用于分层生产有形物体的设备的制作方法

用于分层生产有形物体的设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型的名称为用于分层生产有形物体的设备。本实用新型的目的是能够更快生产具有增强的层质量的有形物体。提供一种添加成形设备，包括：可移动薄片引导工作台，其具有接触面并在所述接触面的相对侧包括一对上下薄片引导元件，所述下薄片引导元件限定距离接触面的薄片高度位置(H0)，用于通过所述薄片引导工作台沿着有形物体移动而引导包括液体层的薄片离开或到达所述接触面，以接触所述有形物体，同时保持所述薄片相对于所述物体静止。能量源，其布置用于至少部分地固化所述液体层中布置在所述薄片上并与所述有形物体接触的交叉图案的至少一部分。敷抹器系统，其布置用于将所述液体层涂敷在所述薄片上。所述敷抹器系统包括楔形板，所述楔形板具有与所述薄片的平面相邻并相对于所述薄片的平面成角度的楔形侧；并布置成保留所述板的一侧上的液体。
【专利说明】用于分层生产有形物体的设备

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及用于分层生产有形物体的添加成形设备。

【背景技术】
[0002]已知在薄片和有形物体之间按压小体积的液体，以提供可被固化的薄液体层。柔性薄片优选地对固化照射透射。有形物体首先形成的固体层通过选择性地固化液体而粘附到承载板的底面。随后形成的固体层各粘附到之前形成的固体层。
[0003]每次新的层固化之后，薄片引导台移动以将薄片从粘附在其上的较早固化的层剥离，以将最后形成的固化层从薄片分离。液体层的非固化部分仍然在薄片上，并在新的固化开始时需要修整。
[0004]存在提高生产过程的速度并增强层的质量的期望。
实用新型内容
[0005]根据本实用新型的第一方面，提供一种添加成形设备，包括:可移动薄片引导工作台，其具有接触面并在接触面的相对侧包括一对上下薄片引导元件，下薄片引导元件限定距离接触面的薄片高度位置(HO)，用于通过薄片引导工作台沿着有形物体移动而弓I导包括液体层的薄片离开或到达接触面，以接触有形物体，同时保持薄片相对于该物体静止，其中薄片还包括传输层和结构层，传输层和结构层的任一者接触下薄片引导元件，传输层还包括聚烯烃或含氟聚合物，并且结构层还包括半结晶热塑性聚合物；能量源，其布置用于至少部分地固化液体层中布置在薄片上并与有形物体接触的交叉图案的至少一部分；并且还包括敷抹器系统，其用于将液体层涂敷在薄片上，其中，敷抹器包括楔形板，该楔形板具有与薄片的平面相邻并相对于该薄片的平面成角度的楔形侧；并布置成将液体保留在板的一侧上。
[0006]在另一方面，一种分层生产有形物体的方法，包括:移动薄片引导工作台，工作台具有接触面并在接触面的相对侧包括一对上下薄片引导元件，下薄片引导元件限定距接触面的薄片高度位置以通过薄片引导工作台沿着有形物体移动而引导包括液体层的薄片离开或到达接触面，以接触有形物体，同时保持薄片接触有形物体的部分相对于物体静止；
[0007]通过敷抹器系统将液体层涂敷在薄片上，敷抹器系统包括楔形板，该楔形板具有与薄片的平面相邻并相对于该薄片的平面成角度的楔形侧，从而将液体保留在楔形的一侧上；以及
[0008]通过能量源而至少部分地固化液体层中布置在薄片上并与有形物体接触的交叉图案的至少一部分。
[0009]在说明书下面的部分中阐述了本实用新型的特定实施例。
[0010]本实用新型的这些和其他方面将从以下描述的实施例中变得明显。

【专利附图】

【附图说明】
[0011]将参照附图通过示例的方式描述实用新型的细节、各个方面和实施例。
[0012]图1示出了敷抹器系统的第一实施例；
[0013]图2示出了设置在子工作台上的敷抹器系统的第二实施例；
[0014]图3示出了可选的楔形板构造的详细视图；
[0015]图4示出了液体供应部的有利位置；
[0016]图5示出了图4的实施例的变形；
[0017]图6示出了具有两个加压孔的实施例；以及
[0018]图7A和7B示出了具有可控制的倾斜角度的孔的另一实施例。

【具体实施方式】
[0019]现在参照图1，图1示出了根据本实用新型的系统I。尽管可以以单向方式或双向方式应用固化方法，但是双向使用的优点可以是通过避免必须使所有的处理工作台在新的循环能开始之前返回到它们开始的位置而获得处理时间。相反，在一个方向通过之后，工作台能立即反向并在相反的方向上开始处理。这要求机床的某种程度的镜像对称，因而，当切换方向时，特定元件能切换功能。
[0020]在此实施例中，系统I包括在所示示例中填充有液体3的液体敷抹器2。
[0021]系统I还包括柔性薄片6形式的结构形状。在薄片6上，液体层形成有有限的高度，以与有形物体50接触。系统I还包括用于固化一层液体3的预定区域30的能量源90，所述液体层30毗连结构形状6，以获得有形物体50的固体层，固体层因而具有预定的形状。
[0022]在一个实施例中，能量源90是布置成当液体层30接触有形物体50时通过薄片6而投射图案的能量源。具体地，能量源90布置成至少部分地固化液体层30中的交叉图案的至少一部分。为了使能量源90的光或者其他辐射固化液体层30，结构形状6 (柔性薄片6)优选地对该辐射基本上透射。
[0023]在一个实施例中，每次固化和新的层分离之后，承载板(Z-工二作台)150与有形物体50 (包括粘附在其上的固化层)向上移动。因而，用于分层生产有形物体的方法是循环方法，其中，所描述的定位、固化和分离步骤一起包括在该方法的单个循环步骤中。
[0024]柔性薄片6具有液体接触侧面，以与液体3接触来形成液体层30。引导件180的至少图1中的接触面181与柔性薄片6的与液体接触侧面相反的侧面压靠接触。在所示的示例中，所述压靠接触通过引导件180沿着柔性薄片6的所述相反侧面的滑动或者滚动运动来实现。引导件180在图1中的下部借助于辊子190、191而与支持平台滚动接触。引导件180和能量源90两者经由这些辊子17在图1中的箭头73所示的一个或者两个方向上相对于平台7移动。能量源90可以相对于引导件180而移动。
[0025]在所示的示例中，薄片6对来自能量源90的辐射透射。作为示例，现在假定在执行方法循环的期间，引导件180和能量源90在图1中的箭头73的右手方向上同步移动。然后，在图1所示的时刻的瞬间，层30的接触部分接触有形物体50，以固化该层30的特定部分。在引导件180和能量源90的移动期间，这些接触部分30取决于时间而变化。因而，随着时间的推进，接触部分30会取决于尤其是引导件180相对于有形物体50的位置而变化。
[0026]布置在工作台180上的两个薄片引导元件(190、191)限定了由高度H所限定的接触高度，其中，有形物体50接触液体层30，并且至少一个位置HO与接触高度H相距一定的距离，用于通过薄片6沿着有形物体50的移动同时至少在接触期间保持薄片相对于有形物体50固定而引导薄片6到接触高度或者离开接触高度，以接触有形物体50。
[0027]薄片6能布置用于运输从分配器2供应到有形物体50的可固化层材料30，并且用于将所移除的未固化的材料从有形物体50运走。通常，因为未固化材料和薄片6之间的粘附力大于未固化材料和有形物体50之间的粘附力，所以交叉图案外的未固化材料粘到移动的薄片6。
[0028]在实施例中，薄片6包括传输层和结构层，所述传输层包括聚烯烃和含氟聚合物，所述结构层包括半结晶热塑性聚合物。
[0029]根据本文请求保护的实用新型的第一方面，柔性多层衬底至少包括传输层和结构层，因此叫做多层衬底。柔性多层衬底必须具有至少两层。柔性多层衬底在一些实施例中具有两层，而在其它实施例中具有三层或四层。只要衬底不降低添加成形处理的有效性，对柔性多层衬底中的层的数目就没有实际的限制。例如，在一些情况下，加入太多的层可能会使柔性多层衬底的辐射透射性降低到不能够向辐射固化树脂传输足够的光化辐射的程度。
[0030]类似地，只要厚度不对三维物体的堆积产生负面影响，对柔性多层衬底的厚度就没有实际的限制。在实施例中，柔性多层衬底具有至少20微米的厚度。在实施例中，柔性多层衬底厚度介于约50微米至约350微米之间。在实施例中，柔性多层衬底厚度介于约20微米至约250微米之间。在实施例中，柔性多层衬底厚度介于约50微米至约250微米之间。在另一实施例中，柔性多层衬底厚度介于约90微米至约160微米之间。
[0031]在实施例中，柔性多层衬底的每层为至少10微米厚。在实施例中，柔性多层衬底的每层为至少20微米厚。在实施例中，传输层为10至100微米厚，结构层为10至250微米厚。在实施例中，传输层为10至100微米厚，结构层为30至200微米厚。
[0032]柔性多层衬底包括传输层和结构层。传输层用于接触可辐射固化树脂。因此，传输层应该具有用于接触可辐射固化树脂的期望性能，并且具有允许从可辐射固化树脂的刚固化的层期望分离的性能。结构层提供结构完整性。例如，结构层与传输层的物理性能相比具有某些改善的物理性能。传输层因此用于接触辐射固化树脂，结构层用于提供结构的完整性，结构层与传输层彼此固定。例如，传输层可被直接固定到结构层，或者可被固定到一个或多个中间项，所述中间项被固定到结构层。
[0033]柔性多层衬底的传输层和结构层以及其他层(如果需要)可以使用诸如共挤、层压和热合等本领域已知的方法来固定。可以使用任何可行的方法来固定层，只要该方法与为柔性多层衬底的各个层所选择的材料兼容并且能够形成将容许经由添加制造工艺来构建三维物体的柔性多层衬底即可。所使用的固定方法必须实现具有基本均匀的厚度且很少或没有褶皱的柔性多层衬底。柔性多层衬底应该具有低内部应力以避免柔性多层衬底的翘曲，并且应该是基本平坦的以允许三维物体的精确构建。层压需要使用胶黏剂或其他物质来固定层。热合包含将柔性多层衬底的层加热到适当的温度然后将该层按压到柔性多层衬底的另一个层以固定层。
[0034]形成柔性多层衬底的共挤方法可能需要使用配合层(tie-layer)。配合层是将被共挤的层固定在一起的薄材料。用于配合层的适当材料是与马来酸酐接枝的聚烯烃，诸如来自ExxonMobil?的Yparcx_?.或者Exxelor?。配合层应该被选择为确保足够的粘附力以防止在添加制造工艺期间两个层分层，并且对组合衬底的辐射透射性能没有任何显著的影响。
[0035]对于形成柔性多层衬底的层压方法，可能需要表面处理以将柔性多层衬底的层彼此充分固定。为了获得柔性多层衬底的层之间的良好的粘附力，可能需要表面处理以在柔性多层衬底的表面上引入反应基，从而使柔性多层衬底的层彼此充分固定。
[0036]在实施例中，在粘着之前对柔性多层衬底的层执行电晕处理(corona treatment)或其他等离子体处理。电晕处理是使用低温电晕放电等离子体对表面的性能进行改变的表面改性技术。电晕等离子体是通过对尖锐的电极尖端施加高压而产生的，其中尖锐的电极尖端在尖锐尖端的端部处形成等离子体。通常使用电极的线性阵列来形成电晕等离子体幕(curtain of corona plasma)。在另一个实施例中,在衬底的层被固定到衬底的另一个层之前对该衬底的层进行化学处理。可以仅对传输层的底层、或者对传输层和结构层两者的接触侧面、或者柔性多层衬底的其他不同层进行表面处理。
[0037]对于形成柔性多层衬底的层压方法，必须使用胶黏剂来固定传输层和结构层。传输层和结构层可以使用对组合的柔性多层衬底的辐射透射性能没有任何显著影响的胶黏剂来固定。用于层压的适当胶黏剂通常是两组分聚氨酯胶黏剂(two componentpolyurethane adhesives)。然而,并不限于使用聚氨酯。其他可行的胶黏剂的示例是马来酸酐改性聚乙烯、丙烯酸树脂或者双组分环氧(水或溶剂型)以及其他。
[0038]通常，通过在第二材料上涂覆第一材料来形成柔性多层衬底是不期望的。涂覆可能由于涂覆材料的固化或干燥上的差异而产生在尺寸上或一致性上不均匀的表面。此外，涂覆可能对刮擦或划蹭的抵抗力较差，并且与包括聚烯烃或含氟聚合物传输层和半结晶热塑性聚合物的结构层的柔性多层衬底相比，随时间推移更有可能磨损。
[0039]此外，已经发现，包含由涂覆工艺形成的传输层的柔性多层衬底与包括聚烯烃或含氟聚合物传输层的多层衬底相比，耐用性大幅降低。在涂覆衬底的测试期间，发现在PET结构层上涂覆的硅胶层(silicone layer)并不耐用，这是因为在堆积仅几百层之后就观察到固化的辐射固化树脂粘附到柔性多层衬底。因此已经发现固定传输层和结构层的共挤和层压方法提供更稳健的柔性多层衬底。
[0040]根据本文请求保护的实用新型的第一方面，柔性多层衬底包括聚烯烃或含氟聚合物传输层。传输层具备可接受对辐射固化树脂进行涂覆和对新固化的层进行剥落的性能。在辐射固化树脂被固化之前，传输层不能对涂覆在传输层上的辐射固化树脂进行任何实质性的去湿。传输层不能充分地粘附到新固化的层，从而使分离新固化的层与衬底的步骤不会显示出粘着破坏。此外，使用传输层能够使辐射固化树脂免受结构层影响，并且依赖于该结构层使结构层免受辐射固化树脂影响。某些聚合物结构层可能包含大量的水分。可包括结构层的某些聚合物(例如聚酰胺和聚酯)中的水分可能会在对某些辐射固化树脂进行固化时产生强酸而促进衬底的水解作用。通过在衬底中使用聚烯烃或含氟聚合物传输层，这种反应便被消除了，因为酸不可能接触到结构层。
[0041]在实施例中，传输层为聚烯烃。在其它实施例中，传输层为低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLPE或LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、高度支化聚乙烯或者其分子量通常高于lX106g / mo I的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。在其它实施例中，传输层为塑料，例如，乙烯和辛烯的共聚物，以及聚甲基戊烯。在其它实施例中，传输层为乙烯、丙烯、丁烯、己烯、辛烯、降冰片烯、苯乙烯聚合物或者其共聚物及混合物。在实施例中，传输层为高乙烯级的乙烯基降冰片烯(ethylene-norborene)共聚物,例如T0PAS。
[0042]由于某些辐射固化树脂尤其是混合固化液体辐射固化树脂的去湿性，如果添加成形处理太慢，则在含氟聚合物的表面上，辐射固化树脂可能会在对辐射固化树脂进行固化之前已经去湿。通常，聚烯烃不可能比含氟聚合物更会使树脂去湿，并且因此取决于添加成形处理是优选的。
[0043]含氟聚合物也可依赖于添加成形处理的处理速度形成有用的传输层。在实施例中，传输层为含氟聚合物。在某些实施例中，传输层为聚四氟乙烯(PTFE)。在其它实施例中，传输层为四氟乙烯和乙烯的共聚物(ETFE，Tefzel?)。在实施例中，传输层为氟化乙丙烯共聚物(Teflon? FEP)。在实施例中，传输层为Teflon? AF，即四氟乙烯和二(三氟甲基)_4，5-二氟-1，3-间二氧杂环戊烯。在其它实施例中，传输层为聚氟乙烯，并且在其它实施例中为聚偏二氟乙烯。
[0044]在实施例中，柔性多层衬底为各向同性的。各向同性能够通过非取向或双轴取向的衬底来实现。在实施例中，传输层为非取向的。在另一实施例中，传输层为(χ-y平面内的)双轴取向的。在其它实施例中，结构层为非取向的，在实施例中，结构层为双轴取向的。在实施例中，各向同性的结构层由多个取向层形成。在实施例中，例如利用钢丝绒通过人工蚀刻法使传输层产生磨砂面，以对传输层的辐射固化树脂接触侧进行表面抛光。
[0045]根据本文请求保护的实用新型的第一方面，柔性多层衬底包括半结晶热塑性结构层。结构层相对于传输层具备改进的物理性能。例如，结构层可提供改进的抗撕裂性、耐温性、机械性能(例如，拉伸强度或屈服应力)或者其它性能。如果添加成形处理或设备被布置通过衬底传输光化辐射，则结构层也必须具备高的辐射透射性。
[0046]结构层包括半结晶热塑性聚合物。在实施例中，半结晶热塑性聚合物为聚酰胺。在其它实施例中，结构层为聚酰胺-6、聚酰胺-6，6、聚酰胺-4，10、聚酰胺-4，6、聚酰胺-1 1、聚酰胺-12、聚酰胺-6T、聚酰胺-4T、聚内酰胺及其共聚物。在其它实施例中，结构层为聚酯。在其它实施例中，结构层为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、乙交酯的共聚物。在其它实施例中，结构层为聚乳酸、聚乙醇酸、聚羟基脂肪酸酯、聚内酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚萘二酸丁醇酯(PBN)及其共聚物。在其它实施例中，结构层为聚醚。在其它实施例中，结构层为聚甲醛、聚亚烷基氧化物及其共聚物。在实施例中，结构层在处理期间被双轴延展，这导致了双轴取向。
[0047]在其它实施例中，结构层为增强半结晶热塑性聚合物。该聚合物可通过例如纤维或颗粒来增强。在实施例中，颗粒为矿物填料，例如，云母、化石、碳酸钙、硫酸钡等。在另一实施例中,颗粒为亚微米大小的颗粒,例如,纳米粘土和纳米硅土。亚微米大小的颗粒具有这样的优点，它们可以基本上不影响衬底的光透射的方式扩散。当利用增强聚合物时，必须密切监控衬底的UV透射，并且优选大体上的辐射透明增强。在实施例中，结构层包括聚酰胺纳米复合材料。
[0048]相对于无定形材料，采用了半结晶热塑性聚合物结构层，因为半结晶热塑性聚合物与无定形材料相比不易碎而且具有改进的抗裂性。此外，半结晶热塑性聚合物与无定形聚合物相比具有改进的抗龟裂性。龟裂在UV光曝光下会发生恶化。
[0049]在图1的实施例中，能量源90包括多个以排和列布置的各自操作的LED(未示出)。能量源90的移动可以由还控制LED发光的控制器控制。在使用中，能量源90可以在LED阵列排列的方向成角度延长的方向上直线移动，以增强系统的有效的分辨率。此技术在以 Nederlandse, Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek(TNO)为名义的共审待决的申请EP07150447.6中更加详细地描述，该申请通过引用而结合于此，用于关于此方面的信息。能量源90可以定位在可移动的薄片引导工作台180上于突起的薄片引导元件190、191之间，以通过薄片6露出未固化的材料层。能量源可以由例如玻璃板的透明板覆盖，以提高薄片6的引导性。
[0050]使用包括多个各自操作的LED的LED光源和局部固化交叉图案的至少一部分的组合可以是有利的。在对此进一步说明之前，将略详细地描述用在本实施例中的LED光源。
[0051]为了缩短工作台的长度方向，能量源90通常在长度上受到限制，例如，约50cm的工作区域，利用2x2mm2的元件(‘像素’，各具有LED+微透镜)仅仅能实现约6cm的长度，并且每mm的工作区域宽度仍提供约15像素的高分辨率。
[0052]如此处所使用，术语“可固化材料”包括例如可通过UV光、激光、离子化辐射(包括但不限于电子束、伽玛射线或者X射线)或者任何前述的组合而固化(即，能通过聚合和/或者交联)的任何材料。术语“可固化材料”还应该理解成包括可固化和非可固化材料的混合物(诸如混杂纤维和/或填充物的树脂)的复合材料。
[0053]局部固化包括固化到在从交叉图案外的层移除未固化的材料的同时交叉图案保持稳定的程度。可固化材料未完全固化，只是仅仅固化到在移除交叉图案外的未固化材料的步骤期间未与未固化材料移除的材料充分稳定的程度。
[0054]完全固化交叉图案需要一定的曝光时间。局部固化交叉图案意味着将图案固化到较低的程度。当能量源以完全固化的功率操作时，曝光可以更短，并且RM和RP处理的速度增大。
[0055]由UV固化的树脂从液体到固体的过渡经过所谓的凝胶点。“在凝胶点，可首先观察到凝胶或者不溶聚合物的生成。(凝胶点可选地取为系统失去气泡破裂所测得的流动性的点)凝胶对应于聚合物分子已经彼此交联以形成肉眼可见的分子的无限网络的形成。凝胶事实上认为是一个分子。聚合物的非凝胶部分仍就在溶剂可溶解，并称为溶胶。随着聚合化和凝胶化进行超过凝胶点，凝胶量随着溶胶中越来越多的聚合物链交联到凝胶而以溶胶为代价增大...反应混合物转换成无穷粘度的聚合物”。George Odian的“Principlesof Polymerizat1n，，4thecL
[0056]更多的固化形成更多的结合(例如交联)以实现更高E模量的材料。局部固化中期望的固化程度可以通过将可固化材料固化到材料的凝胶点或者附近的程度来限定，其中，在从交叉图案外的层移除未固化材料的同时，交叉图案仍就稳定。在实践中，固化到凝胶点的程度理解为凝胶点的约80% -120%的范围内的程度。
[0057]固化交叉图案的至少一部分同样包括完全固化，这与以上所述的局部固化完全相反，可固化材料3的层中的光栅图案中，光栅图案的尺寸设计成保持未固化材料。材料因而可以完全固化，但是仅仅光栅图案被固化来代替整个交叉图案。
[0058]为了固化光栅图案而必须曝光的材料的量小于为了固化整个交叉图案。激光源例如可以行进较短的路径，从而增大了 RP和RM的速度。
[0059]局部固化和固化交叉图案的至少一部分(例如，仅仅固化交叉图案的光栅到一定的程度)的组合也是可行的。这可以进一步加速RP和RM处理。
[0060]为了降低蒸发，在薄片正从物体50分离(或者剥离)的区域中将树脂从薄片移除是有利的。这能通过添加与托架180 —起移动的移除器或者扫除器1001来完成，因而形成材料的贮存器3。从附图可见，扫除器形成为具有与薄片相邻的楔形侧的楔形板。优选地，此扫除器与薄片6形成约10度的角度阿尔法，即，楔形侧相对于薄片6的平面成角度。此近似的角度发现具有在一个方向上最佳的刮擦能力和允许树脂在相反的方向经过的能力，因而，取回留在薄片上的任何树脂，而不是将其推到机床的边缘。
[0061]楔形板部分保留在远离楔形侧的一侧上的树脂。因而，贮存器3被以下包围:由扫除器1001和由薄片6的向上运动的部分。扫除器1001可以包括具有用于下辊子190的轴通过的开口的延长部分，并围绕轴通过的地方进行密封。在双向实施例中，贮存器3形成在辊子190的每侧上。因而，敷抹器2包括具有楔形侧103的楔形板部分1001，楔形板部分1001包围远离楔形侧103的一侧上的树脂，楔形侧与薄片的平面相邻并相对于薄片的平面成角度。
[0062]可以有液体层30，以在薄片引导工作台的每侧上提供成型辊(例如，迈耶线棒涂布器)190。敷抹辊190布置成将树脂层涂敷在远离液体浴3的一侧上。在此实施例中，楔形板部分1001布置成与成型敷抹辊190相对以形成树脂浴3。
[0063]在实施例中，由线棒涂布器(迈耶线棒涂布器)提供的液体层30的厚度至少等于下一个层的厚度，但是优选地略大。例如，为了堆积50um的层，液体层30的厚度的较佳的值约为70-80um。因而，当具有液体层30的薄片朝着物体移动时，薄片和物体上之前层之间的50um的空隙完全被液体树脂填充。多余的树脂(20-30um)在将薄片朝着物体提升的辊子的前面向前压靠，或者侧向进入目前堆积的物体中存在的空隙中。
[0064]提供液体层30的辊子(例如，迈耶线棒涂布器)优选地滚花或者定型，使得在迈耶线棒涂布器的凹部中从迈耶线棒涂布器的贮存器侧运输到迈耶线棒涂布器的曝光单元侧的树脂量足以提供液体层30的期望的厚度(在示例中:70-80um)。要注意，凹部中的液体仅仅部分地留在迈耶线棒涂布器后面的薄片上，并且部分地留在迈耶线棒涂布器上。因而，凹部的尺寸必须通过实验来确定。迈耶线棒涂布器的通常的槽宽度是0.5mm,并且槽高度还能约为0.5mm。线棒的槽的外脊距离薄片约为50微米。
[0065]为了堆积处理良好地工作，在曝光和从薄片分离之间，树脂应该固化到一定的程度，以为了最新形成的层粘附到物体之前堆积的层。对于许多在365nm下曝光的树脂，例如，DSMSomos*: 8120 (环氧丙烯酸酯)，固化在更高的温度下更快。事实上，当在室温以上(优选地约在30和40°C之间)使用时，所提及的树脂发现在实施例中良好地工作。
[0066]注意，面向液体层30的薄片侧应该容易地从固化的树脂分离(完全或者局部)。满足此条件的材料包括但不限于TPX(块)、硅(作为涂料涂敷在不同材料的薄片上)和允许容易分离的其他材料。
[0067]利用丙烯酸酯和环氧(和环氧-丙烯酸酯)树脂，使用约365_375nm的UV光进行曝光，已经成功地测试本实用新型的方法和系统。以下是商用类型:
[0068]DSM Somos8120 (环氧-丙烯酸酯)
[0069]Envis1ntec R5Profactory(丙烯酸酯)
[0070]为了防止薄片的底侧和曝光头的顶侧之间的粘附(当这些表面非常光滑时，该粘附由于范德瓦尔斯力而能发生)，可以应用具有滑石粉的非常轻的橡胶或者类似。
[0071]图2提供了双向实施例的附加公开，其中，工作台在分别支持下和上辊子19aL、19aH、能量源90和下和上辊子19bL、19bH的子工作台中分段。在双向使用的情况下，与之前公开的单个工作台相反，有利地使用将用于曝光单元(180c)的子工作台和用于曝光单元(180a和180b)的任一侧上的实验的子工作台分离。这具有依赖于不同子处理所需的时间，工作台之间的距离对于移动方向能最佳的优点。
[0072]如此处所示，在右至左方向74上执行第一处理步骤。下辊子19aL具有提供液体层30的功能，上辊子19aH具有将涂敷的薄片向上提升到水平H的功能。
[0073]在曝光头90与辊子19aL和19aH相反的一侧上，上辊子19bH具有剥离辊的功能，并且下辊子19bL具有引导薄片返回到低水平的功能。
[0074]在从右到左已经完全执行单个循环之后(薄片已经完全从产品剥离)，从左到右立即开始新的循环。现在，19bH和19aH的功能互换，并且19bL和19aL的功能互换。
[0075]因而,上棍子19bH和19aH设计成适合于提升和剥离两个功能。
[0076]附加地，下棍子19aL和19bL布置成适合于提供正确厚度的液体层30和适合于引导薄片两者。贮存器出现在任一侧(X2a和X2b)。
[0077]注意，即使在单向使用的情况下(即使在树脂必须优选地留在由扫除器所限定的空隙内的情况下)，扫除器X4a和X4b优选地两者均出现。
[0078]图3示出了可选的楔形板构造的详细视图。尽管在之前的实施例中，楔形板布置成在板的一侧保留液体；在另一实施例中，楔形板能设置有第二楔形板，以形成带槽的孔21，该孔21布置成仅仅当形成液体层30时，对液体层30进行周围环境曝光。在此构造中，液体层30对周围环境的曝光相对于之前的实施例进一步降低，因为孔21内的液体容积3未曝光。板部分100布置成与第二楔形板101部分相对，以形成用于树脂供应的孔21。为了使得处理良好地工作的目的，第二楔形板部分101将距离薄片最小距离限定在50-200微米的范围内，以将树脂层30涂敷在远离第一板部分100的一侧。孔21成形为由楔形板部分100、101形成底壁和顶壁的平坦、矩形通道。
[0079]板部分100能与薄片6略微间隔开，通常，楔形侧103将距离薄片的最小距离限定在10-100微米的范围内。此小间隙可以造成减小薄片的张力，并且它可以防止敷抹器薄片6的机械磨损，同时还执行移除功能以在远离工作台180的区域中保持薄片不含有液体，并通过防止对周围环境的曝光而保持液体处于良好状态，使得能防止进入到液体层中的氧扩散到达不能接受的水平。氧能禁止树脂的自由基聚合反应处理，该处理会中和固化处理。通常，取决于化学结构，树脂包括蒸发大致比环氧成分快的丙烯酸酯成分。因而，对周围环境更长的曝光会导致蒸发，这能改变树脂的成分并增大了树脂的粘度，这会使树脂的处理复杂。
[0080]由于带槽的树脂供应部21的紧凑的属性，在相对的板100、101之间具有相对较小的宽度，供应部能设置在上和下薄片引导元件19h和191之间的任何位置——优选地尽可能靠近接触面181的上引导元件19h的附近。与图1和图2的实施例相反，液体层到固化部分的运输时间能降低，因为带槽的树脂供应部21、22能布置在非常靠近薄片6的与物体接触的部分181。
[0081]图4示出液体供应部21的有利位置，其中，至少一个板部分布置成与上薄片引导元件相邻。在此方面，术语“相邻”用来表示边缘与薄片引导元件19h靠近抵接。楔形板的下边缘104和薄片引导元件19h之间在与楔形板平行的平面中延伸的间隙将距离薄片的最小距离限定在10-200微米的范围内。此距离足够小，以至于将树脂保留在板100上而不损坏薄片6。楔形板的上边缘105和薄片引导元件19h之间在与楔形板101平行的平面中延伸的间隙将距离薄片的最小距离限定在50-200微米的范围内。板厚度可以是l_3mm数量级。通常的层厚度约为100微米，优选地在50-250微米的数量级。
[0082]此布置进一步降低了树脂层30曝光到大气的时间，使得在整个物体堆积处理过程中蒸发和氧扩散能降低，并且树脂质量能得到控制。
[0083]图5示出了图4的实施例的变形。在此实施例中，限定层厚度的液体间隙I1-1I设置在楔形侧101的外边缘105和薄片支撑19h之间，这可以增强层厚度的稳定性，因为其基本上独立于薄片的张力。此外，孔21相对于与薄片6平行的平面中的法线方向N略微倾斜，使得流出的树脂3相比薄片相对于孔21的移动V以小的速度分量V而导向。实际的薄片速度可以在50-100_ / s的数量级。成角度的树脂流出可以防止形成诸如空气内含物的层30中的不稳定性或者树脂中层宽度变化。通常的角度范围相对于薄片的法线在5和20度之间，并能取决于诸如间隙宽度、薄片速度、树脂粘度和树脂表面张力的处理参数。
[0084]图6示出了具有两个加压孔21、22的实施例，这两个加压孔21、22大致对称布置成与工作台180的两边相邻。树脂供应部包括树脂加压器Pl、P2以取决于工作台的移动方向P而提供供应或者拾取状况。因而，在使用中，在工作台180的其中薄片当前朝着接触面181移动的一侧(在此附图中，示出为左手侧，孔21和工作台180的移动方向P向左)，通过提供足以允许形成层的略过压力而涂敷树脂层30。通常压力可以在0.5bar的数量级，通常3-6xlO~4Pa，具有在板厚度上约-3xlO~7Pa / m的梯度。
[0085]同时，在相对侧22，在薄片远离接触面181移动的情况下，在孔中设置略微负压，使得提供树脂拾取。当工作台移动方向反向时，在随后的循环中，拾取和供应通过适合地改变孔中的液体压力而互换。此实施例具有优势:液体以后进先出的顺序立即重新使用，同时以新鲜的液体3补充以为了固化目的而提供后续的层。因而，液体恶化保持最小。
[0086]图7示出另一实施例，其中，孔的倾斜角度通过在枢转点上使孔21、22枢转而被控制，枢转点靠近楔形侧的外边缘104，并限定相对于薄片6的最小间隙高度(参见图5)。具体地，孔21、22可倾斜地安装在工作台上以取决于供应或者拾取的状况而具有倾斜操作。实际上，在工作台180任一侧上的孔保持与相对于与薄片平行的平面的法线稍微倾斜的大致对准。图7A对此进行图示，工作台180在方向Q上向右移动:薄片在右侧在向上的方向上有效地移动，同时，孔22以相对于与薄片平行的平面的法线方向略微倾斜而定向，使得流出的树脂如图5中详细图示那样相比薄片相对于孔的移动以小的速度分量而导向。同时，在图7A中，左孔21通过施加略微负压而用作树脂拾取，并具有降低薄片上的液体和孔中的流动方向之间的流动角度的倾斜角度。注意，图7A中的左右孔的角度能有利地以机械方式组合，但是不需要相同。
[0087]图7B示出了工作台180在从右到左的方向P上移动的反向方向:此处，角度和压力取决于图7A的移动方向而反向。敷抹器系统的移动方向可以描述为例如相对于有形物体和/或者沿着薄片。
[0088]所给出的详细附图、特定示例和具体配方仅仅是图示的目的。尽管此处所描述和示出的设备12的特定实施例涉及上下颠倒堆积模型5，但是本实用新型的教导可以应用到正面向上堆积模型的设备，本实用新型的各个方面还能应用于用于传统RP和RM技术(例如，选择性激光烧结(SLS)和立体光刻(SL))的设备中。
[0089]孔21、22可以附加地设置有加热或者超声激励，以在槽模中局部地造成较低的粘度，这可以提高液体供应树脂，并控制层厚度，同时降低要提供的过压和负压。
[0090]在前述说明中，已经参照本实用新型实施例的特定示例描述本实用新型。然而，明显地，在不脱离权利要求书中所阐述的本实用新型的宽的精神和范围的情况下可以进行各种修改和变化。此外，物体可以具有任何适合的尺寸和形状。此外，装置可以在实体上在一定数量的设备上分配，同时在功能上作为单个装置操作。此外，在功能上形成单独装置的装置可以集成在单个实体装置中。然而，其他修改、变化和替换也是可行的。因而，说明书和附图视为图示性的而不是限制性的。尽管某些实施例将某些可选的特征作为本实用新型的其他方面，但是说明书意思是包括并且具体地公开了这些特征的所有组合，除非另有所指或者在实体上不可行。
【权利要求】
1.一种用于分层生产有形物体的设备，包括: 可移动薄片引导工作台(180)，其具有接触面(181)，并在所述接触面(181)的相对侧包括一对上下薄片引导元件(190、191)，所述下薄片引导元件(190)限定距离所述接触面的薄片高度位置(HO)，用于通过所述薄片引导工作台(180)沿着有形物体(50)移动而引导包括液体层(30)的薄片(6)离开或到达所述接触面(181)，以接触所述有形物体(50)，同时保持所述薄片(6)相对于所述物体静止； 能量源(90)，其布置用于至少部分地固化所述液体层中布置在所述薄片上并与所述有形物体接触的交叉图案的至少一部分； 还包括敷抹器系统(2)，其用于将所述液体层(30)涂敷在所述薄片上，其中，所述敷抹器包括楔形板，所述楔形板具有与薄片的平面相邻并相对于所述薄片的平面成角度的楔形侧；并布置成将液体保留在所述板的一侧上， 所述薄片(6)还包括传输层和结构层，所述传输层还包括聚烯烃或含氟聚合物，并且所述结构层还包括半结晶热塑性聚合物， 其中，所述下薄片引导元件(190)与所述薄片的所述传输层或所述薄片的所述结构层接触。
2.根据权利要求1所述的用于分层生产有形物体的设备，其中，所述楔形板部分布置成与成型敷抹器辊子相对以形成液体浴；所述敷抹器辊子布置成在远离所述液体浴那侧形成液体层。
3.根据权利要求1所述的用于分层生产有形物体的设备，其中，所述楔形板部分是布置成与第二楔形板部分相对的第一楔形板部分，以形成布置成施加所述液体层的带槽的孔。
4.根据权利要求3所述的用于分层生产有形物体的设备，其中，所述第二楔形板部分将距所述薄片的最小距离限定在50-200微米的范围内。
5.根据权利要求1所述的用于分层生产有形物体的设备，其中，所述楔形侧将距所述薄片的最小距离限定在10-100微米的范围内。
6.根据权利要求3所述的用于分层生产有形物体的设备，其中，所述孔设置在所述上下薄片引导元件之间的位置。
7.根据权利要求3所述的用于分层生产有形物体的设备，其中，所述板部分中的至少一者布置成与上薄片弓I导元件相邻。
8.根据权利要求3所述的用于分层生产有形物体的设备，其中，所述孔包括液体加压器，所述液体加压器布置成取决于工作台移动方向而提供供应或者拾取状态。
9.根据权利要求8所述的用于分层生产有形物体的设备，其中，所述孔可倾斜地安装在所述工作台上，以取决于所述供应或者拾取状态而具有倾斜定向。
10.根据权利要求1所述的用于分层生产有形物体的设备，其中，所述能量源(90)定位成与所述接触面(181)相邻，以通过所述薄片(11)暴露所述液体层。
11.根据权利要求1所述的用于分层生产有形物体的设备，其中，所述敷抹器系统包括布置在所述工作台的相对侧上的楔形板。
12.一种用于分层生产有形物体的设备，包括: 可移动薄片引导工作台(180)，其具有接触面(181)，并在所述接触面(181)的相对侧包括一对上下薄片引导元件(190、191)，所述下薄片引导元件(190)限定距离所述接触面的薄片高度位置(HO)，用于通过所述薄片引导工作台(180)沿着有形物体(50)移动而引导包括液体层(30)的薄片(6)离开或到达所述接触面(181)，以接触所述有形物体(50)，同时保持所述薄片(6)相对于所述物体静止； 能量源(90)，其布置用于至少部分地固化所述液体层中布置在所述薄片上并与所述有形物体接触的交叉图案的至少一部分； 还包括敷抹器系统(2)，其用于将所述液体层(30)涂敷在所述薄片上，其中，所述敷抹器包括楔形板，所述楔形板包围所述液体并且具有与薄片的平面相邻并相对于所述薄片的平面成角度的楔形侧，所述楔形板部分布置成与第二楔形板部分相对以形成用于供应液体的孔。
【文档编号】B32B38/16GK203995001SQ201320613541
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】利昂·弗迪南德·格拉德, 格尔本·皮特斯, 克莉丝塔·波勒 申请人:帝斯曼知识产权资产管理有限公司