[发明专利]快速成型装置

说明书

本申请是发明名称为“快速成型装置”、申请日为2004年5月2日、申请号为200810171073.1、申请人为奥布吉特几何有限公司的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种装置，以下称为“快速成型装置”，用于根据限定物体的数据连续地一层一层地形成薄材料层而成形出三维物体。

背景技术

快速成型装置(RPAs)根据限定物体的数据（以下称为“构造数据(construction data)”）连续地一层一层地形成薄材料层（以下称为“构造层(construction layer)”）而形成物体。现在已经存在形成用于制造物体的薄构造层的各种类型的RPAs以及不同方法。

其中一种类型的RPAs、传统的被称为“喷墨RPA”、“打印”出待制造物体的每一层。为了形成预定层，该喷墨RPA根据物体的构造数据控制至少一个分配器、即“打印头”、分配至少一种液态构造材料，然后凝固所分配的材料。所分配的用于形成层的至少一种构造材料、以下称为“建筑材料”(BM)、被打印成物体横截面的形状。打印成物体薄横截面形状的相邻构造层中的建筑材料相对于彼此沿着物体的同一方向、以下称为“叠置方向”、移动小增量距离。

为了便于说明，假设构造层形成的物体横截面平行于相应坐标系中的xy平面，叠置方向是坐标系中的z方向。可选择地建筑材料是光敏聚合物，其在沉积后通过暴露于适当的电磁辐射、通常是紫外辐射下而硬化。

对于许多构造物体来说，由于物体的复杂性和/或形状不同，只包括打印成构造物体横截面形状的BM的构造层不是完全自支撑的，其在制造物体的过程中需要支撑。由于这个原因，至少一种构造材料、以下称为“支撑材料”（SM）按照需求打印在每层的适当区域，以支撑所述层中的建筑材料。支撑材料所形成的形状可使其在制造完物体后从物体上去除，基本上不会损坏建筑材料。在一些实施例中，支撑材料与建筑材料一样，也是光敏聚合物。

喷墨型RPA通常都包括至少一个喷墨打印头，该打印头包括在安装到“滑架(shuttle)”上的“打印头组件”中。每个打印头都具有一排一个或多个输出口，且打印头可控地通过每个输出口独立地分配构造材料。构造材料为存储在至少一个供料盒中的一种或多种光敏聚合物，适当结构的导管将材料从供料盒运送到打印头组件上的一个或多个储料器中，打印头从储料器中获得材料。可选择地，为了保持至少一种光敏聚合物的适当粘性，控制器控制至少一个加热器来加热光敏聚合物到适当的工作温度，其中该加热器可选择地安装在打印组件、打印头和/或储料器上。通常，该一种或多种光敏聚合物可以混合、分开或一起、同时或按顺序地进行分配。

在制造物体的过程中，控制器控制滑架在平行于xy平面的支撑表面（以下称为“构造平台”）上重复移动。当滑架移动时，控制器根据限定物体的构造数据控制每个打印头有选择地通过它的输出口分配构造材料，以在构造平台上打印出形成物体的构造层，一层接着一层地叠置。一个或多个电磁辐射源（可选择地为紫外辐射）安装在滑架上且靠近打印头组件，用于固化在每个构造层上打印的光敏聚合物构造材料。可选择地，在滑架上靠近至少一个打印头组件的位置还安装“校平辊”，其通过去除层上多余材料和/或材料毛刺来校平新打印的构造材料层到预定层高。通过“清洁片”刮去辊上粘附的从层上去除的多余材料，并将其集中在位于滑架上的废料罐中。

可选择地，在制造构造层期间滑架在支撑表面上方移动时，控制器控制滑架沿着x方向往复移动。可选择地，在滑架沿着x方向进行任一次或多次掉转时，控制器都会增加滑架在y方向的位移。在形成预定构造层之后，或者构造平台沿着叠置方向下降或者滑架沿着叠置方向上升预定距离，该距离等于另一个要在刚形成的构造层之上成形的构造层厚度。

在制造物体的过程中，多余固化的光敏聚合物构造材料会聚集在打印头上或打印头组件中至少一个打印头和清洁片之间。聚集的材料会导致输出口全部或局部阻塞，在沉积构造材料时产生误差，和/或在打印头和辊在打印层上移动时损坏打印层。通常，在聚集了光敏聚合物“碎屑”后打印头组件的功能变差，以至于必须更换打印头组件。更换打印头组件通常都是很昂贵的，且浪费时间，还需要重新校准RPA来精确控制输出口沉积聚合物。

在这里引用美国专利US6,259,962、US6,658,314、US6,569,373以及美国申请10/101,089,09,484,272、10/336,032公开的全部内容。

发明内容

本发明实施例的一个方面涉及一种喷墨型快速成型装置(RPA)，其具有改进的操作特性。