专利名称：改进的快速原型成型和制造系统及其方法
技术领域：
本发明涉及用于快速原型成型和制造(“RP&M”)以生产三维物体的方法和装置，更特别地，本发明涉及对RP&M系统的生产率和效率的改进。
背景技术：
RP&M是用于成形三维物体或实体图像的技术领域的名字。通常，RP&M技术利用表示待成形物体连续截面的数据并通过构造介质来一层接一层地构造三维物体。计算机辅助设计和计算机辅助制造系统，通常称作CAD/CAM系统，通常将表示物体的数据提供给RP&M系统。RP&M的三个主要模式包括立体印刷成型(stereolithography)，激光烧结，和实体图像的喷墨印刷。
激光烧结通过可热熔粉末(包括陶瓷、聚合物、和涂覆有聚合物的金属)的薄层来构造实体图像，其中足够的能量施加到所述粉末薄层以便固化所述薄层。喷墨印刷通过在与粘合剂结合时固化的粉末来构造实体图像。这里主要针对的主题——立体印刷成型，是通过可聚合的液体(通常指的是树脂)薄层来构造实体图像。
立体印刷成型和激光烧结系统通常通过对激光的调制和精密的方向控制来提供用于创造和建造三维物体薄截面的能量。激光向粉末层的目标区域或液体构造介质层的目标区域施加能量。薄的目标层被称为构造介质的工作面。传统的RP&M激光系统通过使用扫描系统来定位激光束，其中扫描系统具有由控制计算机引导的检流计驱动镜子。所述镜子响应于已经被表面细分成STL格式并且切片成并入到建造文件的截面数据文件的CAD/CAM程序来偏转激光束。
在立体印刷成型中，三维物体通过可聚合液体的多个薄层的连续固化而得到，其中一层在另一层之上，直到所有的薄层结合在一起而形成三维物体。每一层代表预期三维物体的薄截面。可聚合的液体通常指的是“树脂”，并且树脂的固化层被称为熟化。实际的构造介质通常包括可利用紫外线充分快速熟化的树脂。紫外线激光器产生小的、强烈的光点，并且该光点利用x-y扫描器中的检流计镜子以预定的方式移过液体表面。该扫描器由计算机产生的矢量或类似的来驱动。这种技术快速地制造精密和复杂的模型。
典型的立体印刷成型系统包括激光扫描器、用于容纳树脂的槽(vat)、能够在槽内升高和降低的物体支撑平台，以及控制计算机。该计算机自动地控制该系统以制造塑料部件，在物体支撑平台上一次形成熟化树脂的一个薄截面，并且一层接一层地构造预期的三维物体。物体支撑平台支撑熟化后的层，并且位于液体树脂表面之下一个层厚度的距离，以便限定工作面。激光使工作面处的液体树脂的选定部分熟化，以便熟化下一层。计算机控制该系统以便在熟化后的树脂表面上重新涂上新树脂，并且成千上万次重复这些步骤，直到完成预期的物体。被构造的物体或多个物体以及完整的系列步骤有时候称作是“构造”。操作员从树脂槽移走该构造以便根据需要清洁和进一步熟化。残留在槽内的液体树脂仍可被使用，只要它没有被熟化树脂的悬浮小块污染得太厉害。
一种在熟化后的树脂层上重新涂覆新树脂的方法需要使平台“深浸”在液体树脂中。平台竖直地降到树脂液的表面之下大于预定的层厚的距离，以便以新的液体树脂涂覆熟化后的层。该系统将平台在树脂表面之下升高至一个层厚。过量的液体树脂流走并该树脂借助重力变平至单个层厚。在这之后，激光向工作面施加能量。
薄层变平的等待时间取决于几种因素而改变，包括可聚合液体的粘度，层厚，部件的几何形状，截面，等等。近来有一些树脂可比传统树脂更快地变平。可通过使用刮刀或真空辅助刮刀来帮助变平，有时称作Zephyr式刮刀，用于掠过树脂的表面，与在容纳树脂的槽内通过重力使树脂工作面沉积和变平相比，这可更快地施加新树脂及移除过量的树脂。刮刀被用于重新涂覆固化后的层并且通常称作“重新涂覆器”(recoater)。
已经提出了各种改进以增加实现RP&M技术的效率，包括改进激光系统以便更有效的使用激光和更精密的成像，改进构造介质，减少熟化时间，控制槽内的树脂水平面，等等。理想的是进行另外的改进，以使立体印刷成型系统能在较少的时间内制造更多的物体，同时精度更高且人为干预更少。
发明内容
本发明提供了对快速原型成型和制造系统的多个改进，从而能够完成三维物体的自动构造。两个三维物体可从单个构造介质的相同位置处一个接一个地顺序构造，并且在第一物体的构造开始后无需操作员在场。该系统不需要操作员照看第一构造的完成和它从构造介质移走，以及第二构造的开始，或者第二构造的完成。尽管该系统可被用于单个构造，但是该系统允许操作员返回至具有两个物体的系统，该两物体顺序构造并且等候卸载，清洁，以及根据需要进行进一步熟化。
本发明的系统可适用于具有单个能量源的多室单元，以使得一次可完成不止一个构造，每一个构造之后接着第二个自动构造。在单个第一构造中完成的物体和那些在第二构造中完成的物体可具有相同或不同的设计，并且第二构造与第一构造具有相同的构造介质。在相邻的室内同时完成的物体(将是自动构造顺序中的第一或第二构造)通常由相同构造介质制备，但是构造介质也不必相同，只要做出适当的机器和工艺调节以使得能够熟化。
在本发明实施例的更特别的细节中，本发明提供了用于立体印刷成型的装置和方法，其包括具有用于支撑、提升、和降低用于待构造物体的支撑平台的升降机的外壳，用于容纳构造物体的液体树脂的槽，用于固化液体树脂选定薄层的能量源，用于从升降机处自动移除第一构造的小车，和用于控制升降机、能量源、小车以及槽内的树脂水平面的控制系统。
在更特别的实施例中，升降机部件包括升降机连接支架，用于连接至立体印刷成型外壳内的升降机驱动板。连接支架具有用于可释放地接合连接至升降机驱动板上的支撑杆的钩，和用于接收升降机驱动板上的定心销的接收器，该定心销使连接支架定位成与树脂工作面的水平x，y平面精确地对准。
连接支架固定地支撑在竖直延伸的升降机框架上，以便容易地降低到树脂槽内以及从槽内提出。升降机框架还大体上水平地延伸，以便提供一对用于支撑和固定物体支撑平台的升降机叉子。物体支撑平台由叉子和臂支撑，其中臂从叉子后部的每一侧水平向外延伸。平台通过叉子前部的可释放接合锁销部件固定至叉子。锁销部件由弹簧偏压的锁销连接件驱动。锁销连接件是可操作的，以便在升降机被充分升高到树脂之上时接合升降机支撑件上的斜面，以便从锁定接合状态释放锁销部件从而释放平台。
用于从升降机移除第一构造的小车(如果需要的话)由计算机控制来操作以便将新的物体支撑平台安装在升降机上。支撑平台可降低至槽内以用于第二个自动构造。在构造完成后，升降机升高以便从树脂那里移走完成了的三维物体或构造中的物体并且移走平台以便沥干。小车，在下文指的是自动卸载小车，被配置成精确对接到外壳中并且与树脂槽对接。伸缩臂根据计算机控制的指令伸出，以便接合和移走第一构造和相关的支撑平台，并且其可被伸长以便在需要时安装用于第二构造的新的平台。
树脂槽包括附加树脂容器，用于在需要时响应水平面高度传感器向槽提供额外的液体。在构造过程中，保持槽内液体精确控制的水平面高度是可取的。当一些树脂固化并且平台使构造降低至树脂内以便在表面完成另外的层时，树脂水平面高度将波动。在构造之间向槽内加入树脂以便保持足够的树脂水平面高度以用于第二构造也是必要的。
在本发明的特定实施例中，槽和附加树脂容器包括用于射频识别(RFID)的标签。附加容器中的树脂可被容易地在进入到槽内的树脂之前被检测和识别，以避免槽内的树脂受到错误树脂的污染。
在其它实施例中，本发明包括可由计算机控制的用于使树脂变平的重新涂覆器组件，以便使整个树脂表面保持平行于工作面。重新涂覆器组件包括重新涂覆器刮刀和用于该刮刀的载运架，该载运架在三个方向任意之一做出调节(y，z和θ)1)掠过树脂表面的重新涂覆器组件的水平y轴移动方向，2)上下移动的竖直z轴，允许在重新涂覆器刮刀的底部和树脂工作面之间提供刮刀间隙，以及允许从槽那里移走重新涂覆器组件，和3)平行于y轴的旋转θ轴，用于保持刮刀在整个移动的y轴方向平行于树脂表面。所述x，y平面相应于树脂的工作面。
在重新涂覆器的整个移动长度上，重新涂覆器刮刀保持距树脂工作面的距离相同。重新涂覆器刮刀沿z轴竖直移动同时还围绕纵轴θ旋转，该纵轴θ平行于重新涂覆器移动的y轴且与其间隔开，以使得重新涂覆器的端部距树脂表面总是相同的距离，并且刮刀平行于树脂表面。本发明的该实施例校正机器误差并且减少三维产品的误差。机器误差由机械系统的不平而导致产生，这在过去需要对重新涂覆器系统做出冗长的调节。
重新涂覆器的计算机控制提供用于响应于为重新涂覆器的底部和树脂工作面之间的距离设定的数据，其中该数据在起动激光与树脂表面的接触之前得到。容纳在重新涂覆器载运架壳内的传感器将该数据提供至计算机。该传感器位于沿刮刀的长度方向(x轴)移动的运动系统上。传感器在树脂工作面的水平x，y平面上的两个固定位置x处操作，其中在靠近槽边缘的重新涂覆器的每一侧上有一个固定位置，用于在重新涂覆器移动的多个点y处获得数据。重新涂覆器在每一个端部具有减薄的底脚，即刮刀间隙检测底脚，其中传感器确定到其的距离。由于至底脚底部的距离是已知的，因此传感器至底脚底部的距离可被精确地确定，并且该距离可加到传感器确定的至底脚减薄部分的顶部的距离。传感器移动少许距离x，以便获得至树脂工作面的距离读数。至工作面的距离和至重新涂覆器底部的距离之间的差别被计算并且该数据被存储以用于树脂槽的每一侧。计算机根据所用特定树脂的经验数据来设定z轴的刮刀间隙。该重新涂覆器绕θ轴旋转并且沿z轴提升或降低以便在每一个端部保持与工作面的距离恒定，以使得刮刀间隙保持固定。因此，机器和定位误差，包括重新涂覆器沿着移动的轨道的误差可被考虑和校正。
在自动连续构造模式的构造之间无需改变重新涂覆器，并且该重新涂覆器被设计成通过手动而无需工具进行精确定位和容易移除以及替换。重新涂覆器在每一个端部固定地连接至载运架。可使用磁铁。
刮刀的正确定位通过两种方式来确认。在刮刀的每一个端部上包括不同形状的对准销，用于安置在重新涂覆器载运架壳上相应的容座中。在重新涂覆器载运架的每一个端部上包括有触头，所有触头均需被致动以便使接近开关产生信号，以显示刮刀是否被正确地定位在载运架壳上。重新涂覆器通常是真空帮助的并且在刮刀内具有真空容器，即用于软装配的并从载运架延伸的埋头孔，与该真空容器的真空连接可简单地通过在载运架上正确地定位刮刀并且打开真空来建立。
本发明的装置和过程可适用于单个树脂槽或两个或更多个以单个激光器操作的槽，其中一层在选定的槽内固化而其它层被重新涂覆。通常，两个槽可一个接一个地接受激光照射，并且通过采用适当的扫描器和光束分束器来照射两个以上的槽是可能的。
因此，本发明允许在第一构造已经完成后可根据单个树脂槽来进行自动立体印刷成型构造。本发明包括对立体印刷成型装置的多个改进，以便能提供自动构造，而且本发明提供了多个特征，其可受自动计算机控制，以便极大地简化获得精确生产三维物体所需的精度。这些改进包括用于从升降机上移走第一构造和提供新的物体支撑平台的自动卸载小车，在槽之间切换激光以用于同步构造，将附加树脂容器直接连接至立体印刷成型系统以用于自动确定足量的树脂供应以支持自动构造，树脂容器的RFID识别以用于保持树脂的完整性，在构造过程中的树脂工作面的自动平整和构造之间对槽的自动再充填，自动确定工作面和重新涂覆器之间的距离以及在重新涂覆器的整个移动轴上测绘(mapping)该距离以用于自动控制重新涂覆器的旋转和机器误差的校正，从升降机上自动释放物体支撑平台并替换以新的平台，在无工具的情况下完全通过手动安装和移除重新涂覆器刮刀。
已经对本发明做出了概括说明，现在将参照不必是按比例绘制的附图，它们是图1是本发明的用于通过立体印刷成型来制造物体的双室外壳的透视图，并且还示出了与其相关联的树脂槽，其中一个以阴影示出，另一个以透视图示出；图2是树脂槽的透视图，以分解图示出了设置在该槽上的物体支撑平台和用于提升和降低树脂内的平台的升降机子组件；图3是图2的升降机子组件一部分的透视图，其中一些部分移除了，以示出升降机子组件的各个细节；图4是本发明重新涂覆器组件的透视图；图5是图4的重新涂覆器组件的一个端部的重新涂覆器载运架和重新涂覆器刮刀的分解部分透视图；图6是图5的重新涂覆器刮刀部分的下侧的部分透视图；图7是本发明的立体印刷成型室的内部后面的部分透视图，并且示出了升降机子组件的一部分；图8是图7的升降机子组件的部分透视图和隔离视图，并且示出了它与图2的升降机子组件部分的关系；图9是图2和8的装配好的升降机子组件的部分透视图；图10是室壳一部分的部分剖视图，示出了升降机的移动轴(即竖直Z轴)，重新涂覆器刮刀和载运架的移动轴(即水平的从前至后的y轴)，刮刀间隙传感器的移动轴(即y轴和水平的侧到侧的x轴)；图11是截面图，示出了树脂小车进入到处理室；图12-14是一系列的侧截面图，示出了树脂小车在处理室内就位和连接至升降机，以及平台的提升；图15是横过树脂表面的重新涂覆器组件和用于获得读数以保持刮刀间隙的传感器的示意性透视图；图16A，16B和16C是侧视图，示出了在树脂表面上隔开的重新涂覆器组件，用于获得读数以保持刮刀间隙；图17是示意性的透视图，示出了激光扫描器和重新涂覆器组件在槽上移动的关系；图18是透视图，示出了立体印刷成型激光束在极限位置的光点尺寸、焦距和功率的评估；图19是透视图，示出了施加激光束以便固化一层树脂；图20和21是图19的透视图的剖面侧视图，并且示出了单个物体构造的构造完成的各个阶段；图22和23分别是构造物体并且平台从树脂的水平面上提升至卸载位置的剖面侧视图和透视图；图24-31是一系列的侧视图，示出了自动卸载小车的操作，包括第一构造的完成，移至小车，安装新的平台，第二构造的完成，以及从槽上移走第二构造；图32是本发明的树脂槽的透视图，其具有再供应树脂容器和安装在其上的水平面保持容器；和图33是流程图，示出了完成第二自动构造而主要采取的步骤。
具体实施例方式
在下文中将参照附图对本发明更全面地描述，其中这些附图示出了本发明的优选实施例。这些实施例的提出使得本公开内容更彻底和完全，并且将向本领域技术人员完全传达本发明的范围。
现在转向图1，通常以10表示的是双室外壳，其容纳用于立体印刷成型的两个室12，13。该外壳具有两个室以用于增加的激光使用效率。当一个室内的物体表面被重新涂覆，激光可施加到另一室内的重新涂覆的物体表面，以使得可在一个操作中同时在两个室内构造物体。用于在多个室内使用光束的激光器和系统将在下面详细描述。
外壳的相对侧壁上具有观察窗14，15，每个室12，13分别有一个观察窗。每一个室具有一个带有铰接地可开启和移除的窗的门16、17。这些窗被用于操作自动化系统，该自动化系统用于自动移除支撑平台和所完成物体，以及放置用于第二自动化构造的新物体支撑平台。
槽21容纳树脂18，立体印刷成型装置通过该树脂来创造三维物体。以阴影线示出的槽20设置在室12内。所示的槽21准备通过打开的室门17引入到室13内。升降机连接支架23位于靠近槽21的后部，以用于连接至升降机提升板82(图8)，以便使物体支撑平台30(图2)(在该平台上进行构造)能在槽中相对于树脂的工作面升高和降低。升降机连接支架具有钩86(图8)，通过该钩可确保连接至升降机提升板。
升降机连接支架和升降机提升板相配合而作为包括数个部件的升降机组件的一部分，升降机组件的所有这些部件相互配合以提升和降低平台。图2示出了在槽21上设置的升降机部件的子组件22，其可随着槽一起引入到室以及从室中移出。如果需要，示于图2的可移动的子组件可专用于一个槽。这些部件包括刚性地固定至升降机支撑框架24的升降机连接支架23和支撑在框架24上的升降机叉子25。框架24竖直地延伸以便能够到达槽的底部。框架上的叉子与从框架的后部横向延伸的间隔开的支撑件27，28相配合，用于支撑构造平台30。锁销36与升降机框架前端部上的舌片33和35一起工作以固定和释放平台，用于在构造已经完成并且升降机已从槽升起后自动安装和移除平台。
应该理解，上述图2和8关于与槽21和室13相关联的升降机组件和子组件22的讨论同等地适用于槽20和室12，并且槽20将具有类似的升降机部件和物体支撑平台。基于这种考虑，在下面讨论的与一个槽或室相关的升降机组件和子组件，重新涂覆器组件，槽，工艺步骤，以及对自动卸载小车的操作同等地适用于另一个槽或室。
图3示出了框架24和用于支撑平台30的升降机叉子25，其中金属板盖被移除了从而使锁销连接件37暴露在外。锁销连接件37可被操作而驱动锁销36以确保安装时平台与舌片33和35相结合，并且从叉子释放该平台以便从系统中移除。该锁销连接件可通过弹簧偏置杆38驱动，以便在平台安装在叉子上时使36将平台固定至叉子上，并且随后在平台充分升高到槽之上时释放平台以便移除。
锁销连接件的驱动以用于从升降机叉子上释放构造平台在图9以及参照图22和23示出。图9示出了平台30在室12内和该室内的槽20内被固定到升降机叉子25上。当升降机组件被充分地提高后，杆38与室部件框架92上的斜面90相接合(图3，9，22和23)。随着升降机继续升高，斜面向外朝着平台对锁销释放杆施压，并且驱动锁销连接件释放锁销36。类似地，当平台被装配到空的叉子上并且升降机组件降低以使得斜面不与释放杆接合时，随后弹簧偏置锁销释放杆和连接件，以便关闭锁销并将平台固定靠到叉子上的舌片33和35(图28和29)。
图7和8详细示出了升降机组件的部件的第二子组件39。图7示出了立体印刷成型室的子组件，图8示出了与第一子组件的升降机连接支架23相关的子组件。第二子组件的这些部件沿着与门16(图1)相对的后壁80(图7)固定在立体印刷成型室12内，并且不像图2所示的子组件22的部件那样与槽一起进入或退出。图7和8的第二子组件的这些固定的升降机部件，室升降机部件，接收第一子组件的升降机部件、槽升降机部件(图2)以及特别是图8的升降机连接支架23，以一起形成整个升降机组件。图9以透视图示出了连有两个子组件的升降机组件。
升降机提升板82包括用于装配到升降机连接支架23上的图9的接收器96中的定位销83，以使连接支架23并且从而将升降机框架25和叉子24定位于水平的x，y平面内。升降机提升板82包括与连接支架23上的钩86(图8)接合的杆84，用于提升和降低连接支架和相连的框架以及叉子，使它们进出树脂槽。在图7和8中示出了用于升降机提升板82的提升丝杠85。提升丝杠85通过马达91被转动，以便沿着竖直的z轴提升和降低升降机提升板，连接支架，框架，和叉子。还包括用于将树脂槽20定位在平行于树脂18的表面112的x，y平面的水平平面上的定位销88(可从图12简要地看出)。
图10以部分透视图的形式示出了定位在z轴上以用于在立体印刷成型室12内接收树脂槽的升降机提升板82，以及激光扫描器100和重新涂覆器刮刀42和载运架44分别相关于升降机提升板82的位置。使槽滚动到平板印刷术室中并且预备构造的一系列步骤示于图11-23。随着槽及其升降机子组件和固定平台滚动到本发明的平板印刷术室中并且在定位销88上对中，随后连接支架23与升降机提升板82和提升杆84竖直对准(图11和12)。马达91使提升丝杠85转动以提升升降机提升板(图13)。当提升板升高后，提升杆接合并就位于连接支架23上的钩86中(图13)，并且定位销83接合并就位于连接支架上的接收器96中(可从图8简单地看出)，从而连接室升降机和槽升降机子组件并且使槽升降机子组件在槽内对中。当提升板仍继续升高时，槽升降机子组件和平台在树脂内升高(图14)。正如前面所述，提升板的充分升高将释放锁销36。提升板的充分降低将使提升杆解除与连接支架的接合，因此槽和槽升降机子组件在需要时可被移除。通常，槽与具有构造的平台分离地被移除。
现在转向讨论重新涂覆器组件和它在构造之前对刮刀间隙进行测绘的使用，图15示出了沿y方向横过树脂工作面112的重新涂覆器42和载运架44的通过室12的截面图。重新涂覆器组件总体上以40表示(图4)。重新涂覆器组件包括重新涂覆器刮刀42和载运架44，其中重新涂覆器刮刀连接至载运架，并且所述载运架用于使重新涂覆器刮刀移动。重新涂覆器刮刀是计算机控制的以便沿着轴按下述方式运动1)沿y轴方向横过树脂表面水平地往复移动，2)沿z轴方向竖直上下移动，以及3)围绕刮刀的中心旋转，该中心是平行于y轴并且与y轴间隔开的θ轴。重新涂覆器刮刀的传统功能和图示重新涂覆器刮刀的传统功能是用于加速新树脂层在工作面112的激光扫描照射之间的变平，这与深浸和重力沉积相比，通常在更短的时间内使零件精度更高。
图4中用于重新涂覆器刮刀的载运架被安装在竖直移动台47上。竖直移动台47就位于轨道49内，用于沿着竖直的z轴上下平移刮刀。而轨道49装配到轨道50中并且在轨道50中移动，以便使重新涂覆器刮刀横过树脂的表面沿着水平的y轴方向前进。电缆驱动装置和相关的基于步进器的线性驱动马达已被确定为适合于实施本发明的这些方面。
本发明的重新涂覆器组件包括用于为控制器提供读取信息的传感器45，以便保持重新涂覆器刮刀在它的移动的整个长度上均平行于树脂表面。重新涂覆器刮刀的每一端均被保持距树脂表面相同距离。该传感器容纳在载运架44内，并且可沿载运架的长度在x轴方向平移，以使得距离信息可在沿着树脂表面的x轴的不同位置得到。容纳在载运架中的电缆驱动装置可被用于通过竖直移动台47中的马达的驱动而平移载运架内的传感器。
当重新涂覆器刮刀掠过树脂表面时，重新涂覆器刮刀与树脂表面之间的距离被称为“刮刀间隙”。该刮刀间隙通常取决于所选择的用于特定构造的树脂和它的物理特征，并且是用于构造的预定的经验值，并被存储在立体印刷成型控制计算机的存储器中。传感器45的功能是提供必须的数据，以便在重新涂覆器刮刀掠过树脂表面的整个移动范围期间保持刮刀间隙为特定值。重新涂覆器组件所运行的轨道差异以及其它机器误差源会改变刮刀间隙。本发明的计算机控制的重新涂覆器组件基本上解决了这些问题，解决了曾是本领域中的硬件问题并提供了软件解决方案。
传感器45是激光二极管传感器，而且是具有较窄测量范围的高分辨率传感器。可从伊利诺斯州schaumberg的Omron ElectronicComponents买到的ZXLD30型的Omron光学传感器已被认为可用作传感器45。该Omron传感器是高度灵敏的，并且其工作方式为通过发出聚焦能量束以便与目标接触，并且随后接收反射束，通过进行比较，距目标的距离能以对于立体印刷成型的足够的精确度被确定。
重新涂覆器刮刀42在开始构造之前响应Omron传感器45得到的数据而保持平行于树脂表面。传感器获得这样的数据，即通过这些数据，沿着与重新涂覆器刮刀的两个端部相应的树脂槽的每一侧在两个点x处沿着变化的多个点y，计算机控制器确定重新涂覆器刮刀的底部76(图6)与树脂的顶面或工作面112(图12)的距离。图4，5，6，15，16A-16C，和17示出了Omron传感器和重新涂覆器组件之间的相互作用，以便得到该数据并且对将在构造过程中进行的对重新涂覆器刮刀的调节进行测绘。在构造过程中，计算机控制器响应在构造之前得到的测绘图而使重新涂覆器刮刀绕它的移动轴θ转动(其中θ轴是平行于树脂表面的y轴且与其间隔开的轴)，用于保持重新涂覆器的两端沿y轴在间隔的点x处距树脂表面的距离相同。刮刀旋转所基于的数据并不是实时得到，并且实时数据和在开始构造之前得到的测绘图之间的差异还未被认为是显著的。
图5和6示出了沿x轴截取并且相应于示于图4的重新涂覆器刮刀的右手端的重新涂覆器刮刀42的端部。图6示出了与图5相同的端部，并且从刮刀的底部完全示出刮刀的特征。底部56(仅示出了一个)从每一个端部上的刮刀的底部横向向外延伸，其底表面(即表面60)限定了刮刀的底部以用于测量目的。每一个底脚在其远离刮刀顶表面的底脚端部上被切掉或精磨成薄表面58，用于得到对于刮刀底部的Omron传感器读取数据。底脚的底表面60至切掉部分的顶表面58之间的距离是固定的并且存储在计算机中。该底脚的深度距离由于Omron传感器的操作范围而较小。
为了得到读数，Omron传感器被设置在载运架内沿x轴邻近重新涂覆器刮刀的一个端部的某点处。图4，15，和16A-16C以阴影示出了载运架内靠近左端的传感器45。在得到读数时刮刀不接触树脂并且没有树脂遮住底脚的顶部而与Omron传感器隔开。如图15所示的室以及图16A的详细视图，在固定的x，y位置处，Omron传感器45获取传感器至底脚56顶部58的距离读数，以便给相应于底脚底部60并且根据表面58和底部60之间底脚预定深度的底脚位置赋值。如图16B所示，在与图16A所示的相同位置y处，Omron传感器移动小的距离x，以接近与底脚相同位置x，并且该距离足以使Omron传感器能获取从传感器至树脂顶部表面112的读数。计算机控制器确定用于底脚底部和树脂表面的该两读数之间的差异并且存储该数据。如图16C所示，重新涂覆器组件随后按箭头指示平移距离y，以便得到另外的数据点，直到沿槽一侧的整个表面已经在对于一个x的多个点y处被测绘。此后，Omron传感器平移到载运架的相反侧，即右侧，以便获得在不同的位置x和相同位置y处对槽该侧测绘的数据，以完成测绘。整个测绘图通过计算机控制器得到，并且其被存储以便在接下来的构造中使用。
重新涂覆器刮刀42可通过手连接至载运架44或者从载运架44完全移除。立体印刷成型系统的计算机控制重新涂覆器刮刀的对准并且显著减少了与现有装置相关的冗长程序。现在转向图5和6并对使刮刀便于安装和移除的重新涂覆器刮刀和载运架的特征讨论，滚花手柄55(在图6的重新涂覆器刮刀上仅示出了一个)用于通过手安装该重新涂覆器刮刀和从载运架上移除重新涂覆器刮刀。应理解，在刮刀的端部上有相应的手柄，这在图6中未示出，但可从图4和17-19中看出。重新涂覆器刮刀上的接收器64(图5)接收重新涂覆器载运架上相应的对准销66。所示出的销66的截面为圆形并且该形状可以改变。在重新涂覆器载运架的相反端部上提供不同形状的第二对准销并且在刮刀上提供相应的接收器是可取的。这些对准销帮助操作员确保刮刀被正确地定位在载运架上。磁铁70和71或其它连接装置，其中在刮刀载运架的每一个端部和重新涂覆器刮刀的每一个端部上均分别具有一个，用于将重新涂覆器刮刀固定在载运架上。也可以使用其它连接装置，尽管这些装置可能需要工具来安装或移除刮刀。可提供触头72来触发接近开关75，用于指示刮刀正确地在载运架上固定到位。提供三个这样的触头是有利的，其中一个如所示那样位于载运架的端部上，两个位于相反的端部上，以使得三点接触用来触发接近开关，以便指示重新涂覆器刮刀在载运架上的正确位置。
重新涂覆器刮刀包括位于它的底表面76(在图6中处于颠倒位置)上的真空通道77。真空通道可帮助传统方式的变平新树脂层。刮刀包括居中定位的视窗78(图4)，以用于操作员观察真空是否被启动了。刮刀和载运架之间的真空连接不是硬性插接的，因此不需要工具来完成。真空连接是“软的”，该连接是在刮刀和载运架中部的配合和密封真空端口之间提供，通常是在刮刀上的真空杯和载运架上的配合部件。
在槽装配到立体印刷成型室中之前，重新涂覆器组件是“停靠的”，即重新涂覆器刮刀在y轴方向上位于最靠近室门处，并且沿z轴方向提升以便不挡槽的道，槽底部固定有轮子，这样槽可像小车一样操纵(图11和12)。槽可滚动到室内，而不撞击重新涂覆器组件。一旦槽被安装后，重新涂覆器组件可被降低至靠近树脂表面并且与树脂表面间隔开，以用于测绘树脂表面和重新涂覆器刮刀底部之间的关系(图17)。本发明在重新涂覆器刮刀保持位于树脂工作面上的距离大于刮刀间隙的情况下来完成绘图，该距离足以确保刮刀上的底脚不会被树脂覆盖，如果被覆盖则可能对Omron传感器获取控制刮刀间隙所需要数据的能力造成负面影响。
当开始构造时，重新涂覆器刮刀真空开启并且刮刀降低至用于树脂的预定刮刀间隙(图14)。真空将树脂吸起至刮刀中的真空通道77中以及视窗78中。当刮刀掠过表面时，树脂通常将覆盖在底部上，这在新树脂层施加到平台上的构造时会发生。
构造的精度对于槽内树脂保持精确的水平面非常敏感。构造平面在开始构造前被建立。激光扫描系统100(图19)被刚性地安装至室，并且被控制以便扫描在空间特定点处的树脂工作面，被称为的“构造平面”，这样建立起工作面的x，y平面可被定位于其中的z值范围。本发明使重新涂覆器刮刀有效刮平自动化的能力取决于将树脂保持在与当树脂表面的测绘图在构造前建立起来时相同的水平面。
第二Omron液面传感器表示为87(图7和9)，并且其被刚性地固定至室壳体后部的升降机框架，以用于确定槽内的树脂水平面以及是否需要额外的树脂加入到槽内。传感器87确定是否需要加入或者移除树脂以便在构造过程中保持构造平面。在构造过程中，传感器(图30)确定槽内的树脂水平面高度，以使得树脂可被添加或者移除，以便总是保持相同的水平面高度，并且从而保持与刮刀的距离等于在测绘时得到的距离。该Omron传感器是以闭环回路工作的激光二极管传感器，其中该传感器在激光对工作面连续扫描之间工作，且当达到了适当的树脂水平面高度后关闭。
示于图32中的具有用于控制树脂水平面的附加树脂容器127，128，129的槽21具有可拆卸的盖141。树脂容器127，128，129被分别保持在可倾动的托座133，134和135中，这些托座通过操作手柄136，137和138而可枢转地远离槽21，以便于安装和拆除。每一个容器127，128和129通过快速拆卸的双断开接头连接至槽21。每一个容器127，128和129具有与槽21上的相应托座133，134和135内的接头(均未显示)相配合的喷嘴，以使得当连接后，树脂能够从容器流经接头而进入槽21。每一个喷嘴具有通过模制或其它方式集成于其中的RFID标签。每一个接头是“智能接头”，因为它具有通过模制或其它方式集成于其中的读出器，用于检测容器及其中的树脂数据并将这些数据传递至立体印刷成型系统的控制计算机，例如树脂类型，树脂批号，有效期，树脂容积，以及可能的，正在使用容器的槽和立体印刷成型系统的身份。读出器为接近式读出器，因此，如果不恰当的树脂或过期的树脂被装配到了容器中，立体印刷成型系统的控制计算机可在容器喷嘴通过托座接头连接到槽之前通过警报来提醒操作员。当槽和立体印刷成型系统通过适当的布线连接在一起时，槽和立体印刷成型系统的计算机之间的数据流通过数据和动力端口101发生。每一个容器还可以运送从它流进槽的一定量的树脂。其中两个附加树脂容器127和128在构造之间再次充填槽和通过波纹管泵102进行操作，以向420升容积的槽提供大约每分钟一升树脂的足够的行程容积。两个Omron超声波传感器(未示出)安装在槽21的壁上，用于确定在构造之前树脂是否在预选的最小和最大值范围内，以便发出树脂是否需要添加的信号。每一个槽21还在外壁上具有RFID标签19，在该外壁上支撑有图11和12的升降机连接钩86，其中RFID标签19由读出器81读出并且将关于槽的识别、初始树脂量的数据以及安装数据传递至立体印刷成型系统的控制计算机。
树脂首先从一个容器(例如128)通过管道106供应，并且当该容器排空后，通过管道107从另一个容器例如127供应，这通过具有适当的阀的阀组件131来完成，所述阀由立体印刷成型控制计算机响应于超声波传感器检测到树脂在开始构造之前低于最小水平面高度时打开。补充树脂通过阀组件131和供应管111从供应容器通过入口孔流至波纹管泵102，并通过出口孔(入口孔和出口孔均未显示)流至槽21。另一容器129用作储罐，其借助于阀组件131中的双向流动阀并响应于在构造过程中的波动而通过入口管108和流出管109来降低或增加槽中的水平面高度，其中该双向流动阀由来自立体印刷成型系统控制计算机响应传感器87的检测发出的指令来类似地驱动。液面传感器87获得槽内的每一层之间的精确水平面高度的读数。树脂在固化时可收缩。平台和构造降低时所导致的树脂排量会影响槽内的树脂平面高度。在构造过程中用于控制树脂水平面高度的有用的泵是计量泵，例如蠕动泵104，用于传送少量的、精密控制的流体量，并且可采用数个冲程来添加或移除树脂，以使得槽内的水平面高度可被精密地控制。蠕动泵可在数个冲程期间提供1微米的流体容量以提供精密的控制。阀组件131还可以使树脂从槽21通过管110循环通过阀组件131，管111，波纹管泵102，管113，并且在需要时返回至槽21中。这种循环特征可帮助保持槽21内的树脂量并且防止粘度增加。这在构造之间通过立体印刷成型控制系统软件以自动方式或由操作员启动而被最好的应用。
应该理解，由Omron传感器发出的激光束的焦平面无论是在树脂表面还是在重新涂覆器刮刀的平面都是相同的。传统的光束测绘分析系统(beam profiler system)使用检测器阵列并且建立起高斯光束分布，以确定光束的位置和激光束的宽度。该系统可使用3轴扫描器来改变光束的焦距，其中该3轴扫描器是自我校正的并且允许用于不同树脂的定制的刮刀间隙设定。此信息随时间的存储将建立起用于本发明各单独系统内的特定树脂的数据日志文件库。
使用射频识别标签(RFID技术)来标记树脂容器是有用的，以便确保精确的树脂替换和避免混合不同树脂的误差带来的高昂代价。如果树脂不同，操作员在将树脂槽连接至附加容器之前可得到提醒，并且可得到正确树脂的确认。
用于立体印刷成型的典型激光系统在本发明的方法和装置的实践中是有用的。x，y扫描激光器使用由检流计控制的镜子来定位激光束是有效的。图19，20和21高度示意性示出了扫描系统100，其沿预定的路径将能量施加到树脂的工作面112(构造平面)，以用于固化物体117的层115。激光器窗通常使激光器和检流计系统与被加热的处理室隔开。
可使用动态光束偏转器来产生用于激光束的不止一个顺序路径，以使得激光可被更有效地使用。为了提高效率，单个激光器可与本发明的实践结合起来使用，以向用于同步构造的两个或更多个单独的立体印刷成型室12，13(图1)和检流计系统提供能量。当一个室内的三维物体正被重新涂覆新的树脂层时，激光器可在相邻室内执行扫描照射，以使得激光器不会在构造的重新涂覆之间闲着。
激光器控制系统能够动态地改变激光焦点，以使得在不损失精度的情况下可制造较大的物体。如图9和18所示，位于室后部并且安装至室升降机子组件框架92的检测器单元89提供用于控制强度、焦距和激光束光斑尺寸的信息，激光束由扫描器100(图18)提供并且用于固化树脂。如同Omron传感器一样，3轴扫描器有助于改变激光的焦距和光斑尺寸，以使得无论是在树脂的中间还是槽的外边缘处，构造均具有相同的质量和精度。
图19以透视图形式示出了在树脂表面的x，y平面中的激光的扫描照射。构造的过程示于图20-23中。应该理解，用于预期物体的支撑层是首先被固化的。如图20的室截面所示，当截面层115通过施加激光束被固化时支撑平台逐渐降低。激光固化一层，升降机降低平台以提供新树脂层，并且重新涂覆器刮平树脂以提供一个层厚度。在进行多层序列的激光扫描照射和重新涂覆树脂后，平台如图21所示那样已降低至较大的深度并且单个构造物体117被完成。升降机随后将构造和平台从树脂移至图22以截面图示出的和图23以透视图示出的卸载位置。
图24-31示出了自动卸载完成后的构造和支撑平台以及完成第二构造所涉及的一系列步骤。图24示出了本发明的立体印刷成型室的侧视图，其具有支撑在平台30上的完成的构造物体117，且被升高以便用于释放如上所述的平台锁销。该阶段的位于室内的完成后构造的透视图示于图23中。应该理解，重新涂覆器刮刀42和载运架44在构造被提升到树脂外部之前是停靠的。在图24中还示出了连接至计算机控制器126的自动卸载小车120，用于执行自动平台交换以便进行第二构造。小车120具有伸缩臂节段123和125(图25)，分别用于支撑和输送用于卸载构造物体117和平台30的滴干盘122，和用于向槽提供新的平台124。
图24的侧视截面图示出了卸载小车滚动至与图1的立体印刷成型室的门16或17接触(该室窗已被手动移除或者摆动到开启位置)，并且滚动至树脂槽的一部分之下。如图1所示，门具有限定底部开口的刷子，自动卸载小车的滚轮可进入到该开口中。自动卸载小车应与槽对接，以便伸缩臂与槽和升降机相协作以用于完美的平台替换。图32示出了可被用于确保对接至树脂槽的配件132和139。对接不是自动的，而是通过操作员来完成，操作员还将小车连接至用于立体印刷成型系统的控制器系统126(图24)。室门16，17(图1)中的窗通过操作员铰接地开启或移除，以使得可实现自动的移除构造。
在构造结束时，平台30和构造物体117被足够高地提升，以释放将平台抵靠舌片33和35固定至叉子和框架24的锁销36。在其上具有滴干盘122的伸缩臂123从小车处延伸出来，以使得升降机框架24处于滴干盘上方(图25)。升降机框架被降低，并且滴干盘和叉子被构造成使得平台和构造放在滴干盘上且框架穿过(图26)。伸缩臂123缩回并且构造物体和平台从室移除以放在小车上。升降机框架随后降低以便接收新的平台，而锁销36仍然位于释放的位置中(图27)。
伸缩臂125按图28所示那样延伸，并且在其上具有新的平台124。升降机框架随后被提升以便接合并接收该新的平台，并且伸缩臂缩回(图29)。应该理解，将平台固定至升降机框架的锁销36直至平台充分地降低时才接合，这与锁销被打开的方式相反。
一旦新的平台就位并且锁销固定后，升降机可将该新的平台降低至树脂槽内以及树脂表面之下，以用于如上述那样确定第二构造需要添加的树脂的量(图30)。如图31所示，第二构造像第一构造那样完成，即第一构造物体117被卸载且第二构造物体130在其平台上被提起到树脂槽之上。
已对本发明的装置作了相当详细地说明，现在转向考虑操作步骤，图33是根据本发明在单个槽内完成自动构造的基本流程图。在自动构造模式中，该装置构造第一个三维物体，从槽和升降机中移除完成的构造物体，并且完成第二自动构造。在第一构造被移除后，该装置在升降机上安装新的平台，并且根据需要调节树脂参数，完成第二构造，并且从树脂槽内移除该第二构造。应该理解，可在一个槽中或相邻槽中在一次构造中同时构造几个物体，并且图33示出了在一个槽内自动构造单个物体。自动构造可同时发生在多个槽工艺的其它槽内。
根据图33的步骤140，当程序开始时，操作员将已执行了数个功能。选择自动构造模式后，操作员首先需要输入表示物体的信息，通常使用CAD/CAM程序来用于表示物体的信息。操作员随后确定第一构造所需要的树脂量，以及该构造量是否在装置的设计限制内。例如，如果装置的容量包括使用至多20千克的树脂来构造零件，那么如果选择的物体需要更多的树脂，操作员将需要选择不同的构造模式。如果设计容量允许制造需看管的第一构造，但不是自动的第二构造，则不能使用自动模式。
操作员还要验证重新涂覆器刮刀是否被安装，并且停靠以及不挡道，以便在安装时不撞击树脂槽。一旦树脂槽被安装，操作员应验证槽是否被正确安装，并且槽是否容纳有足够的正确类型的树脂。通常，槽将包括升降机子组件，升降机子组件包括升降机连接支架、升降机支撑框架和叉子，以及由锁销36和舌片33和35固定至叉子的构造平台。整个槽和升降机子组件滚动至立体印刷成型室中，以便与室升降机子组件相接合。
树脂表面和重新涂覆器刮刀之间的关系可在构造之前在该点或其它点处测绘，并且该数据被存储以便在构造过程中使用。一旦特定的树脂被识别，且用于控制的刮刀间隙被选定，并且树脂水平面可复制地在槽内控制，随后用于这些条件的测绘图应有利于一定时间期间的相同装置。
根据步骤142，操作员安装自动卸载小车，其曾经满足了初始需要并且验证自动的构造是否被支持。为了安装自动卸载小车，操作员铰接地开启或移除室门上的窗，以使得自动卸载小车的伸缩臂可伸进处理室以用于取出平台和第一构造。在室门关闭的情况下操作员使自动卸载小车对接到槽中。该室被加热并且为了避免干扰该过程，室门保持关闭。带轮子的底脚从自动卸载小车穿过室门的底部切口伸至室内，其中切口被刷子覆盖以便使碎片和热量损失最少。槽和自动卸载小车被构造为在对接时相对于彼此保持一致的位置，以用于自动操作。操作员还要确保自动卸载小车连接至立体印刷成型系统的计算机，以用于控制自动操作。
操作员可在本发明装置的制备过程的任何时间点处换班，以用于自动构造模式。因此，该系统的成功操作通常需要操作员多次验证关于系统的信息。因此，有利的是通过计算机控制器来提示操作员在第一构造开始之前验证空的平台是否实际上就位于自动卸载小车上以用于当第一构造完成后安装。可替换地，验证平台是否适当地就位可通过使用合适的传感器来完成。
根据步骤144，随后操作员使重新涂覆器组件和升降机移动到起始位置。升降机降低到槽内并且被带至正好是树脂表面之下的水平面，以便限定工作面。重新涂覆器组件降低至树脂以便限定底脚的底部和树脂工作面之间的预定刮刀间隙。
此时，在激光器和重新涂覆器实际上起动之前，提示操作员验证操作参数是有利的。操作员应该检验构造平台是否实际上被装配到了叉子上。如果构造在平台没有就位时开始，作为结果的生产率和树脂的损失将是惨重的。如果平台未就位于升降机叉子之上，操作员应停靠重新涂覆器，将升降机提升至平台释放位置，并且安装新的平台。一旦检验到平台的存在，应检查树脂和室的温度。通常，温度控制是连续执行的计算机控制功能。但是，有利的是操作员应检验在开始构造之前温度是否正确。操作员还应该检验槽内是否具有足够的树脂。即使该系统的容量足够用于构造，该系统也应被检查以便检验槽内是否容纳有树脂，以及树脂水平面高度是否在为精确控制构造平面所必需的槽内预定最小和最大水平面高度之间。
根据步骤148，操作员还应检验附加树脂容器是否容纳有足够的树脂以用于在构造之间对槽再充填和在构造过程中进行精细水平面高度控制。如果树脂量不够，根据步骤149操作员应被系统提示，以用充满的容器替换部分充满的容器并且检验新的容器是否包含与槽内相同的树脂。检验树脂是否相同的一个有效方法是运行射频识别程序，或“RFID”程序。RFID标签可被包括在容器中，用于在完成连接至槽之前进行自动识别，在这之后，如果树脂相同的话，操作员可完成安装。容器和槽上的RFID标签的使用允许通过来自用于槽的位于升降机组件上的特定RFID读出器以及用于每一个容器的位于槽上的智能接头上的各个RFID读出器的数据流而对系统的树脂和树脂用途进行数据采集。
如果已经满足了上述参数，则可进行构造。操作员应根据步骤150开启重新涂覆器真空，并且分别按步骤152和154调节树脂水平面高度以及树脂和室的温度。此时，树脂水平面高度在预定的最小和最大水平面高度范围内，并且该水平面高度在这些水平面高度范围内被调节至已被选定的构造平面的精确水平面高度。材料通过与两个附加树脂容器连接的计量泵而泵入或移出槽，并且响应于传感器而自动地控制。
重新涂覆器刮刀准备好工作面以接收激光，并且根据步骤156，实际的立体印刷成型现在以支撑层的制备而开始。此时，操作员无需看护该过程，并且构造可完全根据计算机控制的功能来进行。通常，在每一层都被固化后，升降机将使平台降低以便接收新的树脂涂覆，并且充分提升该平台以用于对下一层的激光作用。根据由树脂表面之下的平台和物体导致的排量和由固化引起的收缩量而按照需要调节树脂水平面高度。重新涂覆器刮刀掠过每一层之间的表面以便准备工作面，并且根据步骤158执行构造。步骤156和158可重叠。
一旦物体完成后，构造停止，并且激光器关闭，随后该系统可在无需操作员照看的情况下替换平台。该系统根据步骤160使重新涂覆器组件停靠并使其不挡升降机叉子的道，以便在构造位于平台上的情况下使升降机能完全移到树脂槽之外。升降机被提升至卸载位置，在那里，固定平台的锁销被释放，并且平台可从叉子上移走。升降机叉子、构造平台和构造现在可被定位在槽之上，并且仍然与叉子、平台和构造物体接触的未使用的树脂随后根据步骤164排入到槽内。在暂停足够的时间以提供有效的排出后，根据步骤166自动卸载小车移走平台以及完成和沥干后的构造物体。计算机控制器使一组伸缩臂从自动卸载小车伸到升降机叉子下面，以使得叉子可降低以便使平台和构造放到自动卸载小车的伸缩臂上。在伸缩臂上设置滴干盘以使得平台和完成的构造物体放到伸缩臂上的滴干盘上是可取的。伸缩臂缩回以便从升降机叉子和立体印刷成型室移除平台和构造物体。
在第一构造从室移走后，根据步骤168升降机将叉子移至接收新的平台的位置。伸缩臂再次从自动卸载平台伸出。根据自动卸载小车的结构，小车可具有一组或两组伸缩臂。如果是两组的话，第一构造物体和平台保持在室外部。如果是一组，第一构造物体再次进入室和槽之上的区域并且定位在叉子之上。根据步骤170升降机叉子被提升以便从伸缩臂那里接合并接收新的平台，并且伸缩臂随后被移走，第一构造物体和平台将被储存在自动卸载小车上，直至第二构造物体被完成并且操作员返回系统为止。
一旦新的平台被安装后，该系统返回以便按步骤172重复先前的数个步骤。在步骤171中，升降机使新的平台降低至树脂内，并且将平台带至适当的水平面高度。该系统自动地并且根据传感器再次充填槽，并且调节树脂水平面高度、温度，以及扫过工作面以便为第二构造做准备。进行第二构造，并且完成后，重新涂覆器停靠并且升降机将第二构造和平台移至槽外部的较高位置处。
当操作员返回时，第一和第二构造完成，第一构造物体被储存在室外的自动卸载小车上，而第二构造物体位于室内，在槽之上被沥干并且准备卸载。应该理解，单个构造中构造物体的步骤类似，并且自动卸载小车可以按照需要安装或者不安装。在任意一种情况下，对于单个构造，该系统在第一构造后被指示关闭。图1的系统是双室系统，因此对于每一个室，可使用单个激光器和各单独的扫描器以及自动卸载小车来执行两个自动构造，以便在室的外部提供两个构造，其中一个小车上具有一个构造，以及在内部提供两个构造，其中每一个室内有一个构造。
本发明所属领域技术人员将会想到对本文提出的本发明进行许多改进和其它实施例，这些改进和实施例具有在前述说明书和相关附图的教导给出的优点。因此，可以理解，本发明不限于这些公开的特定实施例，并且其改进和其它实施例预期将包括在所附权利要求的范围内。尽管这里使用了特定的术语，但是它们仅是一般意义的和描述性的并且并不意味着限制目的。
权利要求
1.一种由构造介质并响应施加到该介质的能量以便一层接一层地构造物体来制造三维物体的装置，所述装置包括外壳，其具有至少一个在所述外壳内限定了室的内部框架，用于由构造介质来制造三维物体；用于构造介质的容器，该容器适合于容纳在所述室内，并且相对于所述框架可释放地固定到位；位于所述室内的能量源，用于向所述容器中的构造介质的表面层厚度的选定部分提供能量，以便固化所述层的部分；用于支撑固化后的构造介质的层部分的构造平台，所述构造平台适合于装配在所述容器内且在构造介质表面之下；可平移地固定至所述框架的升降机，用于竖直地向上和向下移动并且水平地伸至所述室内，以便将所述平台可释放地固定在所述水平延伸部上，从而提升和降低所述构造平台；相对于构造介质的所述容器可释放地固定到位的小车，并且其具有用于接收所述构造平台和三维物体以及从所述升降机上移除它们的伸缩臂；和操作地连接至所述能量源、所述升降机、和所述小车的控制器，用于控制向构造介质提供能量，用于所述构造平台的竖直平移，和用于从所述升降机上移除所述构造平台和三维物体。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述构造平台是第一构造平台，并且所述装置还包括由所述小车上的伸缩臂支撑的第二构造平台，以在所述第一构造平台已从所述升降机上移除后响应所述控制器而放在所述升降机上。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述控制器包括可编程的处理器，以用于接收一个或多个物体表示，用于响应所述一个或多个物体表示来控制所述能量源和升降机，并且用于控制所述升降机和所述小车以便实现从所述升降机上移除所述第一构造平台并将所述第二构造平台放置在所述升降机上。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述伸缩臂包括具有第一和第二部分的单组的所述臂，所述第一部分用于支撑所述第一构造平台，所述第二部分用于支撑所述第二平台。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置是立体印刷成型装置，所述容器是用于液体树脂的槽，所述能量源是激光器。
6.根据权利要求5所述的装置，还包括由所述伸缩臂支撑的用于接收构造平台的滴干盘。
7.根据权利要求1所述的装置，还包括操作地连接至所述控制器和可平移地固定至所述框架的重新涂覆器，用于响应所述控制器而竖直和水平移动。
8.根据权利要求1所述的装置，还包括操作地连接至所述控制器和固定至所述框架的传感器，用于确定所述容器内的构造介质表面的水平面高度。
9.根据权利要求1所述的装置，包括两个内部框架，其中每一个框架限定用于单独制造三维物体的室。
10.立体印刷成型装置，用于由液体树脂并通过向树脂一层接一层地施加激光制造三维物体，所述装置包括具有用于自动更换构造平台的伸缩臂的小车。
11.一种小车，其操作地连接至控制器，以用于从立体印刷成型装置无需操作员看管的自动移除构造平台，所述小车包括底座，竖直延伸的支撑部件，和从所述支撑部件延伸出来的伸缩臂，伸缩臂用于响应控制器而伸至立体印刷成型室中以便在其上接收构造平台。
12.根据权利要求11所述的小车，其中所述伸缩臂支撑第二构造平台，以用于自动交换构造平台。
13.根据权利要求11所述的小车，其中所述伸缩臂包括用于接收构造平台的滴干盘。
14.一种操作地连接至控制器的小车，用于在立体印刷成型室内实现构造平台的一个自动交换，所述小车包括底座，竖直延伸的支撑部件和伸缩臂，伸缩臂支撑滴干盘并且响应控制器而从所述支撑部件延伸出来，以便延伸至立体印刷成型室中以用于在所述滴干盘上接收构造平台，并且伸缩臂在其上支撑另一构造平台以便伸至立体印刷成型室中，以用于在立体印刷成型室中引入另一构造平台以便实现交换。
15.一种通过构造介质来制造三维物体的方法，其响应施加至该介质的能量并根据预编程的控制器一层接一层地构造物体，所述方法包括响应预编程的控制器来执行完成至少一个第一构造和自动移除该至少一个第一构造的步骤，以使得至少一个第二构造可被起动。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括响应预编程的控制器来起动至少一个第二构造的步骤。
17.根据权利要求15所述的方法，其中移除所述至少一个第一构造的步骤包括停靠重新涂覆器。
18.根据权利要求15所述的方法，包括完成至少两个第一构造和自动移除所述第一构造的步骤，以使得一个或多个第二构造可被起动。
19.根据权利要求18所述的方法，其中完成至少两个第一构造的步骤包括对于一个构造和该两个第一构造中的另一个交替地从单个能量源向一层新的介质施加能量以便固化该介质，使重新涂覆器在能量施加操作之间在第一个构造然后在另一个构造的固化层上掠过以便在它们之上沉积一层新的介质，并且重复上述交替向一层施加能量和在固化区域上掠过重新涂覆器的步骤，其中所述两个第一构造通过执行以逐层的方式施加能量和重新涂覆的交替顺序的步骤来完成。
20.一种立体印刷成型方法，用于在液体树脂槽内的物体支撑平台上一层接一层地构造三维物体，包括在液体树脂槽内的第一物体支撑平台上完成第一构造，和以用于第二构造的第二平台自动交换该第一构造和平台。
全文摘要
一种立体印刷成型装置，该装置具有树脂槽，该树脂槽具有单向流体连通的再供给容器和双向流体连通的平化容器；用于移走和替换构造支撑平台的自动卸载小车；升降机组件，其用于支撑和可释放地保持可拆卸地连接至立体印刷成型装置框架的构造平台，以使得支撑构造平台的升降机叉子可释放到槽内并且与槽一起从立体印刷成型装置移走；以及重新涂覆器组件和重新涂覆器刮刀，用于测绘槽内的树脂表面并施加新的树脂涂覆至在槽内构造的截面上。
文档编号B28B1/00GK1939706SQ20061013954
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月25日 优先权日2005年9月30日
发明者B·瓦尔斯特伦, M·斯通史密斯, D·F·亨特 申请人:3D系统公司