使用可聚合液体的往复送料的三维打印

摘要

本文公开了通过“自下而上”添加制造来生产三维物体的方法和装置，其中载体(112)相对于构造表面垂直往复运动，以提高或加速可固化液体在构造区的再填充。在优选的实施方案中，三维物体通过连续的液体界面生产(即，“CLIP”)从液体界面产生。

权利要求

1.一种形成三维物体的方法，其包括：

提供载体和具有构造表面的光学透明的构件，所述载体和所述构造表面限定它们之间的构造区；

用可聚合液体填充所述构造区，

用光透过所述光学透明的构件连续或间歇地照射所述构造区，以从所述可聚合液体形成固体聚合物，连续或间歇地推进所述载体远离所述构造表面，以从所述固体聚合物形成所述三维物体，所述填充步骤还包括使所述载体相对于所述构造表面垂直往复运动，以提高或加速用所述可聚合液体再填充所述构造区，其中进行所述填充、照射和/或推进步骤，还同时：

(i) 继续维持可聚合液体与所述构造表面接触的死区，和(ii) 继续维持所述死区和所述固体聚合物之间的聚合区梯度并与其各自接触，所述聚合区梯度包含呈部分固化形式的所述可聚合液体。

2.权利要求1的方法，其中所述光学透明的构件包含半透性构件，和所述继续维持死区通过以足以维持所述死区和所述聚合区梯度的量，通过所述光学透明的构件供给聚合抑制剂来进行。

3.权利要求2的方法，其中所述光学透明的构件包含含氟聚合物。

4.权利要求1-3的任一项的方法，其中所述垂直往复运动步骤通过所述载体独自运动来进行。

5.权利要求1-3的任一项的方法，其中所述垂直往复运动步骤通过所述载体和所述构造表面的联合运动来进行。

6.权利要求1-3的任一项的方法，其中所述照射是间歇照射，并且所述间歇照射是与所述垂直往复运动同步，或者与所述垂直往复运动不同步。

7.权利要求1-3的任一项的方法，其中所述垂直往复运动步骤包括向上行程和向下行程，所述向上行程的距离大于所述向下行程的距离，从而同时部分或整体地进行所述推进步骤。

8.权利要求1-3的任一项的方法，其中所述垂直往复运动步骤包括向上行程，且其中所述向上行程的速度在所述向上行程期间的一个时间段内加速。

9.权利要求8的方法，其中所述向上行程逐渐地开始。

10.权利要求1-3的任一项的方法，其中所述垂直往复运动步骤包括向下行程，且其中所述向下行程的速度在所述向下行程期间的一个时间段内减速。

11.权利要求10的方法，其中所述向下行程逐渐地结束。

12.权利要求1-3的任一项的方法，其中所述垂直往复运动步骤经历0.01-10秒的总时间进行，和/或经历从0.02毫米至10毫米行进的向上行程距离进行。

13.权利要求1-3的任一项的方法，其中所述推进步骤以每分钟1个单次推进直至每分钟1000个单次推进的速率间歇地进行，每次之后是一个暂停，在此期间进行照射。

14.权利要求13的方法，其中所述单次推进的每一次以每次推进从10微米至200微米的行程的平均距离进行。

15.权利要求1-3的任一项的方法，其中所述构造表面在横向维度上是固定的和静止的。

16.一种从可聚合液体形成三维物体的装置，其包括：(a) 支撑物；

(b) 与所述支撑物可操作地连接的载体，在所述载体上形成所述三维物体；

(c) 具有构造表面的光学透明的构件，所述构造表面和所述载体限定它们之间的构造区；

(d) 与所述构造表面可操作地连接并被配置为向所述构造区供应可聚合液体以供固化或聚合的液体聚合物供应源；

(e) 配置为通过所述光学透明的构件照射所述构造区以从所述可聚合液体形成固体聚合物的辐射源；

(f) 任选地，至少一个与所述光学透明构件或者所述载体可操作地连接的驱动器；

(g) 与所述载体，和/或任选地，所述至少一个驱动器，和所述辐射源可操作地连接的控制器，用于推进所述载体远离所述构造表面以从所述固体聚合物形成所述三维物体，所述控制器被进一步配置为使所述载体相对于所述构造表面垂直地往复运动，以提高或加速所述可聚合液体在所述构造区的再填充，所述控制器被进一步配置为从所述固体聚合物形成所述三维物体，且还与液体聚合物供应、推进载体和/或照射构造区同时进行：(i) 继续维持可聚合液体与所述构造表面接触的死区，和(ii) 继续维持所述死区和所述固体聚合物之间的聚合区梯度并与其各自接触，所述聚合区梯度包含呈部分固化形式的所述可聚合液体。

17.权利要求16的装置，其中所述光学透明的构件包含半透性构件。

18.权利要求17的装置，其中所述半透性构件包含含氟聚合物。

说明书

使用可聚合液体的往复送料的三维打印

[0001] 相关申请

[0002] 本申请要求2015年2月18日提交的美国临时专利申请系列号62/117,640、2014年8月11日提交的62/035,643，和2014年6月20日提交的62/015,119的权益，其公开内容通过引用以其全文结合到本文中。发明领域

[0003] 本发明涉及用于从液体材料制作固体三维物体的方法和装置。

[0004] 发明背景

[0005] 在传统的添加剂或三维制作技术中，一个三维物体的构造以逐步(step-wise)或逐层(layer-by-layer)的方式进行。特别是，层形成在可见光或UV光照射的作用下，通过光固化树脂的固化来进行。两种技术是已知的：一种是其中在生长物体的顶部表面形成新层；而另一种是其中新层在生长物体的底部表面形成。

[0006] 如果新层在生长物体的顶部表面形成，那么在每个照射步骤后，正在构造的物体被降低到树脂“池”中，一层新的树脂被涂布在顶部，且一个新的照射步骤发生。这样的技术的一个早期的例子在Hull，美国专利号5,236,637 (图3)中给出。这样的“自顶向下(top down)”的技术的一个缺点是需要将生长物体浸没在(可能很深的)液体树脂池中并重建精确的液体树脂覆盖层。

[0007] 如果新层在生长物体的底部形成，那么在每个照射步骤后，正在构造的物体必须从制造井的底板中分离出来。这样的技术的一个早期的例子在Hull，美国专利号5,236,637 (图4)中给出。虽然这样的“自下而上”技术保持了排除需要其中物体被浸没的深井的可能性，代之以将物体从一个相对浅的井或池中取出，但这样的“自下而上”制作技术的一个问题，如商业上所实施的，是由于底板和固化层之间的物理和化学相互作用，当从底板分离固化层时必须极其小心，并采用附加的机械元件。例如，在美国专利号7,438,846中，弹性分离层被用来实现固化材料在底部结构平面的“无损”分离。其它的方法，例如由Deadwood, South Dakota, USA的B9Creations销售的B9Creator™ 3-维打印机，使用一个滑动构造板(sliding build plate)。见例如，M. Joyce，美国专利申请号2013/0292862和Y. Chen等，美国专利申请号2013/0295212  (二者均在2013年11月7日)；也见Y.  Pan等, J. Manufacturing Sci.and Eng.134, 051011-1 (2012年10月)。这样的方法引入了一个可使装置复杂化、使方法放慢，和/或潜在地扭曲最终产品的机械步骤。

[0008] 在美国专利号7,892,474中相当详尽地提出了关于“自顶向下”技术的生产三维物体的连续过程，但这篇参考文献没有解释如何可使它们在“自下而上”系统中，以对要生产的物品无损的方式实施。因此，有对三维制作的可供选择方法和装置的需求，这样的方法和装置可消除在“自下而上”的制作中对机械分离步骤的需要。

[0009] 发明概述

[0010] 本文公开了通过添加制造来生产三维物体的方法、系统和装置(包括相关的控制方法、系统和装置)。在优选(但不必限制)的实施方案中，所述方法是连续地进行的。在优选(但不必限制)的实施方案中，三维物体从液体界面生产。因此为了方便但不为了限制的目的，在本文它们有时被称为连续的液体界面(或相间)生产(或打印)，即“CLIP” (不同的措辞可替换使用)。其一个实施方案的图示在本文的图1中给出。

[0011] 本发明提供一种形成三维物体的方法，其包括：

[0012] 提供载体和具有构造表面的光学透明的构件，所述载体和所述构造表面限定它们之间的构造区；

[0013] 用可聚合液体填充所述构造区，

[0014] 用光透过所述光学透明的构件连续或间歇地照射所述构造区，以由所述可聚合液体形成固体聚合物，和

[0015] 连续或间歇地(例如，与所述照射步骤顺序或同时地)推进所述载体远离所述构造表面，以由所述固体聚合物形成所述三维物体。

[0016] 在一些实施方案中，照明是按顺序，且最好是以较高的强度(例如，以“频闪(strobe)”方式)进行的，如下面进一步描述的。

[0017] 在一些实施方案中，制作以两个或三个顺序模式，从一个基底区，通过一个任选的过渡区，到一个主体区进行，如下面进一步描述的。

[0018] 在一些实施方案中，载体相对于构造表面垂直往复运动，以提高或加速构造区再填充可聚合液体。

[0019] 在CLIP的一些优选的实施方案中，进行填充、照射和/或推进步骤，还同时：(i) 继续维持可聚合液体与所述构造表面接触的死区，和(ii) 继续维持所述死区和所述固体聚合物之间的聚合区的梯度(其如下文所讨论的，也可被描述为生长的三维物体底部上的活性表面)并使其与各自接触，所述聚合区梯度包含呈部分固化形式的所述可聚合液体。换言之，在CLIP的一些优选的实施方案中，三维物体，或至少其一些邻近的部分，在原位形成或产生。如本文所用的“原位”具有其在化学工程领域中的意义，并意指“在适当的位置”。例如，当三维物体的生长部分和构造表面(通常地，它们介于活性表面或聚合的梯度和死区之间)二者在至少一部分的3D物体形成期间维持在适当的位置，或在适当的位置足以避免3D物体中断层线或平面的形成。例如，在根据本发明的一些实施方案中，3D物体的不同部分(其在最终的3D物体中是彼此邻接的)，都可从聚合的梯度或活性表面或在聚合的梯度或活性表面内依序形成。而且，3D物体的第一部分可保持在聚合的梯度内或接触活性表面，同时与第一部分邻接的第二部分在聚合的梯度内形成。因此，3D物体可从聚合的梯度或活性表面连续地远程制造、生长或生产(而不是以离散层制造)。死区和聚合区梯度/活性表面可通过要制作的物体形态的一些或全部来维持，例如(并在一些实施方案中)至少5、10、20或30秒的时间，而在一些实施方案中，维持至少1或2分钟的时间。

[0020] 执行本发明的装置一般包含：

[0021] (a) 支撑物；

[0022] (b) 可操作地与所述支撑物连接的载体，在所述载体上形成所述三维物体；

[0023] (c) 具有构造表面的光学透明的构件，所述构造表面和所述载体限定它们之间的构造区；

[0024] (d) 可操作地与所述构造表面连接并被配置为向所述构造区供应液体聚合物以供固化或聚合的液体聚合物供应；

[0025] (e) 配置为透过所述光学透明的构件照射所述构造区以由所述可聚合液体形成固体聚合物的辐射源；

[0026] (f) 任选地，至少一个可操作地与所述透明构件或者所述载体连接的驱动器；

[0027] (g) 可操作地与所述载体和/或任选所述至少一个驱动器和所述辐射源连接的控制器，用于推进所述载体远离所述构造表面，以由所述固体聚合物形成所述三维物体，[0028] 控制器优选地被进一步配置为使所述载体相对于所述构造表面振荡或往复运动，以提高或加速所述可聚合液体在所述构造区的再填充。

[0029] 在B9Creator™ 3-维打印机中，聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂料被应用于滑动的构造表面。据说PDMS涂料吸收氧并通过其作为聚合抑制剂的作用，创建一个未聚合的树脂的润滑薄膜。然而，PDMS涂布的构造表面通过从生长物体之下的表面的机械地移动(滑动)直接补充氧，同时用刮片(wiper blade)从中擦去未聚合的树脂，然后使其返回到生长物体下面的其原先的位置。虽然在一些实施方案中，提供抑制剂例如氧的辅助装置被提供(例如，一个到相关通道的压缩机)，该过程仍采用了一种伴有滑动和擦拭表面的逐层方法。由于PDMS涂料可被树脂膨胀，这种膨胀，连同这些机械步骤一起，可导致PDMS涂层的撕裂或造成对PDMS涂层的损坏。

[0030] 本发明的非限制性实例和具体实施方案在本文的附图和下文阐述的说明书中更详细地解释。本文引用的所有美国专利参考文献的公开内容通过参考以其全文结合到本文中。

[0031] 附图简述

[0032] 图1是本发明方法的一个实施方案的示意图。

[0033] 图2是本发明装置的一个实施方案的透视图。

[0034] 图3-5是说明执行本发明的控制系统和方法的流程图。

[0035] 图6是本发明的3英寸 x 16英寸“高宽比”矩形构造板(或“窗口”)组件的顶视图，其中薄膜尺寸是3.5英寸 x 17英寸。

[0036] 图7是图6的构造板的展开剖视图(exploded view)，显示出张力环和张力环弹簧板。

[0037] 图8是图6-9的构造板的侧视图，显示出受拉构件如何拉紧和固定或刚化聚合物膜。

[0038] 图9是本发明的2.88英寸直径圆构造板的顶视图，其中薄膜尺寸可以是直径4英寸。

[0039] 图10是图8的构造板的展开剖视图。

[0040] 图11显示图7-10的构造板的各个备选的实施方案。

[0041] 图12是根据本发明的示例性实施方案的装置的前透视图。

[0042] 图13是图12的装置的侧视图。

[0043] 图14是图12的装置的后透视图。

[0044] 图15是与图12的装置一起使用的光引擎组件的透视图。

[0045] 图16是根据本发明的另一个示例性实施方案的装置的前透视图。

[0046] 图17A-17C是说明拼接图像的原理图。

[0047] 图18是根据本发明的另一个示例性实施方案的装置的前透视图。

[0048] 图19是图18的装置的侧视图。

[0049] 图20是与图18的装置一起使用的光引擎组件的透视图。

[0050] 图21是指明相对于构造表面或板的载体的位置的本发明方法的图示说明，其中载体的推进和构造区的照射两者是连续地进行的。载体的推进在垂直轴上说明，而时间在水平轴上说明。

[0051] 图22是指明相对于构造表面或板的载体的位置的本发明另一个方法的图示说明，其中载体的推进和构造区的照射两者是逐步进行的，但是维持死区和聚合的梯度。载体的推进再次在垂直轴上说明，而时间在水平轴上说明。

[0052] 图23是指明相对于构造表面或板的载体的位置的本发明另一个方法的图示说明，其中载体的推进和构造区的照射两者是逐步进行的，死区和聚合的梯度被维持，并且往复运动步骤在照射步骤之间导入，以促进可聚合液体流入构造区。载体的推进再次在垂直轴上说明，而时间在水平轴上说明。

[0053] 图24是图23的往复运动步骤的详细说明，显示在向上行程期间发生的加速期(即，向上行程的逐渐的开始)和向下行程期间发生的减速期(即，向下行程的逐渐的结束)。

[0054] 图25示意性地示出在经本发明的方法，通过第一基底(或“粘附”)区、第二过渡区和第三主体区，制作三维物体的过程中，载体(z)随时间(t)推移的运动。

[0055] 图26A示意性地示出在通过连续推进和连续暴露，制作三维物体的过程中，载体(z)随时间(t)推移的运动。

[0056] 图26B说明以类似于图26A的方式制作三维物体，除了光照现在是间歇(或“频闪”)模式之外。

[0057] 图27A示意性地示出在通过间歇(或“逐步”)推进和间歇暴露来制作三维物体的过程中，载体(z)随时间(t)推移的运动。

[0058] 图27B说明以类似于图27A的方式制作三维物体，除了光照现在是缩短的间歇(或“频闪”)模式之外。

[0059] 图28A示意性地示出在通过振荡推进和间歇暴露来制作三维物体的过程中，载体(z)随时间(t)推移的运动。

[0060] 图28B说明以类似于图28A的方式制作三维物体，除了光照现在是缩短的间歇(或“频闪”)模式之外。

[0061] 图29A示意性地示出制作的“频闪”模式的一个节段，其中载体的静态部分的持续时间已被缩短至接近“频闪”暴露的持续时间。

[0062] 图29B是类似于图29A的制作的频闪模式的一个节段的示意图，除了载体现在在频闪照明期间缓慢向上移动之外。

[0063] 示例性实施方案的详细描述

[0064] 本发明现在在下文参考附图更全面地进行描述，其中本发明的实施方案被示出。然而，本发明可以许多不同形式体现且不应视为限制本文提出的实施方案；而是提供这些实施方案，以使本公开的内容将是完全和彻底的，并将本发明的范围充分地传达至本领域技术人员。

[0065] 相同的数字始终指相同的元件。在图中，为清楚起见，某些线、层、组件、要素或部件的厚度可能被夸大。在使用时，虚线说明任选的部件或操作，除非另外指明。

[0066] 本文所用的术语仅仅是为了描述具体实施方案的目的且不打算限制本发明。如本文所用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意欲还包括复数形式，除非在上下文中另外清楚地指明。还应该理解，术语“包含”或“含有”，当用于本说明书时，指所述部件、整数、步骤、操作、要素、组件和/或基团或其组合的存在，但不排除一个或多个其它的部件、整数、步骤、操作、要素、组件和/或基团或其组合的存在或添加。

[0067] 如本文所用的，术语“和/或”包括有关的所列项目的任何和所有可能的组合或一个或多个，以及当以可供选择的方式(“或”)解释时则缺乏组合。

[0068] 除非另外限定，本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同意义。还应该理解，术语，例如在常用词典中定义的那些，应被解释为具有与它们在说明书和权利要求书的上下文中的意义一致的意义，而不应以理想化的或过于正式的意义来解释，除非在本文清楚地如此定义。众所周知的功能或结构为了简洁和/或清楚而不可能详细地描述。

[0069] 应该理解，当一个元件被称为“紧靠”、“附接”于、“连接”于、“偶联”于、“接触”等时，另一个元件，它可以是直接在其它元件上，附接于、连接于其它元件，与其它元件偶联和/或接触其它元件，或者也可存在插入元件。相反，当一个元件被称为例如，“直接在其上”、“直接附接”于、“直接连接”于、“直接偶联”于或“直接接触”另一个元件时，则不存在插入元件。本领域技术人员也应该意识到，提及被布置在“相邻的”结构或部件时，另一个部件可具有重叠的部分或成为相邻的部件的基础。

[0070] 空间上的相对术语，例如“在下”、“底下”、“较低”、“之上”、“上面”等，为了容易描述，可被用于在此描述一个元件或部件与另一个元件或部件的关系，如在图中所示。应该理解，空间上的相对术语除了在图中所示的定位外，还意欲涵盖在装置使用或操作中的不同定位。例如，如果图中的装置是倒转的，描述为在其它元件或部件“之下”或“下面”的元件则被定位在其它元件或部件“之上”。因此示例性术语“在下”可涵盖之上和之下两种定位。装置可被另外定位(旋转90度或在其它定位)，并且相应地描述本文所用的空间上的相对描述符。类似地，在此使用术语“向上”、“向下”、“垂直”、“水平”等仅仅是为了解释的目的，除非另外特别地指明。

[0071] 应该理解，虽然术语第一、第二等可在此用来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，这些元件、组件、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。相反，这些术语仅用来区分一个元件、组件、区域、层和/或部分与另一个元件、组件、区域、层和/或部分。因此，在此讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可被称为第二元件、组件、区域、层或部分，而不背离本发明的教导。操作(或步骤)的顺序不限于在权利要求书或图中提出的次序，除非另外特别地指明。

[0072] 1. 可聚合液体

[0073] 任何合适的可聚合液体可用来使本发明能够实现。液体(在此有时也称为“液体树脂”、“墨水”或简称为“树脂”)可包括单体，特别是可光聚合和/或自由基聚合单体，和合适的引发剂例如自由基引发剂，及其组合。实例包括，但不限于丙烯酸类、甲基丙烯酸类、丙烯酰胺、苯乙烯类(styrenics)、烯烃、卤代烯烃、环烯、马来酸酐、链烯、链炔、一氧化碳、官能化寡聚物、多挂能固化位点单体、官能化PEG等，包括其组合。液体树脂、单体和引发剂的实例包括但不限于在美国专利号8,232,043；8,119,214；7,935,476；7,767,728；7,649,029；WO 2012129968 A1；CN 102715751 A；JP 2012210408 A中阐述的那些。

[0074] 酸催化的可聚合液体。虽然在如上所注明的一些实施方案中，可聚合液体包含自由基可聚合液体(在此情况下，抑制剂可以是如下文描述的氧)，在其它的实施方案中，可聚合液体包含酸催化的，或阳离子聚合的可聚合液体。在这样的实施方案中，可聚合液体包含单体，所述单体含有适合于酸催化作用的基团，例如环氧基、乙烯醚基团等。因此合适的单体包括烯烃例如甲氧基乙烯、4-甲氧基苯乙烯、苯乙烯、2-甲基丙-1-烯、1,3-丁二烯等；杂环单体(包括内酯、内酰胺，和环胺)例如环氧乙烷、硫杂环丁烷、四氢呋喃、噁唑啉、1,3-二氧杂环庚烷、氧杂环丁烷-2-酮等，及其组合。合适的(通常为离子的或非-离子的)光产酸剂(photoacid generator) (PAG)被包括在酸催化的可聚合液体中，其实例包括，但不限于鎓盐、锍和碘鎓盐等，例如二苯基碘六氟磷酸盐、二苯基碘六氟砷酸盐、二苯基碘六氟锑酸盐、二苯基对-甲氧基苯基三氟甲磺酸盐、二苯基对-亚苄基三氟甲磺酸盐、二苯基对-异丁基苯基三氟甲磺酸盐、二苯基对-叔丁基苯基三氟甲磺酸盐、三苯基锍六氟磷酸盐、三苯基锍六氟砷酸盐、三苯基锍六氟锑酸盐、三苯基锍三氟甲磺酸盐、二丁基萘基锍三氟甲磺酸盐等，包括其混合物。见例如，美国专利号7,824,839；7,550,246；7,534,844；6,692,891；5,374,500；和5,017,461；也见用于电子工业和能量固化涂料的光产酸剂选择指南(Photoacid Generator Selection Guide for the electronics industry and energy curable coatings)(BASF 2010)。

[0075] 水凝胶。在一些实施方案中，合适的树脂包括光固化水凝胶像聚(乙二醇) (PEG)和明胶。PEG水凝胶已被用来传递各种生物制品，包括生长因子；然而，面对由链生长聚合交联的PEG水凝胶的一个巨大挑战是对不可逆的蛋白质损伤的可能性。从光聚合PEG二丙烯酸酯水凝胶最大释放生物制品的条件，可在光聚合允许持续传递之前，通过在单体树脂溶液中包含亲和力结合肽序列而得到增强。明胶是一种频繁用于食品、化妆品、药物和摄影行业的生物聚合物。其通过胶原的热变性或化学和物理降解来获得。现有3种明胶，包括在动物、鱼和人类中发现的那些。来自冷水鱼的皮肤上的明胶被认为对用于药物学应用是安全的。UV或可见光可被用来适当交联改性的明胶。交联明胶的方法包括来自染料例如玫瑰红(Rose Bengal)的固化衍生物。

[0076] 光固化有机硅树脂。合适的树脂包括光固化有机硅树脂。UV固化有机硅橡胶，例如Silopren™ UV固化有机硅橡胶可用作LOCTITE™固化有机硅粘合密封剂。应用包括光学仪器、医疗和外科设备、外部照明和外壳、电气连接器/传感器、光纤和垫圈。

[0077] 可生物降解的树脂。可生物降解的树脂对于传递药物的可植入装置或对于临时性能应用，像可生物降解的螺丝钉和支架是尤其重要的(美国专利号7,919,162；6,932,930)。可生物降解的乳酸和乙醇酸共聚物(PLGA)可溶于PEG二甲基丙烯酸酯，得到一种适合于使用的透明树脂。聚已内酯和PLGA低聚物可用丙烯酸或甲基丙烯酸基团官能化，以使得它们成为适合使用的有效树脂。

[0078] 光固化聚氨酯。一种特别有用的树脂是光固化聚氨酯。可配制包含(1) 基于脂族二异氰酸酯、聚(六亚甲基间苯二甲酸乙二醇酯)和任选的1,4-丁二醇的聚氨酯；(2) 多官能丙烯酸酯；(3)光引发剂；和 (4) 抗氧化剂的可光聚合聚氨酯组合物，以便它提供一种坚硬、耐磨、耐沾污的材料(美国专利号4,337,130)。光固化热塑性聚氨酯弹性体结合光敏二乙炔二醇作为扩链剂。

[0079] 高性能树脂。在一些实施方案中，使用高性能树脂。这样的高性能树脂有时可能需要采用加热，以熔化和/或减少其粘度，如上所注明的并在下文进一步讨论。这样的树脂的实例包括，但不限于用于有时称为酯、酯-酰亚胺，和酯-酰胺低聚物的液晶聚合物的那些材料的树脂，如在美国专利号7,507,784；6,939,940中描述的。由于这样的树脂有时用作高温热固性树脂，在本发明中它们还包含合适的光引发剂例如二苯甲酮、蒽醌和(amd)芴酮(fluoroenone)引发剂(包括其衍生物)，以经照射启动交联，如在下文进一步讨论的。

[0080] 另外的树脂实例。用于牙科应用的特别有用的树脂包括EnvisionTEC’s Clear Guide、EnvisionTEC’s E-Denstone Material。用于助听器行业的特别有用的树脂包括EnvisionTEC’s e-Shell 300系列树脂。特别有用的树脂包括与硫化橡胶一起直接用于模塑成型/铸造应用的EnvisionTEC’s HTM140IV高温模具材料。一种用于制造坚韧和坚硬零件的特别有用的材料包括EnvisionTEC’s RC31树脂。一种用于熔模铸造应用的特别有用的树脂包括EnvisionTEC’s Easy Cast EC500。

[0081] 另外的树脂成分。液体树脂或聚合材料可具有悬浮或分散于其中的固体颗粒。可使用任何合适的固体颗粒，这取决于要制造的最终产品。颗粒可以是金属的，有机的/聚合物的，无机的，或其组合物或混合物。颗粒可以是非导电的、半-导电的，或导电的(包括金属的和非-金属的或聚合物导体)；和颗粒可以是磁性、铁磁性、顺磁性或非磁性的。颗粒可具有任何合适的形状，包括球形、椭圆形、圆柱形等。颗粒可包含如下所述的活性剂或可检测的化合物，虽然这些也可被溶解在液体树脂中来提供，如也在下文中讨论的那样。例如，可使用磁性或顺磁性颗粒或纳米粒子。树脂或聚合材料可含有分散剂，例如离子表面活性剂、非-离子表面活性剂、嵌段共聚物等。

[0082] 液体树脂可具有溶于其中的另外的成分，包括颜料、染料、活性化合物或药用化合物，可检测的化合物(例如，荧光、磷光、放射性化合物)等，也取决于要制作的产品的特定目的。此类另外的成分的实例包括，但不限于蛋白质、肽、核酸(DNA、RNA)例如siRNA、糖、小的有机化合物(药物和药物类化合物)等，包括其组合。

[0083] 聚合抑制剂。用于本发明的抑制剂或聚合抑制剂可以液体或气体的形式存在。在一些实施方案中，气体抑制剂是优选的。特定的抑制剂将取决于要聚合的单体和聚合反应。对于自由基聚合单体，抑制剂可便利地是氧，其可以气体例如空气，富含氧的气体(任选地，但在一些实施方案中，优选含有另外的惰性气体，以减少其可燃性)，或在一些实施方案中，以纯氧气体的形式提供。在备选的实施方案中，例如其中单体通过光产酸剂引发剂聚合，抑制剂可以是碱例如氨，痕量胺(如甲 胺、乙胺、二和三烷基胺例如二甲胺、二乙胺、三甲胺、三乙胺等)，或二氧化碳，包括其混合物或组合。

[0084] 携带活细胞的可聚合液体。在一些实施方案中，可聚合液体可携带作为其中的“颗粒”的活细胞。这样的可聚合液体通常是水性的，并可以被氧化，并且可被认为是“乳液”，其中活细胞是离散相。合适的活细胞可以是植物细胞(例如，单子叶植物、双子叶植物)、动物细胞(例如，哺乳动物、鸟、两栖动物、爬行动物细胞)、微生物细胞(例如，原核生物、真核生物、原生动物等)等。细胞可以是从任何类型的组织分化的细胞或对应于任何类型的组织的细胞(例如，血、软骨、骨、肌肉、内分泌腺、外分泌腺、上皮、内皮等)，或可以是未分化的细胞例如干细胞或祖细胞。在这样的实施方案中，可聚合液体可以是形成水凝胶，包括但不限于在美国专利号7,651,683；7,651,682； 7,556,490；6,602,975；5,836,313等中描述的那些液体。

[0085] 2. 装置

[0086] 本发明的装置的一个非限制性实施方案在图2中显示。其包含辐射源11例如提供电磁辐射12的数码光处理器(DLP)，电磁辐射通过(though)反射镜13照亮一个构造室，其由壁14和形成构造室底部的刚性构造板15限定，构造室充满液体树脂16。该室底部15由包含如在下文进一步讨论的半透性构件的构造板构造。正在构造的物体17的顶部附接于载体18。载体在垂直方向上由直线平移台19驱动，虽然可使用如下文所讨论的备选结构。

[0087] 可包括液体树脂储液器、管道、泵液位传感器和/或阀门以补充构造室中的液体树脂池(未清晰显示)，虽然在一些实施方案中，可采用一种简单的重力进料。根据已知的技术，可包括用于载体或直线平移台的驱动器/执行器(actuators)，连同相关的线路(仍未清晰显示)。可再根据已知的技术，驱动器/执行器、辐射源、而在一些实施方案中，泵和液位传感器都可用合适的控制器可操作地连接在一起。

[0088] 用来执行本发明的构造板15一般包含(通常为刚性或固体的、静止的，和/或固定的，但也可以是柔性的)半透性(或透气性)元件或由其组成，所述元件单独或与一个或多个另外的支持底物(例如，夹具和固定另一个柔性半透性材料的受拉构件)组合。半透性构件可由在相关波长处是光学上透明的(或以其它方式对辐射源透明，无论是否它在视觉上是透明的，如被人的眼睛所感知的—即，光学上透明的窗口可在一些实施方案中，是视觉上不透明的)的任何合适的材料制得，包括但不限于多孔或微孔玻璃，和用于生产刚性透气性隐形眼镜的刚性透气性聚合物。见例如，Norman G. Gaylord, 美国专利号RE31,406；也见美国专利号7,862,176；7,344,731；7,097,302；5,349,394；5,310,571；5,162,469；5,141,665；5,070,170；4,923,906；和4,845,089。可使用其它的合适的透氧材料，包括聚酯，例如，得自Dupont Tejjin Films, Chester, V.A.的Mylar®，得自Norland Optical Products, Inc., New Brunswich, N.J.的聚氨酯、聚乙烯、聚氯丁烯、巯基酯基树脂，例如，Norland 
60，得自Saint-Gobain Performance Plastics, Mickleton, N.J.的多孔Tygon®管道，或其它材料。还有的其它示例性透氧材料在美国专利号7,709,544中有描述，其公开内容通过引用结合到本文中。

[0089] 在一些实施方案中，合适的透氧材料的特征为玻璃状和/或无定形聚合物和/或基本上交联的，它们基本上是不可溶胀的。优选地，半透性构件由当与要聚合的液体树脂或材料接触时不溶胀(即，为“不可溶胀的”)的材料形成。用于半透性构件的合适材料包括无定形含氟聚合物，例如在美国专利号5,308,685和5,051,115中描述的那些。例如，这样的含氟聚合物与有机硅比较是特别有用的，后者在与要聚合的有机液体树脂墨水联合使用时将有可能溶胀。对于一些液体树脂墨水，例如具有低肿胀倾向的基于多水性单体系统和/或一些聚合树脂墨水系统，基于有机硅的窗口材料可能是合适的。有机液体树脂墨水的溶解性或渗透性可通过许多已知的参数包括增加窗口材料的交联密度或增加液体树脂墨水的分子量而显着地减少。在一些实施方案中，构造板可从薄膜或片材形成，所述薄膜或片材在从本发明的装置分离时是柔性的，但它在安装在装置(例如，用拉紧环)时被卡紧和拉紧，以致它在装置中呈现为固定的或刚性的。特定的材料包括TEFLON AF®含氟聚合物，可从DuPont经市售获得。另外的材料包括例如在美国专利号8,268,446；8,263,129；8,158,728；和7,435,495中描述的全氟聚醚聚合物。

[0090] 应该意识到，基本上所有固体材料，和大多数以上描述的那些材料，具有一些固有的“弯曲”，即使它们可被认为是“刚性的”，取决于诸如其形状和厚度的因素和环境因素例如它们经受的压力和温度。此外，相对于构造板的术语“静止的”或“固定的”意指过程中没有发生机械中断，或过程中未提供机械中断的机械装置或结构(如在逐层方法或装置中)，即使提供了用于构造板的增量调整的机械装置(例如，不导致或造成聚合区梯度坍塌的调整)，或是否构造表面促成了往复运动，以帮助可聚合液体的送料，如在下文进一步描述的。

[0091] 半透性构件通常地包含顶部表面部分、底部表面部分，和边缘表面部分。构造表面是在顶部表面部分上；而供料表面可以是在顶部表面部分，底部表面部分，和/或边缘表面部分的一个、两个，或所有三个上。在图2所示的实施方案中，供料表面是在底部表面部分上，但其中供料表面在侧面，和/或在顶部表面部分(接近于但与构造表面分开或空间上远离构造表面)提供的备选的构型可用常规技能实施。

[0092] 在一些实施方案中，半透性构件具有从0.01、0.1或1毫米至10或100毫米，或更大的厚度(取决于要制作的项目的尺寸，无论它是否是叠层的或与另外的支撑板例如玻璃等接触，如在下文进一步讨论的。

[0093] 半透性构件对聚合抑制剂的渗透性将取决于诸如大气和/或抑制剂的压力、抑制剂的选择、制作的速率或速度等条件。一般来说，当抑制剂是氧时，半透性构件对氧的渗透性可以是从10或20巴至高达1000或2000巴，或更高。例如，使用纯氧，或在150 PSI的压力下的高富氧气氛的具有10巴渗透性的半透性构件可与当从大气压下的周围环境气氛供应氧时具有500巴渗透性的半透性构件执行基本上相同的功能。

[0094] 因此，半透性构件可包含柔性聚合物膜(具有任何合适的厚度，例如，从0.001、0.01、0.05、0.1或1毫米至1、5、10或100毫米，或更大)，而构造板还可包含连接至聚合物膜并固定和硬化该膜(例如，至少足以使膜在物体推进时不会粘附于物体并有弹性地(resiliently)或有弹性地(elastically)从此回弹)的拉紧元件(例如，周边夹具和可操作地相关的应变元件或拉伸元件，如在“鼓头”中；多种周边夹具等，包括其组合)。所述薄膜具有顶部表面和底部表面，同时构造表面在顶部表面，而供料表面优选地在底部表面。在其它的实施方案中，半透性构件包含：(i) 聚合物膜层(具有任何合适的厚度，例如，从0.001、
0.01、0.1或1毫米至5、10或100毫米，或更大)，具有设置接触所述可聚合液体的顶部表面和底部表面，和(ii) 刚性、透气性、光学透明的支撑元件(具有任何合适的厚度，例如，从
0.01、0.1或1毫米至10、100或200毫米，或更大)，接触所述膜层底部表面。支撑元件具有接触该膜层底部表面的顶部表面，和支撑元件具有可用作用于聚合抑制剂的供料表面的底部表面。可使用允许聚合抑制剂通到构造表面的任何合适的材料，包括为可半渗透(即，可渗透聚合抑制剂)的材料。例如，聚合物膜或聚合物膜层可例如，是含氟聚合物膜，例如无定形热塑性含氟聚合物像TEFLON AF 1600™或TEFLON AF 2400™ 含氟聚合物膜，或全氟聚醚(PFPE)，特别是交联PFPE膜，或交联有机硅聚合物膜。支撑元件包含有机硅或交联有机硅聚合物元件例如聚二甲基硅氧烷(polydmiethylxiloxane)元件、刚性透气性聚合物元件，或玻璃元件，包括多孔或微孔玻璃。膜可直接叠合或夹紧在刚性支撑元件上而无需粘连(例如，使用PFPE和PDMS材料)，或者可利用与PDMS层的上表面反应的硅烷偶合剂，以粘附于第一聚合物膜层。UV-可固化的、丙烯酸酯-官能化有机硅也可用作UV-可固化PFPEs和刚性PDMS支撑层之间的连接层。

[0095] 当配置用于放置在设备中时，载体限定在构造表面上，在构造表面的总面积内的“构造区”。由于本发明不需要侧“投” (例如，在X和/或Y方向上)以打破连续层之间的粘附，如前在Joyce和Chen装置中注明的，构造区在构造表面内的面积可以最大化(或相反，专用于构造区的构造表面的面积可被最小化)。因此在一些实施方案中，构造区的总表面积可占据构造表面的总表面积的至少50、60、70、80或90%。

[0096] 如在图2中所示，各种组件被安装在支撑物或框架组件20。虽然支撑物或框架组件的具体设计不是关键的，并可以采取多种构型，在说明性实施方案中，它包含辐射源11固定地或坚固地附接的基座21，直线平移台可操作地连接的垂直元件22，和壁14可拆卸的或固定地附接的水平台23 (或所述壁置于其上)，和刚性固定的(或者永久地或者可拆卸地)构造板，以形成如上所述的构造室。

[0097] 如上所注明的，构造板可由刚性半透性构件的单个单式的和整体部件组成，或可包含另外的材料。例如，玻璃可被层压或固定于刚性半透性材料。或者，作为上面部分的半透性构件可被固定于具有在其中形成的清除通道的透明下部构件，用于输送携带聚合抑制剂至半透性构件的气体(它通过半透性构件传送到构造表面，以促进未聚合液体材料的释放层的形成，如上下文所注明的)。这样的清除通道可以完全或部分地通过基板延伸：例如，清除通道可部分地延伸进入基板，但然后在构造表面的正好下层区域结束，以避免扭曲的导入。具体的几何形状将取决于用于进入半透性构件的抑制剂的供料表面是否位于构造表面的同侧或对侧，在其边缘部分上，或其几种的组合。

[0098] 可使用任何合适的辐射源(或辐射源的组合)，这取决于所用的具体树脂，包括电子束和电离辐射源。在优选的实施方案中，辐射源是光化辐射源，例如一个或多个光源，且特别是一个或多个紫外线光源。可使用任何合适的光源，例如白炽灯、荧光灯、磷光或冷光灯、激光、发光二极管等，包括其阵列。光源优选地包括与控制器可操作地连接的图案形成元件，如上所注明的。在一些实施方案中，光源或图案形成元件包含数字(或可变形的)微镜装置(DMD)，带有数码光输处理器(DLP)、空间光调制器(SLM)，或微电子机械系统(MEMS)反射镜阵列、掩模(mask) (又名刻度线(aka a reticle))、侧面影象，或其组合。见，美国专利号7,902,526。优选地，光源包含空间光调制器阵列例如液晶光阀阵列或微镜阵列或DMD (例如，带有可操作地连接的数字光输处理器，通常地依次在一个合适的控制器的控制下)，配置为执行可聚合液体的暴露或照射，而无需掩模，例如，通过无掩模光刻进行。见例如，美国专利号6,312,134；6,248,509；6,238,852；和5,691,541。

[0099] 在一些实施方案中，如在下文进一步讨论的，可有X和/或Y方向的运动，同时伴有Z方向的运动，因此X和/或Y方向的运动在可聚合液体的聚合期间发生(这与在Y. Chen等，或M. Joyce (同上)中描述的运动相反，这是之前和随后的聚合步骤之间的运动，用于补充可聚合液体的目的)。在本发明中，可进行这样的运动，其目的是例如减少在构造表面的某一特定区域中的“燃烧”或结垢。

[0100] 由于本发明的一些实施方案的优点是，半透性构件上的构造表面(即，构造板或窗口)的尺寸可由于缺乏如在上面注明的Joyce或Chen装置的广泛侧“投”的需要而减少，在本发明的方法、系统和装置中，载体和物体的侧向运动(包括X和/或Y方向的运动或其组合) (如果这样的侧向运动存在)优选地不超过，或少于构造区的宽度(在侧向运动的方向)的80、70、60、50、40、30、20或甚至10%。

[0101] 虽然在一些实施方案中，载体被安装在升降机上以向上推进并离开静止的构造板，对于其它的实施方案，可以使用相反的排列：即，载体可以是固定的，而构造板降低，由此推动载体与其离开。许多不同机械构型对本领域技术人员达到相同结果而言将是显而易见的。

[0102] 取决于载体从中制备的材料的选择，和物品从中制备的聚合物或树脂的选择，物品对载体的粘附有时可能不足以通过最终物品或“构造物”的完成，将物品保留在载体上。例如，铝载体可具有比聚(氯乙烯) (或“PVC”)载体更低的粘附。因此一种溶液要使用在表面包含PVC的载体，以使要制作的物品在该表面上聚合。如果这造成太粘以致不能便利地从载体分离最终部件，那么多种技术的任何一种可被用来进一步将物品固定到一个较少粘性的载体上，包括但不限于应用胶带，例如"用于基底油漆#2025的高附着力环保遮蔽胶带(Greener Masking Tape for Basic Painting #2025 High adhesion)"，以在制作期间将物品进一步固定到载体上。

[0103] 3. 控制器和过程控制

[0104] 本发明的方法和装置可包括过程步骤和装置特点以实现过程控制，包括反馈和前馈控制，以例如提高方法的速度和/或可靠性。

[0105] 用于执行本发明的控制器可作为硬件电路、软件，或其组合实施。在一个实施方案中，控制器是一个运行软件的通用计算机，通过合适的接口硬件和/或软件可操作地与监视器、驱动器、泵，和其它的组件联通。用于控制如本文描述的三维打印或制作方法和装置的合适软件包括，但不限于，ReplicatorG开源3d打印程序(ReplicatorG open source 3d printing program)、来自3D系统的3DPrint™控制器软件(3DPrint™ controller software from 3D systems)、Slic3r、Skeinforge、KISSlicer、Repetier-Host、PrintRun、Cura等，包括其组合。

[0106] 在工艺过程期间(例如，在所述填充、照射和推进步骤的一个、一些或全部期间)，直接或间接监视器(连续或间歇地)的工艺参数包括，但不限于照射强度、载体温度、在构造区的可聚合液体、生长产物的温度、构造板的温度、压力、推进速度、压力、推力(例如，通过载体和要制作的产品施加于构造板上)、应变(例如，通过要制作的生长产品施加于载体上)、释放层的厚度等。

[0107] 可用于反馈和/或前馈控制系统的已知参数包括，但不限于可聚合液体的预期消耗(例如，得自已知的要制作物品的几何形状或体积)、从可聚合液体要形成的聚合物的降解温度等。

[0108] 响应于被监视的参数，和/或已知的参数(例如，在任何或所有上文注明的过程步骤期间)的直接或间接控制(连续地或步进地)的过程条件，包括，但不限于可聚合液体的供应速率，载体的温度、压力、推进速率或速度，照射强度、照射持续时间(如对于每一“片”)等。

[0109] 例如，在构造区的可聚合液体的温度，或构造板的温度，可直接或间接地用一个适宜的热电偶、非接触式温度传感器(例如，红外温度传感器)，或其它合适的温度传感器监测，以测定温度是否超过聚合产品的降解温度。如果是这样的话，可以通过控制器调整工艺参数，以降低构造区和/或构造板的温度。这样调整的合适的工艺参数可包括：用冷却器降低温度，降低载体推进的速率，降低照射强度，减少辐照暴露的持续时间等。

[0110] 此外，照射源(例如，紫外线光源例如汞灯)的强度可用光电探测器监视，以检测从照射源的强度的减少(例如，通过其使用过程中的常规降解)。如果检测到，可通过控制器调整工艺参数以适应强度的损失。这样的调整的合适工艺参数可包括：用加热器增加温度，降低载体推进的速率，增加光源的功率等。

[0111] 作为另一个实例，控制温度和/或压力以提高制作时间可用加热器和冷却器(单独地，或彼此组合并且分别响应于控制器)，和/或用压力供应(例如，泵、压力容器、阀门及其组合)和/或压力释放机械装置例如可控阀(单独地，或彼此组合并且分别响应于控制器)实现。

[0112] 在一些实施方案中，在一些或全部最终的产品的整个制作过程中，控制器被配置为维持本文描述的聚合区梯度(见例如，图1)。具体配置(例如，推进的时间、速率或速度、辐照强度、温度等)将取决于因素例如具体可聚合液体和要创建产品的性质。维持聚合区梯度的配置可凭经验，通过输入一组预先确定的工艺参数或指令进行，或通过一系列的测试运行或“试验和错误”确定；配置可通过预先确定的指令提供；配置可通过合适的监测和反馈(如上所讨论的)，其组合，或以任何其它的合适的方式实现。

[0113] 在一些实施方案中，如上所述的方法和装置可由在具有计算机和上述装置之间的合适接口硬件的通用计算机中运行的软件程序控制。许多备选装置是可市售获得的。组件的一个组合的非限制性实例在图3-5中示出，其中“微控制器”是视差推进器(Parallax Propeller)，步进电机驱动器(Stepper Motor Driver)是Sparkfun EasyDriver，LED驱动器(LED Driver)是Luxeon单式LED驱动器(Luxeon Single LED Driver)，USB串行接口(USB to Serial)是视差USB串行接口转换器(Parallax USB to Serial converter)，和DLP系统是Texas Instruments LightCrafter系统。

[0114] 4. 通用方法

[0115] 如上所注明的，本发明提供一种形成三维物体的方法，其包括以下步骤：(a) 提供载体和构造板，所述构造板包含半透性构件，所述半透性构件包含构造表面和从所述构造表面分开的供料表面，所述构造表面和所述载体限定它们之间的构造区，而所述供料表面与聚合抑制剂经液体接触；然后(同时和/或顺序) (b) 用可聚合液体填充所述构造区，所述可聚合液体接触所述构造片段，(c) 通过所述构造板照射所述构造区，以在所述构造区产生固体聚合区，其中液体膜释放层由在所述固体聚合区和所述构造表面之间形成的所述可聚合液体构成，液体膜的聚合被所述聚合抑制剂抑制；和(d) 推进所述载体与粘附于其上的所述聚合区离开所述静止的构造板上的所述构造表面，以创建所述聚合区和所述顶部区之间的后续构造区。一般来说，所述方法包括(e) 连续的和/或重复的步骤(b)-(d)，以产生粘附于先前的聚合区的后续聚合区，直至彼此粘附的聚合区域连续的或重复的沉积，形成所述三维物体。

[0116] 由于不需要释放层的机械释放，或不需要构造表面的机械运动以补充氧，所述方法可以连续的方式进行，尽管应该意识到，上述的各个步骤可以按顺序、同时，或以其组合进行。确实，步骤的速率可随时间的推移而变化，这取决于因素例如制作中的区域的密度和/或复杂度。

[0117] 同样，由于从窗口或从释放层的机械释放一般需要载体从构造板被推进一段比对下一个照射步骤所需的距离更大的距离，这使得窗口可被重涂，返回到靠近构造板的载体(例如，“进两步退一步”操作)，在一些实施方案中，本发明允许排除这个“备用(back-up)”步骤并允许载体单向，或以单一方向推进，而不干扰窗口重涂的运动，或预先形成的弹性释放层的“快速弹回(snapping)”。然而，在本发明的其它实施方案中，采用往复运动不是为了达到释放的目的，而是为了更快速的填充或将可聚合液体泵送到构造区的目的。

[0118] 在一些实施方案中，对于每个步骤或增量而言，推进步骤按均匀增量顺序进行(例如，从0.1或1微米至高达10或100微米，或更大)。在一些实施方案中，对于每个步骤或增量而言，推进步骤以可变的增量(例如，每个增量的范围从0.1或1微米至高达10或100微米，或更大)按顺序进行。增量的大小。连同推进的速率一起，将部分取决于因素例如要生产的物品的温度、压力、结构(例如，大小、密度、复杂程度、构型等)。

[0119] 在本发明的其它实施方案中，推进步骤以一致的或可变的速率连续地进行。

[0120] 在一些实施方案中，推进速率(是否顺序或连续地进行)是从约0.1、1或10微米每秒至最多约100、1,000或10,000微米每秒，也取决于诸如要生产的物品的温度、压力、结构，辐照强度等因素。

[0121] 如在下文进一步描述的, 在一些实施方案中，填充步骤通过在压力下迫使所述可聚合液体进入所述构造区来进行。在这样一种情况下，推进一个或多个步骤可以至少0.1、1、10、50、100、500或1000微米每秒，或更大的速率或累积或平均速率进行。一般来说，与在缺乏所述压力下，重复所述推进步骤的最大速率比较，所述压力可能无论怎样都足以增加所述推进步骤至少2、4、6、8或10倍的速率。其中压力通过环绕装置例如在上述的压力容器中提供，并可使用10、20、30或40磅每平方英寸(PSI)至高达200、300、400或500 PSI或更大压力的加压气氛(例如，空气、富氧空气、多种气体的共混物、纯氧等)执行该过程。对于制作大型不规则物体，由于大的高压容器的成本，与较慢的制作时间比较，较高的压力可能是不太优选的。在这样一个实施方案中，供料表面和可聚合液体二者可在液体中与相同的压缩气体(例如，包含20-95%体积的氧的气体，氧用作聚合抑制剂)接触。

[0122] 在其它方面，当制作较小的项目时，或者一个杆或者纤维可从压力容器移出或排出来制作，由于它通过其中的端口或孔来生产，那么压力容器的大小相对于要制造的产品的大小可保持较小，并且可(如果需要)更容易采用较高的压力。

[0123] 如上所注明的，在一些实施方案中，照射步骤用组成图案的照射进行。图案化的照射可以是固定图案，或者可以是由如上所讨论的图案生成器(例如，DLP)创建的可变图案，这取决于要制作的具体项目。

[0124] 当图案化的照射是可变图案，而非随着时间的推移保持不变的图案时，那么每个照射步骤可以是任何合适的时间或持续时间，这取决于诸如照射强度，聚合材料中染料的存在或缺失，生长速率等因素。因此在一些实施方案中，每个照射步骤的持续时间可以是从0.001、0.01、0.1、1或10微秒至长达1、10或100分钟，或更久。在一些实施方案中，各个照射步骤之间的时间间隔最好尽可能短暂，例如，从0.001、0.01、0.1或1微秒至最多0.1、1或10秒。

[0125] 虽然死区和聚合区梯度之间没有严格的边界(在那些位置中有两个接触)，在一些实施方案中，聚合区梯度的厚度是至少与死区的厚度一样大。因此，在一些实施方案中，死区具有从0.01、0.1、1、2或10微米至高达100、200或400微米，或更大的厚度，和/或所述聚合区梯度和所述死区合起来具有从1或2微米至高达400、600或1000微米，或更大的厚度。因此聚合区梯度可以是厚的或薄的，这取决于在那时的特定工艺条件。当聚合区梯度是薄的时，它也可被描述为在生长三维物体底部上的活性表面，单体可与其反应并连续与之形成不断增长的聚合物链。在一些实施方案中，聚合区梯度，或活性表面维持(同时聚合步骤继续)至少5、10、15、20或30秒至长达5、10、15或20分钟或更长的时间，或直至三维产品完成。

[0126] 所述方法还可包括破坏所述聚合区梯度一个足以在所述三维物体中形成一个切割线的时间(例如，在预定的计划切割的所需位置，或在其中防止切割或减少切割不是关键的所述物体的位置)，然后重建所述聚合区梯度(如通过暂停，和恢复推进步骤，增加，然后降低照射强度，及其组合的步骤。

[0127] 在一些实施方案中，构造表面是平坦的；在其它的实施方案中，构造表面是不规则的，例如凸形或凹形弯曲的，或具有在其中形成的壁或沟槽。在任何一种情况下，构造表面可以是光滑的或有纹理的。

[0128] 弯曲的和/或不规则的构造板或构造表面可用于纤维或杆的形成，以提供不同材料给要制作的单式物体(即，不同的可聚合液体通过在构造表面上形成的通道或沟槽提供给相同构造表面，各自与分开的液体供应相关等。

[0129] 用于可聚合液体的载体送料通道。虽然可聚合液体可从液体管道和贮库系统直接提供给构造板，在一些实施方案中，载体包括其中的一个或多个送料通道。载体送料通道与可聚合液体供应，例如贮库和相关的泵经流体连通。不同载体送料通道可彼此同时地与相同供应和操作流体连通，或不同载体送料通道可以是彼此独立地可控的(例如，通过为每条通道提供泵和/或阀)。独立可控的送料通道可与含有相同可聚合液体的贮库流体连通，或可与含有不同的可聚合液体的贮库流体连通。在一些实施方案中，通过使用阀门组件，不同的可聚合液体可交替地通过相同的进料通道供料，如果需要的话。

[0130] 5. 可聚合液体的往复运动给料

[0131] 在本发明的实施方案中，载体相对于构造表面垂直往复运动(即，二者相对于彼此垂直往复运动)，以用可聚合液体提高或加速构造区的再填充。

[0132] 在一些实施方案中，垂直往复运动步骤，其包含向上行程和向下行程，以向上行程的行进距离大于向下行程的行进距离进行，从而同时部分地或全面地执行推进步骤(即，驱动载体在Z方向上远离构造板)。

[0133] 在一些实施方案中，向上行程的速度逐渐加速(即，提供向上行程的逐渐开始和/或逐渐加速，经历向上行程总时间的至少20、30、40或50%的时段，直至向上行程结束，或代表向下行程开始的方向改变。换句话说，向上行程渐渐或逐渐地开始，或起动。

[0134] 在一些实施方案中，向下行程的速度逐渐减速(即，提供向下行程的逐渐的终止和/或逐渐的减速，经历向下行程总时间的至少20、30、40或50%的时段。换句话说，向下行程渐渐或逐渐地结束，或终止。

[0135] 虽然在一些实施方案中，存在向上行程的突然的结束，或突然减速，和向下行程的突然的开始或减速(例如，从向上行程到向下行程的行进的矢量或方向的快速改变)，应该意识到，逐渐过渡也可在这里引入(例如，通过引入向上行程和向下行程之间的行进的“停滞”或暂停)。还应该意识到，虽然每个往复运动步骤可由单次向上行程和向下行程组成，往复运动步骤可包含多个(2、3、4或5或更多个)链接集(linked set)的往复运动，其频率和/或振幅可以是相同的或不同的。

[0136] 在一些实施方案中，垂直往复运动步骤进行从0.01或0.1秒至最多1或10秒的总时间(例如，向上行程和向下行程的每个周期)。

[0137] 在一些实施方案中，行进的向上行程距离是从0.02或0.2毫米(或20或200微米)至1或10毫米(或1000至10,000微米)。向下行程的行进距离可以等同于，或少于向上行程的行进距离，其中随着在三维物体逐渐形成，向下行程行进的较短距离适合于实现载体远离构造表面的推进。当往复运动步骤包含多个链接的往复运动时，在该链接集的所有向上行程的行进总距离优选地大于该链接集中的所有向下行程的行进总距离，以随着在三维物体逐渐形成，实现载体远离构造表面的推进。

[0138] 优选地，垂直往复运动步骤，且特别是其向上行程，不引起构造区的气泡或气袋形成，但代之以在整个往复运动步骤中，构造区仍充满可聚合液体，和聚合区或区域梯度在整个往复运动步骤中保持与“死区”和与要制作的生长物体的接触。如将要意识到的，与构造区无往复运动步骤时可再填充的速度比较，往复运动的目的是加速或促进构造区的再填充，特别是其中较大的构造区将用可聚合液体再填充时。

[0139] 在一些实施方案中，推进步骤以1、2、5或10个单次推进每分钟至最多300、600，或1000个单次推进每分钟的速率间歇地进行，每次之后是一个暂停，期间照射步骤进行。应该意识到，一个或多个往复运动步骤(例如，向上行程加向下行程)可在每个推进步骤中进行。
换句话说，往复运动步骤可嵌套(nested)在推进步骤中。

[0140] 在一些实施方案中，单次推进经历从10或50微米至100或200微米的每次推进(任选地包括每个垂直往复运动步骤的行进总距离，例如，向上行程距离的总和减去向下行程距离)的平均行进距离来进行。

[0141] 执行本发明的装置(其中在此所述的往复运动步骤基本上如上所述实施)，具有与载体连接的驱动器，和/或具有与透明构件可操作地连接的另外的驱动器，和具有与其之一或两者可操作地连接的控制器并被配置为使载体和透明构件如上所述相对于彼此往复运动。

[0142] 在备选方案中，垂直往复运动可通过配置构造表面(和相应的构造板)进行，以使它可具有在垂直或“Z”方向上的有限范围内的上下运动，同时载体在垂直或“Z”方向上推进(例如，连续地或步进地)而远离构造板。在一些实施方案中，这样的有限范围内的运动可被动地赋予，例如用由通过粘性可聚合液体使构造板部分粘附于生长物体完成的向上运动，接着是由重量、弹性等完成的构造板的向下运动(任选地包括弹簧、缓冲器、减震器等，配置为影响构造板和构造表面的或者向上或者向下运动)。在另一个实施方案中，构造表面的这样的运动可通过使独立的驱动系统与构造板可操作地连接而主动地完成，该驱动系统也可操作地与控制器连接，以独立地实现垂直往复运动。在又一个实施方案中，垂直往复运动可通过配置构造板，和/或构造表面进行，以使它向上和向下弯曲，伴有由构造表面通过粘性可聚合液体局部粘附于生长物体实现的其向上运动，接着是通过构造表面的固有硬度偏离它或使它返回先前的位置实现的向下运动。

[0143] 应该意识到，照明或照射步骤, 当间歇时，可以与垂直往复运动同步，或以与垂直往复运动不同步的方式进行，这取决于因素例如往复运动是否主动地或被动地实现。

[0144] 还应该意识到，垂直往复运动可在载体和构造表面(例如，其中构造表面是刚性的)的所有区域之间同时地进行，或可在不同时间，在载体和构造表面(例如，其中构造表面具有柔性材料，例如拉紧的聚合物膜)的不同区域之间进行。

[0145] 6. 通过增加光强度增加制作速度

[0146] 一般来说，已经观察到，制作速度可随着增加的光强度而增加。在一些实施方案中，光被集中或"聚焦"在构造区以增加制作速度。这可使用光学装置例如物镜完成。

[0147] 制作速度一般可与光照强度成正比。例如，每小时毫米的构造速度可通过每平方厘米毫瓦(milliWatts)的光强度乘以乘数计算。乘数可取决于多种因素，包括以下讨论的。可采用一系列的乘数，从低到高。在该范围的低端，乘数可以是约10、15、20或30。在该乘数范围的高端，乘数可以是约150、300、400或更大。

[0148] 一般来说，上述关系被考虑为从1、5或10毫瓦每平方厘米至最多20或50毫瓦每平方厘米的光强度。

[0149] 可选择光的某些光学特征以有利于增加制作速度。举例来说，可使用带有汞灯光源的带通滤波器，以提供在半峰全宽(FWHM)处测量的365 ± 10 nm光。通过进一步的实例，可使用带有LED光源的带通滤波器以提供在FWHM处测量的375 ± 15 nm光。

[0150] 如上所注明的，一般来说，用于这样的过程的可聚合(poymerizable)液体是含有作为抑制剂的氧的自由基可聚合液体，或酸催化的或含有作为抑制剂的碱的可阳离子聚合的液体。一些特定的可聚合液体当然将比其它可聚合液体更快或更有效地固化，因此更适合更高的速度，虽然这可能至少部分地被进一步增加光强度而抵消。

[0151] 在较高的光强度和速度时，由于抑制剂被消耗，“死区”可能变得较薄。如果死区失去，则过程将中断。在这样的情况下，抑制剂的供应可通过任何合适的方式，包括提供富集和/或加压的抑制剂气氛，更多孔的半透性构件，更强或更有效的抑制剂(特别是在使用碱时)等增加。

[0152] 一般来说，较低粘性的可聚合液体更适合于较高的速度，特别是用于制作具有大的和/或密集横截面的物品(虽然这可能至少部分地通过增加光强度而抵消)。可聚合液体具有在50或100厘泊至高达600、800或1000厘泊或更大的范围内的粘度(如于室温和大气压下用合适的装置例如HYDRAMOTION REACTAVISC™粘度计(从Hydramotion Ltd, 约克路商业区(York Road Business Park) 1号, Malton, York YO17 6YA英国购得)测定的)。在一些实施方案中，在必要时，可聚合液体的粘性可有利地通过加热如上所述的可聚合液体来减少。

[0153] 在一些实施方案中，例如具有大的和/或密集横截面的物品的制作，制作速度可通过引入往复运动以“泵出”如上所述的可聚合液体，和/或通过也如上所述的载体输送可聚合液体的使用，和/或也如上所述加热和/或加压可聚合液体来提高。

[0154] 7. 拼接(Tiling)

[0155] 对于较大的构造面积，使用一个以上的光引擎以保持分辨率和光强度可能是可取的。每个光引擎可被配置为将图像(例如，像素数组)投射到构造区中，以致多个"拼接的(tiled)"的图像被投射到构造区中。如本文所用的，术语"光引擎"可意指包括光源、DLP装置例如数字微镜装置和光学装置例如物镜的装配。"光引擎"也可包括电子器材例如可操作地与一个或多个其它的组件连接的控制器。

[0156] 这在图17A-17C中示意性地显示。光引擎组件130A、130B产生相邻的或"拼接的"图像140A、140B。在图17A中，图像稍有错位；即，在它们之间存在间隙。在图17B中，图像对齐；在它们之间既没有间隙，也没有重叠。在图17C中，存在图像140A和140B的光重叠。

[0157] 在一些实施方案中，使用具有重叠区域的"混合"或"滤波(smoothing)"的一些形式的、在图17C中所示的重叠图像的配置，如通常在例如美国专利号7,292,207、8,102,332、8,427,391、8,446,431和美国专利申请公布号2013/0269882、2013/0278840和2013/
0321475中讨论的，其公开内容通过引用以其全文结合到本文中。

[0158] 拼接的图像可允许用于较大的构造区域，而不损失光强度，因此可利于加快更大物体的构造速度。应该理解，可使用两个以上的光引擎组件(和相应的拼接图像)。本发明的各种实施方案使用至少4、8、16、32、64、128或更多的拼接图像。

[0159] 8. 多个区的制作

[0160] 如上所注明的，本发明的实施方案可通过多个区或片段的操作来形成三维物体。这样一种方法一般包括：

[0161] (a) 提供载体和具有构造表面的光学透明的构件，载体和构造表面限定其间的构造区，其中载体相邻布置并在开始位置处与构造表面空间隔开；然后

[0162] (b) 通过以下步骤形成三维物体的粘附片段：

[0163] (i) 用可聚合液体填充构造区，

[0164] (ii) 用透过光学透明构件的光(例如，通过单次暴露)照射构造区，同时

[0165] (iii) 维持载体静止或以第一累积推进速率推进载体远离构造表面，从而从可聚合液体形成粘附于载体的物体的固体聚合物粘附片段；然后

[0166] (c) 任选地但优选地通过以下步骤形成三维物体的过渡片段

[0167] (i) 用可聚合液体填充构造区，

[0168] (ii) 用透过光学透明构件的光连续或间歇地照射构造区，和

[0169] (iii) 以第二累积推进速率连续或间歇地推进(例如，顺序或与照射步骤同时)载体远离构造表面，从而由可聚合液体形成粘附片段和构造表面之间的物体的过渡片段；

[0170] 其中第二累积推进速率大于第一累积推进速率；然后

[0171] (d) 通过以下步骤形成三维物体的主体片段：

[0172] (i) 用可聚合液体填充构造区，

[0173] (ii) 用透过光学透明的光连续或间歇地照射构造区，和

[0174] (iii) 以第三累积推进速率连续或间歇地推进(例如，顺序或与照射步骤同时)载体远离构造表面，从而在过渡片段和构造表面之间从可聚合液体形成物体的主体片段；

[0175] 其中第三累积推进速率大于第一和/或第二累积推进速率。

[0176] 注意，起始位置可以是在系列位置(例如，多达5或10毫米或更大的范围)中的任何位置，而当载体在位置系列内的任何位置时，照射步骤(b) (ii)以足以将固体聚合物粘附至载体的强度进行。这有利地减少三维物体粘附于载体的失败的可能性，所述失败由于载体和/或构造表面的均匀性变化，在载体布置在相邻于构造表面的驱动系统的固有变化等导致。

[0177] 9. 用间歇(或频闪”)照明制作

[0178] 如上所注明的，在一些实施方案中，本发明可用间歇期或突发的照明进行。在一个实施方案中，这样一种方法包括：

[0179] 提供载体和具有构造表面的光学透明的构件，所述载体和构造表面限定它们之间的构造区；

[0180] 用可聚合液体填充构造区，

[0181] 用透过光学透明构件的光间歇地照射构造区，以从可聚合液体形成固体聚合物，[0182] 连续地推进载体远离构造表面，以从固体聚合物形成三维物体。

[0183] 这样一种操作方式的另一个实施方案包括：

[0184] 提供载体和具有构造表面的光学透明的构件，载体和构造表面限定它们之间的构造区；

[0185] 用可聚合液体填充构造区，

[0186] 用透过光学透明构件的光间歇地照射构造区，以从可聚合液体形成固体聚合物，[0187] 连续或间歇地推进(例如，顺序或与照射步骤同时)载体远离构造表面，以从固体聚合物形成三维物体。

[0188] 在一些实施方案中，间歇地照射包括主动和非主动照明的交替周期，其中主动照明期的平均持续时间少于非主动照明期的平均持续时间(例如，为不超过其50、60或80%)。

[0189] 在其它的实施方案中，间歇地照射包括主动和非主动照明的交替周期，其中主动照明期的平均持续时间等同于或大于非主动照明期的平均持续时间(例如，为其至少100、120、160或180%)。

[0190] 这样的操作模式的实例在下文进一步给出。这些特征可与在此所述的任何其它的特征和操作步骤或参数组合。

[0191] 10. 制作产品

[0192] 由本发明的方法和工艺生产的三维产品可以是终产品、成品或基本上的成品，或可以是预期经受进一步生产步骤例如表面处理、激光切割、电火花加工等的中间产物。中间产物包括可以相同或不同装置进行进一步的添加制造的产物。例如，裂纹或裂解线可通过破坏，然后重建聚合区梯度被故意的引入到一个正在进行的“构造物”中，以结束最终产品的一个区域，或仅仅是因为最终产品或“构造物”的一个特定区域比其它的更少脆性。

[0193] 许多不同产品可通过本发明的方法和装置制得，包括大规模的模型或原型、小的定制产品，小型或超小型的产品或装置等。实例包括，但不限于医学装置和可植入的医学装置例如支架、药物传递贮库、功能结构、微针阵列、纤维和杆例如波导，微机械装置，微流体装置等。

[0194] 因此在一些实施方案中，产品可具有从0.1或1毫米至高达10或100毫米，或更高的高度，和/或从0.1或1毫米至高达10或100毫米，或更宽的最大宽度。在其它的实施方案中，产品可具有从10或100纳米至高达10或100微米，或更高的高度，和/或从10或100纳米至高达10或100微米，或更宽的最大宽度。这些仅仅是实例：最大尺寸和宽度取决于具体装置的架构和光源的分辨率并可根据实施方案的特定目的或要制作的物品调整。

[0195] 在一些实施方案中，产品的高宽比是至少2:1、10:1, 50:1或100:1，或更大，或为1:1、10:1、50:1或100:1，或更大的宽高比。

[0196] 在一些实施方案中，产品具有在其中形成的至少一个，或多个孔或通道，如在下文进一步讨论的。

[0197] 在此所述的过程可生产具有多个不同特性的产品。因此在一些实施方案中，产品是刚性的；在其它的实施方案中，产品是柔性的或有弹性的。在一些实施方案中，产品是固体；在其它的实施方案中，产品是凝胶例如水凝胶。在一些实施方案中，产品具有形状记忆力(即，在变性后基本上回复到先前的形状，只要它们不变形到结构破坏的点)。在一些实施方案中，产品是单式的(即，由单一可聚合液体形成)；在一些实施方案中，产品是复合的(即，由两种或更多种不同的可聚合液体形成)。具体特性将由因素诸如所用的可聚合液体的选择来确定。

[0198] 在一些实施方案中，制得的产品或物品具有至少一个突出的特征(或“突出物”)，例如两个支撑体之间的桥接元件，或从一个基本上垂直的支撑物主体突出的带悬臂的(cantilevered)元件。由于本发明工艺的一些实施方案的单向性、连续性，当每层被聚合至基本上完成和在下一个图案被曝光之前存在充分的时间间隔时，在各层之间形成裂纹或裂解线的问题基本上被减少。因此，在一些实施方案中，所述方法在减少或消除用于此类突出物的支撑物结构的数目方面是特别有利的，所述突出物与物品同时被制作。

[0199] 11. 备选的方法和装置

[0200] 虽然本发明优选如在上文详细并在下文进一步详细描述的，通过连续的液相间聚合进行，在一些实施方案中，可采用用于自下而上的三维制作的备选方法和装置，包括逐层制作。这样的方法和装置的实例包括，但不限于在授权于Hull的美国专利号5,236,637，授权于John的美国专利号7,438,846和授权于El-Siblani的美国专利号8,110,135中，和在Joyce的美国专利申请公布号2013/0292862和Chen et al的2013/0295212中描述的那些。这些专利和申请的公开内容通过引用以其全文结合到本文中。

[0201] 本发明在以下非限制性实施例中更详细地说明，且可参与执行本发明的特征在PCT申请号PCT/US2014/015486 (也作为US 2015/0102532公开)；PCT/US2014/015506 (也作为US 2015/0097315公开)、PCT/US2014/015497 (也作为US 2015/0097316公开)，和在J. Tumbleston, D. Shirvanyants, N. Ermoshkin等, 3D物体的连续的液体界面生产(Continuous liquid interface production of 3D Objects),Sciencexpress (2015年3月16日)中进一步说明。

[0202] 实施例1

[0203] 高宽比可调张力构造板装配

[0204] 图6是本发明的3英寸乘16英寸“高宽比”矩形构造板(或“窗口”)组件的顶视图和图7是其展开剖视图，其中膜的尺寸是3.5英寸乘17英寸。与桶环(vat ring)和膜基的内径比较的该膜本身的更大尺寸在膜中提供一个外围或环向法兰部分，所述法兰部分被夹在桶环和膜基之间，如在图8的侧视图中所示。一个或多个定位孔(未示出)可在外围或环向法兰部分的聚合物膜中提供，以帮助对齐在桶环和膜基之间的聚合物膜，其用多个从一个延伸到另一个(一些或全部通过聚合物膜的外周边缘的孔)的螺钉(未示出)以刚性和固定地夹住其间的聚合物膜的方式彼此固定，虽然任选地允许一些弹性以有助于采用如上所注明的垂直往复运动的实施方案。

[0205] 如在图7-8中所示，提供紧靠聚合物膜并拉伸该膜以固定或刚化该膜的张力环。张力环可作为预先设定的元件提供，或可以是可调整的元件。调整可通过提供面向张力环的弹簧板，用其间的一个或多个可压缩的元件例如聚合物垫或弹簧(例如，扁弹簧、螺旋弹簧、波浪弹簧等)，并用可调节的紧固件，如从弹簧板通过(或围绕)张力环至膜基的螺栓紧固件等实现。

[0206] 聚合物膜优选地为含氟聚合物膜，例如0.01或0.05毫米-0.1或1毫米，或更大的厚度的无定形热塑性含氟聚合物。在一些实施方案中，发明人使用Biogeneral Teflon AF 2400聚合物膜(其为0.0035英寸(0.09毫米)厚)，和Random Technologies Teflon AF 2400聚合物膜(其为0.004英寸(0.1毫米)厚)。

[0207] 膜上的张力优选地用张力环调整至约10-100磅，这取决于操作条件例如制作速度。

[0208] 桶环、膜基、张力环、和张力环弹簧板可由任何合适的，优选刚性材料，包括金属(例如，不锈钢、铝和铝合金)、碳纤维、聚合物，及其组合制作。

[0209] 需要时，定位柱(Registration posts)和相应的插座(sockets)可在任何的桶环、膜基、张力环和/或弹簧板中提供。

[0210] 实施例2

[0211] 圆形可调整张力圆构造板组件

[0212] 图9是是本发明的2.88英寸直径圆形构造板的顶视图和图10是其展开剖视图，其中膜直径的尺寸可以是4英寸。构造是以以上实施例1中给出的方式类似的方式，用在适当的位置所示的环形波形弹簧组件进行。膜上的张力优选地调节至如以上实施例1中给出的相同张力(也取决于其它的操作条件例如制作速度)。

[0213] 图10是图8的构造板的展开剖视图。

[0214] 实施例3

[0215] 可调整的构造板的另外的实施方案

[0216] 图11显示图7-10的构造板的各种备选的实施方案。材料和拉紧可以如上所述的类似的方式进行。

[0217] 实施例4

[0218] 装置的示例性实施方案

[0219] 图12是根据本发明的示例性实施方案的装置100的前透视图，图13是其侧视图和图14是其后透视图。装置100包括框架102和外壳104。大部分的外壳104被移除或在图12-14中显示为透明的。

[0220] 参照图2，装置100包括几个与以上描述的装置相同或类似的组件和部件。参照图12，在连接于框架102的基板108上提供构造室106。参照图2和6-11，构造室106由壁或桶环
110和构造板或"窗口"例如上述窗口之一限定。

[0221] 转到图13，载体112由电动机116以垂直方向，沿着轨道114驱动。电动机可以是任何合适的类型的电动机，例如伺服电动机。一个示例性的合适电动机是从日本东京的Oriental Motor购得的NXM45A电动机。

[0222] 液体贮库118与构造室106流体连通，以用液体树脂补充构造室106。例如，管道系统可从液体贮库118延伸至构造室106。阀120控制液体树脂从液体贮库118流向构造室106。一个示例性的合适的阀是用于从Atlanta, Georgia的McMaster-Carr购得的管道系统的夹式铝电磁阀。

[0223] 框架102包括横杆122或一些其它的安装部件，在其上支持或安装光引擎组件130 (图15)。光源124使用光导入口电缆126偶联于光引擎组件130。光源124可以是任何合适的光源例如从Torrington, Connecticut的Dymax Corporation购得的BlueWave® 200系统。

[0224] 转到图15，光引擎或光引擎组件130包括聚光透镜组件132和数码光输处理器(DLP)系统，所述数码光输处理器系统包括数字微镜装置(DMD) 134和光学或投影透镜组件136 (其可包括物镜)。一个合适的DLP系统是从Dallas, Texas的Texas Instruments, Inc购得的DLP Discovery™ 4100系统。来自DLP系统的光自镜138反射并照亮构造室106。特别地，"图像" 140被投影在构造表面或窗口。

[0225] 参照图14，电子元件板或线路板150被连接至框架102。多个电气或电子元件被安装在线路板150上。控制器或处理器152可操作地与上述的各种组件例如电动机116、阀120，光源124和光引擎组件130相连。一个合适的控制器是从Rocklin, California的Parallax, Inc购得的Propeller Proto Board。

[0226] 可操作地与控制器152连接的其它电气或电子元件包括用于控制电动机116的电源154和电动机驱动器158。在一些实施方案中，由脉冲宽度调制(PWM)驱动器156控制的LED光源被用来代替汞灯(如，上述的Dymax光源)。

[0227] 合适的电源是一个24伏、2.5A、60W开关电源(例如，从Lake Park, Florida的Marlin P. Jones & Assoc, Inc购得的零件号PS1-60W-24 (HF60W-SL-24))。如果使用LED光源，一个合适的LED驱动器是24伏、1.4A LED驱动器(例如，从Thief River Falls, Minnesota的Digi-Key购得的零件号788-1041-ND)。一个合适的电动机驱动器是从日本东京的Oriental Motor购得的NXD20-A电动机驱动器。

[0228] 图12-15的装置已被用来用约5 mW/cm2的光强度产生约75 mm乘100 mm的"图像尺寸"。图12-15的装置已被用来以约100-500 mm/hr的速度构造物体。构造速度取决于光强度和物体的几何形状。

[0229] 实施例5

[0230] 装置的另一个示例性实施方案

[0231] 图16是根据本发明的另一个示例性实施方案的装置200的前透视图。装置200包括与装置100相同的组件和特征，但有以下差别。

[0232] 装置200包括框架202，其包含在图15中所示的两个光引擎组件130可以并排的关系安装在其上的横杆222或其它的安装部件。光引擎组件130被配置为在构造台206提供一对"拼接的"图像。使用多个光引擎以提供拼接图像在上文有更详细地描述。

[0233] 图16的装置已被用来用约1 mW/cm2的光强度提供约150 mm乘200 mm的拼接的"图像尺寸"。图16的装置已被用来以约50- 100 mm/hr的速度构造物体。构造速度取决于光强度和物体的几何形状。

[0234] 实施例6

[0235] 装置的另一个示例性实施方案

[0236] 图18和图19分别是根据本发明的另一个示例性实施方案的装置300的前透视图和侧视图。装置300包括与装置100相同的组件和特征，但有以下差别。

[0237] 装置300包括框架302，其包含在图20中所示的光引擎组件330可以与装置100的灯组件130的不同方向安装在其上的横杆322或其它的安装部件。参照图19和20，光引擎组件330包括聚光透镜组件332和数码光输处理器(DLP)系统，包括数字微镜装置(DMD) 334和光学或投影透镜组件336 (其可包括物镜)。一个合适的DLP系统是从Dallas, Texas的Texas Instruments, Inc购得的DLP Discovery™ 4100系统。来自DLP系统的光照亮构造室306。
特别地，"图像" 340被投射在构造表面或窗口。与装置100相反，反射镜不与装置300一起使用。

[0238] 图18-20的装置已被用来用约200 mW/cm2和40 mW/cm2的光强度，提供约10.5 mm乘14 mm和约24 mm成32 mm的"图像尺寸"。图18-20的装置已被用来以约10,000和4,000 mm/hr的速度构造物体。构造速度取决于光强度和物体的几何形状。

[0239] 实施例7

[0240] 具有Lua脚本的控制程序

[0241] 目前的打印机技术需要低水平的控制，以确保合格的部件制作。物理参数例如光强度、曝光时间和载体的运动都应最优化以确保部件质量。使用脚本接口到一个控制器，例如使用编程语言“Lua”的视差PROPELLER™ (Parallax PROPELLER™)微控制器，给用户提供打印机在所有方面的低水平的控制。通常见R. Ierusalimschy,Lua编程(Programming in Lua)(2013) (ISBN-10: 859037985X；ISBN-13: 978-8590379850)。

[0242] 这个实施例说明利用Lua脚本编写的示例程序控制本发明的方法和装置。对应于这样的指令的程序代码，或其对于本领域技术人员而言将是显而易见的变化，基于所用的特定微控制器，根据已知的技术编写。

[0243] 概念. 一个部件由连续地打印的聚合物片组成。每片的形状由光引擎显示的帧限定。

[0244] 帧.帧代表片的最终输出。帧体现为部件的物理几何形状。在帧中的数据是由打印机投射的，以固化聚合物。

[0245] 片(Slice).将要输出给帧的所有2D几何形状将被合并成片。片可由程序上的几何形状、3D模型的切片或这两者的任何组合组成。生成片的工艺允许用户对任何帧的组成有直接的控制。

[0246] 3D模型的切片. 切片是来自一个部件的3D模型的2D几何形状的特殊类型。它代表与平行于窗口的平面交叉的几何形状。零件通常通过采取3D模型并在极小的时间间隔将它们分层构造。然后每片由打印机连续解释并用来以适当的高度固化聚合物。

[0247] 程序上的几何形状. 程序生成的几何体也可加入到片中。这是通过调用形状生成函数来完成的，例如“添加圆(添加圆)”、“添加矩形(addrectangle)”，及其它。每个函数允许投射相应的形状到打印窗口。产生的部件作为垂直挤压的形状或形状的组合出现。

[0248] 坐标空间：阶段. 阶段使用的坐标系统通常是校准的，以致原点是在窗口以上1-20微米。

[0249] 坐标空间: 片.投影切片的坐标系统是这样的，即原点位于打印窗口的中心。

[0250] 快速启动.

[0251] 下面是从分层3D模型打印部件的最基本的方法。打印分层模型由4个主要的部分组成：加载数据、准备打印机、打印，和关机。

[0252] 加载数据. 在这段代码中，将分层模型数据加载到内存中。到模型的文件路径在代码的常量部分中限定。详情见下面的完整代码。

[0253]

[0254] 准备打印机，重要的是在打印之前做两件事情。首先必须打开具有中继功能的光引擎，并且如果适用，所需液体高度应该被设定。

[0255]

[0256] 打印. 打印过程的第一步骤是校准系统并通过调用gotostart，设置阶段至其起始位置。其次发明人开始一个循环，其中发明人打印每一片。循环的第一行使用infoline指令以在侧边栏显示当前的片索引号。此后发明人确定将被固化的下一片的高度。该值被存储于nextHeight中。此后发明人将阶段移至下一片需要固化的高度。为确保清洁的打印，有时可能有必要等到氧扩散至树脂中。因此发明人称为半秒钟的睡眠(preExposureTime的精确时间也在常量部分中定义)。此后是实际固化树脂的时间，所以发明人称为showfram并使它通过要打印的片索引号，这是由循环存储在sliceIndex中。此后再次睡眠持续暴露时间(exposureTime)秒，以使树脂固化。在移动到下一帧之前，发明人调用showframe(-1)，以防止光引擎固化任何树脂，同时阶段被移动至下一高度。

[0257]

[0258] 关机. 打印过程的最后一步是关闭打印机。调用relay(false)以关闭光引擎。如果使用流体控制，调用setlevels (0,0)以确保阀门关闭。最后在打印后使阶段上移一点，以允许部件容易移出是一个好主意。

[0259]

[0260] 基于上述的完全完成的代码实现指令在下文阐述。

[0261]

[0262] Gotostart.gotostart的主要目的是校准阶段。此功能重新设置坐标系统以使原点在最低点，其中限制开关被激活。调用此命令将向下移动阶段，直至打印机的限制开关被激活；这应该发生在阶段处于绝对最小高度时。

[0263] gotostart()以最大速度(其因打印机与打印机的不同而变化)移动阶段至开始。

[0264]

[0265] -速度：将阶段按速度(mm/小时)移动至开始位置。

[0266] MOVETO

[0267] moveto允许用户以给定的速度引导阶段至所需的高度。确保内部的速度和加速度的安全上限和下限。

[0268] 移至(数字targetHeight，数字速度)

[0269]

[0270] moveto(25, 20000, 1e7)-- 以20,000mm/hr移动阶段至25mm，同时以1000,000 mm/hr^2加速。

[0271]

[0272] moveto(数字targetHeight，数字速度, 数字加速, 表格controlPoints，函数callback)。此函数与上述的相同，但用户可以通过一个加速。阶段从其初始位置连续地加速，直至它达到最后的控制点。

[0273]

[0274] -targetHeight：离原点的高度(mm)，即阶段将移至的高度。

[0275] -initialSpeed：阶段将开始移动的初始速度(mm/小时)。

[0276] -acceleration：速率(mm/小时2)，即阶段从初始速度将增加到的速度。

[0277] -controlPoints：目标高度表(毫米)。在阶段达到目标高度后，其调用函数回调。

[0278] -callback：当阶段达到控制点时，指向一个将调用的函数。回调函数应采用一个自变量，所述自变量是阶段已达到的控制点的指标。

[0279] moveby

[0280] moveby允许用户以给定的速度，通过所需的量改变阶段的高度。确保内部的速度和加速度的安全上限和下限。

[0281] moveby(数字dHeight, 数字initalSpeed)

[0282]

[0283] moveby(数字dHeight, 数字initialSpeed, 数字acceleration)

[0284] 这个版本的函数允许被定义的加速度以及加速。阶段以初始速度开始移动，然后通过加速增加，直至它达到其目的地。

[0285]

[0286] moveby(数字dHeight, 数字initialSpeed, 表格controlPoints，函数callback)[0287] 该函数的用法允许用户通过绝对高度坐标表的函数。在阶段达到这些目标高度之一后，其调用函数’callback’。callback应采用一个自变量，所述自变量是它已达到控制点的指标。

[0288] function myCallbackFunction(index)---定义回调函数

[0289] print("hello")

[0290] end

[0291] moveby(25, 20000, slicecontrolpoints(), myCallbackFunction)—以20,000mm/hr向上移动阶段25mm，同时在控制点调用由slicecontrolpoints()生成的
myCallbackFunction

[0292]

[0293] -dHeight：阶段所需的高度变化(毫米)。

[0294] -initialSpeed：阶段移动的初始速度(mm/小时)。

[0295] -acceleration：速率(mm/小时2)，即阶段将从初始速度增加的速度。

[0296] -controlPoints：目标高度表(毫米)。在阶段达到目标高度后，其调用函数回调。

[0297] -callback：当阶段达到控制点时，指向一个将调用的函数。回调函数应采用一个自变量，所述自变量是阶段已到达的控制点的指标。

[0298] 光引擎控制

[0299] 光

[0300] 继电器被用来打开或关闭打印机中的光引擎。光引擎必须打开以便打印。确保继电器在脚本结束时被设置为关闭。

[0301] relay(boolean lightOn)

[0302]

[0303] -lightOn：假关闭光引擎，真打开光引擎。

[0304] 添加程序上的几何形状

[0305] 本节中的函数存在以使形状具体化，而不使用分层部分文件。本节中的每一个函数都有一个任选的数值称为图索引号(figureIndex)。每个片的图案都有其自身的索引号。各图是一个图重叠在另一个的上面。各图被绘制，以使具有最高索引号的图是’在顶部’并因此不被它下面的任何东西遮挡。默认指数将按它们被创建的顺序分配，如此，最后创建的一幅图将呈现在顶部。然而，人们可通过将预期索引号输入图索引号而改变指数。

[0306] 本节中的每一个函数需要一个片索引号自变量。该值是该图将加入到片的索引号。

[0307] 注意生成该程序的几何形状不保证这将是可见的或可打印的。人们必须使用所述函数之一，例如以下概述的填充掩膜或线掩模(linemask)。

[0308] 添加圆(addcircle)

[0309] 添加圆(数字x, 数字y, 数字半径, 数字片索引号) 添加圆在指定的片中绘制圆。

[0310]

[0311] -x：是从该圆的中心至原点的水平距离(毫米)。

[0312] -y：是从该圆的中心至原点的垂直距离(毫米)。

[0313] -半径：是以毫米测量的圆的半径。

[0314] -片索引号：将要添加图的片的索引号。

[0315] 返回：该图的图索引号。

[0316] 添加矩形(addrectangle)

[0317] 添加矩形(数字x, 数字y, 数字宽度, 数字高度 数字片索引号) 添加矩形在指定的片中绘制一个矩形。

[0318]

[0319] -x：矩形的左上角的水平坐标(毫米)。

[0320] -y：矩形的左上角的垂直坐标(毫米)。

[0321] -宽度：矩形的宽度(毫米)。

[0322] -高度：矩形的高度(毫米)。

[0323] -片索引号：将要添加图的片的索引号。

[0324] 返回：该图的图索引号。

[0325] 添加直线(addline)

[0326] 添加直线(数字x0, 数字y0, 数字x1, 数字y1, 数字片索引号) 添加直线画一条线段。

[0327]

[0328] -x0：在线段的第一点的水平坐标，以毫米测量。

[0329] -y0：在线段的第一点的垂直坐标，以毫米测量。

[0330] -x1：在线段的第二点的水平坐标，以毫米测量。

[0331] -y2：在线段的第二点的垂直坐标，以毫米测量。

[0332] -片索引号：将要添加图的片的索引号。返回：该图的图索引号。

[0333] 添加文本(addtext)

[0334] 文本(数字x, 数字y, 数字尺度, 字符串文本, 数字片索引号) 添加文本用大小'尺度'的字母绘制在位置'x, y'起始的指定的片上。

[0335]

[0336] -x：围绕文本的包围框的左上角的水平坐标，以毫米测量。

[0337] -y：围绕文本的包围框的左上角的垂直坐标，以毫米测量。

[0338] -尺度：字母尺寸(毫米)，解释可能会有所不同，这取决于基础的操作系统(Windows、OSX、Linux等)。

[0339] -文本：将在片上绘制的实际文本。

[0340] -片索引号：将要添加图的片的索引号。返回：该图的图索引号。

[0341] 2.4 填充&线路控制

[0342] 2.4.1 填充掩膜(fillmask)

[0343] 填充掩膜(数字彩色、数字片索引号、数字图索引号) 填充掩膜被用来控制如何绘制程序上的几何形状。填充掩膜显示正在提及的图以用彩色填补其内部的全部。

[0344] -彩色：可以是范围0-255中的任何数字。其中0是黑色和255是白色，这之间的任何值是基于色值的在黑色和白色之间灰色线性插值的色调。任何少于0的值将产生一种透明的彩色。

[0345]

[0346] -片索引号：应修改的片的指数。

[0347] -图索引号：被用来确定应填写在片上的哪个图。每个图具有其自身独有的索引号。如果没有图索引号通过，则填充适用于片中的所有图。

[0348] 2.4.2 线掩模(linemask)

[0349] 线掩模(数字彩色、数字片索引号、数字图索引号) 线掩模被用来控制如何绘制程序上的几何形状。线掩模显示以一种特定的颜色画出其轮廓的图。轮廓的宽度由函数线宽定义。

[0350]

[0351] -彩色：可以是范围0-255中的任何数字。其中0是黑色和255是白色，这之间的任何值是基于色值的在黑色和白色之间灰色线性插值的色调。任何少于0的值将产生一种透明的彩色。

[0352] -片索引号：应修改的片的索引号。

[0353] --图索引号：被用来确定应填写在片上的哪个图。每个图具有其自身独有的索引号。如果没有图索引号通过，则填充适用于片中的所有图。

[0354] 2.4.3 线宽(linewidth)

[0355] 线宽(数字宽度、数字片索引号、数字图索引号) 线宽被用来设置线的宽度，线掩模将用来勾勒所述图。

[0356]

[0357] -片索引号：应修改的片的索引号。

[0358] -图索引号：被用来在片上确定应具有其轮廓变化的哪个图。每个图具有其自身独有的索引号。更详尽的细节见2.3节(10页)。如果没有图索引号通过，则填充适用于片中的所有图。

[0359] 加载掩模(loadmask)

[0360] 加载掩模(字符串的文件路径) 加载掩模允许推进的填充控制。其能使用户从位图文件加载纹理(texture)，并使用其以填充具有纹理的图的全部。

[0361]

[0362] -文件路径：至图像文件的文件路径

[0363] 返回：一种特殊的数据类型，其可载入填充掩膜或线掩模函数作为彩色自变量。

[0364] 帧(FRAMES)

[0365] 显示帧(showframe)

[0366] 显示帧(数字片索引号) 显示帧对于打印过程是必不可少的。此函数将来自片的数据发送到打印机。调用在帧上不存在的显示帧，以呈现黑色帧如显示帧(-1)。

[0367]

[0368] -片索引号：将片索引号发送到打印机。

[0369] 帧梯度(framegradient)

[0370] 帧梯度(数字斜率(number slope)) 帧梯度被设计以补偿光照强度的差异。

[0371] 计算帧(calcframe)

[0372] 计算帧()

[0373] 计算帧被设计为计算最后显示的帧来分析片的构造。

[0374]

[0375] 返回：在图中的任何点和边缘之间的最大可能距离。

[0376] 2.5.4 加载帧

[0377] 加载帧(字符串文件路径)

[0378] 加载帧被用来从支持的位图文件加载单一片。

[0379]

[0380] -文件路径：至片图像的文件路径。

[0381] 片

[0382] 添加片(addslice)

[0383] 添加片(数字片高) 添加片是在最后的堆叠片上以给定的高度创建一个新片。

[0384]

[0385] 添加片(数字片高, 数字片索引号)

[0386]

[0387] 添加片以给定的高度和片索引号创建一个新片。

[0388] -片高：片的高度(毫米)。

[0389] -片索引号：片应被加入的索引号。返回：片索引号。

[0390] 加载片

[0391] 加载片(字符串文件路径) 加载片被用来加载来自2D片文件所有各片。

[0392]

[0393] -文件路径：至切片模型的文件路径。可接受的格式是.cli和.svg。返回：片数。

[0394] 片高

[0395] 片高(数字片索引号) 片高被用来发现片离基底的高度(mm)。

[0396]

[0397] -片索引号：要核查的片的索引号。返回：片高(mm)。

[0398] 2.6.4 片控制点

[0399] 片控制点() 片控制点是一个辅助函数，它为模型的每一个片创建一个控制点。这些控制点可在阶段达到每片的各自的高度时，转到移至(moveto)或移动(moveby)函数以使它回调。确保加载片在调用该函数之前已被调用。

[0400]

[0401] 返回：控制点的Lua表。

[0402] 定时

[0403] 睡眠

[0404] 睡眠(秒数) 睡眠允许用户暂停执行用于设定秒数的程序。

[0405]

[0406] -秒：暂停脚本执行的秒数。

[0407] 钟

[0408] 钟() 钟返回当前的时间(以秒计)。它至少是精确到毫秒，因此应该被用来代替Lua’s的内置时钟功能。由于用于第二个计数的开始时间从系统到系统而变化，时钟应该被用作一种测量时间的差异的手段。

[0409]

[0410] 返回：系统时间以秒计。

[0411] 流体控制

[0412] 这组函数可与支持流体控制的打印机模型一起使用。在脚本完成执行之前，设置水平(0,0)应被调用，以确保泵停止泵送流体进入vat。

[0413] 获取当前水平(getcurrentlevel)

[0414] 获取当前水平() 获取当前水平返回被充满的vat的%。

[0415]

[0416] 返回：代表vat是满的%的范围0-1的浮点数。

[0417] 设置水平(setlevels)

[0418] 设置水平(最小数，最大数) 设置水平允许用户定义多少液体应在vat中。液体高度将通过泵自动调节。最小和最大值之间的差异应大于0.05，以确保阀不经常地开启和关闭。

[0419]

[0420] -最小：应该是满的vat的最小%。作为从0至1的浮点数输入。

[0421] -最大：应该是满的vat的最大%。作为从0至1的浮点数输入。

[0422] 用户反馈

[0423] 2.9.1 信息线路(infoline)

[0424] 信息线路(int行索引, 字符串文本) 信息线路允许用户在可编程打印机平台的侧边栏上的固定位置显示最多5行文字。这个函数常常被用来允许用户即刻监视几个变化的变量。

[0425]

[0426] -行索引号：行号的索引。索引号应该在范围1-5内，1是最上面的行。-文本：行索引值显示的文字。

[0427] 全局配置表

[0428] 在执行打印脚本之前，所有全局变量被加载到称为cfg的配置表中。该表中的大多数数据在用户脚本执行的时候，已由可编程打印机平台读出，因此，改变它们将没有影响。然而，写下cfg的x尺度、y尺度、z尺度、xorig和yorig域，将影响所有后来进行的加载片和添加层调用。如果用户脚本被设计为在一个特定的尺度和/或位置运行，这是很好的做法，用正确的设置覆盖cfg，以确保尺度和位置不能被可编程打印机平台偶然地改变。

[0429]

[0430] cfg中的场：

[0431] -串行端口：串行端口名(改变这个变量不会影响代码)

[0432] -x尺度(-xscale)：x尺度

[0433] -y尺度(-yscale)：y尺度

[0434] -z尺度(-zscale)：z尺度

[0435] -xorig：x原点

[0436] -yorig：y原点

[0437] -hw x尺度：x方向上的像素分辨率(改变这个变量将不会影响代码)

[0438] -hw y尺度：y方向上的像素分辨率(改变这个变量将不会影响代码)

[0439] 有用的LUA标准库

[0440] 数学标准库含有几个不同的用于计算几何形状的函数。字符串对象在打印用于处理信息字符串时是最有用的。详情联系Departamento de Informática的LabLua，PUC-Rio, Rua Marquês de São Vicente, 225；22451-900 Rio de Janeiro, RJ, Brazil

[0441] 实施例8

[0442] 用于连续打印的Lua脚本程序

[0443] 这个实施例显示用于连续的三维打印的对应于以上实施例7的Lua脚本程序。

[0444]

[0445] 实施例9

[0446] 用于圆柱体和扣带的Lua脚本程序

[0447] 这个实施例显示使用程序上的几何形状的两个安装部件的Lua脚本程序

[0448] 圆柱体：

[0449]

[0450]

[0451] 扣带：

[0452]

[0453]

[0454]

[0455] 实施例10

[0456] 用间歇照射和推进连续制作

[0457] 本发明的过程在图21中说明，其中垂直轴说明载体的运动远离构造表面。在该实施方案中，垂直运动或推进步骤(其可通过驱动或者载体或者构造表面，优选载体来完成)，是连续和单向的，而照射步骤连续地进行。要制作的物品的聚合从聚合的梯度或活性表面发生，因此在物品内“逐层”故障线的创建最小化。

[0458] 本发明的备选的实施方案在图22中说明。在该实施方案中，推进步骤以逐步方式进行，在载体和构造表面彼此远离的主动推进之间导入暂停。此外，在这种情况下，在推进步骤中的暂停期间，照射步骤间歇地进行。发明人发现，只要在照射和/或推进中的暂停期间，将聚合的抑制剂以足以维持死区和相邻的聚合梯度或活性表面的量施用于死区，则聚合的梯度被维持，并在制备的物品内形成层会最小化甚或得以避免。换句话说，聚合是连续的，即使照射和推进步骤不连续。足够的抑制剂可通过多种技术的任何一种供应，包括但不限于：利用足以渗透抑制剂，富含抑制剂(例如，从富含抑制剂和/或加压气氛输送抑制剂)等的透明构件。一般来说，三维物体的制作越快(即，推进的累积速率越快)，将需要维持死区和相邻的聚合梯度的抑制剂就越多。

[0459] 实施例11

[0460] 在推进期间用往复运动连续制作，以促进构造区填充可聚合液体

[0461] 本发明的一个更进一步的实施方案在图23中说明。如在以上实施例10中，该实施方案，推进步骤以逐步方式进行，在载体和构造表面彼此远离的主动推进之间导入暂停。也如在以上实施例10中，照射步骤再次在推进步骤中的暂停期间间歇地进行。然而，在这个实施例中，在推进和照射的暂停期间维持死区和聚合的梯度的能力受益于在照射的暂停期间的垂直往复运动。

[0462] 发明人发现，垂直往复运动(驱动载体和构造表面离开，然后彼此返回)，特别是在照射的暂停期间，明显地通过推动可聚合液体进入构造区起作用，以促进构造区填充可聚合液体。当照射较大的区域或制作较大的部件时，这是有利的，而填充构造区的中心部分可以限速，否则会快速制作。

[0463] 在垂直方向或Z轴的往复运动可以任何合适的速度，在两个方向上进行(而在两个方向中，速度不需要相同)，虽然当往复运动离开时，优选速度不足以在构造区引起气泡的形成。

[0464] 虽然在图23中显示了在照射的每次暂停期间往复运动的单次循环，应该意识到，多个循环(其可以是彼此相同或不同的)可在每次暂停期间引入。

[0465] 如在以上实施例10中，只要在往复运动期间，将聚合的抑制剂以足以维持死区和相邻的聚合梯度的量施用于死区，则聚合的梯度被维持，并在制备的物品内形成层会最小化甚或得以避免，且聚合/制作保持连续，即使照射和推进步骤不连续。

[0466] 实施例12

[0467] 在往复运动向上行程期间加速和在往复运动向下行程期间减速，以提高部件质量[0468] 发明人观察到存在向上行程，和相应的向下行程的限速，如果超速则引起要制作的部件或物体的质量的恶化(可能由于由树脂流动的横向剪切力引起的聚合梯度内软区域的降解)。为减少这些剪切力和/或提高要制作的部件的质量，发明人在向上行程和向下行程内引入可变的速率，逐渐加速发生在向上行程期间，而逐渐减速发生在向下行程期间，如在图24中示意说明的。

[0469] 实施例13

[0470] 多个区的制作

[0471] 图25示意性地显示在通过如上所述的方法，通过第一基底(或“粘附”)区、任选的第二过渡区，和第三主体区，制作三维物体过程中，载体(z)随时间(t)推移的运动。因此，形成三维物体的整个全部过程被分成3 (或2个)直接连续的区段或区。所述区优选在3个区之间以连续的顺序进行，而没有暂停的实质性延迟(如，大于5或10秒)，优选以致在所述区之间的聚合梯度没有被破坏。

[0472] 第一基底(或“粘附”)区包括以比用于后续过渡和/或主体区更高的剂量(更长的持续时间和/或较大的强度)的初始光或照射曝光。这是在过程的开始，通过确保树脂牢固地聚合于载体，避免载体与构造表面不完全对齐的问题，和/或从构造表面定位载体的变化的问题。注意任选的往复运动步骤(用于初始分配或泵送在构造区的可聚合液体或将其泵入构造区)在载体定位于其初始(起始)位置之前显示。注意释放层(未示出)例如可溶性释放层仍可包括在载体和初始聚合材料之间，如果需要的话。一般来说，三维物体的小的或次要部分在该基底区生产(例如，少于1、2或5%体积)。类似地，一般来说，该基底区的持续时间是基底区、任选的过渡区，和主体区的持续时间总数的小的或次要部分(例如，少于1、2或5%)。

[0473] 紧接着过程的第一基底区之后，有一个任选的(但优选)的过渡区。在该实施方案中，与如上所述的在基底区使用的比较，照明的持续时间更少和/或强度更低，且振荡步骤的位移较少。过渡区可(在示例性的实施方案中)通过从2或5，至高达50或更多振荡步骤及其相应的照明来进行。一般来说，三维物体的中间部分(大于基底区中形成的部分，但少于在主体区中形成的部分)在过渡区中生产(例如，从1、2或5%至10、20或40%体积)。类似地，过渡区的持续时间一般来说大于基底区的持续时间，但少于主体区的持续时间(例如，基底区、过渡区和主体区的持续时间总数的从1、2或5%至10、20或40%的持续时间(例如，少于1、2或5%)。

[0474] 紧接着过程的过渡区之后(或，如果不包括过渡区，紧接着过程的基底区之后)，存在主体区，在此期间，三维物体的其余部分形成。在示例性实施方案中，主体区用比基底区(并且，如果存在，优选以比过渡区的剂量更低的剂量)更低的剂量照明来进行，和往复运动步骤(任选地，但在一些实施方案中优选地)以比基底区(并且，如果存在，任选地，但优选以比过渡区更低的位移)以更小的位移来进行。一般来说，三维物体的主要部分，通常大于60、80，或90%体积，在过渡区中生产。类似地，该主体区的持续时间，一般来说，大于基底区和/或过渡区的持续时间(例如，基底区，过渡区和主体区的持续时间总数的至少60、80，或90%的持续时间)。

[0475] 注意，在这个实施例中，多个区结合振荡的制作方式来举例说明，但在此所述的多个区制作技术也可用在以下实施例进一步说明的其它制作模式(用如包括在内的示例性过渡区，但再次是任选的)实施。

[0476] 实施例14

[0477] 用间歇(或“频闪”)照明制作

[0478] 操作的“频闪”方式的目的是减少光或辐射源打开或激活的时间量(例如，不超过需要完成三维物体制作的总时间的80、70、60、50、40或30%)，并增加其强度(与当推进以相同的速度累积速率进行而没有这样的减少时间的主动照明或辐射时所需的强度比较)，以致光或辐照的总剂量保持基本上相同。这允许更多的时间用于树脂流入构造区，而没有试图同时固化它。频闪(stobe)模式技术可以应用于本文以上所述的任何现有的一般操作模式，包括如在下文进一步讨论的连续、步进，和振荡模式。

[0479] 图26A示意性地示出一个连续模式的实施方案。在该常规的连续模式中，图像被投影，而载体开始向上移动。图像在时间间隔被改变以代表正要生成的、对应于构造平台高度的三维物体的横截面。构造平台的运动速度可以因一些原因而有所不同。如所举例说明的，通常有一个基底区，其中主要目标是将物体粘附于构造平台，具有适合于要生产的整个物体速度的主体区，和从基底区的速度和/或剂量逐渐过渡到主体区的速度和/或剂量的过渡区。注意到仍要进行固化，以使在构造区中的可聚合液体聚合的梯度(其防止层与层的断层线的形成)最好得以保持，并且如上所讨论的，载体(或生长物体)保持与可聚合液体的流体接触。

[0480] 图26B示意性地说明一个频闪连续模式的实施方案。在连续的频闪中，光强度增加，但图像以短的闪光或断续的片段被投射。增加的强度允许树脂更快地固化，以致在固化期间的流量是最小的。各次闪光之间的时间使树脂流动，而同时不发生固化。这可减少试图固化移动树脂引起的问题，例如点蚀(pitting)。

[0481] 此外，以频闪方式实现的光源的占空比(duty cycle)降低可允许使用增加的间歇性电源。例如：如果用于常规连续模式的强度是5mW/cm2，则强度可以增加一倍至10mW/cm2，2
而图像投影的时间可减少至所述时间的一半，或强度可以增加至其5-倍至25mW/cm 和时间可以减少至先前的开灯时间的1/5。

[0482] 图27A示意性地说明一个步进方式的实施方案：在常规的步进方式中，图像被投射，同时构造平台是静止的(或移动缓慢，与照明之间的更快速的运动比较)。当一个高度增量被充分曝光时，图像被关闭，而构造平台通过一些增量向上移动。这种运动可以一种速度进行或该速度可例如通过从慢速(当未固化树脂的厚度是薄的时)向更快(当未固化树脂的厚度较厚时)加速而变化。一旦构造平台是在新的位置，则下一个横截面的图像被投影以充分暴露下一个高度增量。

[0483] 图27B示意性地说明频闪步进方式的一个实施方案：在频闪步进方式中，光强度增加，而图像被投影的时间量减少。这允许更多的时间用于树脂流动，因此打印的整体速度可降低或运动的速度可减少。例如：如果对于常规步进方式的强度是5mW/cm2和构造平台以100um/1秒的增量移动，且图像被投影1秒钟，则强度可增加一倍至10mW/cm2，图像投影的时间可减少至0.5秒，和运动的速度可减慢至50um/秒，或阶段移动的时间可以减少至0.5秒。
增加的强度可以多至5倍或更大，以允许分配给图像投影的时间减少至1/5或更少。

[0484] 图28A示意性地说明一个振荡模式的实施方案：在振荡模式中，图像被再次投影，同时构造平台是静止的(或与照明之间的更快速运动比较，移动缓慢)。当一个高度增量被固化时，图像被关闭，而构造平台向上移动，推动额外的树脂进入构造区，然后向下移动回到最后固化的高度以上的下一个高度增量。这种运动可以一种速度进行或速度可例如通过从慢速(当未固化树脂的厚度是薄的时)向更快(当未固化树脂的厚度较厚时)加速而变化。一旦构造平台是在新的位置，则下一个横截面的图像被投影以固化下一个高度增量。

[0485] 图28B说明一个频闪振荡模式的实施方案。在频闪振荡模式中，光强度增加，而图像被投影的时间量减少。这允许更多的时间用于树脂流动，如此打印的整体速度可降低或运动的速度可减少。例如：如果对于常规振荡模式的强度是5mW/cm2和构造平台向上移动1mm，并在1秒钟回到以前的高度以上100um的增量，且图像被投影1秒钟，则强度可增加一倍至10mW/cm2，图像投影的时间可减少至0.5秒，和运动的速度可减少一半，或阶段正在移动的时间可以减少至0.5秒。增加的强度可以多至5倍或更大，以允许分配给图像投影的时间减少至1/5或更少。图29的片段“A”在下文进一步讨论。

[0486] 图29A说明在另一个频闪振荡模式的实施方案中操作的一个片段的制作方法。在这个实施方案中，片段的持续时间(在此期间载体是静止的)缩短到接近频闪照明的持续时间，以致振荡片段的持续时间可—如果需要—被延长，而不改变累积推进速率和制作速度。

[0487] 图29B说明另一个类似于图29的频闪振荡模式的实施方案的一个片段，除了载体现在在照明片段期间推进外(相对缓慢，与振荡片段的向上行程比较)。

[0488] 实施例15

[0489] 工艺参数在制作中的变化

[0490] 在实施例13-14的方法中，在主体区中的操作条件在整个区间显示为恒定的。然而，各种参数可在主体区的过程中被改变或修改，如在下文进一步讨论的。

[0491] 在生产期间改变参数的一个主要理由将是三维物体的横截面几何形状的变化；即，相同三维物体的较小(较易填满)，和较大(较难填满)的片段或部分。对于较易填满的片段(例如，1-5mm直径的等同物)，向上运动的速度可以是快的(高达50-1000m/hr)和/或泵高度可以是最小的(例如，小至100-300um)。对于较大横截面的片段(例如，5-500mm直径的等同物)，向上运动的速度可以是较低的(例如，1-50 mm/hr)和/或泵高度可以是较大的(例如，500-5000um)。具体参数当然将取决于诸如照明强度、特定的可聚合液体(包括其成分例如染料和填充剂浓度)，采用的具体构造表面等因素而变化。

[0492] 在一些实施方案中，总的光剂量(由时间和强度确定)可随着要照射的横截面"体积"增加而减小。所述另一种方法，小点的光可能需要比较大的区域的光更高的每单位剂量。不希望受任何特定理论的束缚，这可能涉及到可聚合液体的化学运动学。这种影响可使得发明人增加用于较小横截面直径等同物的总体光剂量。

[0493] 在一些实施方案中，可改变不同的步骤或泵之间的每个高度增量的厚度。这可能是增加速度同时降低分辨率的要求(即，相对于需要更高精度或需要更精确或狭窄的公差的物体的部分，制作需要较少的精度或允许更多的变化的部分)。例如，人们可从100um增量变化至200um或400um增量并将用于增加的厚度的所有固化组合到一个时间段内。这个时间段可比用于等同物较小增量的合并时间更短、相同或更长。

[0494] 在一些实施方案中，传输的光剂量(时间和/或强度)可在特定的横截面(物体的垂直区域)或甚至在相同的横截面或垂直区内的不同区域中变化。这可能是改变特定的几何形状的刚度或密度。这可例如通过改变在不同高度增量的剂量，或改变每个高度增加照明的不同区域的灰度百分比来实现。

[0495] 前述是示例性的本发明，并不被解释为对其的限制。本发明受以下权利要求书，以及包括在本文中的权利要求的等价物的限定。