構(gòu)造物的制造方法及制造設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種構(gòu)造物的制造方法，其包括：設(shè)置待成為構(gòu)造物的一部分的第一材料層和限制構(gòu)件的堆疊體，其中第一材料層設(shè)置于處于形成過(guò)程中的構(gòu)造物的表面，限制構(gòu)件的一部分設(shè)置于第一材料層的與處于形成過(guò)程中的構(gòu)造物的表面相反的表面；在限制構(gòu)件和處于形成過(guò)程中的構(gòu)造物的表面之間設(shè)置支撐構(gòu)件；去除限制構(gòu)件；并且在通過(guò)去除限制構(gòu)件而露出的第一材料層的表面和支撐構(gòu)件的表面上設(shè)置待成為構(gòu)造物的一部分的第二材料層。
【專利說(shuō)明】構(gòu)造物的制造方法及制造設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種構(gòu)造物(structure)的制造方法及制造設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)復(fù)雜形狀的三維物體的造型(modeling)已經(jīng)變得普及。其在例如是微小的機(jī)械部件以及住宅和食品的展示樣品的相對(duì)少量的各種各樣的產(chǎn)品的制造領(lǐng)域內(nèi)有極大的需求。
[0003]作為這種三維物體的制造方法的示例，已知如下的方法:分層堆疊待成為三維物體的材料并制造最終構(gòu)造物。
[0004]在專利文獻(xiàn)I中，在形成了三維物體的一部分的形狀的層之后，以圍繞該層的方式設(shè)置待成為支撐物的材料，并執(zhí)行圖案化。由此形成支撐構(gòu)件(支撐物)，并且將待成為三維物體的更多材料堆疊在支撐物的層和在形成過(guò)程中的三維物體的層上。這種方法已被公開(kāi)。
[0005]引用列表
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:US2001/0042598
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0009]然而，在專利文獻(xiàn)I的方法中，在不同的工序中以不同的材料制作支撐物的層和三維物體的層，因此難以在形成過(guò)程中使得兩層的厚度相等。由于歸因于溫度等的影響使得體積變化量取決于材料而變化，所以可以想到待成為三維物體的層和支撐物的層之間的層厚度不同。在通過(guò)堆疊具有不同厚度的層而形成的造型物中，由上述層厚度的差導(dǎo)致了歪曲，因而存在如下?lián)?不能得到所期望的三維物體的最終形狀。
[0010]用于解決問(wèn)題的方案
[0011]本發(fā)明提供一種制造方法，通過(guò)該制造方法能夠得到以高形狀精度形成的構(gòu)造物。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)方面，一種構(gòu)造物的制造方法，其包括:設(shè)置待成為所述構(gòu)造物的一部分的第一材料層和限制構(gòu)件的堆疊體，其中所述第一材料層設(shè)置于處于形成過(guò)程中的所述構(gòu)造物的表面，所述限制構(gòu)件的一部分設(shè)置于所述第一材料層的與處于形成過(guò)程中的所述構(gòu)造物的表面相反的表面，并且所述限制構(gòu)件的其它部分設(shè)置于處于形成過(guò)程中的所述構(gòu)造物的表面的上方；設(shè)置支撐構(gòu)件，以便填充所述限制構(gòu)件和處于形成過(guò)程中的所述構(gòu)造物的表面之間；去除所述限制構(gòu)件；并且在通過(guò)去除所述限制構(gòu)件而露出的所述第一材料層的表面和所述支撐構(gòu)件的表面上設(shè)置待成為所述構(gòu)造物的一部分的第二材料層。
[0013]發(fā)明的有益效果
[0014]根據(jù)本發(fā)明的示例，在堆疊的過(guò)程中，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠使得待成為構(gòu)造物的層的表面和支撐構(gòu)件的層的表面精確地共面，并且能夠得到以高形狀精度形成的構(gòu)造物。
[0015]從下面參照附圖對(duì)示例性實(shí)施方式的說(shuō)明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1的(A)-圖1的(B)是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的堆疊造型設(shè)備的示例的示意圖。
[0017]圖2A-圖2B是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的堆疊造型設(shè)備的示例的示意圖。
[0018]圖3包括示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的構(gòu)造物的制造方法和比較實(shí)施方式的構(gòu)造物的制造方法的各示例的步驟的截面圖。
[0019]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的堆疊造型設(shè)備的功能的概念圖。
[0020]圖5A-圖5F是示出在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的堆疊造型設(shè)備中的構(gòu)造物的制造方法的一部分工序的示意性截面圖。
[0021]圖6A-圖6F是示出在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的堆疊造型設(shè)備中的構(gòu)造物的制造方法的一部分工序的示意性截面圖。
[0022]圖7A-圖7E是示出在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的堆疊造型設(shè)備中的構(gòu)造物的制造方法的一部分工序的示意性截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將參照【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0024]第一實(shí)施方式
[0025]圖1的(A)和圖1的(B)是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的堆疊造型設(shè)備的示例的示意圖，該堆疊造型設(shè)備是執(zhí)行作為三維構(gòu)造物的造型物的制造方法的制造設(shè)備。圖1的(B)是整個(gè)設(shè)備的立體圖，圖1的(A)是該設(shè)備的沿著圖1的(B)的線IA-1A、垂直于中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I的表面截取的截面圖。由輸送機(jī)構(gòu)2輸送中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I。在圖1的(A)和圖1的(B)中，在被布置成帶狀的中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I上執(zhí)行三維物體的圖案化，由輸送機(jī)構(gòu)2將圖案輸送到造型臺(tái)8的位置處，并在該位置處將圖案堆疊成三維物體。在中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I上，從液體噴出頭3噴出的UV墨4被設(shè)置成為造型圖案，并且被輸送到造型臺(tái)8的位置處。在造型臺(tái)8上，作為形成過(guò)程中的構(gòu)造物的造型圖案4以堆疊狀態(tài)和由支撐構(gòu)件6支撐的狀態(tài)布置。通過(guò)支撐物填充機(jī)構(gòu)10將支撐構(gòu)件6注入容器7中。在完成了對(duì)造型圖案的層的堆疊之后，可以通過(guò)支撐物去除機(jī)構(gòu)15去除支撐構(gòu)件6。支撐物去除機(jī)構(gòu)15可以設(shè)置在堆疊造型設(shè)備的內(nèi)部，或者可以將造型圖案和支撐構(gòu)件6的堆疊層從堆疊造型設(shè)備取出，并且可以利用諸如溶劑室等的外部去除機(jī)構(gòu)來(lái)去除支撐構(gòu)件6。
[0026]在造型圖案形成在中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I的表面上之后，需要轉(zhuǎn)印該造型圖案。因此，中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I可以由從造型材料脫模的脫模性高的材料制成。如果中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I的材料不具有脫模性，例如，如果類似膠版印刷那樣來(lái)轉(zhuǎn)印造型材料，則也可能制出造型物。從造型精度的角度出發(fā)，在中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I上的所有造型材料都能夠被轉(zhuǎn)印。
[0027]為了穩(wěn)定地執(zhí)行轉(zhuǎn)印，中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I可以具有不小的彈性。適用于中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I的材料包括硅橡膠和氟橡膠。取決于用于圖案化的造型材料，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生排斥。因此，可以根據(jù)造型材料對(duì)中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I進(jìn)行表面處理。橡膠硬度取決于彈性體的厚度。當(dāng)彈性體厚時(shí)，可以使用硬橡膠。當(dāng)彈性體薄時(shí)，可以使用相對(duì)軟的橡膠。當(dāng)彈性體厚時(shí)，適用硬度為約80度的橡膠。當(dāng)如圖中的設(shè)備中所示將中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I處理成帶狀時(shí)，可以以厚度為約0.1mm至0.5mm的薄膜的形式使用橡膠硬度為約50度至20度的相對(duì)軟的橡膠。
[0028]當(dāng)要求高精度時(shí)，適用非彈性聚四氟乙烯片或涂布有亞微米級(jí)厚度的脫模劑的膜。
[0029]在圖1的(A)和圖1的(B)的設(shè)備中，具有噴出液體的噴出口的噴出頭被示出為用于在中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I上形成造型圖案的單元，并且示出了從噴出頭將造型材料噴出到期望位置的方法。然而，本發(fā)明不限于此。其它單元的示例包括諸如電子照相裝置或分配器等的數(shù)字記錄設(shè)備。當(dāng)改變所使用的印刷板時(shí)，可以使用諸如膠版印刷或絲網(wǎng)印刷等的利用印刷板的圖案化方法來(lái)形成圖案?？梢允褂弥T如光刻法或電解鍍等的方法來(lái)獲得圖案而沒(méi)有任何問(wèn)題。圖案化單元不是必須被定位在堆疊造型設(shè)備中。在本發(fā)明中，可以使用在對(duì)各方法和材料最適合的環(huán)境中制造的圖案。也就是，可以基于造型物的材料和造型精度來(lái)選擇圖案化單元。特別地，可以以非接觸方式執(zhí)行圖案化的噴墨部是非常適合的圖案化單
J Li ο
[0030]使用作為形成用材料的造型材料的UV墨4來(lái)形成層狀造型圖案。通過(guò)利用紫外線照射來(lái)使UV墨固化，從而可以制得重量輕且相對(duì)堅(jiān)固的造型物。除了 UV墨外，還適用熱熔墨和熱固墨。在本方法中，如上所述，圖案化機(jī)構(gòu)不是必須被布置在堆疊設(shè)備中，也可以堆疊層狀圖案，根據(jù)所需精度和材料在同一模型中使用不同的圖案化機(jī)構(gòu)來(lái)制得該層狀圖案的各層。通過(guò)將不同的色材布置在層狀圖案中，能夠得到期望顏色的層。可以在所使用的圖案化單元的適用范圍內(nèi)自由地選擇造型材料，并且可以根據(jù)人們希望使用的材料來(lái)選擇圖案化單元。
[0031]此處，圖6A至圖6F是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的構(gòu)造物的制造設(shè)備中的一部分制造工序的示意性截面圖，并且示出了與圖1的(A)相同的截面。在圖6A至圖6F中示出的處于形成過(guò)程中的造型物與在圖1的(A)和圖1的(B)中示出的造型物相同，但是被簡(jiǎn)化了。在圖1的(A)中示出的被圖案化的造型材料被輸送機(jī)構(gòu)2輸送到造型臺(tái)8上、通過(guò)對(duì)準(zhǔn)單元(未示出)與處于形成過(guò)程中的造型物對(duì)準(zhǔn)、并且進(jìn)入圖6A中示出的狀態(tài)。接下來(lái)，如圖6B所示，包括造型容器7、造型臺(tái)8、升降機(jī)構(gòu)9、支撐物填充機(jī)構(gòu)10和支撐物接收器11的堆疊單元向上移動(dòng)并與墨圖案4接觸。
[0032]與墨圖案4接觸的轉(zhuǎn)印面501是通過(guò)造型圖案502和作為固化支撐材料的支撐構(gòu)件6形成的平面，該造型圖案502是通過(guò)前次轉(zhuǎn)印并堆疊而制備的處于形成過(guò)程中的構(gòu)造物。轉(zhuǎn)印面501被升降機(jī)構(gòu)9保持在比造型容器7的上端低一個(gè)層厚度的位置處。將轉(zhuǎn)印面501升高直到造型容器7的上端與中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I接觸。UV墨被夾在兩個(gè)平面、即中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I的表面和轉(zhuǎn)印面501之間，并且使UV墨的上下兩面以高的精度平面化。在堆疊時(shí)僅轉(zhuǎn)印造型材料。因此，可以以高精度再現(xiàn)形狀而不會(huì)受到不同材料之間的收縮或變形的影響。將造型材料保持在該狀態(tài)下并且利用來(lái)自被布置為硬化和粘合單元的UV燈12(在圖1的(A)和圖1的(B)中示出)的紫外線照射該造型材料。UV墨在其表面被平面化的狀態(tài)下被硬化，與之前的造型圖案一體化，且形成擴(kuò)大的造型圖案502。通過(guò)來(lái)自加熱器13的熱可以促進(jìn)硬化。
[0033]接下來(lái)，如圖6C所示，將支撐構(gòu)件用支撐材料5以液體狀態(tài)注入造型容器7。造型容器7具有圍繞造型臺(tái)8的形狀并且限制了支撐材料的填充范圍。支撐材料自動(dòng)地流動(dòng)到不存在造型圖案502的空間內(nèi)，因此不需要對(duì)準(zhǔn)也不需要層厚度限制。僅需要當(dāng)該空間已經(jīng)充滿支撐材料5時(shí)、在支撐材料5即將溢出之前停止注入。
[0034]需要防止造型容器7的內(nèi)表面粘附所使用的液體支撐材料，造型容器7的內(nèi)表面優(yōu)選地涂布有聚四氟乙烯等。
[0035]作為支撐構(gòu)件6的材料，適用由外部刺激固化的液體材料。另外，適用可以容易地從造型物移除的材料。外部刺激包括熱、光、電、磁和振動(dòng)。特別地，熱易于利用材料的可逆性。例如，當(dāng)石蠟被用作支撐材料6時(shí)，可以在熔點(diǎn)之上的溫度下注入石蠟并且通過(guò)將溫度降低到熔點(diǎn)之下來(lái)固化石蠟。如果支撐材料的熔點(diǎn)被設(shè)定在造型材料的熔點(diǎn)之下，則通過(guò)在造型完成之后將整體保持在支撐材料的熔點(diǎn)之上、在造型材料的熔點(diǎn)之下達(dá)預(yù)定的時(shí)間長(zhǎng)度而能夠容易地移除支撐物。
[0036]可以使用諸如加壓注入或減壓抽吸等常用的液體移動(dòng)方法來(lái)注入支撐物。為了防止填充缺陷，通過(guò)利用作為溫度控制機(jī)構(gòu)的加熱器13加熱來(lái)增加流動(dòng)性、或者通過(guò)利用超聲波振動(dòng)器施加微小的高頻振動(dòng)或者減小壓力來(lái)輔助填充是有效的。
[0037]基本上在每次堆疊層時(shí)都執(zhí)行支撐材料的注入，但是有時(shí)不需要在每次堆疊層時(shí)都執(zhí)行支撐材料的注入。當(dāng)對(duì)不存在懸垂部分(overhang)的形狀進(jìn)行造型時(shí)，如果造型的中間階段的強(qiáng)度足夠，則不需要使用支撐物。
[0038]當(dāng)對(duì)具有懸垂部分的造型物進(jìn)行造型時(shí)，可以在堆疊不具有懸垂部分的造型材料的層時(shí)堆疊層而不注入支撐物，并且在堆疊具有懸垂部分的層時(shí)一次注入用于多層的支撐物。特別地，當(dāng)層厚度小且難以填充支撐材料時(shí)，可以間隔地注入支撐材料。
[0039]如圖6D所示，支撐材料5被固化、由此與已經(jīng)形成的支撐構(gòu)件一體化、并且形成擴(kuò)大的支撐構(gòu)件6。
[0040]接下來(lái)，如圖6E所示，從上表面501剝離并去除中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I。固化之后的支撐構(gòu)件6可以保持造型圖案，因此，甚至形成懸垂部分的孤立部也可以被固定在指定的位置處。因此，在支撐物被固化之后可以剝離中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I。
[0041]由于剝離中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I而露出的造型圖案的上表面501已經(jīng)由中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I的表面所限制。因此，支撐構(gòu)件6和造型圖案502可以形成平滑的且精度高的平坦表面。如圖6F所示，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)9將該表面移動(dòng)到比造型容器7的上端低一個(gè)層厚度的位置以便準(zhǔn)備接收下一個(gè)墨圖案，在該下一個(gè)墨圖案中墨被布置在造型物的截面中?？梢圆捎萌我忭樞驁?zhí)行中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I的剝離、堆疊單元的降低以及轉(zhuǎn)印面從造型容器7的上端開(kāi)始的降低。
[0042]在圖1的(A)和圖1的(B)中，在墨圖案的轉(zhuǎn)印完成之后，根據(jù)需要通過(guò)清潔器12清潔中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I的表面，并且反復(fù)地使用中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I。然而，本發(fā)明不限于此。可以在使用之后丟棄中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件1，或者回收利用該中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I。
[0043]第二實(shí)施方式
[0044]圖2A和圖2B是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的堆疊造型設(shè)備的示例的示意圖，該堆疊造型設(shè)備是執(zhí)行作為三維構(gòu)造物的造型物的制造方法的制造設(shè)備。圖2B是整個(gè)設(shè)備的立體圖，圖2A是該設(shè)備的沿著圖2B的線IIA-1IA、垂直于中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I的表面截取的截面圖。[0045]在圖2的設(shè)備中不具有用于形成造型物的圖案化機(jī)構(gòu)。包括支撐造型物和支撐構(gòu)件6的造型臺(tái)8、升降機(jī)構(gòu)9、造型容器7和中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I的堆疊單元與第一實(shí)施方式中的堆疊單元相同。支撐物填充機(jī)構(gòu)10、支撐物接收器11和輥2也與第一實(shí)施方式中的那些相同。
[0046]在本實(shí)施方式中，例如，可以通過(guò)使用單獨(dú)的絲網(wǎng)印刷設(shè)備將聚酯樹(shù)脂局部地涂布到中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I上然后使該聚酯樹(shù)脂硬化來(lái)制得所使用的造型圖案22。作為中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I，例如，可以使用稀薄地涂覆有硅橡膠的PET膜。
[0047]設(shè)有用于形成造型物的被圖案化的層的中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I被設(shè)置在設(shè)備中。盡管在圖2A和圖2B中示出了被卷繞成卷的中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件1，但是可以從分揀器(sorter)逐個(gè)供給按順序堆疊的片狀中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I。
[0048]當(dāng)如上所述地將待成為造型物的層圖案化的設(shè)備從堆疊設(shè)備分離時(shí)，如果設(shè)備的處理速度不同，則能夠執(zhí)行較少的無(wú)用操作。另外，當(dāng)圖案經(jīng)受由用于檢查是否適當(dāng)?shù)貓?zhí)行了圖案化的檢查設(shè)備進(jìn)行的檢查時(shí)，在圖案化之后且在堆疊之前，可以有效地執(zhí)行該檢查。
[0049]在圖2A和圖2B的設(shè)備中，使在中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I上的層狀造型圖案22固化，并且布置將粘合劑涂布到造型圖案22以便在堆疊時(shí)執(zhí)行粘合的機(jī)構(gòu)。通過(guò)由輸送機(jī)構(gòu)進(jìn)行的輸送使得造型圖案22與粘合劑涂布機(jī)構(gòu)接觸，且使得造型圖案22通過(guò)粘合劑涂布機(jī)構(gòu)，并且使得粘合劑涂布到造型圖案22的表面。
[0050]盡管所使用的粘合劑的類型不受限制，但是可以基于諸如收縮率和粘合強(qiáng)度等的指標(biāo)而根據(jù)造型物的材料來(lái)選擇粘合劑。盡管示出了作為粘合劑涂布機(jī)的輥涂機(jī)，但是本發(fā)明不限于此，而是還可以使用諸如噴射器等的噴射型涂布機(jī)構(gòu)。
[0051]當(dāng)使用噴射器時(shí)，粘合劑粘合到造型物以外的中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件表面。在完成堆疊之后，在使得支撐物重新液體化且去除該支撐物的階段，同時(shí)去除粘合劑。然而，當(dāng)重新利用支撐構(gòu)件的材料時(shí)，需要通過(guò)過(guò)濾等分離粘合劑。在這方面，可以將粘合劑僅涂布在造型圖案的存在著突起狀的上表面上的輥涂機(jī)構(gòu)是適合的涂布機(jī)。
[0052]在堆疊時(shí)的粘合方法不限于粘合劑的涂布。例如，還可以由熱塑性樹(shù)脂形成造型物的截面圖案，通過(guò)在堆疊時(shí)加熱使該圖案進(jìn)入熔融狀態(tài)，并且在不使用粘合劑的情況下堆疊該圖案。
[0053]堆疊的過(guò)程與第一實(shí)施方式的堆疊的過(guò)程相同。在完成轉(zhuǎn)印之后，通過(guò)重新卷繞機(jī)構(gòu)24重新卷繞中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件，并且重新利用該中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件。
[0054]通過(guò)本發(fā)明獲得的最有益效果是:在各層狀圖案中，在造型材料和支撐構(gòu)件的材料之間不存在厚度差，并且可以再現(xiàn)非常高的厚度精度。由此制造的造型物不具有任何歪曲并且高度精確。
[0055]在以上第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中，在支撐構(gòu)件6擴(kuò)大時(shí)中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I用作限制支撐構(gòu)件6的上表面和造型圖案的上表面的限制構(gòu)件。然而，可以使用與中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I不同的限制構(gòu)件。例如，在圖6A至圖6F中，在通過(guò)中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I將墨圖案4轉(zhuǎn)印到轉(zhuǎn)印面501且形成造型圖案502之后，可以去除中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件1，并且可以使與中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I不同的限制構(gòu)件與造型圖案502的上表面接觸。此后，可以注入支撐材料5，并且可以在利用限制構(gòu)件限制支撐構(gòu)件6的上表面使得支撐構(gòu)件6的上表面與造型圖案的上表面501共面的狀態(tài)下形成支撐物。[0056]圖3包括示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的構(gòu)造物的制造方法和比較實(shí)施方式的構(gòu)造物的制造方法的各示例的步驟的截面圖，并且示出了層狀圖案的厚度精度對(duì)造型物的影響。在圖3中，(al)至(fl)示出了比較實(shí)施方式，而(a2)至(e2)示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的堆疊方法。
[0057]圖3的(al)示出了層狀造型圖案302形成在基材301上的狀態(tài)。
[0058]接下來(lái)，支撐構(gòu)件303布置在造型圖案302的周圍。該狀態(tài)在圖3的(bl)中示出。接下來(lái)，支撐構(gòu)件硬化且由此導(dǎo)致體積變化。體積變化是取決于材料的膨脹或收縮。一般來(lái)說(shuō)，收縮經(jīng)常發(fā)生，并且在說(shuō)明圖中示出了收縮。此時(shí)，表面是開(kāi)放的，且由于造型圖案302的材料和支撐構(gòu)件303的材料之間的收縮率的不同，如圖3的(Cl)所示，造型圖案302的上表面與支撐構(gòu)件303的上表面在距基材301的高度方面不同。
[0059]接下來(lái)，如圖3的(dl)所示執(zhí)行轉(zhuǎn)印。造型圖案302與支撐構(gòu)件303 —起從基材301轉(zhuǎn)印到另一基材304。
[0060]通過(guò)重復(fù)上述工序，形成堆疊物。由于各層的每部分的厚度變化極大，所以造型圖案的層302如圖3的(e2)所示沒(méi)有按期望對(duì)準(zhǔn)，并且如圖3的(f I)所示被堆疊成歪曲的狀態(tài)。
[0061]另一方面，本發(fā)明的實(shí)施方式如下。造型圖案202形成在板構(gòu)件201上(a2)。接下來(lái)，板構(gòu)件204和造型圖案202的與基材所在側(cè)相反的一側(cè)的表面接觸(b2)。支撐構(gòu)件的材料203被注入板狀的板構(gòu)件201和基材204之間(c2)。硬化支撐構(gòu)件的材料(d2)。板構(gòu)件201用作限制造型圖案的層202的上表面和支撐構(gòu)件的層203的上表面的限制構(gòu)件。因此，支撐構(gòu)件的層的表面和造型圖案的層的表面可以形成在同一高度處并且平坦，因此如圖3的(e2)所示制造了不具有任何歪曲的構(gòu)造物。
[0062]圖4示出了圖1的(A)和圖1的(B)的三維物體造型用設(shè)備的控制系統(tǒng)的示例。在作為構(gòu)造物制造設(shè)備的三維物體造型用設(shè)備中，由附圖標(biāo)記100表示整個(gè)三維物體造型用設(shè)備，CPUlOl是整個(gè)系統(tǒng)的主控單元并且控制各部分。存儲(chǔ)器102包括存儲(chǔ)CPUlOl的基本程序的ROM和用于存儲(chǔ)通過(guò)接口 103接收的造型物數(shù)據(jù)104且作為數(shù)據(jù)處理的工作區(qū)域的RAM。一旦接收到造型開(kāi)始信號(hào)，CPUlOl根據(jù)設(shè)定條件開(kāi)始將造型物數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成切片數(shù)據(jù)(slice data)的處理，并且執(zhí)行用于檢查輸送機(jī)構(gòu)2、噴墨部3、升降機(jī)構(gòu)9、支撐物填充機(jī)構(gòu)10和清潔器12的狀態(tài)的通信。如果造型可以開(kāi)始，則輸送機(jī)構(gòu)2和升降機(jī)構(gòu)9基于位置檢測(cè)105的信息移動(dòng)到預(yù)定位置，噴出信號(hào)被發(fā)送到噴墨部3，造型開(kāi)始。當(dāng)待成為三維物體的層的堆疊完成時(shí)，執(zhí)行用于檢查去除機(jī)構(gòu)15的狀態(tài)以便去除支撐構(gòu)件的通信，并且開(kāi)始去除。
[0063]第三實(shí)施方式
[0064]圖7A至圖7E是示出在截面的位置處觀察的根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的造型物的制造方法的步驟的示意性截面圖。這些截面是在與圖5A至圖5F和圖6A至圖6F相同的位置處截取的。
[0065]在本實(shí)施方式中，在完成了用于形成構(gòu)造物的堆疊之后，執(zhí)行下一構(gòu)造物的堆疊而不去除支撐構(gòu)件。
[0066]圖7A示出了與圖6F中示出的狀態(tài)相同的狀態(tài)。在造型容器7中的造型臺(tái)8上，堆疊由支撐構(gòu)件6支撐的造型圖案4。在本實(shí)施方式中，在本階段，完成了形成構(gòu)造物的造型圖案4的堆疊。
[0067]接下來(lái)，如圖7B所示，中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I和造型單元彼此靠近地移動(dòng)，并且注入支撐構(gòu)件的材料5以便填充堆疊的造型圖案4和中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I之間的空間。
[0068]剝離中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件1，并且如圖7C所示，將造型圖案4的層埋入支撐構(gòu)件6中。
[0069]接下來(lái)，如圖7D所示，將用于制造新的構(gòu)造物的造型圖案1004的層設(shè)置在通過(guò)剝離中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I而露出的表面上。下一造型圖案1004堆疊在該露出的表面上。
[0070]此后，如圖7E所示順序地執(zhí)行造型圖案1004的擴(kuò)大和支撐材料6的擴(kuò)大。此后，通過(guò)溶解等去除支撐構(gòu)件6。因而，能夠獲得通過(guò)堆疊造型圖案4和1004而形成的兩個(gè)不同的構(gòu)造物。
[0071]實(shí)施例1
[0072]下面將說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
[0073]將造型物的數(shù)據(jù)初步轉(zhuǎn)換成具有指定的層間間隔的切片數(shù)據(jù)。在實(shí)施例1中，使用具有25微米的間隔的切片數(shù)據(jù)。
[0074]作為中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I，使用通過(guò)在厚度為50微米的PET膜50上形成厚度為150微米的氟橡膠(由Daikin Industries, Ltd.制造的DA1-EL T530)的層而制得的帶。
[0075]根據(jù)造型物的第一層切片數(shù)據(jù)使用噴墨單元將UV墨的圖案涂布到中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I上。
[0076]當(dāng)僅使用著色的墨時(shí)，墨的涂布量不能均一化。因此，使用透明墨(clear ink)將墨體積調(diào)整到恒定值。
[0077]墨涂布條件
[0078]液滴尺寸=30pl
[0079]液滴的涂布間隔=600dpi
[0080]墨的每地址涂布量=150pl
[0081]墨配方
[0082]顏料:I份
[0083]黑色:碳黑
[0084]青色:顏料藍(lán)15
[0085]品紅色:顏料紅7
[0086]黃色:顏料黃74
[0087]白色:氧化鈦
[0088]透明:二氧化硅微粒
[0089]丙烯酸和乙基的苯乙烯-丙烯酸-共聚物:10份(酸值:180，平均分子量:4000)
[0090]光固性樹(shù)脂:20份
[0091](水溶性三官能丙烯酸酯)
[0092]光引發(fā)劑:2份
[0093](水溶性?；?
[0094]二甘醇:6份
[0095]乙二醇:3份
[0096]表面活性劑:I份(由 Kawaken Fine Chemicals C0., Ltd.制造的 Acetylenol EH)[0097]離子交換水:其余
[0098]中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件是透明的，并且能夠接收由從帶的背面?zhèn)炔贾迷趦?nèi)部的UV燈發(fā)出的硬化光。
[0099]在圖案化時(shí)，相對(duì)強(qiáng)烈地照射墨，以便防止墨的顏色混合和過(guò)度擴(kuò)散。然而，調(diào)整光量使得流動(dòng)性得以保持直到堆疊。
[0100]如圖1的(A)和圖1的(B)所示，在由帶狀中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I輸送被涂布在中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I上的墨圖案4的同時(shí)，墨中的水分被蒸發(fā)。
[0101]下面將參照?qǐng)D5A至圖5F說(shuō)明堆疊過(guò)程。圖5A至圖5F是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的構(gòu)造物的制造設(shè)備中的制造工序的一部分的示意性截面圖，并且示出了與圖1的(A)相同的截面。
[0102]在堆疊單元中，在接收造型圖案4之前，支撐構(gòu)件被預(yù)先載置在造型臺(tái)8上(圖5A)。因而，在完成堆疊之后比較容易取出造型物，并且能夠使中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I和轉(zhuǎn)印面之間的間隙整齊。
[0103]造型容器7的上端與設(shè)置有墨圖案4的中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I的表面的不存在墨的造型圖案4的部分接觸(圖5B)。在本階段，中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I上的造型圖案4是具有近似半球體的形狀的半固體，造型圖案4的頂部與造型臺(tái)上的支撐構(gòu)件接觸，并且當(dāng)造型圖案4被平面化時(shí)造型圖案4被壓縮到25微米。在此狀態(tài)下，造型圖案4被光照射并且被夾在中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I和被固化的支撐材料6之間，制出造型圖案4的切片圖案。
[0104]在造型臺(tái)8降低一個(gè)層厚度的情況下，用加熱到大約60攝氏度并且熔化的支撐材料(115華氏度的石蠟:市售可得)填充中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件和被固化的支撐材料之間的空間。為了填充每個(gè)角落，通過(guò)在中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I的背面?zhèn)鹊募訜崞?未示出)控制溫度，并且維持支撐構(gòu)件的材料5的流動(dòng)性。此時(shí)，預(yù)先存在的支撐構(gòu)件的一部分熔化。然而，由于造型圖案4由中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I支撐，所以不會(huì)產(chǎn)生移位。
[0105]在完成支撐材料的填充之后，吹入空氣以冷卻，支撐構(gòu)件的材料5被固化，且支撐物6擴(kuò)大(圖5D)。
[0106]此后，堆疊單元降低，并且剝離中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件1，由此從該單元去除中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I (圖 5E)。
[0107]此后，降低整個(gè)堆疊單元，并且從墨圖案4剝離中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件I (圖5E)。此后，降低造型臺(tái)8 (圖5F)。
[0108]在轉(zhuǎn)印墨圖案之后，通過(guò)清潔器清潔中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件的表面，并且重復(fù)利用中間轉(zhuǎn)印構(gòu)件。
[0109]重復(fù)該方法。在所有的造型圖案的層被堆疊之后，溫度升高到60攝氏度，支撐材料熔化，且能夠取出著色的構(gòu)造物。
[0110]在完成的構(gòu)造物中，看不到層間的剝離。
[0111]雖然已經(jīng)參照示例性實(shí)施方式說(shuō)明了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的示例性實(shí)施方式。所附權(quán)利要求書的范圍應(yīng)符合最寬泛的解釋，以包括所有這種變型、等同結(jié)構(gòu)和功能。
[0112]本申請(qǐng)要求2012年6月19日提交的日本專利申請(qǐng)N0.2012-137917的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用包含于此。
【權(quán)利要求】
1.一種構(gòu)造物的制造方法，其包括: 設(shè)置待成為所述構(gòu)造物的一部分的第一材料層和限制構(gòu)件的堆疊體，其中所述第一材料層設(shè)置于處于形成過(guò)程中的所述構(gòu)造物的表面，所述限制構(gòu)件的一部分設(shè)置于所述第一材料層的與處于形成過(guò)程中的所述構(gòu)造物的表面相反的表面，并且所述限制構(gòu)件的其它部分設(shè)置于處于形成過(guò)程中的所述構(gòu)造物的表面的上方； 設(shè)置支撐構(gòu)件，以便填充所述限制構(gòu)件和處于形成過(guò)程中的所述構(gòu)造物的表面之間的空間； 去除所述限制構(gòu)件；并且 在通過(guò)去除所述限制構(gòu)件而露出的所述第一材料層的表面和所述支撐構(gòu)件的表面上設(shè)置待成為所述構(gòu)造物的一部分的第二材料層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)造物的制造方法，其中，在設(shè)置第一材料層的堆疊體時(shí)，所述第一材料層以由所述限制構(gòu)件支撐的狀態(tài)設(shè)置在處于形成過(guò)程中的所述構(gòu)造物的表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的構(gòu)造物的制造方法，還包括從液體噴出頭噴出用于形成所述第一材料層的材料，所述液體噴出頭被構(gòu)造成從噴出口噴出液體以在所述限制構(gòu)件的表面上形成所述第一材料層。
4.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的構(gòu)造物的制造方法，其中，在設(shè)置用于形成支撐構(gòu)件的材料之后，在所述限制構(gòu)件位于所述第一材料層的與處于形成過(guò)程中的所述構(gòu)造物的表面相反的表面上的狀態(tài)下，通過(guò)使用于形成所述支撐構(gòu)件的材料硬化，來(lái)設(shè)置所述支撐構(gòu)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)造物的制造方法，其中，用于形成所述第一材料層的材料包括樹(shù)脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)造物的制造方法，還包括:在通過(guò)去除所述限制構(gòu)件而露出的所述第一材料層的表面和所述支撐構(gòu)件的表面上設(shè)置待成為所述構(gòu)造物的一部分的第二材料層之后，去除所述支撐構(gòu)件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)造物的制造方法，其中，所述支撐構(gòu)件由石蠟形成。
8.—種制造設(shè)備，其包括: 材料層設(shè)置單元，其被構(gòu)造成設(shè)置待成為構(gòu)造物的一部分的第一材料層和限制構(gòu)件的堆疊體，其中所述第一材料層設(shè)置于處于形成過(guò)程中的所述構(gòu)造物的表面，所述限制構(gòu)件的一部分設(shè)置于所述第一材料層的與處于形成過(guò)程中的所述構(gòu)造物的表面相反的表面，并且所述限制構(gòu)件的其它部分設(shè)置在處于形成過(guò)程中的所述構(gòu)造物的表面的上方； 支撐構(gòu)件設(shè)置單元，其被構(gòu)造成設(shè)置支撐構(gòu)件以便填充所述限制構(gòu)件和處于形成過(guò)程中的所述構(gòu)造物的表面之間的空間；以及 去除單元，其被構(gòu)造成去除所述限制構(gòu)件， 其中，所述材料層設(shè)置單元在通過(guò)由所述去除單元去除所述限制構(gòu)件而露出的所述第一材料層的表面和所述支撐構(gòu)件的表面上設(shè)置待成為所述構(gòu)造物的一部分的第二材料層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造設(shè)備，其中，所述材料層設(shè)置單元將所述第一材料層以由所述限制構(gòu)件支撐的狀態(tài)設(shè)置在處于形成過(guò)程中的所述構(gòu)造物的表面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造設(shè)備，還包括液體噴出頭，所述液體噴出頭被構(gòu)造成從噴出口噴出液體，其中所述液體噴出頭噴出用于形成所述第一材料層的材料，以在所述限制構(gòu)件的表面上形成所述第一材料層。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造設(shè)備，其中，所述支撐構(gòu)件設(shè)置單元在設(shè)置用于形成支撐構(gòu)件的材料之后、在所述限制構(gòu)件位于所述第一材料層的與處于形成過(guò)程中的所述構(gòu)造物的表面相反的表面上的狀態(tài)下使用于形成所述支撐構(gòu)件的材料硬化。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造設(shè)備，其中，用于形成所述第一材料層的材料包括樹(shù)脂。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造設(shè)備，還包括支撐構(gòu)件去除單元，所述支撐構(gòu)件去除單元被構(gòu)造成去除所述支撐構(gòu)件。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造設(shè)備，其中，所述支撐構(gòu)件由石蠟形成。
【文檔編號(hào)】B29C67/00GK103764377SQ201380002895
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月19日
【發(fā)明者】谷內(nèi)洋, 中島一浩 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社