[发明专利]具有释放机构的增材制造设备

说明书

一种增材制造设备包括：用于容纳在一个或多个固化波长时可聚合的材料的容器，该容器具有柔性壁，该柔性壁对一个或多个固化波长的辐射至少部分地透明；具有造型面的造型平台，该造型平台能够相对于所述容器移动以定位所述造型面，从而该造型面面对所述柔性壁；以及固化单元，该固化单元包括具有平坦接触面的刚性部件和辐射模块，该刚性部件对一个或多个固化波长的辐射至少部分地透明，该辐射模块相对于所述刚性部件定位或能够相对于所述刚性部件定位以发射通过所述刚性部件的辐射，其中，所述刚性部件和容器能够相对于彼此移动，使得在第一位置，所述刚性部件的平坦接触面与所述柔性壁相接触，而在第二位置，所述刚性部件与所述柔性壁分开。

技术领域

本发明涉及具有释放机构的增材制造设备以及增材制造方法。

背景技术

与例如蚀刻或CNC机加工的传统减法相反，增材制造是通过添加材料，有效地堆积物体，形成三维物体，其中在例如蚀刻或CNC机加工的传统减法中，三维物体通过从更大的件中移除材料形成。在用于增材制造的大部分设备和方法中，三维物体在竖向方向上一层一层地堆积。期望的三维物体用一叠非常薄层的材料形成，每个层表示该层在物体内的竖向位置处的物体横截面。

在一种已知类型的增材制造中，光敏树脂用于形成三维物体。所述树脂是液态单分子物体，当暴露于特殊波长的辐射，例如紫外光时，所述树脂能够聚合或固化。例如，在选择性沉淀机中，所述树脂能够以液体形式沉淀成期望的图案，然后固化以形成三维物体的一个横截面层。备选地，在选择性固化机中，大容量树脂选择性地暴露于适当波长的辐射，以便只在期望的地方固化。使用这种选择性固化方法的机器的示例是立体平板印刷(SLA)和数字光处理(DLP)机。

在使用光敏树脂的增材制造机中，可能很难在整个三维物体中维持统一的层厚。这是因为液体树脂的流变性，即表示它在平面上流动或者喷出表面的能力。例如，具有某比粘度的液体树脂将具有关于它本身将扩展多薄的实际极限。具有非常高粘度的树脂不倾向于像几乎没有粘度的液体(例如水)那样穿过造型平台的固体金属或塑料表面。另外，像密度和粘度的属性与温度不是常数，使得增材制造机的操作在非标准的或可变条件下也可包括打印的物体的保真度。

诸如Formlabs Form 1打印机的一些增材制造设备具有树脂桶，所述树脂桶具有透明底壁，通过所述透明底壁，打印的物体的层被固化。造型平台能够制造成在所述树脂桶内和树脂桶上方竖直向上或向下移动。为了打印第一层，所述造型平台移动到这样的位置，即使它的底部造型面距离所述透明底壁的距离等于一个层厚。夹在所述(造型平台的)造型面和所述(透明底壁的)固化面之间的一薄层树脂暴露于穿过所述透明底壁从下方辐射的辐射。在固化所述第一层后，所述造型平台向上移动(离开所述树脂桶的底部)。与粘着到所述透明底壁的固化面相比，所述固化的第一层更强地粘着到所述造型平台的造型面上，从而当所述造型平台向上移动时，所述固化的第一层随着它移动，并且产生供树脂流入的空隙，以能够形成下一层。重复这个工序，随着所述造型平台向上移动并且移除所述树脂桶，以上下方式一层又一层地堆积三维物体。所述透明底壁是大致刚性的，使得连续层能够一致地形成并且具有相应的期望的层厚。通过提供所述造型平台和固化面板的位置的精确的计算机控制可以控制所述层厚(例如保持常数或者调整以提供低的或高的分辨率。

上述打印机构的主要缺陷是需要克服将固化树脂粘着到所述透明底壁上。为了确保平滑地打印，与粘着所述透明底壁的材料相比，固化的聚合物明显更强地粘着所述造型面的材料和以前固化的树脂层。

为了解决粘着问题，大部分消费者级3D打印机在固化表面、倾斜分离机构(促进固化材料从固化面逐渐分离)或二者上使用禁止固化的涂层，例如PDMS。然而，这些3D打印机每个都具有它们各自的缺陷。例如，诸如PDMS的含氧的禁止固化涂层在给定应用中只具有有限数量的溶解氧，并且因此必须定期更换以便继续有效。另外，这样的涂层是典型地柔性的和弹性的。这可能导致打印的三维物体的降低的精确度，并且所述涂层也可能容易撕裂。