改進的快速原型成型和製造系統及其方法
2023-06-14 20:56:46 3
專利名稱：改進的快速原型成型和製造系統及其方法
技術領域：
本發明涉及用於快速原型成型和製造(「RPM」)以生產三維物體的方法和裝置，更特別地，本發明涉及對RPM系統的生產率和效率的改進。
背景技術：
RPM是用於成形三維物體或實體圖像的技術領域的名字。通常，RPM技術利用表示待成形物體連續截面的數據並通過構造介質來一層接一層地構造三維物體。計算機輔助設計和計算機輔助製造系統，通常稱作CAD/CAM系統，通常將表示物體的數據提供給RPM系統。RPM的三個主要模式包括立體印刷成型(stereolithography)，雷射燒結，和實體圖像的噴墨印刷。
雷射燒結通過可熱熔粉末(包括陶瓷、聚合物、和塗覆有聚合物的金屬)的薄層來構造實體圖像，其中足夠的能量施加到所述粉末薄層以便固化所述薄層。噴墨印刷通過在與粘合劑結合時固化的粉末來構造實體圖像。這裡主要針對的主題——立體印刷成型，是通過可聚合的液體(通常指的是樹脂)薄層來構造實體圖像。
立體印刷成型和雷射燒結系統通常通過對雷射的調製和精密的方向控制來提供用於創造和建造三維物體薄截面的能量。雷射向粉末層的目標區域或液體構造介質層的目標區域施加能量。薄的目標層被稱為構造介質的工作面。傳統的RPM雷射系統通過使用掃描系統來定位雷射束，其中掃描系統具有由控制計算機引導的檢流計驅動鏡子。所述鏡子響應於已經被表面細分成STL格式並且切片成併入到建造文件的截面數據文件的CAD/CAM程序來偏轉雷射束。
在立體印刷成型中，三維物體通過可聚合液體的多個薄層的連續固化而得到，其中一層在另一層之上，直到所有的薄層結合在一起而形成三維物體。每一層代表預期三維物體的薄截面。可聚合的液體通常指的是「樹脂」，並且樹脂的固化層被稱為熟化。實際的構造介質通常包括可利用紫外線充分快速熟化的樹脂。紫外線雷射器產生小的、強烈的光點，並且該光點利用x-y掃描器中的檢流計鏡子以預定的方式移過液體表面。該掃描器由計算機產生的矢量或類似的來驅動。這種技術快速地製造精密和複雜的模型。
典型的立體印刷成型系統包括雷射掃描器、用於容納樹脂的槽(vat)、能夠在槽內升高和降低的物體支撐平臺，以及控制計算機。該計算機自動地控制該系統以製造塑料部件，在物體支撐平臺上一次形成熟化樹脂的一個薄截面，並且一層接一層地構造預期的三維物體。物體支撐平臺支撐熟化後的層，並且位於液體樹脂表面之下一個層厚度的距離，以便限定工作面。雷射使工作面處的液體樹脂的選定部分熟化，以便熟化下一層。計算機控制該系統以便在熟化後的樹脂表面上重新塗上新樹脂，並且成千上萬次重複這些步驟，直到完成預期的物體。被構造的物體或多個物體以及完整的系列步驟有時候稱作是「構造」。操作員從樹脂槽移走該構造以便根據需要清潔和進一步熟化。殘留在槽內的液體樹脂仍可被使用，只要它沒有被熟化樹脂的懸浮小塊汙染得太厲害。
一種在熟化後的樹脂層上重新塗覆新樹脂的方法需要使平臺「深浸」在液體樹脂中。平臺豎直地降到樹脂液的表面之下大於預定的層厚的距離，以便以新的液體樹脂塗覆熟化後的層。該系統將平臺在樹脂表面之下升高至一個層厚。過量的液體樹脂流走並該樹脂藉助重力變平至單個層厚。在這之後，雷射向工作面施加能量。
薄層變平的等待時間取決於幾種因素而改變，包括可聚合液體的粘度，層厚，部件的幾何形狀，截面，等等。近來有一些樹脂可比傳統樹脂更快地變平。可通過使用刮刀或真空輔助刮刀來幫助變平，有時稱作Zephyr式刮刀，用於掠過樹脂的表面，與在容納樹脂的槽內通過重力使樹脂工作面沉積和變平相比，這可更快地施加新樹脂及移除過量的樹脂。刮刀被用於重新塗覆固化後的層並且通常稱作「重新塗覆器」(recoater)。
已經提出了各種改進以增加實現RPM技術的效率，包括改進雷射系統以便更有效的使用雷射和更精密的成像，改進構造介質，減少熟化時間，控制槽內的樹脂水平面，等等。理想的是進行另外的改進，以使立體印刷成型系統能在較少的時間內製造更多的物體，同時精度更高且人為幹預更少。
發明內容
本發明提供了對快速原型成型和製造系統的多個改進，從而能夠完成三維物體的自動構造。兩個三維物體可從單個構造介質的相同位置處一個接一個地順序構造，並且在第一物體的構造開始後無需操作員在場。該系統不需要操作員照看第一構造的完成和它從構造介質移走，以及第二構造的開始，或者第二構造的完成。儘管該系統可被用於單個構造，但是該系統允許操作員返回至具有兩個物體的系統，該兩物體順序構造並且等候卸載，清潔，以及根據需要進行進一步熟化。
本發明的系統可適用於具有單個能量源的多室單元，以使得一次可完成不止一個構造，每一個構造之後接著第二個自動構造。在單個第一構造中完成的物體和那些在第二構造中完成的物體可具有相同或不同的設計，並且第二構造與第一構造具有相同的構造介質。在相鄰的室內同時完成的物體(將是自動構造順序中的第一或第二構造)通常由相同構造介質製備，但是構造介質也不必相同，只要做出適當的機器和工藝調節以使得能夠熟化。
在本發明實施例的更特別的細節中，本發明提供了用於立體印刷成型的裝置和方法，其包括具有用於支撐、提升、和降低用於待構造物體的支撐平臺的升降機的外殼，用於容納構造物體的液體樹脂的槽，用於固化液體樹脂選定薄層的能量源，用於從升降機處自動移除第一構造的小車，和用於控制升降機、能量源、小車以及槽內的樹脂水平面的控制系統。
在更特別的實施例中，升降機部件包括升降機連接支架，用於連接至立體印刷成型外殼內的升降機驅動板。連接支架具有用於可釋放地接合連接至升降機驅動板上的支撐杆的鉤，和用於接收升降機驅動板上的定心銷的接收器，該定心銷使連接支架定位成與樹脂工作面的水平x，y平面精確地對準。
連接支架固定地支撐在豎直延伸的升降機框架上，以便容易地降低到樹脂槽內以及從槽內提出。升降機框架還大體上水平地延伸，以便提供一對用於支撐和固定物體支撐平臺的升降機叉子。物體支撐平臺由叉子和臂支撐，其中臂從叉子後部的每一側水平向外延伸。平臺通過叉子前部的可釋放接合鎖銷部件固定至叉子。鎖銷部件由彈簧偏壓的鎖銷連接件驅動。鎖銷連接件是可操作的，以便在升降機被充分升高到樹脂之上時接合升降機支撐件上的斜面，以便從鎖定接合狀態釋放鎖銷部件從而釋放平臺。
用於從升降機移除第一構造的小車(如果需要的話)由計算機控制來操作以便將新的物體支撐平臺安裝在升降機上。支撐平臺可降低至槽內以用於第二個自動構造。在構造完成後，升降機升高以便從樹脂那裡移走完成了的三維物體或構造中的物體並且移走平臺以便瀝乾。小車，在下文指的是自動卸載小車，被配置成精確對接到外殼中並且與樹脂槽對接。伸縮臂根據計算機控制的指令伸出，以便接合和移走第一構造和相關的支撐平臺，並且其可被伸長以便在需要時安裝用於第二構造的新的平臺。
樹脂槽包括附加樹脂容器，用於在需要時響應水平面高度傳感器向槽提供額外的液體。在構造過程中，保持槽內液體精確控制的水平面高度是可取的。當一些樹脂固化並且平臺使構造降低至樹脂內以便在表面完成另外的層時，樹脂水平面高度將波動。在構造之間向槽內加入樹脂以便保持足夠的樹脂水平面高度以用於第二構造也是必要的。
在本發明的特定實施例中，槽和附加樹脂容器包括用於射頻識別(RFID)的標籤。附加容器中的樹脂可被容易地在進入到槽內的樹脂之前被檢測和識別，以避免槽內的樹脂受到錯誤樹脂的汙染。
在其它實施例中，本發明包括可由計算機控制的用於使樹脂變平的重新塗覆器組件，以便使整個樹脂表面保持平行於工作面。重新塗覆器組件包括重新塗覆器刮刀和用於該刮刀的載運架，該載運架在三個方向任意之一做出調節(y，z和θ)1)掠過樹脂表面的重新塗覆器組件的水平y軸移動方向，2)上下移動的豎直z軸，允許在重新塗覆器刮刀的底部和樹脂工作面之間提供刮刀間隙，以及允許從槽那裡移走重新塗覆器組件，和3)平行於y軸的旋轉θ軸，用於保持刮刀在整個移動的y軸方向平行於樹脂表面。所述x，y平面相應於樹脂的工作面。
在重新塗覆器的整個移動長度上，重新塗覆器刮刀保持距樹脂工作面的距離相同。重新塗覆器刮刀沿z軸豎直移動同時還圍繞縱軸θ旋轉，該縱軸θ平行於重新塗覆器移動的y軸且與其間隔開，以使得重新塗覆器的端部距樹脂表面總是相同的距離，並且刮刀平行於樹脂表面。本發明的該實施例校正機器誤差並且減少三維產品的誤差。機器誤差由機械系統的不平而導致產生，這在過去需要對重新塗覆器系統做出冗長的調節。
重新塗覆器的計算機控制提供用於響應於為重新塗覆器的底部和樹脂工作面之間的距離設定的數據，其中該數據在起動雷射與樹脂表面的接觸之前得到。容納在重新塗覆器載運架殼內的傳感器將該數據提供至計算機。該傳感器位於沿刮刀的長度方向(x軸)移動的運動系統上。傳感器在樹脂工作面的水平x，y平面上的兩個固定位置x處操作，其中在靠近槽邊緣的重新塗覆器的每一側上有一個固定位置，用於在重新塗覆器移動的多個點y處獲得數據。重新塗覆器在每一個端部具有減薄的底腳，即刮刀間隙檢測底腳，其中傳感器確定到其的距離。由於至底腳底部的距離是已知的，因此傳感器至底腳底部的距離可被精確地確定，並且該距離可加到傳感器確定的至底腳減薄部分的頂部的距離。傳感器移動少許距離x，以便獲得至樹脂工作面的距離讀數。至工作面的距離和至重新塗覆器底部的距離之間的差別被計算並且該數據被存儲以用於樹脂槽的每一側。計算機根據所用特定樹脂的經驗數據來設定z軸的刮刀間隙。該重新塗覆器繞θ軸旋轉並且沿z軸提升或降低以便在每一個端部保持與工作面的距離恆定，以使得刮刀間隙保持固定。因此，機器和定位誤差，包括重新塗覆器沿著移動的軌道的誤差可被考慮和校正。
在自動連續構造模式的構造之間無需改變重新塗覆器，並且該重新塗覆器被設計成通過手動而無需工具進行精確定位和容易移除以及替換。重新塗覆器在每一個端部固定地連接至載運架。可使用磁鐵。
刮刀的正確定位通過兩種方式來確認。在刮刀的每一個端部上包括不同形狀的對準銷，用於安置在重新塗覆器載運架殼上相應的容座中。在重新塗覆器載運架的每一個端部上包括有觸頭，所有觸頭均需被致動以便使接近開關產生信號，以顯示刮刀是否被正確地定位在載運架殼上。重新塗覆器通常是真空幫助的並且在刮刀內具有真空容器，即用於軟裝配的並從載運架延伸的埋頭孔，與該真空容器的真空連接可簡單地通過在載運架上正確地定位刮刀並且打開真空來建立。
本發明的裝置和過程可適用於單個樹脂槽或兩個或更多個以單個雷射器操作的槽，其中一層在選定的槽內固化而其它層被重新塗覆。通常，兩個槽可一個接一個地接受雷射照射，並且通過採用適當的掃描器和光束分束器來照射兩個以上的槽是可能的。
因此，本發明允許在第一構造已經完成後可根據單個樹脂槽來進行自動立體印刷成型構造。本發明包括對立體印刷成型裝置的多個改進，以便能提供自動構造，而且本發明提供了多個特徵，其可受自動計算機控制，以便極大地簡化獲得精確生產三維物體所需的精度。這些改進包括用於從升降機上移走第一構造和提供新的物體支撐平臺的自動卸載小車，在槽之間切換雷射以用於同步構造，將附加樹脂容器直接連接至立體印刷成型系統以用於自動確定足量的樹脂供應以支持自動構造，樹脂容器的RFID識別以用於保持樹脂的完整性，在構造過程中的樹脂工作面的自動平整和構造之間對槽的自動再充填，自動確定工作面和重新塗覆器之間的距離以及在重新塗覆器的整個移動軸上測繪(mapping)該距離以用於自動控制重新塗覆器的旋轉和機器誤差的校正，從升降機上自動釋放物體支撐平臺並替換以新的平臺，在無工具的情況下完全通過手動安裝和移除重新塗覆器刮刀。
已經對本發明做出了概括說明，現在將參照不必是按比例繪製的附圖，它們是圖1是本發明的用於通過立體印刷成型來製造物體的雙室外殼的透視圖，並且還示出了與其相關聯的樹脂槽，其中一個以陰影示出，另一個以透視圖示出；圖2是樹脂槽的透視圖，以分解圖示出了設置在該槽上的物體支撐平臺和用於提升和降低樹脂內的平臺的升降機子組件；圖3是圖2的升降機子組件一部分的透視圖，其中一些部分移除了，以示出升降機子組件的各個細節；圖4是本發明重新塗覆器組件的透視圖；圖5是圖4的重新塗覆器組件的一個端部的重新塗覆器載運架和重新塗覆器刮刀的分解部分透視圖；圖6是圖5的重新塗覆器刮刀部分的下側的部分透視圖；圖7是本發明的立體印刷成型室的內部後面的部分透視圖，並且示出了升降機子組件的一部分；圖8是圖7的升降機子組件的部分透視圖和隔離視圖，並且示出了它與圖2的升降機子組件部分的關係；圖9是圖2和8的裝配好的升降機子組件的部分透視圖；圖10是室殼一部分的部分剖視圖，示出了升降機的移動軸(即豎直Z軸)，重新塗覆器刮刀和載運架的移動軸(即水平的從前至後的y軸)，刮刀間隙傳感器的移動軸(即y軸和水平的側到側的x軸)；圖11是截面圖，示出了樹脂小車進入到處理室；圖12-14是一系列的側截面圖，示出了樹脂小車在處理室內就位和連接至升降機，以及平臺的提升；圖15是橫過樹脂表面的重新塗覆器組件和用於獲得讀數以保持刮刀間隙的傳感器的示意性透視圖；圖16A，16B和16C是側視圖，示出了在樹脂表面上隔開的重新塗覆器組件，用於獲得讀數以保持刮刀間隙；圖17是示意性的透視圖，示出了雷射掃描器和重新塗覆器組件在槽上移動的關係；圖18是透視圖，示出了立體印刷成型雷射束在極限位置的光點尺寸、焦距和功率的評估；圖19是透視圖，示出了施加雷射束以便固化一層樹脂；圖20和21是圖19的透視圖的剖面側視圖，並且示出了單個物體構造的構造完成的各個階段；圖22和23分別是構造物體並且平臺從樹脂的水平面上提升至卸載位置的剖面側視圖和透視圖；圖24-31是一系列的側視圖，示出了自動卸載小車的操作，包括第一構造的完成，移至小車，安裝新的平臺，第二構造的完成，以及從槽上移走第二構造；圖32是本發明的樹脂槽的透視圖，其具有再供應樹脂容器和安裝在其上的水平面保持容器；和圖33是流程圖，示出了完成第二自動構造而主要採取的步驟。
具體實施例方式
在下文中將參照附圖對本發明更全面地描述，其中這些附圖示出了本發明的優選實施例。這些實施例的提出使得本公開內容更徹底和完全，並且將向本領域技術人員完全傳達本發明的範圍。
現在轉向圖1，通常以10表示的是雙室外殼，其容納用於立體印刷成型的兩個室12，13。該外殼具有兩個室以用於增加的雷射使用效率。當一個室內的物體表面被重新塗覆，雷射可施加到另一室內的重新塗覆的物體表面，以使得可在一個操作中同時在兩個室內構造物體。用於在多個室內使用光束的雷射器和系統將在下面詳細描述。
外殼的相對側壁上具有觀察窗14，15，每個室12，13分別有一個觀察窗。每一個室具有一個帶有鉸接地可開啟和移除的窗的門16、17。這些窗被用於操作自動化系統，該自動化系統用於自動移除支撐平臺和所完成物體，以及放置用於第二自動化構造的新物體支撐平臺。
槽21容納樹脂18，立體印刷成型裝置通過該樹脂來創造三維物體。以陰影線示出的槽20設置在室12內。所示的槽21準備通過打開的室門17引入到室13內。升降機連接支架23位於靠近槽21的後部，以用於連接至升降機提升板82(圖8)，以便使物體支撐平臺30(圖2)(在該平臺上進行構造)能在槽中相對於樹脂的工作面升高和降低。升降機連接支架具有鉤86(圖8)，通過該鉤可確保連接至升降機提升板。
升降機連接支架和升降機提升板相配合而作為包括數個部件的升降機組件的一部分，升降機組件的所有這些部件相互配合以提升和降低平臺。圖2示出了在槽21上設置的升降機部件的子組件22，其可隨著槽一起引入到室以及從室中移出。如果需要，示於圖2的可移動的子組件可專用於一個槽。這些部件包括剛性地固定至升降機支撐框架24的升降機連接支架23和支撐在框架24上的升降機叉子25。框架24豎直地延伸以便能夠到達槽的底部。框架上的叉子與從框架的後部橫向延伸的間隔開的支撐件27，28相配合，用於支撐構造平臺30。鎖銷36與升降機框架前端部上的舌片33和35一起工作以固定和釋放平臺，用於在構造已經完成並且升降機已從槽升起後自動安裝和移除平臺。
應該理解，上述圖2和8關於與槽21和室13相關聯的升降機組件和子組件22的討論同等地適用於槽20和室12，並且槽20將具有類似的升降機部件和物體支撐平臺。基於這種考慮，在下面討論的與一個槽或室相關的升降機組件和子組件，重新塗覆器組件，槽，工藝步驟，以及對自動卸載小車的操作同等地適用於另一個槽或室。
圖3示出了框架24和用於支撐平臺30的升降機叉子25，其中金屬板蓋被移除了從而使鎖銷連接件37暴露在外。鎖銷連接件37可被操作而驅動鎖銷36以確保安裝時平臺與舌片33和35相結合，並且從叉子釋放該平臺以便從系統中移除。該鎖銷連接件可通過彈簧偏置杆38驅動，以便在平臺安裝在叉子上時使36將平臺固定至叉子上，並且隨後在平臺充分升高到槽之上時釋放平臺以便移除。
鎖銷連接件的驅動以用於從升降機叉子上釋放構造平臺在圖9以及參照圖22和23示出。圖9示出了平臺30在室12內和該室內的槽20內被固定到升降機叉子25上。當升降機組件被充分地提高後，杆38與室部件框架92上的斜面90相接合(圖3，9，22和23)。隨著升降機繼續升高，斜面向外朝著平臺對鎖銷釋放杆施壓，並且驅動鎖銷連接件釋放鎖銷36。類似地，當平臺被裝配到空的叉子上並且升降機組件降低以使得斜面不與釋放杆接合時，隨後彈簧偏置鎖銷釋放杆和連接件，以便關閉鎖銷並將平臺固定靠到叉子上的舌片33和35(圖28和29)。
圖7和8詳細示出了升降機組件的部件的第二子組件39。圖7示出了立體印刷成型室的子組件，圖8示出了與第一子組件的升降機連接支架23相關的子組件。第二子組件的這些部件沿著與門16(圖1)相對的後壁80(圖7)固定在立體印刷成型室12內，並且不像圖2所示的子組件22的部件那樣與槽一起進入或退出。圖7和8的第二子組件的這些固定的升降機部件，室升降機部件，接收第一子組件的升降機部件、槽升降機部件(圖2)以及特別是圖8的升降機連接支架23，以一起形成整個升降機組件。圖9以透視圖示出了連有兩個子組件的升降機組件。
升降機提升板82包括用於裝配到升降機連接支架23上的圖9的接收器96中的定位銷83，以使連接支架23並且從而將升降機框架25和叉子24定位於水平的x，y平面內。升降機提升板82包括與連接支架23上的鉤86(圖8)接合的杆84，用於提升和降低連接支架和相連的框架以及叉子，使它們進出樹脂槽。在圖7和8中示出了用於升降機提升板82的提升絲槓85。提升絲槓85通過馬達91被轉動，以便沿著豎直的z軸提升和降低升降機提升板，連接支架，框架，和叉子。還包括用於將樹脂槽20定位在平行於樹脂18的表面112的x，y平面的水平平面上的定位銷88(可從圖12簡要地看出)。
圖10以部分透視圖的形式示出了定位在z軸上以用於在立體印刷成型室12內接收樹脂槽的升降機提升板82，以及雷射掃描器100和重新塗覆器刮刀42和載運架44分別相關於升降機提升板82的位置。使槽滾動到平板印刷術室中並且預備構造的一系列步驟示於圖11-23。隨著槽及其升降機子組件和固定平臺滾動到本發明的平板印刷術室中並且在定位銷88上對中，隨後連接支架23與升降機提升板82和提升杆84豎直對準(圖11和12)。馬達91使提升絲槓85轉動以提升升降機提升板(圖13)。當提升板升高後，提升杆接合併就位於連接支架23上的鉤86中(圖13)，並且定位銷83接合併就位於連接支架上的接收器96中(可從圖8簡單地看出)，從而連接室升降機和槽升降機子組件並且使槽升降機子組件在槽內對中。當提升板仍繼續升高時，槽升降機子組件和平臺在樹脂內升高(圖14)。正如前面所述，提升板的充分升高將釋放鎖銷36。提升板的充分降低將使提升杆解除與連接支架的接合，因此槽和槽升降機子組件在需要時可被移除。通常，槽與具有構造的平臺分離地被移除。
現在轉向討論重新塗覆器組件和它在構造之前對刮刀間隙進行測繪的使用，圖15示出了沿y方向橫過樹脂工作面112的重新塗覆器42和載運架44的通過室12的截面圖。重新塗覆器組件總體上以40表示(圖4)。重新塗覆器組件包括重新塗覆器刮刀42和載運架44，其中重新塗覆器刮刀連接至載運架，並且所述載運架用於使重新塗覆器刮刀移動。重新塗覆器刮刀是計算機控制的以便沿著軸按下述方式運動1)沿y軸方向橫過樹脂表面水平地往復移動，2)沿z軸方向豎直上下移動，以及3)圍繞刮刀的中心旋轉，該中心是平行於y軸並且與y軸間隔開的θ軸。重新塗覆器刮刀的傳統功能和圖示重新塗覆器刮刀的傳統功能是用於加速新樹脂層在工作面112的雷射掃描照射之間的變平，這與深浸和重力沉積相比，通常在更短的時間內使零件精度更高。
圖4中用於重新塗覆器刮刀的載運架被安裝在豎直移動臺47上。豎直移動臺47就位於軌道49內，用於沿著豎直的z軸上下平移刮刀。而軌道49裝配到軌道50中並且在軌道50中移動，以便使重新塗覆器刮刀橫過樹脂的表面沿著水平的y軸方向前進。電纜驅動裝置和相關的基於步進器的線性驅動馬達已被確定為適合於實施本發明的這些方面。
本發明的重新塗覆器組件包括用於為控制器提供讀取信息的傳感器45，以便保持重新塗覆器刮刀在它的移動的整個長度上均平行於樹脂表面。重新塗覆器刮刀的每一端均被保持距樹脂表面相同距離。該傳感器容納在載運架44內，並且可沿載運架的長度在x軸方向平移，以使得距離信息可在沿著樹脂表面的x軸的不同位置得到。容納在載運架中的電纜驅動裝置可被用於通過豎直移動臺47中的馬達的驅動而平移載運架內的傳感器。
當重新塗覆器刮刀掠過樹脂表面時，重新塗覆器刮刀與樹脂表面之間的距離被稱為「刮刀間隙」。該刮刀間隙通常取決於所選擇的用於特定構造的樹脂和它的物理特徵，並且是用於構造的預定的經驗值，並被存儲在立體印刷成型控制計算機的存儲器中。傳感器45的功能是提供必須的數據，以便在重新塗覆器刮刀掠過樹脂表面的整個移動範圍期間保持刮刀間隙為特定值。重新塗覆器組件所運行的軌道差異以及其它機器誤差源會改變刮刀間隙。本發明的計算機控制的重新塗覆器組件基本上解決了這些問題，解決了曾是本領域中的硬體問題並提供了軟體解決方案。
傳感器45是雷射二極體傳感器，而且是具有較窄測量範圍的高解析度傳感器。可從伊利諾斯州schaumberg的Omron ElectronicComponents買到的ZXLD30型的Omron光學傳感器已被認為可用作傳感器45。該Omron傳感器是高度靈敏的，並且其工作方式為通過發出聚焦能量束以便與目標接觸，並且隨後接收反射束，通過進行比較，距目標的距離能以對於立體印刷成型的足夠的精確度被確定。
重新塗覆器刮刀42在開始構造之前響應Omron傳感器45得到的數據而保持平行於樹脂表面。傳感器獲得這樣的數據，即通過這些數據，沿著與重新塗覆器刮刀的兩個端部相應的樹脂槽的每一側在兩個點x處沿著變化的多個點y，計算機控制器確定重新塗覆器刮刀的底部76(圖6)與樹脂的頂面或工作面112(圖12)的距離。圖4，5，6，15，16A-16C，和17示出了Omron傳感器和重新塗覆器組件之間的相互作用，以便得到該數據並且對將在構造過程中進行的對重新塗覆器刮刀的調節進行測繪。在構造過程中，計算機控制器響應在構造之前得到的測繪圖而使重新塗覆器刮刀繞它的移動軸θ轉動(其中θ軸是平行於樹脂表面的y軸且與其間隔開的軸)，用於保持重新塗覆器的兩端沿y軸在間隔的點x處距樹脂表面的距離相同。刮刀旋轉所基於的數據並不是實時得到，並且實時數據和在開始構造之前得到的測繪圖之間的差異還未被認為是顯著的。
圖5和6示出了沿x軸截取並且相應於示於圖4的重新塗覆器刮刀的右手端的重新塗覆器刮刀42的端部。圖6示出了與圖5相同的端部，並且從刮刀的底部完全示出刮刀的特徵。底部56(僅示出了一個)從每一個端部上的刮刀的底部橫向向外延伸，其底表面(即表面60)限定了刮刀的底部以用於測量目的。每一個底腳在其遠離刮刀頂表面的底腳端部上被切掉或精磨成薄表面58，用於得到對於刮刀底部的Omron傳感器讀取數據。底腳的底表面60至切掉部分的頂表面58之間的距離是固定的並且存儲在計算機中。該底腳的深度距離由於Omron傳感器的操作範圍而較小。
為了得到讀數，Omron傳感器被設置在載運架內沿x軸鄰近重新塗覆器刮刀的一個端部的某點處。圖4，15，和16A-16C以陰影示出了載運架內靠近左端的傳感器45。在得到讀數時刮刀不接觸樹脂並且沒有樹脂遮住底腳的頂部而與Omron傳感器隔開。如圖15所示的室以及圖16A的詳細視圖，在固定的x，y位置處，Omron傳感器45獲取傳感器至底腳56頂部58的距離讀數，以便給相應於底腳底部60並且根據表面58和底部60之間底腳預定深度的底腳位置賦值。如圖16B所示，在與圖16A所示的相同位置y處，Omron傳感器移動小的距離x，以接近與底腳相同位置x，並且該距離足以使Omron傳感器能獲取從傳感器至樹脂頂部表面112的讀數。計算機控制器確定用於底腳底部和樹脂表面的該兩讀數之間的差異並且存儲該數據。如圖16C所示，重新塗覆器組件隨後按箭頭指示平移距離y，以便得到另外的數據點，直到沿槽一側的整個表面已經在對於一個x的多個點y處被測繪。此後，Omron傳感器平移到載運架的相反側，即右側，以便獲得在不同的位置x和相同位置y處對槽該側測繪的數據，以完成測繪。整個測繪圖通過計算機控制器得到，並且其被存儲以便在接下來的構造中使用。
重新塗覆器刮刀42可通過手連接至載運架44或者從載運架44完全移除。立體印刷成型系統的計算機控制重新塗覆器刮刀的對準並且顯著減少了與現有裝置相關的冗長程序。現在轉向圖5和6並對使刮刀便於安裝和移除的重新塗覆器刮刀和載運架的特徵討論，滾花手柄55(在圖6的重新塗覆器刮刀上僅示出了一個)用於通過手安裝該重新塗覆器刮刀和從載運架上移除重新塗覆器刮刀。應理解，在刮刀的端部上有相應的手柄，這在圖6中未示出，但可從圖4和17-19中看出。重新塗覆器刮刀上的接收器64(圖5)接收重新塗覆器載運架上相應的對準銷66。所示出的銷66的截面為圓形並且該形狀可以改變。在重新塗覆器載運架的相反端部上提供不同形狀的第二對準銷並且在刮刀上提供相應的接收器是可取的。這些對準銷幫助操作員確保刮刀被正確地定位在載運架上。磁鐵70和71或其它連接裝置，其中在刮刀載運架的每一個端部和重新塗覆器刮刀的每一個端部上均分別具有一個，用於將重新塗覆器刮刀固定在載運架上。也可以使用其它連接裝置，儘管這些裝置可能需要工具來安裝或移除刮刀。可提供觸頭72來觸發接近開關75，用於指示刮刀正確地在載運架上固定到位。提供三個這樣的觸頭是有利的，其中一個如所示那樣位於載運架的端部上，兩個位於相反的端部上，以使得三點接觸用來觸發接近開關，以便指示重新塗覆器刮刀在載運架上的正確位置。
重新塗覆器刮刀包括位於它的底表面76(在圖6中處於顛倒位置)上的真空通道77。真空通道可幫助傳統方式的變平新樹脂層。刮刀包括居中定位的視窗78(圖4)，以用於操作員觀察真空是否被啟動了。刮刀和載運架之間的真空連接不是硬性插接的，因此不需要工具來完成。真空連接是「軟的」，該連接是在刮刀和載運架中部的配合和密封真空埠之間提供，通常是在刮刀上的真空杯和載運架上的配合部件。
在槽裝配到立體印刷成型室中之前，重新塗覆器組件是「停靠的」，即重新塗覆器刮刀在y軸方向上位於最靠近室門處，並且沿z軸方向提升以便不擋槽的道，槽底部固定有輪子，這樣槽可像小車一樣操縱(圖11和12)。槽可滾動到室內，而不撞擊重新塗覆器組件。一旦槽被安裝後，重新塗覆器組件可被降低至靠近樹脂表面並且與樹脂表面間隔開，以用於測繪樹脂表面和重新塗覆器刮刀底部之間的關係(圖17)。本發明在重新塗覆器刮刀保持位於樹脂工作面上的距離大於刮刀間隙的情況下來完成繪圖，該距離足以確保刮刀上的底腳不會被樹脂覆蓋，如果被覆蓋則可能對Omron傳感器獲取控制刮刀間隙所需要數據的能力造成負面影響。
當開始構造時，重新塗覆器刮刀真空開啟並且刮刀降低至用於樹脂的預定刮刀間隙(圖14)。真空將樹脂吸起至刮刀中的真空通道77中以及視窗78中。當刮刀掠過表面時，樹脂通常將覆蓋在底部上，這在新樹脂層施加到平臺上的構造時會發生。
構造的精度對於槽內樹脂保持精確的水平面非常敏感。構造平面在開始構造前被建立。雷射掃描系統100(圖19)被剛性地安裝至室，並且被控制以便掃描在空間特定點處的樹脂工作面，被稱為的「構造平面」，這樣建立起工作面的x，y平面可被定位於其中的z值範圍。本發明使重新塗覆器刮刀有效刮平自動化的能力取決於將樹脂保持在與當樹脂表面的測繪圖在構造前建立起來時相同的水平面。
第二Omron液面傳感器表示為87(圖7和9)，並且其被剛性地固定至室殼體後部的升降機框架，以用於確定槽內的樹脂水平面以及是否需要額外的樹脂加入到槽內。傳感器87確定是否需要加入或者移除樹脂以便在構造過程中保持構造平面。在構造過程中，傳感器(圖30)確定槽內的樹脂水平面高度，以使得樹脂可被添加或者移除，以便總是保持相同的水平面高度，並且從而保持與刮刀的距離等於在測繪時得到的距離。該Omron傳感器是以閉環迴路工作的雷射二極體傳感器，其中該傳感器在雷射對工作面連續掃描之間工作，且當達到了適當的樹脂水平面高度後關閉。
示於圖32中的具有用於控制樹脂水平面的附加樹脂容器127，128，129的槽21具有可拆卸的蓋141。樹脂容器127，128，129被分別保持在可傾動的託座133，134和135中，這些託座通過操作手柄136，137和138而可樞轉地遠離槽21，以便於安裝和拆除。每一個容器127，128和129通過快速拆卸的雙斷開接頭連接至槽21。每一個容器127，128和129具有與槽21上的相應託座133，134和135內的接頭(均未顯示)相配合的噴嘴，以使得當連接後，樹脂能夠從容器流經接頭而進入槽21。每一個噴嘴具有通過模製或其它方式集成於其中的RFID標籤。每一個接頭是「智能接頭」，因為它具有通過模製或其它方式集成於其中的讀出器，用於檢測容器及其中的樹脂數據並將這些數據傳遞至立體印刷成型系統的控制計算機，例如樹脂類型，樹脂批號，有效期，樹脂容積，以及可能的，正在使用容器的槽和立體印刷成型系統的身份。讀出器為接近式讀出器，因此，如果不恰當的樹脂或過期的樹脂被裝配到了容器中，立體印刷成型系統的控制計算機可在容器噴嘴通過託座接頭連接到槽之前通過警報來提醒操作員。當槽和立體印刷成型系統通過適當的布線連接在一起時，槽和立體印刷成型系統的計算機之間的數據流通過數據和動力埠101發生。每一個容器還可以運送從它流進槽的一定量的樹脂。其中兩個附加樹脂容器127和128在構造之間再次充填槽和通過波紋管泵102進行操作，以向420升容積的槽提供大約每分鐘一升樹脂的足夠的行程容積。兩個Omron超聲波傳感器(未示出)安裝在槽21的壁上，用於確定在構造之前樹脂是否在預選的最小和最大值範圍內，以便發出樹脂是否需要添加的信號。每一個槽21還在外壁上具有RFID標籤19，在該外壁上支撐有圖11和12的升降機連接鉤86，其中RFID標籤19由讀出器81讀出並且將關於槽的識別、初始樹脂量的數據以及安裝數據傳遞至立體印刷成型系統的控制計算機。
樹脂首先從一個容器(例如128)通過管道106供應，並且當該容器排空後，通過管道107從另一個容器例如127供應，這通過具有適當的閥的閥組件131來完成，所述閥由立體印刷成型控制計算機響應於超聲波傳感器檢測到樹脂在開始構造之前低於最小水平面高度時打開。補充樹脂通過閥組件131和供應管111從供應容器通過入口孔流至波紋管泵102，並通過出口孔(入口孔和出口孔均未顯示)流至槽21。另一容器129用作儲罐，其藉助於閥組件131中的雙向流動閥並響應於在構造過程中的波動而通過入口管108和流出管109來降低或增加槽中的水平面高度，其中該雙向流動閥由來自立體印刷成型系統控制計算機響應傳感器87的檢測發出的指令來類似地驅動。液面傳感器87獲得槽內的每一層之間的精確水平面高度的讀數。樹脂在固化時可收縮。平臺和構造降低時所導致的樹脂排量會影響槽內的樹脂平面高度。在構造過程中用於控制樹脂水平面高度的有用的泵是計量泵，例如蠕動泵104，用於傳送少量的、精密控制的流體量，並且可採用數個衝程來添加或移除樹脂，以使得槽內的水平面高度可被精密地控制。蠕動泵可在數個衝程期間提供1微米的流體容量以提供精密的控制。閥組件131還可以使樹脂從槽21通過管110循環通過閥組件131，管111，波紋管泵102，管113，並且在需要時返回至槽21中。這種循環特徵可幫助保持槽21內的樹脂量並且防止粘度增加。這在構造之間通過立體印刷成型控制系統軟體以自動方式或由操作員啟動而被最好的應用。
應該理解，由Omron傳感器發出的雷射束的焦平面無論是在樹脂表面還是在重新塗覆器刮刀的平面都是相同的。傳統的光束測繪分析系統(beam profiler system)使用檢測器陣列並且建立起高斯光束分布，以確定光束的位置和雷射束的寬度。該系統可使用3軸掃描器來改變光束的焦距，其中該3軸掃描器是自我校正的並且允許用於不同樹脂的定製的刮刀間隙設定。此信息隨時間的存儲將建立起用於本發明各單獨系統內的特定樹脂的數據日誌文件庫。
使用射頻識別標籤(RFID技術)來標記樹脂容器是有用的，以便確保精確的樹脂替換和避免混合不同樹脂的誤差帶來的高昂代價。如果樹脂不同，操作員在將樹脂槽連接至附加容器之前可得到提醒，並且可得到正確樹脂的確認。
用於立體印刷成型的典型雷射系統在本發明的方法和裝置的實踐中是有用的。x，y掃描雷射器使用由檢流計控制的鏡子來定位雷射束是有效的。圖19，20和21高度示意性示出了掃描系統100，其沿預定的路徑將能量施加到樹脂的工作面112(構造平面)，以用於固化物體117的層115。雷射器窗通常使雷射器和檢流計系統與被加熱的處理室隔開。
可使用動態光束偏轉器來產生用於雷射束的不止一個順序路徑，以使得雷射可被更有效地使用。為了提高效率，單個雷射器可與本發明的實踐結合起來使用，以向用於同步構造的兩個或更多個單獨的立體印刷成型室12，13(圖1)和檢流計系統提供能量。當一個室內的三維物體正被重新塗覆新的樹脂層時，雷射器可在相鄰室內執行掃描照射，以使得雷射器不會在構造的重新塗覆之間閒著。
雷射器控制系統能夠動態地改變雷射焦點，以使得在不損失精度的情況下可製造較大的物體。如圖9和18所示，位於室後部並且安裝至室升降機子組件框架92的檢測器單元89提供用於控制強度、焦距和雷射束光斑尺寸的信息，雷射束由掃描器100(圖18)提供並且用於固化樹脂。如同Omron傳感器一樣，3軸掃描器有助於改變雷射的焦距和光斑尺寸，以使得無論是在樹脂的中間還是槽的外邊緣處，構造均具有相同的質量和精度。
圖19以透視圖形式示出了在樹脂表面的x，y平面中的雷射的掃描照射。構造的過程示於圖20-23中。應該理解，用於預期物體的支撐層是首先被固化的。如圖20的室截面所示，當截面層115通過施加雷射束被固化時支撐平臺逐漸降低。雷射固化一層，升降機降低平臺以提供新樹脂層，並且重新塗覆器刮平樹脂以提供一個層厚度。在進行多層序列的雷射掃描照射和重新塗覆樹脂後，平臺如圖21所示那樣已降低至較大的深度並且單個構造物體117被完成。升降機隨後將構造和平臺從樹脂移至圖22以截面圖示出的和圖23以透視圖示出的卸載位置。
圖24-31示出了自動卸載完成後的構造和支撐平臺以及完成第二構造所涉及的一系列步驟。圖24示出了本發明的立體印刷成型室的側視圖，其具有支撐在平臺30上的完成的構造物體117，且被升高以便用於釋放如上所述的平臺鎖銷。該階段的位於室內的完成後構造的透視圖示於圖23中。應該理解，重新塗覆器刮刀42和載運架44在構造被提升到樹脂外部之前是停靠的。在圖24中還示出了連接至計算機控制器126的自動卸載小車120，用於執行自動平臺交換以便進行第二構造。小車120具有伸縮臂節段123和125(圖25)，分別用於支撐和輸送用於卸載構造物體117和平臺30的滴幹盤122，和用於向槽提供新的平臺124。
圖24的側視截面圖示出了卸載小車滾動至與圖1的立體印刷成型室的門16或17接觸(該室窗已被手動移除或者擺動到開啟位置)，並且滾動至樹脂槽的一部分之下。如圖1所示，門具有限定底部開口的刷子，自動卸載小車的滾輪可進入到該開口中。自動卸載小車應與槽對接，以便伸縮臂與槽和升降機相協作以用於完美的平臺替換。圖32示出了可被用於確保對接至樹脂槽的配件132和139。對接不是自動的，而是通過操作員來完成，操作員還將小車連接至用於立體印刷成型系統的控制器系統126(圖24)。室門16，17(圖1)中的窗通過操作員鉸接地開啟或移除，以使得可實現自動的移除構造。
在構造結束時，平臺30和構造物體117被足夠高地提升，以釋放將平臺抵靠舌片33和35固定至叉子和框架24的鎖銷36。在其上具有滴幹盤122的伸縮臂123從小車處延伸出來，以使得升降機框架24處於滴幹盤上方(圖25)。升降機框架被降低，並且滴幹盤和叉子被構造成使得平臺和構造放在滴幹盤上且框架穿過(圖26)。伸縮臂123縮回並且構造物體和平臺從室移除以放在小車上。升降機框架隨後降低以便接收新的平臺，而鎖銷36仍然位於釋放的位置中(圖27)。
伸縮臂125按圖28所示那樣延伸，並且在其上具有新的平臺124。升降機框架隨後被提升以便接合併接收該新的平臺，並且伸縮臂縮回(圖29)。應該理解，將平臺固定至升降機框架的鎖銷36直至平臺充分地降低時才接合，這與鎖銷被打開的方式相反。
一旦新的平臺就位並且鎖銷固定後，升降機可將該新的平臺降低至樹脂槽內以及樹脂表面之下，以用於如上述那樣確定第二構造需要添加的樹脂的量(圖30)。如圖31所示，第二構造像第一構造那樣完成，即第一構造物體117被卸載且第二構造物體130在其平臺上被提起到樹脂槽之上。
已對本發明的裝置作了相當詳細地說明，現在轉向考慮操作步驟，圖33是根據本發明在單個槽內完成自動構造的基本流程圖。在自動構造模式中，該裝置構造第一個三維物體，從槽和升降機中移除完成的構造物體，並且完成第二自動構造。在第一構造被移除後，該裝置在升降機上安裝新的平臺，並且根據需要調節樹脂參數，完成第二構造，並且從樹脂槽內移除該第二構造。應該理解，可在一個槽中或相鄰槽中在一次構造中同時構造幾個物體，並且圖33示出了在一個槽內自動構造單個物體。自動構造可同時發生在多個槽工藝的其它槽內。
根據圖33的步驟140，當程序開始時，操作員將已執行了數個功能。選擇自動構造模式後，操作員首先需要輸入表示物體的信息，通常使用CAD/CAM程序來用於表示物體的信息。操作員隨後確定第一構造所需要的樹脂量，以及該構造量是否在裝置的設計限制內。例如，如果裝置的容量包括使用至多20千克的樹脂來構造零件，那麼如果選擇的物體需要更多的樹脂，操作員將需要選擇不同的構造模式。如果設計容量允許製造需看管的第一構造，但不是自動的第二構造，則不能使用自動模式。
操作員還要驗證重新塗覆器刮刀是否被安裝，並且停靠以及不擋道，以便在安裝時不撞擊樹脂槽。一旦樹脂槽被安裝，操作員應驗證槽是否被正確安裝，並且槽是否容納有足夠的正確類型的樹脂。通常，槽將包括升降機子組件，升降機子組件包括升降機連接支架、升降機支撐框架和叉子，以及由鎖銷36和舌片33和35固定至叉子的構造平臺。整個槽和升降機子組件滾動至立體印刷成型室中，以便與室升降機子組件相接合。
樹脂表面和重新塗覆器刮刀之間的關係可在構造之前在該點或其它點處測繪，並且該數據被存儲以便在構造過程中使用。一旦特定的樹脂被識別，且用於控制的刮刀間隙被選定，並且樹脂水平面可複製地在槽內控制，隨後用於這些條件的測繪圖應有利於一定時間期間的相同裝置。
根據步驟142，操作員安裝自動卸載小車，其曾經滿足了初始需要並且驗證自動的構造是否被支持。為了安裝自動卸載小車，操作員鉸接地開啟或移除室門上的窗，以使得自動卸載小車的伸縮臂可伸進處理室以用於取出平臺和第一構造。在室門關閉的情況下操作員使自動卸載小車對接到槽中。該室被加熱並且為了避免幹擾該過程，室門保持關閉。帶輪子的底腳從自動卸載小車穿過室門的底部切口伸至室內，其中切口被刷子覆蓋以便使碎片和熱量損失最少。槽和自動卸載小車被構造為在對接時相對於彼此保持一致的位置，以用於自動操作。操作員還要確保自動卸載小車連接至立體印刷成型系統的計算機，以用於控制自動操作。
操作員可在本發明裝置的製備過程的任何時間點處換班，以用於自動構造模式。因此，該系統的成功操作通常需要操作員多次驗證關於系統的信息。因此，有利的是通過計算機控制器來提示操作員在第一構造開始之前驗證空的平臺是否實際上就位於自動卸載小車上以用於當第一構造完成後安裝。可替換地，驗證平臺是否適當地就位可通過使用合適的傳感器來完成。
根據步驟144，隨後操作員使重新塗覆器組件和升降機移動到起始位置。升降機降低到槽內並且被帶至正好是樹脂表面之下的水平面，以便限定工作面。重新塗覆器組件降低至樹脂以便限定底腳的底部和樹脂工作面之間的預定刮刀間隙。
此時，在雷射器和重新塗覆器實際上起動之前，提示操作員驗證操作參數是有利的。操作員應該檢驗構造平臺是否實際上被裝配到了叉子上。如果構造在平臺沒有就位時開始，作為結果的生產率和樹脂的損失將是慘重的。如果平臺未就位於升降機叉子之上，操作員應停靠重新塗覆器，將升降機提升至平臺釋放位置，並且安裝新的平臺。一旦檢驗到平臺的存在，應檢查樹脂和室的溫度。通常，溫度控制是連續執行的計算機控制功能。但是，有利的是操作員應檢驗在開始構造之前溫度是否正確。操作員還應該檢驗槽內是否具有足夠的樹脂。即使該系統的容量足夠用於構造，該系統也應被檢查以便檢驗槽內是否容納有樹脂，以及樹脂水平面高度是否在為精確控制構造平面所必需的槽內預定最小和最大水平面高度之間。
根據步驟148，操作員還應檢驗附加樹脂容器是否容納有足夠的樹脂以用於在構造之間對槽再充填和在構造過程中進行精細水平面高度控制。如果樹脂量不夠，根據步驟149操作員應被系統提示，以用充滿的容器替換部分充滿的容器並且檢驗新的容器是否包含與槽內相同的樹脂。檢驗樹脂是否相同的一個有效方法是運行射頻識別程序，或「RFID」程序。RFID標籤可被包括在容器中，用於在完成連接至槽之前進行自動識別，在這之後，如果樹脂相同的話，操作員可完成安裝。容器和槽上的RFID標籤的使用允許通過來自用於槽的位於升降機組件上的特定RFID讀出器以及用於每一個容器的位於槽上的智能接頭上的各個RFID讀出器的數據流而對系統的樹脂和樹脂用途進行數據採集。
如果已經滿足了上述參數，則可進行構造。操作員應根據步驟150開啟重新塗覆器真空，並且分別按步驟152和154調節樹脂水平面高度以及樹脂和室的溫度。此時，樹脂水平面高度在預定的最小和最大水平面高度範圍內，並且該水平面高度在這些水平面高度範圍內被調節至已被選定的構造平面的精確水平面高度。材料通過與兩個附加樹脂容器連接的計量泵而泵入或移出槽，並且響應於傳感器而自動地控制。
重新塗覆器刮刀準備好工作面以接收雷射，並且根據步驟156，實際的立體印刷成型現在以支撐層的製備而開始。此時，操作員無需看護該過程，並且構造可完全根據計算機控制的功能來進行。通常，在每一層都被固化後，升降機將使平臺降低以便接收新的樹脂塗覆，並且充分提升該平臺以用於對下一層的雷射作用。根據由樹脂表面之下的平臺和物體導致的排量和由固化引起的收縮量而按照需要調節樹脂水平面高度。重新塗覆器刮刀掠過每一層之間的表面以便準備工作面，並且根據步驟158執行構造。步驟156和158可重疊。
一旦物體完成後，構造停止，並且雷射器關閉，隨後該系統可在無需操作員照看的情況下替換平臺。該系統根據步驟160使重新塗覆器組件停靠並使其不擋升降機叉子的道，以便在構造位於平臺上的情況下使升降機能完全移到樹脂槽之外。升降機被提升至卸載位置，在那裡，固定平臺的鎖銷被釋放，並且平臺可從叉子上移走。升降機叉子、構造平臺和構造現在可被定位在槽之上，並且仍然與叉子、平臺和構造物體接觸的未使用的樹脂隨後根據步驟164排入到槽內。在暫停足夠的時間以提供有效的排出後，根據步驟166自動卸載小車移走平臺以及完成和瀝乾後的構造物體。計算機控制器使一組伸縮臂從自動卸載小車伸到升降機叉子下面，以使得叉子可降低以便使平臺和構造放到自動卸載小車的伸縮臂上。在伸縮臂上設置滴幹盤以使得平臺和完成的構造物體放到伸縮臂上的滴幹盤上是可取的。伸縮臂縮回以便從升降機叉子和立體印刷成型室移除平臺和構造物體。
在第一構造從室移走後，根據步驟168升降機將叉子移至接收新的平臺的位置。伸縮臂再次從自動卸載平臺伸出。根據自動卸載小車的結構，小車可具有一組或兩組伸縮臂。如果是兩組的話，第一構造物體和平臺保持在室外部。如果是一組，第一構造物體再次進入室和槽之上的區域並且定位在叉子之上。根據步驟170升降機叉子被提升以便從伸縮臂那裡接合併接收新的平臺，並且伸縮臂隨後被移走，第一構造物體和平臺將被儲存在自動卸載小車上，直至第二構造物體被完成並且操作員返回系統為止。
一旦新的平臺被安裝後，該系統返回以便按步驟172重複先前的數個步驟。在步驟171中，升降機使新的平臺降低至樹脂內，並且將平臺帶至適當的水平面高度。該系統自動地並且根據傳感器再次充填槽，並且調節樹脂水平面高度、溫度，以及掃過工作面以便為第二構造做準備。進行第二構造，並且完成後，重新塗覆器停靠並且升降機將第二構造和平臺移至槽外部的較高位置處。
當操作員返回時，第一和第二構造完成，第一構造物體被儲存在室外的自動卸載小車上，而第二構造物體位於室內，在槽之上被瀝乾並且準備卸載。應該理解，單個構造中構造物體的步驟類似，並且自動卸載小車可以按照需要安裝或者不安裝。在任意一種情況下，對於單個構造，該系統在第一構造後被指示關閉。圖1的系統是雙室系統，因此對於每一個室，可使用單個雷射器和各單獨的掃描器以及自動卸載小車來執行兩個自動構造，以便在室的外部提供兩個構造，其中一個小車上具有一個構造，以及在內部提供兩個構造，其中每一個室內有一個構造。
本發明所屬領域技術人員將會想到對本文提出的本發明進行許多改進和其它實施例，這些改進和實施例具有在前述說明書和相關附圖的教導給出的優點。因此，可以理解，本發明不限於這些公開的特定實施例，並且其改進和其它實施例預期將包括在所附權利要求的範圍內。儘管這裡使用了特定的術語，但是它們僅是一般意義的和描述性的並且並不意味著限制目的。
權利要求
1.一種用於在立體印刷成型裝置中容納液體樹脂的槽，所述槽包括用於樹脂的受料器；至少一個用於容納樹脂並且與所述受料器流體連通的附加樹脂容器，其用於向所述槽內添加樹脂或從其中移除樹脂，從而保持所述受料器內的樹脂水平面高度；和操作地連接至所述至少一個容器的控制器，用於控制流向或來自所述容器的流動。
2.根據權利要求1所述的槽，還包括與所述受料器內的樹脂傳感接合的傳感器，用於確定所述受料器內的樹脂水平面高度是否在預定的上限和下限範圍內，並且其中所述控制器用於控制所述至少一個容器來添加或移除樹脂，以使得樹脂水平面高度在預定的極限值範圍內。
3.根據權利要求2所述的槽，其中所述傳感器是閉環雷射二極體傳感器，其被開啟以用於檢測並且在樹脂水平面高度一返回至預定極限值後即關閉。
4.根據權利要求1所述的槽，其中所述至少一個容器還包括用於調節所述受料器和所述容器之間流量的閥，並且其中所述閥和所述容器在第一構造之後以及第二構造之前足以將樹脂水平面高度保持在預定的極限值範圍內。
5.根據權利要求1所述的槽，還包括增加的容器，其中所述增加的容器還包括一個或多個用於計量流到所述受料器的流量的閥，從而在構造過程中足以保持所述受料器內的樹脂表面的精確高度。
6.根據權利要求1所述的槽，其中所述容器還包括與所述控制器相協作的射頻識別標籤，用於至少確認所述受料器內的樹脂和所述容器內的樹脂在它們之間建立起流動連通之前是否是相同的樹脂。
7.根據權利要求1所述的槽，還包括與所述控制器相協作的射頻識別標籤，用於識別槽和液體樹脂。
8.根據權利要求6所述的槽，還包括射頻識別標籤，用於識別液體樹脂身份、安裝速率、樹脂有效期、樹脂批號以及樹脂容積中的至少一個。
9.一種立體印刷成型方法，通過該方法，三維物體可通過向樹脂表面施加雷射能以便根據預編程序的控制器由液體樹脂一層接一層地構造物體來製造，所述方法包括響應預編程序的控制器來控制向樹脂表面每一次施加能量之間的樹脂表面高度。
10.一種用於立體印刷成型的方法，通過該方法，三維物體可通過向樹脂表面施加雷射能以便根據預編程序的控制器由液體樹脂一層接一層地構造物體來製造，所述方法包括在移除至少一個第一構造後響應預編程序的控制器來自動控制樹脂表面高度。
11.根據權利要求9所述的方法，還包括在盛有補充樹脂的再供應容器和預編程序的控制器之間提供數據流，以用於識別補充樹脂並且確認該補充樹脂和用於形成在其上構造物體的樹脂表面的液體樹脂是否是相同的樹脂。
12.根據權利要求9所述的方法，還包括從容納液體樹脂的槽接收數據流的預編程序的控制器，用於識別液體樹脂身份、安裝日期、樹脂有效期、樹脂批號、樹脂容積以及槽身份中的至少一個。
全文摘要
一種立體印刷成型裝置，該裝置具有樹脂槽，該樹脂槽具有單向流體連通的再供給容器和雙向流體連通的平化容器；用於移走和替換構造支撐平臺的自動卸載小車；升降機組件，其用於支撐和可釋放地保持可拆卸地連接至立體印刷成型裝置框架的構造平臺，以使得支撐構造平臺的升降機叉子可釋放到槽內並且與槽一起從立體印刷成型裝置移走；以及重新塗覆器組件和重新塗覆器刮刀，用於測繪槽內的樹脂表面並施加新的樹脂塗覆至在槽內構造的截面上。
文檔編號B29C31/02GK1939704SQ200610139540
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月25日 優先權日2005年9月30日
發明者G·L·雷諾茲, D·F·亨特 申請人:3D系統公司