
[0078]如圖6所示，調(diào)節(jié)構(gòu)件12沿特定方向(Z軸方向)形成為較長的形狀。調(diào)節(jié)構(gòu)件12通過固定件21附接至一些支撐柱19。固定件21具有沿X軸方向(第一方向)在其中形成的狹縫21a。來自照射單元17的激光穿過該狹縫21a入射在調(diào)節(jié)構(gòu)件12上。
[0079]調(diào)節(jié)構(gòu)件12可以由玻璃、丙烯酸或其他透明材料形成。調(diào)節(jié)構(gòu)件12可以是以預定的透射率透過能量射束的任何材料。調(diào)節(jié)構(gòu)件12的表面12a可以具有在其上涂覆的以便增加材料的接觸角的膜，即，疏水性膜(如氟等)。
[0080]如圖8所示，臺架14被使得由Z軸移動機構(gòu)15定位，以便在臺架14和調(diào)節(jié)構(gòu)件12的表面12a之間形成狹縫區(qū)域S。狹縫區(qū)域S通過臺架14的表面14a面對沿X軸方向延伸的線性區(qū)域Al形成，該線性區(qū)域Al是調(diào)節(jié)構(gòu)件12的表面12a中離臺架14最近的部分。該線性區(qū)域Al是調(diào)節(jié)構(gòu)件12的表面12a的一部分。
[0081]該線性區(qū)域Al在Y軸方向上的寬度是0.1mm到1mm。而且，從照射單元17照射的激光的光斑直徑(稍后會描述)是從Iym到ΙΟΟμπι。然而，該線性區(qū)域Al的寬度和光斑直徑可根據(jù)調(diào)節(jié)構(gòu)件12的尺寸、成形物體(結(jié)構(gòu)體)的尺寸、建模精度等而適當改變，并且可以是這些范圍之外的值。
[0082]進料噴嘴16沿X軸方向具有細長形狀。進料噴嘴16設(shè)置在調(diào)節(jié)構(gòu)件12的上方，并且經(jīng)由支撐構(gòu)件通過例如圖中未示出的部件連接到支撐柱19。作為進料噴嘴16，其可采用沿其縱向方向具有多個孔(未示出)的類型的噴嘴用于排放光固化材料R (見圖8)?？商鎿Q地，可以采用沿其縱向具有狹縫的狹縫涂敷式噴嘴(slit coat type nozzle)作為進料噴嘴16。
[0083]例如，用于將光固化材料R引入進料噴嘴16的部件(例如圖中未示出的泵、管道和開關(guān)閥)連接至進料噴嘴16。
[0084]如圖5所示，照射單元17包括激光源171以及使從激光源171發(fā)射的激光的束斑變窄的物鏡172。這些激光源171以及物鏡172通過支持物(未示出)整體支撐。物鏡172經(jīng)由調(diào)節(jié)構(gòu)件12聚焦在狹縫區(qū)中S或者包括狹縫區(qū)S和其附近區(qū)域的區(qū)域中的光固化材料R上。也就是說，物鏡172被布置在在激光的光軸上的位置處，在該位置，其焦點至于與狹縫區(qū)域S中的光固化材料R —致。在從照射單元17發(fā)射的激光是紫外線的情況下，紫外線固化樹脂可作為光固化材料R采用。
[0085]進一步地，上述“移動機構(gòu)”包括裝備有X軸移動馬達181 (見圖7)以沿X軸方向隨其整體移動照射單元17的X軸移動機構(gòu)(掃描機構(gòu))18。通過X軸移動機構(gòu)18，照射單元17可用從激光源171發(fā)射的激光沿X軸方向進行掃描。
[0086]多邊形掃描儀或電流計掃描儀也可作為X軸移動機構(gòu)使用。
[0087]固定件21的狹縫21a沿X軸方向被形成為長形。因此，當用激光掃描時，X軸移動機構(gòu)18可使激光穿過狹縫21a進入調(diào)節(jié)構(gòu)件12。
[0088]Z軸移動機構(gòu)15、Y軸移動機構(gòu)13以及X軸移動機構(gòu)18可通過(例如)滾珠螺桿傳動機構(gòu)、齒條齒輪傳動機構(gòu)、皮帶傳動機構(gòu)或其他機構(gòu)來實現(xiàn)。
[0089]在底座11上和臺架14下方的位置處有廢料槽5。廢料槽5被使得能夠接收從進料噴嘴16排放的流下臺架14的過剩的光固化材料等。
[0090]附帶地，已經(jīng)設(shè)置兩個支撐柱134和兩個支撐柱19 (見圖6)。然而，這些支撐柱可被設(shè)置為一個支撐柱134和一個支撐柱19，每一個支撐住大體被放置在底座11的X軸方向上的中心中。
[0091]如圖7所示,結(jié)構(gòu)體形成裝置100包括控制Z軸移動馬達151傳動的Z軸移動馬達控制器28，控制Y軸移動馬達131傳動的Y軸移動馬達控制器27，以及控制X軸移動馬達181傳動的X軸移動馬達控制器25。結(jié)構(gòu)體形成裝置100進一步包括控制從激光源171發(fā)射的激光功率的激光功率控制器26。各個控制器25至28的操作通過主機計算機50整體地被控制。盡管雖然未示出，結(jié)構(gòu)體形成裝置100進一步包括用于驅(qū)動連接到進料噴嘴16的泵和開關(guān)閥的控制器。
[0092]計算機50包括CPU (中央處理單元)、RAM (隨機存儲器)、ROM (只讀存儲器)等。也可使用如FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)以及ASIC (專用集成電路)的PLD (可編程邏輯器件)來代替CPU?？刂破?5至28中的每個單獨包括這種硬件和/或可通過軟件配置。
[0093]通常，主機計算機50和控制器25至28中的每一個可通過導線互相連接，和/或這些控制器中的至少一個在結(jié)構(gòu)體形成裝置100中可用無線方式連接到控制系統(tǒng)。
[0094](結(jié)構(gòu)體形成裝置的操作)
[0095]接下來，將描述已經(jīng)如上配置的結(jié)構(gòu)體形成裝置100的操作。圖9A至圖9C是按順序示出在其操作的示圖。圖1OA至圖1OD是示出在調(diào)節(jié)構(gòu)件12和臺架14之間的區(qū)域操作時的放大圖的示圖。
[0096]圖9A示出在靜止狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)體形成裝置100。其示出可移動底座133在初始位置中的狀態(tài)。在執(zhí)行實際建模之前，經(jīng)由主機計算機設(shè)定光固化材料R的固化層的一層的厚度。進一步地，例如，利用按照Z軸移動馬達控制器28的控制被驅(qū)動的Z軸移動機構(gòu)15，當與線性區(qū)域Al (見圖9)接觸時臺架14所放置的高度的位置可設(shè)定為Z軸方向的原點，線性區(qū)域Al是調(diào)節(jié)構(gòu)件12到臺架14最近的部分。
[0097]附帶地，在設(shè)定原點時，可視情況設(shè)定臺架14在Y軸方向上的位置。[0098]在設(shè)定原點之后，臺架14通過從調(diào)節(jié)構(gòu)件12移開預定距離作為光固化材料R的
一個層的厚度。
[0099]臺架14從調(diào)節(jié)構(gòu)件12移開之后，臺架14通過Y軸移動機構(gòu)13移動至建模開始位置，該位置是如圖9B中所示的預定位置。該建模開始位置是臺架14在沿Y軸的方向上的位置，在位該置，可在臺架14和調(diào)節(jié)構(gòu)件12的線性區(qū)域Al之間形成狹縫區(qū)S。該建模開始位置的設(shè)定可以根據(jù)要形成的結(jié)構(gòu)體在Y軸方向上的尺寸適當改變，只要臺架14在該位置允許形成狹縫區(qū)S。
[0100]當臺架14被放置在建模開始位置處時，光固化材料R會從進料噴嘴16排放，以在調(diào)節(jié)構(gòu)件12和臺架14之間通過其自身重量流下來。因此，光固化材料R至少填滿狹縫區(qū)域S。光固化材料R在調(diào)節(jié)構(gòu)件12和臺架14之間通過表面張力支撐。也就是說，調(diào)節(jié)構(gòu)件12通過線性區(qū)域Al調(diào)節(jié)在沿X軸方向的一維區(qū)域中的光固化材料R的液面。此時狹縫區(qū)S和周邊區(qū)域的狀態(tài)通過圖8的放大圖示出。照射到光固化材料R上的激光，或者換句話說，曝光從這種狀態(tài)開始。
[0101]照射單元17用激光束進行照射。從激光源171發(fā)射的激光穿過物鏡172以及調(diào)節(jié)構(gòu)件12，以便進入狹縫區(qū)域S中的光固化材料R。當照射單元17在沿X軸的方向上通過X軸移動馬達控制器25的控制而移動時，照射單元17基于與在建模物體(見圖10A)的一層中X軸方向的一行對應的數(shù)據(jù)使光固化材料R按照激光功率控制器26的控制有選擇地曝光。
[0102]特別具體地，激光功率控制器26按照上述與結(jié)構(gòu)體的一行相一致對應的上述數(shù)據(jù)生成激光功率的已調(diào)信號調(diào)制信號，并且通過發(fā)送該信號至激光源171，激光功率控制器允許在一層材料中的X軸方向上的一行光固化材料R有選擇地曝光，以便被固化。臺架14在通過用激光照射的曝光期間保持停止。
[0103]結(jié)構(gòu)體的一層的厚度是從I μ m到100 μ m,但是其不限于此范圍，并且可適當設(shè)定。
[0104]在如上所述的方式中，固化層RO的一行會如圖1OA示出的來形成。
[0105]一完成光固化材料R沿X軸方向的一行的曝光，激光照射的操作就停止。然后，隨著可移動底座133通過Y軸移動機構(gòu)13的移動，臺架14在沿Y軸的方向上朝后側(cè)(圖1OB的上側(cè))移動預定間距。在這時，如圖1OB和IOC示出的，固化層RO隨臺架14移動，并且這引起調(diào)節(jié)構(gòu)件12和固化層RO之間的剪力。因此，調(diào)節(jié)構(gòu)件12和固化層RO相互分離。使用如上所述的在調(diào)節(jié)構(gòu)件12的表面上形成的疏水性膜，該分離可更容易進行。
[0106]然后，在第一層的下一行(緊挨第一行的行)的選擇性曝光會以如上相同的方式進行(參見圖10D)。因此，會形成在下一行中的固化材料R1。
[0107]結(jié)構(gòu)體形成裝置100通過用如上所述的激光沿X軸方向的照射以及臺架14沿Y軸方向的遞進進給(st印feed)來重復掃描，并且因此形成一層光固化材料R的選擇性固化層，或者換句話說，如圖9C示出的一層的固化層R’。因此，一層的曝光處理以所謂的光柵掃描的方式來執(zhí)行。
[0108]臺架14在沿Y軸方向上的這種間歇移動的間距取決于激光束的光斑直徑，或者換句話說，其取決于形成結(jié)構(gòu)體時的分辨率(resolution)。移動的這種間距可視情況設(shè)定。
[0109]當一層光固化材料R的曝光完成時，臺架14移動使得在Z軸方向進一步遠離調(diào)節(jié)構(gòu)件12。然后，通過重復目前為止所述的操作，使得固化層R’層壓，從而形成任何形狀的結(jié)構(gòu)體。
[0110]如上所述，通過調(diào)節(jié)構(gòu)件12的表面12a被形成為柱面使得調(diào)節(jié)構(gòu)件12的線性區(qū)域Al離臺架14最接近，當臺架14沿Y軸方向移動時，調(diào)節(jié)構(gòu)件12的線性區(qū)域Al沿Z軸方向相對地遠離臺架14移動。因此，如上所述，剪力上升，并且這使得固化材料(諸如如圖1OB和IOD示出的RO和Rl)從調(diào)節(jié)構(gòu)件12完全剝離。
[0111]在過去的液面調(diào)節(jié)方法中，還存在這樣的問題:由于膜或玻璃表面的扭曲，結(jié)構(gòu)體的平坦度會變得很欠佳。相反，在本實施方式中，調(diào)節(jié)構(gòu)件12的表面形狀是柱狀，在其中，線性區(qū)域Al調(diào)節(jié)光固化材料的液面。因此，即使當固化材料在固化時的收縮力被施加到調(diào)節(jié)構(gòu)件12，在調(diào)節(jié)構(gòu)件12中也不容易發(fā)生變形或扭曲。此外，由于光固化材料在曝光之前的粘度，還可防止調(diào)節(jié)構(gòu)件12的變形。因此，可改善固化層的平坦度，并且進一步地，可以以高準確度調(diào)節(jié)其厚度。因此，可以以更小的尺寸形成如圖1至4示出的這種結(jié)構(gòu)體。
[0112]結(jié)構(gòu)體形成裝置100可形成小尺寸的結(jié)構(gòu)體，例如，如圖1的平面中看到的結(jié)構(gòu)體中的第二開口區(qū)域的孔徑面的直徑(在這種情況下，為從第二開口區(qū)域中的頂點到其對頂點的距離)可以從5 μ m至10 μ m等。自然地，同樣通過過去的結(jié)構(gòu)體形成裝置，可形成比該尺寸更大的結(jié)構(gòu)體。
[0113]在過去的液面調(diào)節(jié)方法中，從膜或玻璃表面剝離結(jié)構(gòu)體的過程需花費時間。相反，在本實施方式中，在進行臺架14沿Y軸方向的每個遞進進給的曝光處理時，結(jié)構(gòu)被使得從調(diào)節(jié)構(gòu)件12剝離。換句話說，當一層的曝光處理的時段和剝離處理時期重疊時，可減少形成結(jié)構(gòu)體花費的時間長。
[0114]在本實施方式中，當光固化材料的液面通過線性區(qū)域Al調(diào)節(jié)時，即使在采用具有高粘度的樹脂材料時，這也使得能夠形成具有精確的層厚度的結(jié)構(gòu)體。因此，這擴大了采用的材料的選擇范圍。
[0115]在本實施方式中，在調(diào)節(jié)構(gòu)件12的線性區(qū)域Al中，調(diào)節(jié)構(gòu)件12從臺架14所在側(cè)的剝離會通過每次很小的量以間歇方式(沿Y軸方向的每個遞進進給)來進行。因此，剝離力弱，所以其可防止固化材料的損壞。換句話說，可以容易地從調(diào)節(jié)構(gòu)件12剝離固化材料。進一步地，使用如此弱的剝離力，使得不可能引起諸如從臺架14剝離固化材料的事情。
[0116]如上所述，通過使用根據(jù)本實施方式的結(jié)構(gòu)體形成裝置100，以實際速度和成本，能夠以高精度形成如圖1至圖4示出的結(jié)構(gòu)體。
[0117](其他實施方式)
[0118]本發(fā)明不限于上述實施方式，并且各種其他實施方式也是可行的。
[0119]根據(jù)上述各個實施方式的結(jié)構(gòu)體10、110、20和120具有在同一方向開口的第一開口區(qū)域和第二開口區(qū)域(以及第三開口區(qū)域)。然而，其開口的方向可以是不同的方向。例如，在圖1A示出的第一開口區(qū)域31所在的方向的開口垂直于平面的情況下，第二開口區(qū)域所在的方向的開口可平行于平面，或者換句話說，其可以是垂直于結(jié)構(gòu)體10的厚度方向的方向。類似地，圖3的第二開口區(qū)域以及圖2和4示出的第三開口區(qū)域也可以在垂直于結(jié)構(gòu)體的厚度方向的方向上。
[0120]根據(jù)上述各個實施方式的結(jié)構(gòu)體10、110、20和120具有自相似形狀。然而，這些結(jié)構(gòu)體可以不限于自相似形狀。所述結(jié)構(gòu)體可以是任何形狀，只要所述結(jié)構(gòu)體被設(shè)置有在形成第一開口區(qū)域的壁部中規(guī)則排列的第二開口區(qū)域，每個第二開口區(qū)域的孔徑面積比第一開口區(qū)域的孔徑面積小即可。
[0121]例如，第一開口區(qū)域和第二開口區(qū)域的形狀可以是圓形、橢圓形或具有三個以上角的形狀(例如矩形)。在這種情況下，第一開口區(qū)域和第二開口區(qū)域的形狀可以是不同的形狀。在所述結(jié)構(gòu)體具有自相似形狀的情況下，第三、第四等的下一個開口區(qū)域的形狀被認為是相同的。
[0122]進一步地，根據(jù)上述各個實施方式的結(jié)構(gòu)體具有多個相同形狀的第一開口區(qū)域(開口區(qū)域互相具有大體相同的孔徑面積)，但是至少其中一個還可以不同于其他開口區(qū)域的形狀來形成。
[0123]根據(jù)上述各個實施方式的結(jié)構(gòu)體具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，但是這些結(jié)構(gòu)體不限于蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
[0124]根據(jù)上述各個實施方式的結(jié)構(gòu)體形成裝置的調(diào)節(jié)構(gòu)件具有圓柱狀的一部分，但其可具有整個圓柱形的形狀。在這種情況下，調(diào)節(jié)構(gòu)件既可以是由對能量射束來說透明的材料制成的實體類型；也可以是中空類型。
[0125]調(diào)節(jié)構(gòu)件的表面形狀不必是柱狀表面，而可以是橢圓體、雙曲面體等的曲面?？蛇x地，該表面不必是曲面，而可以是在Y軸方向上具有狹窄寬度的平面(大約是激光光斑直徑的2倍至5倍)。
[0126]在上述實施方式中，在建模期間，調(diào)節(jié)構(gòu)件12靜止不動，并且臺架14在Z軸方向上移動。然而，其不限于這種方式。調(diào)節(jié)構(gòu)件可在Z軸方向上移動，并且臺架14可靜止不動；或者二者都在Z軸方向上移動。
[0127]在上述實施方式中，為形成結(jié)構(gòu)體的一層的固化層，臺架14在垂直方向上移動。然而，為形成結(jié)構(gòu)體的一層的固化層，調(diào)節(jié)構(gòu)件和臺架可在水平方向上相對移動；或在包括某一垂直方向分量以及不同于垂直方向的方向(也就是說，對角方向)上移動。
[0128]在上述實施方式中，為形成結(jié)構(gòu)體的一層的固化層，調(diào)節(jié)構(gòu)件12和臺架14移動的方向垂直于調(diào)節(jié)構(gòu)件12的線性區(qū)域Al延伸的方向(第一方向)。然而，第二方向可以是不同于第一方向的任何方向(也可以是第一方向的對角方向)。
[0129]在上述實施方式中，在X軸方向上，調(diào)節(jié)構(gòu)件12和臺架14靜止不動，并且照射單元17沿X軸方向移動?？商鎿Q地，照射單元可靜止不動，并且調(diào)節(jié)構(gòu)件和臺架可沿X軸方向整體移動。
[0130]根據(jù)上述實施方式的結(jié)構(gòu)體形成裝置通已經(jīng)過使兩層以上的固化層被層壓來形成結(jié)構(gòu)體。然而，結(jié)構(gòu)體形成裝置可形成至少一層的固化層，從而形成如圖1至圖4示出的薄的結(jié)構(gòu)體。
[0131]在上述實施方式中，結(jié)構(gòu)體形成裝置被描述為用來形成結(jié)構(gòu)體的裝置的實例。然而，例如，在如圖1至4示出的結(jié)構(gòu)體的開口區(qū)域的直徑為毫米量級的情況下，這些結(jié)構(gòu)體還可以通過注射建模來形成。在開口區(qū)域為μ m的情況下，結(jié)構(gòu)體非常小，使得難以通過注射成型來制成。
[0132]在上述每個實施方式的特征中，至少兩個特征可以互相結(jié)合。
[0133]本發(fā)明可采用以下配置。
[0134](I) 一種結(jié)構(gòu)體，其包括:[0135]壁部；
[0136]具有第一孔徑面積的第一開口區(qū)域，由所述壁部環(huán)繞形成；以及
[0137]多個第二開口區(qū)域，被設(shè)置為在所述壁部中規(guī)則地排列，每個所述第二開口區(qū)域均具有小于所述第一孔徑面積的第二孔徑面積。
[0138](2)根據(jù)(I)所述的結(jié)構(gòu)體，其進一步包括:
[0139]多個第三開口區(qū)域，形成所述第二開口區(qū)域以及被設(shè)置為使得所述多個第二開口區(qū)域的一個第二開口區(qū)域周圍在壁部中有規(guī)則地排列，每個所述第三開口區(qū)域均具有小于所述第二孔徑面積的第三孔徑面積。
[0140](3)根據(jù)(I)所述的結(jié)構(gòu)體，其中
[0141 ] 所述第一開口區(qū)域和所述多個第二開口區(qū)域在同一方向上開口。
[0142](4)根據(jù)(2)所述的結(jié)構(gòu)體，其中
[0143]所述第一開口區(qū)域、所述多個第二開口區(qū)域和所述多個第三開口區(qū)域均在同一方向上開口。
[0144](5)根據(jù)(I)所述的結(jié)構(gòu)體，其具有自相似形狀。
[0145](6)根據(jù)(I)所述的結(jié)構(gòu)體，其中
[0146]至少第一開口區(qū)域是蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的布置和形狀。
[0147](7) 一種生產(chǎn)結(jié)構(gòu)體的方法，其包括:
[0148]將通過能量射束的能量可固化的材料供給至供給區(qū)域；
[0149]用所述能量射束照射被供給至所述供給區(qū)域的所述材料的所有區(qū)域中的所選區(qū)域；以及
[0150]通過所述能量射束的照射形成結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體包括:
[0151]壁部，
[0152]具有第一孔徑面積的第一開口區(qū)域，通過所述壁部環(huán)繞形成，以及
[0153]多個第二開口區(qū)域，被設(shè)置為使得在所述壁部中有規(guī)則地排列，每個所述第二開口區(qū)域均具有小于所述第一孔徑面積的第二孔徑面積。
[0154]( 8 )根據(jù)(7 )所述的方法，該方法通過使用結(jié)構(gòu)體形成裝置來進行，該裝置包括:
[0155]臺架；以及
[0156]調(diào)節(jié)構(gòu)件，具有包括沿第一方向延伸的線性區(qū)域的表面，并且面對臺架被設(shè)置為使得所述表面的所述線性區(qū)域與所述臺架最接近；
[0157]在所述方法中，所述材料的供給允許材料被供給至在所述線性區(qū)域與布置臺架的一側(cè)的區(qū)域之間的狹縫區(qū)域；
[0158]所述方法進一步包括沿不同于第一區(qū)域的第二區(qū)域相對移動調(diào)節(jié)構(gòu)件以及臺架，從而形成至少一層的材料的固化層。
[0159]符號說明
[0160]10、110、20、122，結(jié)構(gòu)體
[0161]12,調(diào)節(jié)構(gòu)件
[0162]12a，表面
[0163]13，Y軸移動機構(gòu)
[0164]14，臺架[0165]15，Z軸移動機構(gòu)
[0166]16，進料噴嘴
[0167]17，照射單元
[0168]18，X軸移動機構(gòu)
[0169]36、43、126、136，壁部
[0170]31、137、41、141，第一開口區(qū)域
[0171]32、138、42、142，第二開口區(qū)域
[0172]139、143，第三開口區(qū)域
【權(quán)利要求】
1.一種結(jié)構(gòu)體，包括: 壁部； 具有第一孔徑面積的第一開口區(qū)域，由所述壁部環(huán)繞形成；以及多個第二開口區(qū)域，被設(shè)置為在所述壁部中有規(guī)則地排列，每個所述第二開口區(qū)域均具有小于所述第一孔徑面積的第二孔徑面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)體，進一步包括: 多個第三開口區(qū)域，形成所述第二開口區(qū)域以及被設(shè)置為使得在所述多個第二開口區(qū)域的一個第二開口區(qū)域周圍在所述壁部中有規(guī)則地排列，每個所述第三開口區(qū)域均具有小于所述第二孔徑面積的第三孔徑面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)體，其中 所述第一開口區(qū)域和所述多個第二開口區(qū)域均在同一方向上開口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)體，其中 所述第一開口區(qū)域、所述多個第二開口區(qū)域和所述多個第三開口區(qū)域均在同一方向上開口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體具有自相似形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)體，其中 至少所述第一開口區(qū)域是蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的布置和形狀。
7.—種生產(chǎn)結(jié)構(gòu)體的方法，包括: 將通過能量射束的能量可固化的材料供給至供給區(qū)域； 用所述能量射束照射被供給至所述供給區(qū)域的所述材料的所有區(qū)域中的所選區(qū)域；以及 通過所述能量射束的照射形成結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體包括: 壁部， 具有第一孔徑面積的第一開口區(qū)域，由所述壁部環(huán)繞形成，以及多個第二開口區(qū)域，被設(shè)置為使得在所述壁部中有規(guī)則地排列，每個所述第二開口區(qū)域均具有小于所述第一孔徑面積的第二孔徑面積。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，所述方法通過使用結(jié)構(gòu)體形成裝置來進行，所述裝置包括: 臺架；以及 調(diào)節(jié)構(gòu)件，具有包括沿第一方向延伸的線性區(qū)域的表面，并且面對所述臺架被設(shè)置為使得所述表面的所述線性區(qū)域與所述臺架最接近； 在所述方法中，所述材料的供給允許所述材料被供給至在所述線性區(qū)域與布置所述臺架的一側(cè)的區(qū)域之間的狹縫區(qū)域； 所述方法進一步包括沿不同于所述第一方向的第二方向相對移動所述調(diào)節(jié)構(gòu)件和所述臺架，從而形成至少一層的所述材料的固化層。
【文檔編號】B29C67/00GK103608166SQ201280028384
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月17日
【發(fā)明者】安河內(nèi)裕之 申請人:索尼公司