用于分层生产有形物品的方法和系统

摘要

一种用于分层生产有形物品(5)的方法循环包括以下步骤：在液体层(10)与构型邻接时，使得所述液体(3)的液体层(10)的预定区域固化，以便获得有形物品(5)的固体层(14)；使所述固体层与所述构型分离；以及使分离的固体层和构型相对于彼此运动到相对于彼此的预定位置，用于执行连续的这种方法循环，以便获得附着在固体层上的连续的这种固体层。对于至少一个所述方法循环而言，所述固化和所述分离如此进行，从而该固体层(14)的特定部分的固化与该层的其他已经固化部分的分离同时进行。

权利要求

1.一种用于分层生产有形物品(5)的方法，该方法包括：

提供用于容纳液体(3)的液体容器(2)；

提供构型(6；206；306)；并且

反复进行方法循环，每个方法循环包括：

在所述液体(3)的液体层(10)与所述构型邻接时使得液体层(10)的预定区域固化，以便获得所述有形物品(5)的固体层(14；214；314)，所述固体层因此具有预定形状；

使所述固体层与所述构型分离；以及

使分离的固体层和构型相对于彼此运动到相对于彼此的预定位置，用于执行连续的这种方法循环，使得包含有在分离的固体层(14；214；314)和构型(6；206；306)之间流入的液体(3)的连续的这种液体层的预定区域类似固化，以便获得附着在固体层上的连续的这种固体层；

其特征在于，

对于所述方法循环中的至少一个循环而言，所述固化和所述分离如此进行，从而所述预定区域的特定部分的固化与所述预定区域的其他已经固化部分的分离同时进行。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述构型包括具有液体接触面的柔性层(8；108)，并且其中所述同时进行的固化和分离如此实现，即，使得所述液体接触面与在液体容器(2)中的液体(3)接触并且柔性层弯曲，使得柔性层(8；108)的液体接触面的随时间变化的接触部分与液体层(10)接触，以便使得该液体层(10)的所述特定部分固化，同时柔性层(8；

108)的液体接触面的随时间变化的其他部分已经与该液体层(10)的所述其他已经固化部分分离。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述构型(6)包括引导装置(81；85；87)，并且其中使得所述引导装置与柔性层(8；108)的与液体接触面相对的相对侧面压力接触，以便限定出柔性层的液体接触面的随时间变化的接触部分。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述压力接触是通过使得所述引导装置(81)沿着柔性层(8)的所述相对侧面滑动来实现的。

5.如权利要求3所述的方法，其中所述压力接触是通过所述引导装置(85；87)沿着柔性层(8)的所述相对侧面滚动来实现的。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述引导装置(85)的所述滚动至少如此实现，即，所述柔性层(108)在围绕着至少两个辊子(85)的封闭环圈中滚动。

7.如权利要求5所述的方法，其中所述引导装置(87)的滚动至少如此实现，即柔性层(108)通过卷绕和解绕机构(88)卷绕和解绕。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述同时进行的固化和分离如此实现，即，在构型(206；306)和在构造中的物品(5)之间进行相对转动运动。

9.一种用于分层生产有形物品(5)的系统，该系统包括：

用于在其中容纳液体(3)的液体容器(2)；

用于与在液体容器中的液体接触的构型(6；206；306)；

用于使液体(3)的液体层(10)的预定区域固化的固化装置(9)，所述液体层(10)与所述构型邻接，以便获得所述有形物品(5)的固体层(14；214；314)，所述固体层因此具有预定的形状；

用于使所述固体层与所述构型分离的分离装置(8；80；81；108；85；108；87；275；

375)；

用于使分离的固体层和构型相对于彼此运动到相对于彼此的预定位置的运动装置(21)，用于使得包含有在分离的固体层(14；214；314)和构型(6，206；306)之间流入的液体(3)的连续的这种液体层的预定区域类似固化，以便获得附着在所述固体层上的连续的这种固体层；

其特征在于，

所述系统布置用于如此进行所述固化和所述分离，即，所述预定区域的特定部分的固化与所述预定区域的其他已经固化部分的分离同时进行。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述构型包括具有液体接触面的柔性层(8；108)，并且其中所述同时进行的固化和分离如此实现，即，使得所述液体接触面与在液体容器(2)中的液体(3)接触并且柔性层弯曲，使得柔性层(8；108)的液体接触面的随时间变化的接触部分与液体层(10)接触，以便使得该液体层(10)的所述特定部分固化，同时柔性层(8；

108)的液体接触面的随时间变化的其他部分已经与该液体层层(10)的所述其他已经固化部分分离。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述构型(6)包括引导装置(81；85；87)，所述引导装置布置用来与柔性层(8；108)的与液体接触面相对的相对侧面压力接触，以便限定出柔性层的液体接触面的随时间变化的接触部分。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述引导装置布置成通过引导装置(81)沿着柔性层(8)的所述相对侧面滑动来实现所述压力接触。

13.如权利要求11所述的系统，其中所述引导装置布置成通过引导装置(85；87)沿着柔性层(108)的所述相对侧面滚动来实现所述压力接触。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述引导装置(85)的所述滚动至少如此实现，即，柔性层(108)在围绕着至少两个辊子(85)的封闭环圈中滚动。

15.如权利要求13所述的系统，其中所述引导装置(87)的滚动至少如此实现，即，柔性层(108)通过卷绕和解绕机构(88)卷绕和解绕。

说明书

用于分层生产有形物品的方法和系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于分层生产有形物品的方法。本发明还涉及用于分层生产有形物品的系统。

背景技术

[0002] 一种用于分层生产有形物品的方法，该方法包括：提供用于容纳液体的液体容器；提供构型；并且反复进行方法循环，每个方法循环包括：在液体层与所述构型邻接时使得所述液体的液体层的预定区域固化，以便获得所述有形物品的固体层，所述固体层因此具有预定形状；使所述固体层与所述构型分离；以及使分离的固体层和构型相对于彼此运动到相对于彼此的预定位置，用于执行连续的这种方法循环，使得包含有在分离的固体层和构型之间流入的液体的连续的这种液体层的预定区域类似固化，以便获得附着在固体层上的连续的这种固体层。

[0003] 这种方法是已知的。例如从德国专利文献DE10256672A1中可以得知，液体容器具有其上侧面具有分离层的透明底板。在底板上方的空间中，设有可以上下运动的承载板。在其运动期间，承载板可以到其范围从液面下面到其上方的多个位置。通过选择地使液体固化来将首先形成的有形物品的固体层粘接在承载板下侧面上。分别将每个这样形成的固体层粘接在前面形成的固体层上。

[0004] 每次在新的层固化之后，使承载板与粘附在其上的前面固化层一起向上运动以便使得后面形成的固体层与底板的分离层分离。每次在这种分离之后，使分离出的固化层运动到与底板的分离层间隔一定距离的预定位置以便让液体在分离出的固体层和底板的分离层流入。通过使得包含有流入液体的层的预定区域固化，从而获得有形物品的连续固体层。

[0005] 该已知方法的缺点在于，在每个方法循环期间，所述分离以及液体在分离的固体层和底板的分离层之间流入所需的时间相对较长。这限制了生产过程速度。 [0006] 要指出的是，在生产速度方面的这种限制对于横截面变化剧烈的物品而言尤为严重。下面对这种情况进行了说明。

[0007] 承载板的向上分离运动需要在承载板上施加外力。这个外力导致在所生产的有形物品中的内应力增大。如果这些应力太高，则物品会变形、弱化或破裂。因此，对于该已知方法而言，在物品中的最大许可内应力水平限制了所施加的外力的最大许可水平，因此限制了生产速度。由于在具有变化横截面的物品中的垂直拉伸应力会在局部变得非常高，所以在生产速度方面的这种限制对于这种物品而言尤为严重。

[0008] 发明概述

[0009] 本发明的目的在于能够使得物品的生产更加快速。

[0010] 因此，根据本发明的第一方面，提供了一种方法，该方法的特征在于对于所述方法循环中的至少一个循环而言，所述固化和所述分离如此进行，从而所述预定区域的特定部分的固化与所述预定区域的其他已经固化部分的分离同时进行。

[0011] 在根据本发明第一方面的这种方法中，对于所述方法循环中的至少一个而言，所述固化和所述分离如此进行，即，该层的特定部分的固化与该层的其他已经固化部分的分离同时进行。下面说明了这种同时固化和分离的有益效果。

[0012] 首先，同时固化和分离自身提供了过程速度增加。也就是说，使一层分离开始不必等到该层的所有部分已经固化。因此，分离装置的停工时间很少或没有。固化装置的停工时间也很少或没有。

[0013] 第二，该层的分离由于是一部分接一部分进行所以更加循序性地进行，而不是整个层一次进行。这意味着，与已知方法相比，为分离运动 而施加的外力以及因此在有形物品中的内应力对于给定的分离速度不会再高。实际上，这些外力相对已知方法会增大，同时不会超过在有形物品中的最大许可内应力水平。在这方面，可以实现生产速度的进一步提高。

[0014] 另外，根据本发明的第二方面，提供了一种用于分层生产有形物品的系统，该系统包括：

[0015] 用于在其中容纳液体的液体容器；

[0016] 用于与在液体容器中的液体接触的构型；

[0017] 用于使液体的液体层的预定区域固化的固化装置，所述液体层与所述构型邻接，以便获得所述有形物品的固体层，所述固体层因此具有预定的形状；

[0018] 用于使所述固体层与所述构型分离的分离装置；

[0019] 用于使分离的固体层和构型相对于彼此运动到相对于彼此的预定位置的运动装置，用于使得包含有在分离的固体层和构型之间流入的液体的连续的这种液体层的预定区域类似固化，以便获得附着在所述固体层上的连续的这种固体层；

[0020] 其特征在于，

[0021] 所述系统布置用于如此进行所述固化和所述分离，即，所述预定区域的特定部分的固化与所述预定区域的其他已经固化部分的分离同时进行。

[0022] 在从属权利要求中给出本发明的具体实施方案。

[0023] 本发明的这些和其他方面将从下面所述的实施方案中看到，并且这些方面将参照这些实施方案进行说明。

[0024] 附图的简要说明

[0025] 下面将参照这些附图只是以实施例的方式对本发明的其他细节、方面和实施方案进行说明。

[0026] 图1示意性地显示出根据本发明系统的实施方案的剖面侧视图。

[0027] 图2示意性地显示出根据本发明系统的另一个实施方案的剖面侧视图。 [0028] 图3示意性地显示出根据本发明系统的另一个实施方案的剖面侧视图。 [0029] 图4A和4B示意性地显示出根据本发明系统的再一个实施方案的不完整剖面侧视图。

[0030] 图5A和5B示意性地显示出根据本发明系统的再一个实施方案的不完整剖面侧视图。

[0031] 优选实施方案的详细说明

[0032] 图1-5的每个实施例涉及根据本发明的第二方面所述的系统，该系统能够执行根据本发明的第一方面所述的方法。在各个附图中，对于这些系统的类似或相同的部分或方面有时使用相同的附图标记。

[0033] 因此，图1-5的每个实施例涉及用于分层生产物品的系统，该系统包括： [0034] 用于在其中容纳液体的液体容器；

[0035] 用于与在液体容器中的液体接触的构型；

[0036] 用于使液体层的预定区域固化的固化装置，所述液体层与所述构型邻接，以便获得有形物品的固体层，所述固体层因此具有预定的形状；

[0037] 用于使所述固体层与所述构型分离的分离装置；

[0038] 用于使分离的固体层和构型相对于彼此运动到相对于彼此的预定位置的运动装置，用于使得包含有在分离的固体层和构型之间流入的液体的连续的这种液体层的预定区域类似固化，以便获得附着在固体层上的连续的这种固体层；

[0039] 其中所述系统布置用于如此进行所述固化和所述分离，即，该层的特定部分的固化与该层的其他已经固化部分的分离同时进行。

[0040] 在图1-5的每一个实施例中，显示出在生产期间的有形物品。例如它可以为制造物品原型或模型或者其他合适类型的物品。

[0041] 在图1-5的每一个实施例中，固化装置可以使用任意合适的化学或物理方法来使得液体层的预定区域固化。固化装置例如可以在液体中引发组分的化学反应，这产生出固体反应产品。例如，液体可以为液体树 脂，它可以通过电磁辐射固化，例如可以通过照射合适波长的光来启动聚合作用的光聚合物。可以通过合适类型的能量来使得液体转变成固体，并且固化装置可以包括能够给预定区域选择地提供能量的能量源。能量源例如可以包括电磁辐射源。固化装置可以包括光源，它可以发射光，该光通过固化装置的照射单元以与所期望的固体层的形状和尺寸相对应的图案照射到液体层的预定区域。

[0042] 在图1、2和3的每一个实施例中，构型包括具有用于与在液体容器中的液体接触的液体接触面的柔性层，并且构型布置成在操作中使得柔性层弯曲，使得柔性层的液体接触面的随着时间变化的接触部分与液体层接触以便使得该液体层的所述特定部分固化，同时柔性层的液体接触面的随着时间变化的其他部分已经与该液体层的所述其他已经固化部分分离。

[0043] 这种柔性层的这种应用能够方便有效地结合在用于分层生产物品的许多不同方法和系统中。

[0044] 另外，在图1、2和3的每个实施例中，构型包括布置用于与柔性层的相对液体接触面的一侧压力接触的引导装置，用来限定柔性层的液体接触面的随着时间变化的接触部分。

[0045] 应用这种引导装置是进行柔性层弯曲的方便有效的方式。

[0046] 在图1的实施例中，引导装置布置用来通过使得引导装置沿着柔性层的所述相对侧滑动来实现所述压力接触。

[0047] 这种滑动接触使得所述压力接触区域较大，这样例如有利于使得柔性层的液体接触面的随着时间变化的接触部分在容器中的液体将在这些接触部分上施加相对较大的压力时的条件下保持平坦。

[0048] 在图2和3的实施例中，引导装置布置成通过使得引导装置沿着柔性层的所述相对侧滚动来实现所述压力接触。

[0049] 这种滚动接触降低了柔性层的磨损。

[0050] 在图2的实施例中，所述引导装置的滚动至少如此实现，即柔性层可以在围绕着至少两个辊子的封闭环圈中滚动。

[0051] 这能够提供用滚动的引导装置来实现构型的紧凑方式。

[0052] 在图3的实施例中，所述引导装置的滚动至少通过用于柔性层的卷绕和解绕装置来实现的。

[0053] 这能够提供用滚动的引导装置来实现构型的可选方式。

[0054] 在图4A、4B、5A和5B的实施例中，所述同时进行的固化和分离按照与在图1、2和3中所示的实施例中的方式不同的另一种方式来实现。更具体地说，对于图4A、4B、5A和5B的实施方案而言，所述同时进行的固化和分离如此实现，即在构型和构型下面的物品之间进行相对转动运动。

[0055] 现在参照图1，该图显示出根据本发明的系统1。

[0056] 该系统包括液体容器2，该容器在所示的实施例中填充有至液面4的液体3。系统1还包括构型6，它设置在液体容器2中的液面4下方。在所示的实施例中，容器2包括底部平台7，并且构型6包括位于平台7上方的柔性层8。

[0057] 系统1还包括用于使得液体3的液体层10的预定区域固化的固化装置9，所述液体层10与构型6相邻，以便获得有形物品5的固体层14，所述固体层因此具有预定形状。 [0058] 在所示的实施例中，固化装置9位于底部平台7下方。为了使得固化装置9的光或其他辐射15能够进入液体容器2，底部平台7和构型6的柔性层8对于辐射15而言是透明的。

[0059] 如下面将在一定程度上进一步说明的一样，该系统1还包括用于使得所述固体层14与所述构型6分离的分离装置。

[0060] 该系统1还包括用于使得分离的固体层14和构型6相对于彼此运动到相对于彼此的预定位置的运动装置，用于同样使得包含有在分离的固体层14和构型6之间流入的液体3的连续的这种液体层的预定区域固化，以便获得附着在固体层14上的连续这种固体层。

[0061] 在所示的实施例中，运动装置包括位于构型6上方的承载板20。如由在图1中的双箭头25所示一样，承载板20可以通过承载板促动器21的作用相对于构型6上下运动。在其运动期间，承载板20可以到达其范围从液面4下面到其上方的多个位置。有形物品5的首先形成的固体层24 附着在承载板20的底面上。这样形成的固体层34每一层都分别附着在前面形成的固体层上。

[0062] 每次在新的层固化和分离之后，承载板与附着在其上的固化层一起向上运动。因此，用于分层生产物品的方法为循环方法，其中固化、分离和定位的所述步骤一起包括在该方法的单个循环中。

[0063] 该系统布置用于如此进行所述固化和所述分离，即，该层的特定部分的固化与该层的其他已经固化部分的分离同时进行。这将在下面进行说明。

[0064] 下面将说明用于与该层14的预定区域固化的同时，使得所述层14与所述构型6分离的分离装置。

[0065] 柔性层8具有用于与液体3接触的液体接触面。在柔性层8和底部平台7之间中，设有构型6的引导装置81。引导装置81在图1中的上面部分与柔性层的与液体接触面相对的表面压力接触。在所示的实施例中，所述压力接触是通过引导装置沿着柔性层的所述相对面的滑动来实现的。引导装置81在图1中的下面部分通过辊子80与底部平台7的表面滚动接触。在所示的实施例中，在平台7的相对表面上，固化装置9也通过类似的这种辊子80与平台7滚动接触。引导装置81和固化装置9可以沿着由在图1中所示的任一或两个方向通过这些辊子80相对于平台7同步运动。

[0066] 在所示的实施例中，平台7对于辐射15而言是透明的，同时引导装置81包含有用于辐射15的通道。可选的是，引导装置81也可以对于辐射15而言透明，而不是具有用于辐射的通道。

[0067] 作为一个示例，现在假设在进行方法循环的过程期间，引导装置81和固化装置9沿着在图1中箭头73的右手方向同步运动。然后，在图1中所示的即时运动处，存在柔性层8的液体接触面的接触部分，它们用于与液体层10接触以便使得该液体层10的特定部分固化。在引导装置81和固化装置9的运动期间，这些接触部分是随着时间变化的。在图1中，在这些接触部分的左手侧上，存在柔性层8的液体接触面的随时间变化的其他部分，这些部分已经与该液体层10的所述其他已经固化部分分离。液体3能够在柔性层8的液体接触面的所述其他部分和该液体层10 的所述其他已经固化部分之间流入。这是可能的，因为柔性层8在引导装置81沿着方向73的运动作用下弯曲。

[0068] 现在参照图2和3，这些图显示出用于分层生产有形物品5的系统的其他实施方案。

[0069] 与图1的实施方案的差别在于，对于图2和3的实施方案而言，代替下层14，在生产中的物品5的上层14在每个方法循环期间固化。承载板20位于在生产中的物品下方，而不是在其上方，同时固化装置9位于在生产中的物品上方，而不是位于其下方。在图2和3中，承载板20可以通过促动器21的作用沿着方向125上下运动，该促动器延伸穿过该系统的液体容器2的底部。注意促动器延伸穿过液体容器底部不是必不可少的。相反，可以采用其他不同类型的促动器，例如从承载板沿着向上方向一直延伸到液面4上方的促动器。 [0070] 在图2和3的实施例中，柔性层由附图标记108表示。

[0071] 与图1的实施方案的另一个不同在于，对于图2和3的实施方案而言，采用了不同的引导装置。也就是说，在图2和3中的引导装置包括用于通过使得引导装置沿着柔性层108的所述相对侧滚动(代替滑动)实现所述压力接触的辊子85。

[0072] 在图2和3的实施例之间的不同之处在于，对于图2的实施例而言，引导装置的所述滚动至少如此实现，即柔性层108可以在围绕着至少两个辊子85的封闭环圈中滚动，而对于图3的实施例而言，引导装置的所述滚动至少通过用于柔性层108的卷绕和解绕机构来实现。图3的卷绕和解绕机构包括两个卷绕和解绕辊88。

[0073] 对于图2和3的实施方案而言，包括柔性层108、辊子和固化装置的组件可以沿着由箭头173所示的任一或两个方向相对于容器2同步运动。在这些附图中没有显示出用于这种运动的必要驱动装置。在这种运动期间，柔性层108正在沿着由双箭头174所示的其中一个方向运动，从而柔性层108的与液体层10接触的那些部分没有相对于液体层10运动。

[0074] 要指出的是，在图1的实施例中，引导装置沿着柔性层的所述相对侧的滑动应用于这样一种系统，其中在生产中的物品5的下层14在每个方法循环期间固化，而在图2和3的实施例中，引导装置沿着柔性层的所 述相对侧的滚动应用于这样一种系统，其中在生产中的物品5的上层14在每个方法循环期间固化。但是，注意也可能存在反之亦然的情况。也就是说，也可以将引导装置的滚动应用于其中在生产中的物品的下层在每个方法循环期间固化的系统，同时也可以将引导装置的滑动应用于其中在生产中的物品的上层在每个方法循环期间固化的系统中。

[0075] 现在参照图4A和4B。这些附图显示出用于分层生产有形物品5的系统201的一部分。该系统201包括：构型206，所述构型206具有用于与在系统201的液体容器中的液体3接触的液体接触面211；以及固化装置9，用于发射辐射15。附图标记214表示物品5的最后形成的固体层。构型206和固体层214具有不匹配的形状。在图4A和4B中所示的实施方案中，所述不匹配形状如此实现，即固体层214具有非平面形状。

[0076] 固体层214已经经过的固化已经通过使得物品5按照由双箭头275所示的一种转动方式相对于构型206运动来进行。为了对之进一步说明，图4B显示出在所述转动运动期间的条件，在该条件中物品5相对于构型206具有一取向，该取向与图4A的取向不同。在这种转动过程期间，在固体层侧270和接触面211之间的液体3的不同部分正在通过使得这些部分曝露于辐射15而固化。这样，在该过程期间已经形成了固体层214。 [0077] 对于该实施方案而言，采用所述不匹配形状导致分离更好，因为液体3将快速充满在固体层214和构型206之间的扩展空间。

[0078] 现在参照图5A和5B。这些附图显示出用于分层生产有形物品5的系统301的一部分。该系统301包括：构型306，所述构型306具有与在系统301的液体容器中的液体3接触的液体接触面311；以及固化装置9，用于发射辐射15。附图标记314表示物品5的最后形成固体层。构型306和固体层314具有不匹配形状。在图5A和5B中所示的这些实施方案中，所述不匹配形状如此实现，即所述液体接触面311具有不平坦形状。 [0079] 固体层314已经经过的固化已经通过使得物品5按照由双箭头375所示的一种转动方式相对于构型306运动来进行。为了对之进一步说明，图5B显示出在所述转动运动期间的条件，在该条件中物品5相对于构型306具有一取向，该取向与图5A的取向不同。在这种转动过程期间，在 固体层侧370和接触侧311之间的液体3的不同部分正在通过使得这些部分曝露于辐射15而固化。这样，在该过程期间已经形成了固体层314。 [0080] 再有，对于该实施方案而言，采用所述不匹配形状也导致分离更好，因为液体3将快速充满在固体层314和构型306之间的扩展空间。

[0081] 在前面的说明书中，已经参照本发明的具体实施例对本发明进行了说明。但是显而易见的是，在不脱离在所附权利要求中所提出的本发明更宽的精神和范围的情况下可以在其中作出各种变型和变化。例如，液体容器可以比在图1中所示的更高或更低。另外，该物品可以具有任何合适的尺寸和形状。还有，本发明不限于在不可编程硬件中实现的物理装置或单元，而是还可以应用于能够通过根据合适的程序编码操作来执行所期望的装置功能的可编程装置或单元。另外，这些装置可以在物理上分布在多个设备上，同时在功能作为单个装置操作。还有，在功能上形成单独装置的这些装置可以集成在单个物理装置中。但是，也可以有其他变型、变化和可选方案。说明书和附图因此应该被认为是例举说明而不是进行限制。

[0082] 在权利要求中，位于括号之间的任何附图标记不应该解释为对权利要求进行限制。词语“包括”不排除存在除了在权利要求中所列出的那些步骤之外的其他元件或步骤。另外，词语“a”和“an”不应该解释为局限于“只有一个”，而是用来表示“至少一个”，并且不排除多个。在相互不同的权利要求中描述了特定措施的单纯事实并不表示这些手段的组合不能有利使用。