CN101067721A - 用于实体成像的材料输送系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于实体成像装置的一次性液体构建材料供给料筒以及一种在具有辐射透明的构建材料承载件的这样一种装置中使用的分配构建材料的方法。该一次性液体构建材料供给料筒从辐射透明的构建材料承载件回收未使用的液体材料并将其循环通过过滤器而进入供应容器中以重新使用。采用散布辊以在对分配到辐射透明的构建材料承载件上的可固化液体构建材料成像之前挤出其中捕获的任何气泡。

Description

用于实体成像的材料输送系统

技术领域

本发明涉及在用于分层形成三维目标的装置中使用可固化构建材料通过图像投射系统形成横截面层。更具体地，本发明涉及一次性料筒分配器，并涉及一种方法用于将响应于UV或可见辐射光的照射而形成所构建的三维目标的可固化液体构建材料输送到辐射透明环形带，并且在曝光工艺之后从环形带去除未使用的可固化液体构建材料并将其返回到料筒分配器来过滤和重复使用。

背景技术

近年来，已经发展了许多种不同的三维模型快速制造技术来用于工业应用。这些实体成像技术有时称为快速原型设计制造(“RP&M”)技术。通常，快速原型设计制造技术使用表示待形成目标横截面的切片数据组，而从工作介质分层构建三维目标。通常，最初由计算机辅助设计(CAD)系统提供目标表示。

当前最通用的RP&M技术是光固化成型技术(Stereolithography)，这是从CAD数据生成三维目标的第一个在商业上成功的实体成像技术。光固化成型技术可定义为以下这样的技术，其通过在工作表面对各材料层的选择性曝光以固化和粘附目标的连续的各层(即，薄层)，而从流体状材料自动制成三维目标。在光固化成型技术中，表示三维目标的数据输入为或转换成表示目标各横截面的二维层数据。最常使用计算机控制紫外(UV)激光束辐射来根据二维层数据而连续地形成材料层并将其选择性地转换或固化(即，硬化)成连续薄层。在转换期间，将连续薄层粘合到先前形成的薄层，以允许三维目标的整体形成。这是添加工艺。近来更多的设计是利用可见光来启动聚合反应，以使通常称为树脂的光聚合物构建材料固化。

光固化成型技术代表了一种无需模具制造就快速制作复杂或简单部件的前所未有的方法。由于该技术依靠使用计算机产生其横截面图案，所以存在到CAD/CAM的固有数据链路。这些系统已经遇到了其不得不克服的有关收缩、卷曲和其它变形以及分辨率、精度的困难，还有在生产特定目标形状中的困难。尽管光固化成型技术显示出其本身是形成三维目标的有效技术，但是随着时间的发展，还发展了其它实体像技术，以解决光固化成型技术中固有的困难，并提供其它RP&M优点。

这些替代技术连同光固化成型技术一起共同地称为实体自由制造(solid freeform fabrication)技术或实体成像技术。它们包括分层目标制造(LOM)、激光熔结、熔融沉积成型(FDM)和各种基于喷墨的系统，这些基于喷墨的系统输送液体粘合剂至粉末材料或输送通过温度变化或光电硬化而固化的构建材料。最近，使用数字光处理技术的一种技术利用可见光来启动聚合反应，以使通常称为树脂的光聚合物构建材料固化。这些附加技术每个都改善了精度、构建速度、材料特性、降低成本和构建目标的外观中的一个或多个方面。

所有成功的实体成像技术或自由制造技术必须形成接近全密度(full density)或没有不期望有的孔隙或气孔。气孔引起的孔隙会在要构建的目标中产生不连续性和脆弱点，并且无法精确地复制从CAD表示产生的目标的三维方面。在使用中间转移工艺分层布置可固化液体树脂的技术中，这个问题尤其严重。中间转移表面的使用减少了必须从完成部件去除的多余树脂的量，并消除了构建大桶或大型树脂容器的需要，其中可固化液体树脂从中间转移表面转移至支撑台或材料的底层。这确实消除了超出构建所需部件所必需量的附加树脂的成本。但是，它增加了在形成材料横截面时，对于所转移液体树脂的可靠且一致的层厚以及对于一种将可固化液体树脂输送到用作转移表面的环形带的可靠的输送系统的需求。此外，使用环形带作为中间转移表面使得需要在随后的再涂覆和选择性成像步骤之前从带上去除未使用液体树脂。

另外，现有实体自由制造方法尽管有了很大的提高，但是仍未实现在短的构建时间内制造高精度且外观吸引人的三维目标的真正低成本系统。

在本发明的设计中，通过以生成三维目标的方式结合使用数字成像投射或激光扫描来利用可在低成本实体成像技术中采用的一次性可固化液体构建材料或树脂料筒分配器和设计，可解决这些问题。该设计和技术精确反映待形成目标的CAD表示，同时始终涂覆均匀厚度的可固化液体树脂来形成三维目标。该一次性可固化液体树脂料筒分配器可容易地从柔性传送成像系统拆除。

发明内容

本发明一方面在于提供一种实体成像装置，其利用采用了一次性构建材料料筒分配器的构建材料分配系统，该分配器可靠地将可固化液体构建材料分配到辐射透明的中间构建材料转移表面，以便在使用UV辐射或可见光以及光聚合物构建材料构建的三维目标中实现高分辨率成像。

本发明这方面的一个实施例涉及一种一次性液体供给材料料筒，在通过实体成像分层形成三维目标的装置中使用，所述一次性液体供给材料料筒包括：

a.具有顶部、底部、第一侧和相对第二侧的壳体；

b.位于所述壳体内的可固化液体构建材料供应容器；

c.位于所述第一侧中与所述可固化液体构建材料供应容器流体流动连通的分配开口，用于从所述供给材料料筒供给液体构建材料；

d.流体流动控制装置，用于有选择地控制从所述可固化液体构建材料供应容器到所述分配开口的可固化液体构建材料的流动；

e.与所述壳体的底部和第一侧相邻的刮除器，用于从液体构建材料承载件收集未使用的液体构建材料并将所述未使用的液体构建材料引入所述液体供给材料料筒；以及

f.与所述刮除器相邻的收集容器，用于接纳被引入所述液体供给材料料筒的所述未使用的液体构建材料。

本发明这方面的另一实施例涉及一种可固化液体构建材料分配系统，在通过实体成像分层形成三维目标的装置中使用，所述可固化液体构建材料分配系统包括：

a.液体构建材料承载件，可运动地安装到所述装置以沿着行进路径绕一系列引导表面和至少一个驱动表面行进；

b.可拆卸地连接到所述装置的一次性液体供给材料料筒，所述一次性液体供给材料料筒具有可固化液体构建材料供应容器、与所述液体构建材料承载件相邻的分配开口、用于有选择地控制从所述可固化液体构建材料供应容器到所述分配开口的可固化液体构建材料流动的流体流动控制装置、用于从所述液体构建材料承载件收集未使用的液体构建材料并将所述未使用的液体构建材料引入所述液体供给材料料筒的刮除器、以及与所述刮除器相邻且用于接纳被引入所述液体供给材料料筒的所述未使用的液体构建材料的收集容器；以及

c.安装到所述装置且与所述刮除器相邻的接触表面，由所述液体构建材料承载件将所述接触表面与所述刮除器分开，所述接触表面用于将所述液体构建材料承载件偏压抵靠所述刮除器，并在所述液体构建材料承载件沿着行进路径行进时帮助去除未使用的液体构建材料，所述未使用的液体构建材料被引入所述收集容器中。

本发明的另一方面是构建材料分配系统从辐射透明的中间转移表面去除未使用的液体构建材料并将其返回到一次性构建材料料筒分配器以重新使用。

本发明这方面的一个实施例涉及一种在用于分层形成三维目标的实体成像装置中分配可固化液体构建材料的方法，所述方法包括以下步骤：

a.使可固化液体构建材料从供应容器运动到能容易拆除的一次性构建材料供给料筒中的分配开口；

b.通过所述分配开口将所述可固化液体构建材料分配到液体构建材料承载件上以通过成像固化；

c.在对所述可固化液体构建材料的一部分通过成像固化之后，从所述液体构建材料承载件去除未使用的液体构建材料，并将所述未使用的液体构建材料引导回去而收集在所述构建材料供给料筒中；

d.在收集所述未使用的液体构建材料之后将其过滤并使其返回到所述供应容器用于重新使用；以及

e.在将所述可固化液体构建材料分配到辐射透明的构建材料承载件上之后从所述可固化液体构建材料中挤出气泡，以避免在通过成像固化之前将气泡捕获在所转移的可固化液体构建材料中。

本发明的一个特征是使用环形带作为辐射透明的中间转移表面来从一次性液体构建材料料筒分配器接收可固化液体构建材料层，并随后将可固化液体构建材料分层转移到接收基底且对辐射曝光以产生三维部件。

本发明的另一个特征是通过流体楔将可固化液体构建材料从一次性液体构建材料料筒分配器中的通道分配到环形带。

本发明的另一个特征是一次性液体构建材料料筒分配器包括内部供应容器，液体构建材料从该供应容器提供到分配室，液体构建材料从该分配室通过分配通道分配到作为辐射透明中间转移表面的环形带。

本发明的另一个特征是采用泵来将液体构建材料从供应容器输送到分配室，而液体构建材料从该分配室涂覆到环形带。

本发明的另一个特征是一次性液体构建材料料筒分配器包括刮除表面，以从辐射透明中间转移表面去除未使用的液体构建材料并将所去除的未使用液体构建材料引导到收集室。

本发明的另一个特征是一次性液体构建材料料筒分配器包括过滤器，以在将构建材料的固体颗粒和收集室中的其它物质留下的同时将未使用的液体构建材料从收集室通到供应容器来重新使用。

本发明的另一个特征是一次性液体构建材料料筒分配器包括溢出通道，以将多余的液体构建材料从分配室返回到供应容器。

本发明的一个优点是得到了一种用于实体成像装置的低成本、一次性且容易拆除的液体构建材料供给料筒分配器，其在构建三维目标过程中可靠地分配构建材料。

本发明的另一个优点是液体构建材料分配系统在构建过程中回收未使用的液体构建材料以重新使用，从而使浪费最少。

本发明的另一个优点是液体构建材料分配系统避免在构建过程中需要构建材料的开口浴或大桶。

本发明通过使用如下实体成像装置和方法，获得了这些及其它方面、特征和优点，该装置和方法采用一次性液体构建材料料筒分配器来使液体构建材料从供应容器移动到分配室，以通过通道以流体楔将液体构建材料分配到作为辐射透明中间转移表面的环形带，并作为成像过程的一部分而利用刮除表面来从带去除未使用的液体构建材料、过滤和回收未使用的液体构建材料，在该成像过程中可固化液体构建材料被涂覆到带并分层转移到接收基底来曝光以产生三维目标。

附图说明

结合附图，通过对下面本发明详细描述的研究，可清楚本发明的这些及其它方面、特征和优点，附图中：

图1是拆除封盖的柔性传送实体成像系统的正面透视图，其中该系统使用柔性环形带作为构建材料承载装置并使用定轨与张紧装置；

图2是在柔性传送实体成像系统中使用的构建材料料筒分配器的一个实施例的视图；

图3是图2的构建材料料筒分配器的侧剖视图，示出构建材料供给料筒中的可固化液体构建材料；

图4是图2的构建材料料筒分配器的具有分配通道的前板的视图，其中通过该分配通道分配液体构建材料；

图5是构建材料料筒分配器的示意性剖视图，该分配器通过分配通道分配液体可固化构建材料并通过刮除器在收集室中回收未使用的液体构建材料；

图6是构建材料料筒分配器的示意性剖视图，其中分配阀关闭以将可固化液体构建材料保持在料筒容器中，而回收阀打开以将回收的未使用液体构建材料引入收集室中；

图7是与作为构建材料中间转移表面的环形带接触的一次性构建材料料筒分配器的另一实施例的侧视示意图，其中在容器室中包含液体构建材料以准备通过泵将液体构建材料输送到分配室；

图8是图7的一次性构建材料料筒分配器的侧视示意图，其通过泵将液体构建材料输送到分配室，其中多余的液体构建材料经由溢出通道返回到供应容器，并且未使用的液体构建材料从环形带表面去除、经过滤而返回到供应容器；

图9是图7的一次性构建材料料筒分配器的侧视示意图，示出了利用可在打开和关闭位置之间运动的阀来控制通过刮除通道的未使用液体构建材料流动；

图10是密封液体构建材料袋容器的正视透视图；以及

图11是图7的一次性构建材料料筒分配器的侧视示意图，其中散布辊通过抵靠导辊挤压环形带上的液体构建材料而去除经由分配通道定量供应到环形带上的液体构建材料中所捕获的气泡。

具体实施方式

本文公开的柔性传送实体成像包括从可固化液体构建材料分层构建制品，该可固化液体构建材料是可见光或UV辐射可固化的液体光聚合物材料。液体光聚合物材料由对辐射透明的柔性环形传送带或往复式膜片输送。利用适当的覆层装置，例如影印轮(gravure wheel)或流体楔(fluid wedge)，将液体光聚合物材料从本发明的一次性供给料筒涂覆到环形带或往复式膜片上，该覆层装置将光聚合物构建材料转移到中间转移柔性传送表面，以便在构建三维目标时提供新的材料来产生新的层。光聚合物构建材料从此柔性中间转移表面通过转移装置转移至接收基底，而不会在转移层中产生气泡。通过从数字UV投射仪或数字可见光投射仪射出的辐射来使光聚合物构建材料成像，并分层固化。投射仪包括空间光调制器，例如选择性地照明像素以便成像的数字微镜装置(“DMD”)。可见光投射是一种优选的方法。

优选地，实体成像部件建在升降台上，在构建工艺过程中形成各连续层或薄层时，该升降台使所构建目标或部件移动来与液体光聚合物构建材料相接触，并在曝光之后使所构建目标或部件移动而与液体光聚合物构建材料脱离接触。所构建目标可以构建在已知为支撑件的结构上，而不是直接构建在升降台上。支撑件用于构建具有不可支撑或部分不可支撑表面的更复杂的三维目标。

可使用可商业购得的数字光投射仪(可选地可改动成具有较短焦距)，例如可从InFocus Corporation of Wilsonville，Oregon、BenQAmerica Corp.of Irvine，California或者台湾的Optima Corporation获得的数字光投射仪。

在本发明的一个应用中，可固化液体光聚合物构建材料经由对辐射透明的柔性构建材料承载膜(例如，聚丙烯或聚碳酸酯)输送到成像区域。在图1所示的实施例中，光聚合物构建材料以薄层的形式涂覆到柔性传送膜上。

如图1中所示，去除封盖的柔性传送成像系统总体由标号10表示。柔性传送成像系统10具有形式为环形带11的对辐射透明的构建材料中间转移表面或承载件，该环形带11绕驱动辊14、15和从动辊或惰辊19、20定位。构建材料供给料筒组件总体由标号12表示。料筒组件12和惰辊14、15固定在其相对位置上。带11由分别驱动辊14、15的驱动电机22、24沿箭头21所示的方向驱动。驱动辊14与驱动辊15之间的垂直距离是固定的，但是驱动辊14、15与惰辊19、20之间的水平距离是可变的，以便控制环形带11的张力。惰辊19、20可旋转地安装在垂直机架元件17、23之间。

数字光投射仪(未示出)是辐射源，在对支撑台(未示出)上形成的三维目标的横截面进行曝光时，该辐射源将具有选择来照射的像素的图像投射在处于环形带11上侧运行部的下方的镜系统41上。支撑台通过一对步进电机(也未示出)升降，这对步进电机将螺纹丝杠以及成像系统10相对两侧的导轨向上驱动。通过适当紧固在系统机架上的导轨锚板(全都未示出)，将导轨保持在适当的位置中。支撑台装配杆31被紧固到各个步进电机。如图1中所清楚示出的，支撑台装配杆31延伸穿过机架端板35中的槽32和位于系统10相对侧的相对端机架中的相应槽(两者都未示出)。这使支撑台装配杆31能够通过步进电机移动，以升降支撑台。这使已形成的横截面层与由构建材料供给料筒组件12通过分配口或通道沉积在环形带11上的树脂或可固化液体构建材料层47相接触。

构建材料供给料筒组件12是作为柔性传送实体成像系统10的一体部件的一次性料筒分配器。该一次性料筒分配器不仅用可固化液体构建材料涂覆带11，而且从带去除未使用的液体构建材料。料筒分配器还包括过滤装置，该过滤装置通过在将所去除的未使用液体构建材料返回到供应容器之前分离固体颗粒而清洁所述未使用液体构建材料。

构建材料供给料筒组件12的一个实施例在图2中示出为一次性料筒分配器44。料筒分配器44包括可固化液体材料47的树脂供应容器48和分配口或通道45，可固化液体构建材料47通过该分配口或通道45涂覆到带11。分配通道45是细长的窄开口并横跨一次性料筒分配器44的前部的几乎整个宽度，但是取决于待分配的液体构建材料的体积，其还可以是一系列任何合适几何形状(例如圆形、正方形、矩形或三角形)的孔或者单个其它合适形状(例如椭圆形或矩形)的开口。由分配通道45形成的开口的长度和高度取决于在期望面积上分配的液体构建材料的体积。一次性料筒分配器44包括形式为3位置阀52的流路流控制装置，该阀可以关闭、部分打开以从带上去除材料、或者全部打开以进行涂覆和去除。

图2是组装好的料筒分配器44的视图。它包括顶部49和底部51，这两个部分在其间有密封件(未示出)的情况下固定到一起。顶部49中的孔50用于用可固化液体构建材料47填充料筒分配器44并随后被密封。销43位于料筒的两端上，并用于将料筒分配器可拆卸地固定到柔性传送实体成像系统。分配通道45和刮除回收通道46是到液体构建材料供应容器48的通路，并由通过柱塞53致动的图3的内部滑阀52控制。

图3示出可固化液体构建材料料筒分配器44的侧剖视图，其中阀52处于关闭位置。这是阀52的缺省位置。在料筒分配器的发运和存放期间以及当柔性传送实体成像系统10未使用时，阀52处于此位置。图3示出顶部49和底部51以及分配通道45和刮除回收通道46。阀柱塞53致动滑阀52。料筒分配器供应容器48包含可固化液体构建材料47。

图4示出滑阀52及其致动柱塞53的视图。两个用于阀52的朝向前方附装的密封表面54、55附装到阀52，其中下方的一个表面54还用作密封件来防止构建材料流过分配通道45。顶部的朝向前方密封件55与顶部密封件57一起防止液体构建材料流过刮除回收通道46。供应通道56穿过滑阀52的前部。顶部的朝向前方密封件55防止液体构建材料向上升入刮除回收通道46中。

如图3所示，滑阀52处于关闭位置。柱塞53由于其紧密配合穿过料筒分配器44的顶部49中的孔而还用作用于滑阀52的上引导件。在滑阀52的任一端或优选地相对两侧上，弹簧58将阀52向着其上部关闭位置偏压。另一弹簧59提供偏压力来使滑阀的前向边缘保持与料筒分配器壳体的内表面紧密接触，以实现紧密密封。在此关闭位置，可以看到下部密封件54覆盖分配通道45，顶部密封件57覆盖刮除回收通道46，而上部密封件55密封地抵靠分配器顶部49的内壳体。现在就防止可固化液体构建材料47通过这些通道中的任一个流出而回收的未使用液体构建材料无法经由刮除回收通道46进入。

图5是料筒分配器44的剖视图，其中滑阀52处于全部打开或构建位置。阀52在构建操作过程中处于此位置。在此位置中，允许可固化液体构建材料47流出分配通道45来涂覆环形带11，简要参见图1，同时恰在带运动经过分配通道45之前从带11刮除未使用的液体构建材料60，其中在分配通道45处施加新的一层可固化液体构建材料47以再涂覆到图1的带11用于下一成像循环。未使用的液体构建材料60通过过滤器62进行过滤，并随后返回到液体构建材料供应容器48用于重新使用。带11上的未使用液体构建材料60是涂覆到带11的光固化材料中在成像期间未被从数字光投射仪投射的成像辐射曝光而固化的一部分。固体颗粒物质由过滤器62保持并被防止进入供应容器48。在工作期间，在带在边缘63上行进时，与料筒44的顶部和前部相邻的尖的刮除边缘63刮擦带11的表面以去除未使用的液体构建材料。

在图5所示的此全部打开位置，柱塞53被作为柔性传送成像系统10部件的外部致动器(未示出)压到其最低位置。滑阀52行进到其最低位置，从而压缩弹簧58。下部密封件54现在在分配通道45下方，将液体构建材料47暴露到阀52中的供应通道56，由此允许可固化液体构建材料47流到分配通道45并从其流出。在此位置中，上部密封件55打开刮除回收通道46，以允许未使用液体构建材料60重新进入料筒分配器44，通过过滤器62而回到供应容器48以重新使用。

图6示出阀52处于中间位置的一次性料筒分配器44，其中外部致动器仅仅将柱塞53部分向下压。该位置用于清洁带11，而非用于用新的液体构建材料47重新涂覆带。这对于在构建结束时或在柔性传送成像系统需要停机或暂停时从带11去除未使用的液体构建材料60是有用的。下部密封件54覆盖分配通道45，以防止液体构建材料47流出料筒分配器44。但是，上部密封件57现在不在刮除回收通道46中，该刮除回收通道46如同构建位置中那样通过刮除边缘63抵靠带11的作用来收集未使用构建材料60，以清洁带。这也允许未使用液体构建材料60经由刮除回收通道46和收集容器61重新进入料筒分配器44，通过过滤器62并返回到液体构建材料供应容器48。

图7示出用作构建材料供给料筒组件12的一次性料筒分配器70的一个替代且更优选的实施例。图7是总体由标号70示出的液体构建材料分配器料筒以及带11、惰驱动辊19、20和辅助辊71的示意图。在一次性料筒分配器70内供应可固化液体构建材料47。泵73是料筒分配器70的部件，该泵例如是气动硅树脂隔膜泵或蠕动泵。合适的联接件74连接到作为柔性传送成像系统10一部分的受控空气供应器(未示出)。料筒分配器70还包括分配开口或通道75、刮除边缘76、刮除回收通道77、收集容器78和材料过滤器79。分配通道75是细长的窄开口。如前所述，取决于待分配的液体构建材料的模式和体积，分配通道75还可以是一系列任何合适几何形状(例如圆形、正方形、矩形或三角形)的孔或者单个其它合适形状(例如椭圆形或矩形)的开口。由分配通道75形成的开口的长度和高度取决于在期望面积上分配的液体构建材料的体积。可固化液体构建材料通过管道80被泵送到室81和分配通道75。

如图8所示，泵73已经被驱动。可固化液体构建材料47从供应容器72泵送通过管道80并进入室81，当带11被向下驱动经过分配通道75时该室81供应分配通道75并涂覆带11。阻挡件82位于室81顶部，在阻挡件82上方开口到料筒分配器70和可固化液体构建材料供应容器72内部。在此顶部开口的阻挡件82的水平面上方的任何液体构建材料47溢出而回到供应容器72。这样，容器中可固化液体构建材料47的液面被补充，并通过泵73在分配通道75处保持不变的压头，从而产生流体楔和带11的均匀覆层。在室81的底部有一个或多个小的排泄孔83，其允许可固化液体构建材料47不断地排回到供应容器72中。在出现动力故障时，或者任何时候柔性传送成像系统一停机，室81中的所有液体构建材料47将排回到供应容器72，并可以在不溢出液体构建材料的情况下拆除一次性料筒分配器70或带11。泵73设计有足够的容量以即使在排泄孔83的情况下也能够在系统工作期间保持室81充满且溢出阻挡件82，从而实现恒定压力的防故障供应系统。

在图7和8中还示出可以包括来对带11和刮除边缘76之间的结合施加附加力的辅助辊71。辅助辊71可以是涂覆硅树脂的辊或其它合适的接触表面，其引导带11与刮除边缘76接触以实现比仅仅带张紧所能实现的更完全的清洁。辅助辊71可以安装来横向运动以在需要时调节由刮除边缘76抵靠带11的接触表面施加的压力。如图8中的84所示的回收的未使用液体构建材料通过刮除回收通道77进入收集容器78而回到料筒分配器70，所述材料从收集容器78通过途中的过滤器79而回到供应容器72。

参照图9，装载有一个或多个弹簧86的滑阀85可以包括在料筒分配器70中以使刮除回收通道77常闭，从而在料筒分配器70未安装在柔性传送成像系统中时防止液体构建材料漏出。当料筒分配器70被安装时，成像系统中的被动机构例如销或杆(未示出)将滑动件向下推，从而如虚线所示压缩弹簧86并打开滑阀85进行使用。还可以使用类似的机构来关闭分配通道75。

在制造料筒分配器70之前，可以将预定量的可固化液体构建材料47分配到在图10中由标号87总体示出的塑料袋中。通过热或其它合适手段在密封接头88处密封袋87，从而形成防泄漏封装。

图11示出如前所述的料筒分配器70的示意图，但其中增加了位于分配通道75下游的散布辊89。在所示料筒分配器70中，未使用的液体构建材料84被刮除边缘76从之前涂覆的带11去除并经由刮除回收通道77返回到料筒分配器70。在此刮除过程期间，在未使用液体构建材料84中捕获有空气。当未使用液体构建材料84被循环通过料筒时，所捕获的空气也循环，从而当可固化液体构建材料47通过分配通道75定量供应到带11上时，气泡形式的空气在带11上的液体构建材料覆层的覆层中产生孔隙和条纹，导致通过分层反复曝光构建材料47所形成的最终部件中的孔隙。

以在辊之间驱动带11的方式将散布辊89布置承与下惰辊20相邻，其中散布辊89位于带11的涂覆有液体构建材料47的这一侧。当带11被驱动时，散布辊89使带11上的液体构建材料47重新分布。通过这样，将捕获的空气从液体构建材料47中去除或挤出，从而产生无孔隙的覆层。如前所述，由分配通道75以计量速率将可固化液体构建材料47的覆层涂覆到带11。然后散布辊89在无空气的情况下重新分布可固化液体构建材料47的覆层，并作为附加优点，还有助于平滑覆层厚度在经向和纬向的任何不一致。

在优选实施例中，散布辊89具有用软弹性材料例如硅树脂制成的外覆层90，并利用弹簧加载(未示出)抵靠驱动辊。在实践中，也可以采用其它合适材料和合适偏压方法。

当料筒分配器70被组装好并使用塑料袋时，将密封的塑料袋87置于其中。这样，构建材料供给料筒组件在发运和存放期间是防泄漏的。在料筒分配器70的底部中包括可滑动刀片(未示出)或其它合适装置，其具有切开塑料袋87并将可固化液体构建材料47释入供应容器72中的能力。在刀片上附装带子(也未示出)或类似装置，其穿过料筒分配器壳体的壁延伸到外侧，优选绕料筒分配器的上表面延伸出去。当要将一次性料筒分配器布置就位时，安装者拉动带子，该带子拉动可滑动刀片而切割塑料并将可固化液体构建材料47释入到料筒分配器70的供应容器72中。料筒分配器现在就准备好使用了。

现在回到图1，还示出了柔性传送成像系统10的驱动辊支架27和部分带定轨与张紧系统。驱动辊支架27和带定轨与张紧系统在共同待审的申请案卷号USA.406中更详细描述。驱动辊14、15可旋转地安装在垂直机架组件16、18之间。驱动电机22、24安装到垂直机架组件18上，并驱动地连接到驱动辊14、15上。驱动辊垂直机架组件25附装到驱动电机的末端。带定轨电机26在带11绕着辊14、15、19和20旋转时控制带11的定轨，并且反向与驱动电机22和24相对。电机轴从电机26延伸穿过机架组件25。带定轨控制臂29附装到电机轴的末端。定轨控制臂机架组件30连接机架组件16和18，并包括用来安装驱动辊支架的枢轴附件。如图1所示，在机架组件30上安装有左边缘带定轨光学传感器33和右边缘带定轨光学传感器37。

连同垂直机架组件16、18和25一起示出了驱动辊14、惰辊19和环形带11。驱动辊支架上的枢轴附件(未示出)与机架端板35上的枢轴39之间附装有安装臂36。整个驱动辊支架绕着枢轴39运动，该运动使驱动辊14、15与惰轮19、20之间的距离伸长，由此当气缸柱塞(未示出)伸出时在环形带11上施加张力，或者当气缸柱塞缩回时减小张力。枢轴附件上的枢轴点从枢轴附件的中心偏移一小段距离。气缸(未示出)安装成穿过端板35，使得气缸柱塞与定轨控制臂机架组件30背面上的枢轴附件的背部相接触。当给气缸增压时，气缸柱塞通过枢轴附件在驱动辊支架上施加力。这样，可在环形带11上保持所需的张力。

如图5和8中所示，当带11垂直向下行进分别通过构建材料料筒分配器44或70中的分配口或分配通道45或75时，带11中的张力控制着涂覆到环形带11的可固化液体构建材料47的厚度。每个实施例中的分配口或分配通道从料筒分配器44或70之中的供应容器向环形带11的表面供应液体构建材料。料筒分配器44或70可以具有分别位于分配通道45或75上方和下方的平坦部分，并且在底部具有大半径弧形部分，以便在带被沿其路径绕着辊14、15、19和20驱动时，对带11的覆层表面上的构建材料47提供间隙。可选择地，该底部部分可成锐角或直角，以提供所需的间隙。当带11运动通过通道45或75时，在通道的底边产生流体楔，通过流体楔效应在带11上涂覆均匀的覆层，使得带11中的张力越大，覆层就越薄。

覆层厚度由适当的传感器监测，如图案识别装置。如果覆层厚度太厚，则气缸柱塞将缓慢地伸出，以提高带11的张力并减小流体楔，从而使覆层变薄，直到得到正确厚度的覆层。或者，如果覆层太薄，则柱塞将缩回，以降低带11的张力并从而增大流体楔，使覆层变厚直到达到所需的厚度。覆层厚度可控制到0.002英寸以用于较快的成像，或者可控制到0.001英寸以用于较慢的成像。气缸可以对带11施加每平方英寸10至20磅之间的力，以确保带被绕着辊14、15、19和20张紧。还可使用任意其它有效装置来在带11上施加压力，例如电磁阀、气缸、弹簧或其它适当的机械系统。无论通道45或75具有倾斜底边还是直的或圆的底表面，都可有效地产生流体楔。流体楔的效率随着很多因素的变化而变化，这些因素包括：可固化液体构建材料47的粘度、构建材料47与带11之间的表面张力、一次性料筒分配器中液体构建材料47的压头(pressure head)、分配通道45或75的开口的高度、分配通道上方和下方的平坦部分的长度、以及带11在绕着辊14、15、19和20运行经过通道50时带11的速度和张力。

如图1所示，带定轨电机26在定轨控制臂29上施加旋转力。控制臂29经由磁球或任何其它适于使驱动辊支架枢转的连接件而附装到安装臂36。磁球位于控制臂29的槽和安装臂的埋头孔内，使得如果电机22施加顺时针的旋转力，则控制臂29将磁球推入安装臂，迫使驱动辊支架离开安装臂。相反，如果电机22施加逆时针的旋转力，则控制臂远离安装臂，磁力将支架推向安装臂。这使驱动辊支架绕着枢轴点39旋转。因此，驱动辊14和15旋转以转动带11。如图1所示，如果驱动辊支架顺时针旋转，则带11左转，而驱动辊支架逆时针旋转时，带11右转。定轨传感器33和37相距一段距离，使得带11的宽度刚好分别在传感器33和37的边缘上方延伸。传感器33和37为感测带11的存在的光学传感器。在操作中，当驱动带11时，带11将横向平移，直到其露出传感器33或37之一。然后，定轨电机22上的力将反向，并且带11将平移，直到露出另一个传感器，该过程再次反向。这样，带11不断地在一小段距离中横向地来回移动。

在辐射光源与覆有可固化液体构建材料47的带11上的对象区域之间设有适当的副像素图像位移装置(未示出)。通过照射所选像素来曝光图像横截面而产生要形成的三维目标的横截面的固化部分。可选择地，副像素图像位移装置可以是具有位于环形带11运行部之外的像素移位装置的镜子，或者副像素图像位移装置可在单个组件中组合有镜子和像素移位装置。

在本发明的实施中，可使用能够响应于施加适当形式的能量激励而固化的任何适当的液体构建材料。已知许多种可通过用UV辐射或可见光照射而变为固态聚合塑料的液态化学物质。在下面的表格I中示出了在实施本发明中可以使用的适合的可见光可固化的光聚合物。当使用BenQ PB7220投射仪时，该配方展示出优异的分辨率和感光速度。所产生的部件显示出具有平衡硬度和韧性的突出的生坯强度(green strength)。

表I

	重量单位	重量百分比％
			Acrylate-24(从Sartomer Company获得)
PRO 6817(从Sartomer Company获得)	4.8	23.02
			SR 833S(从Sartomer Company获得)	3.5	16.79
Ebecryl 83(从UCB Chemicals Corp.获得)	2.4	11.51
			PRO 6169(从Sartomer Company获得)	5.2	24.94
SR 531(从Sartomer Company获得)	3.6	17.27
			Irgacure I-907(从Ciba Specialty Chemicals，Inc获得)	0.75	3.60
Irgacure I-819(从Ciba Specialty Chemicals，Inc获得)	0.6	2.88
			总计	20.85	100.00

可向配方中加入添加剂以提高从透明传送装置分离的能力，这些添加剂例如硅丙烯酸脂材料。

在操作中，构建三维目标的数据从CAD站(未示出)发送到柔性传送实体成像系统，该CAD站将CAD数据转换成适当的数字层数据格式并将其输入到计算机控制系统(也未示出)，在该计算机控制系统中，通过算法操纵目标数据来优化数据以给数字光投射仪提供开启/关闭指令。通过由产生横截面数据的切片程序处理的CAD数据得到实体成像层数据。然后，通过适当的控制器，例如微处理器或计算机，对横截面数据应用算法以对数字光投射仪提供指令，以便照射所形成横截面中位于三维目标边界内的图像中的所选像素。可使用适当的像素移位图像位移装置，以提高所生成横截面的分辨率和边缘平滑度。液体构建材料47从一次性液体料筒分配器44和70中的供应容器移动到分配通道并涂覆到带11。

在完成层的成像后，降低支撑台。由于固化图像现在粘在带11与支撑台上，所以带11通过合适技术由支撑台向下拉，直到将部件层从带11剥离。然后带11返回其伸直的状态。承载液体构建材料47的辐射透明带11从形成待形成三维部件横截面的构建材料的暴露固化层剥离，且其间不会有水平运动。辐射透明带11的柔性使得分离能够以剥离作用的形式发生，因为分离力与构建材料47的曝光区域的宽度成比例而与曝光构建材料的总面积成反比，如同在非柔性平面的情形中所发生的那样。未使用的液体构建材料在带11上沿着其行进路径向回行进经过一次性液体构建材料分配器44和70，在该处刮除边缘63和76去除未使用的液体构建材料60和84并将其引导回到料筒收集容器61和78中。在经过过滤器62和79以分离固体颗粒物质后，未使用的液体构建材料60和84通入可固化液体构建材料容器48和72中，并准备好重新使用和分配到辐射透明带11上。

选择部件在构建支撑台上构建的基底，以使该部分对该基底的粘合强度大于其对带11的粘合强度。基底材料应当是透光的、柔性的，并且易于附装到构建支撑台上。其可为细砂纸或类似的材料以提供握持性，但是更优选地是多孔材料，例如硅树脂粉(ground silicone)，该多孔材料允许所有湿的未固化材料从部件流走以使部件尽可能保持干燥。

随着部件的增大，各新层粘合到位于其下方的固化构建材料层上。一旦支撑台处于其最低位置，就沿行进方向21驱动带来用构建材料47重新涂覆带11。为建立层厚一致的构建材料，带11将被驱动约12”至18”。然后构建支撑台上升至适当的位置。由于现在在构建支撑台上具有0.001”厚的部件切片，所以构建支撑台升入比前一个低0.001”的位置，使得现在部件顶部与带11的表面51上的构建材料47的覆层紧密接触。实际上，由步进电机来控制该定位，所述步进电机以非常精确的运动并且可重复的方式升降构建支撑台。例如，如果在每次曝光之后步进电机将支撑台向下移0.500”，但只向上移0.499”，则它们将总是补偿每次循环所产生的0.001”。既然带11已经被重新涂覆并且构建支撑台处于适当的位置，于是就投射部件的下一切片，并且该过程继续直到完成部件。

尽管已经参考其具体实施例描述了本发明，但是应当清楚，在不脱离这里公开的本发明概念的情况下，可在材料、各部分的布置及步骤上做出许多变化、修改和变动。例如，构建过程和装置可以倒置，使得通过步进电机使构建支撑台从顶部向下移动来与环形带接触，并且在倒置位置中构建部件。

因此，所附权利要求的精神和范围希望覆盖所有这些本领域技术人员通过阅读本公开后可做出的变化、修改和变动。本文所引用的所有专利申请、专利和其它公开文献都通过参考而整体包含于此。

Claims (23)

1.一种一次性液体供给材料料筒，在通过实体成像分层形成三维目标的装置中使用，所述一次性液体供给材料料筒包括：

a.具有顶部、底部、第一侧和相对第二侧的壳体；

b.位于所述壳体内的可固化液体构建材料供应容器；

c.位于所述第一侧中与所述可固化液体构建材料供应容器流体流动连通的分配开口，用于从所述供给材料料筒供给液体构建材料；

d.流体流动控制装置，用于有选择地控制从所述可固化液体构建材料供应容器到所述分配开口的可固化液体构建材料的流动；

e.与所述壳体的底部和第一侧相邻的刮除器，用于从液体构建材料承载件收集未使用的液体构建材料并将所述未使用的液体构建材料引入所述液体供给材料料筒；以及

f.与所述刮除器相邻的收集容器，用于接纳被引入所述液体供给材料料筒的所述未使用的液体构建材料。

2.如权利要求1所述的一次性液体供给材料料筒，其中位于所述收集容器和所述可固化液体构建材料容器之间的过滤器用于收集固体颗粒物质并将未使用且经过滤的液体构建材料通到所述可固化液体构建材料供应容器。

3.如权利要求1所述的一次性液体供给材料料筒，其中刮除回收通道用于接收来自所述刮除器的未使用液体构建材料并将其引入所述收集容器中。

4.如权利要求2所述的一次性液体供给材料料筒，其中所述流体流动控制装置是阀。

5.如权利要求2所述的一次性液体供给材料料筒，其中所述流体流动控制装置是泵，所述泵用于将可固化液体构建材料从所述可固化液体构建材料容器移动到与所述分配开口相邻的分配室。

6.如权利要求4所述的一次性液体供给材料料筒，其中所述阀关闭或打开从所述可固化液体构建材料容器到所述分配开口的可固化液体构建材料的流动，并关闭或打开从所述刮除器到所述收集容器中的未使用液体构建材料的流动。

7.如权利要求1所述的一次性液体供给材料料筒，其中所述分配开口是细长窄开口。

8.如权利要求1所述的一次性液体供给材料料筒，其中所述液体构建材料承载件是辐射透明的环形带。

9.如权利要求5所述的一次性液体供给材料料筒，其中所述泵将所述可固化液体构建材料经由管道供给到所述分配室。

10.如权利要求9所述的一次性液体供给材料料筒，其中所述分配室具有至少一个排泄孔，所述排泄孔用于允许可固化液体构建材料从所述室排回到所述可固化液体构建材料供应容器。

11.如权利要求9所述的一次性液体供给材料料筒，其中与所述分配室相邻且位于所述收集容器下方的顶部开口阻挡件用于保持所述分配室中的可固化液体构建材料的供应并允许所述分配室中的多余可固化液体构建材料溢出而返回到所述可固化液体构建材料供应容器。

12.一种可固化液体构建材料分配系统，在通过实体成像分层形成三维目标的装置中使用，所述可固化液体构建材料分配系统包括：

a.液体构建材料承载件，可运动地安装到所述装置以沿着行进路径绕一系列引导表面和至少一个驱动表面行进；

b.可拆卸地连接到所述装置的一次性液体供给材料料筒，所述一次性液体供给材料料筒具有可固化液体构建材料供应容器、与所述液体构建材料承载件相邻的分配开口、用于有选择地控制从所述可固化液体构建材料供应容器到所述分配开口的可固化液体构建材料流动的流体流动控制装置、用于从所述液体构建材料承载件收集未使用的液体构建材料并将所述未使用的液体构建材料引入所述液体供给材料料筒的刮除器、以及与所述刮除器相邻且用于接纳被引入所述液体供给材料料筒的所述未使用的液体构建材料的收集容器；以及

c.安装到所述装置且与所述刮除器相邻的接触表面，由所述液体构建材料承载件将所述接触表面与所述刮除器分开，所述接触表面用于将所述液体构建材料承载件偏压抵靠所述刮除器，并在所述液体构建材料承载件沿着行进路径行进时帮助去除未使用的液体构建材料，所述未使用的液体构建材料被引入所述收集容器中。

13.如权利要求12所述的可固化液体构建材料分配系统，还包括位于所述收集容器和所述可固化液体构建材料容器之间的过滤器，所述过滤器用于收集固体颗粒物质并将未使用且经过滤的液体构建材料通到所述可固化液体构建材料供应容器。

14.如权利要求13所述的可固化液体构建材料分配系统，还包括刮除回收通道，用于接收来自所述刮除器的未使用液体构建材料并将其引入所述收集容器中。

15.如权利要求12所述的可固化液体构建材料分配系统，其中所述流体流动控制装置是泵，所述泵用于将可固化液体构建材料从所述可固化液体构建材料容器移动到与所述分配开口相邻的分配室。

16.如权利要求12所述的可固化液体构建材料分配系统，其中所述分配开口是细长窄开口。

17.如权利要求12所述的可固化液体构建材料分配系统，其中所述液体构建材料承载件是辐射透明的环形带。

18.如权利要求15所述的可固化液体构建材料分配系统，其中所述泵将所述可固化液体构建材料经由管道供给到所述分配室。

19.如权利要求15所述的可固化液体构建材料分配系统，其中所述分配室具有至少一个排泄孔，所述排泄孔用于允许可固化液体构建材料从所述室排回到所述可固化液体构建材料供应容器。

20.如权利要求15所述的可固化液体构建材料分配系统，还包括与所述分配室相邻且位于所述收集容器下方的顶部开口阻挡件，用于保持所述分配室中的可固化液体构建材料的供应并允许所述分配室中的多余可固化液体构建材料溢出而返回到所述可固化液体构建材料供应容器。

21.如权利要求12所述的可固化液体构建材料分配系统，其中接触表面可运动地安装到所述装置而与位于所述分配开口下游的引导表面相对，并且当所述液体构建材料承载件绕其行进路径运动时能与所述液体构建材料承载件接触，以在层结构的实体成像之前从可固化构建材料挤出任何气泡。

22.一种在用于分层形成三维目标的实体成像装置中分配可固化液体构建材料的方法，所述方法包括以下步骤：

a.使可固化液体构建材料从供应容器运动到能容易拆除的一次性构建材料供给料筒中的分配开口；

b.通过所述分配开口将所述可固化液体构建材料分配到液体构建材料承载件上以通过成像固化；

c.在对所述可固化液体构建材料的一部分通过成像固化之后，从所述液体构建材料承载件去除未使用的液体构建材料，并将所述未使用的液体构建材料引导回去而收集在所述构建材料供给料筒中；

d.在收集所述未使用的液体构建材料之后将其过滤并使其返回到所述供应容器用于重新使用；以及

e.在将所述可固化液体构建材料分配到辐射透明的构建材料承载件上之后从所述可固化液体构建材料中挤出气泡，以避免在通过成像固化之前将气泡捕获在所转移的可固化液体构建材料中。

23.如权利要求22所述的方法，其中通过将所述液体构建材料从所述供应容器泵送到与所述分配开口相邻的分配室来使所述液体构建材料运动。

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