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CN113172881A - 增材制造设备、系统和方法 - Google Patents

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CN113172881A CN202110435597.2A CN202110435597A CN113172881A CN 113172881 A CN113172881 A CN 113172881A CN 202110435597 A CN202110435597 A CN 202110435597A CN 113172881 A CN113172881 A CN 113172881A
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Abstract

一种用于制造三维物体的设备，包括：具有构建平台的支撑组件；轨道，其延伸穿过构建区域；以及沉积机构，其安装在所述轨道上并且被配置成用于以逐层技术产生三维物体。沉积机构包括：沿着轨道可移动的滑架；安装在滑架上的可流动材料的供应部；与可流动材料连通的滚筒，其中滚筒可旋转地安装在滑架上并且被配置成旋转以将可流动树脂运送到涂覆器以用于涂覆以产生该物体；以及安装在滑架上的曝光装置。曝光装置将电磁波发射到曝光部位以使已涂覆可流动材料固化以产生该物体。滚筒对于电磁波是可穿透的，使得所述波在从曝光装置行进到曝光部位时穿过滚筒。

Description

增材制造设备、系统和方法
本申请是申请号为2016800757907，发明名称为“增材制造设备、系统和方法”的中国发明专利的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请是2015年11月13日提交的美国临时申请No.62/255,175的非临时申请并且要求其优先权，该在先申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及一种用于在增材制造技术中制造三维物体的设备和系统以及用于操作该设备和系统的方法，并且更具体地涉及一种在构建物体的每层时使用与可流动树脂或其它前体材料接触的滚筒的设备、系统和方法。
背景技术
用于三维物体的增材制造(例如，立体光刻、3-D打印等)的当前技术能够生产具有高保真度的优质产品，但是这样的技术具有显著的限制。典型地，这些技术以三种方式中的一种工作：(a)在固定桶中所包含的液态树脂表面或附近的连续聚合层，(b)在固定树脂桶的底部或附近的连续聚合树脂层，或(c)由一个或多个单喷嘴或多喷嘴打印头向下喷射的连续聚合树脂层。这些技术通常限于小尺寸，各种机器的在宽度或长度上最大尺寸仅为几英尺或甚至更小。这限制了可以生成的物体的大小。基于喷射工艺具有显著的尺寸限制并且在生产过程中浪费了大量的树脂材料。
基于桶的技术要求在制造过程中物体被部分或完全浸没，因此需要将树脂桶维持在相当大的体积。这可能是昂贵的，因为这样的树脂通常非常昂贵，并且在一组机器中维护树脂桶可能是非常昂贵的。如上所述，桶的大小也限制了可生产的物体的尺寸。另外，在生产过程中物体的浸没通常导致物体内的空腔充满未固化的液体树脂，其必须被排干，通常需要钻出排水孔并随后修理。此外，桶一般仅包含单一树脂，因此不可能制造多材料部件。由于新树脂流过待聚合区域之上或之下的等待时间，基于桶的技术也具有生产速度限制。
本公开力图克服现有装置、系统和方法的这些局限性和其它缺点中的某一些并且提供迄今未获得的新特征。
发明内容
为了提供对本发明的基本理解，下面给出了本发明的各方面的总体概述。该概述不是本发明的广泛综述。其目的不在于确定本发明的关键或重要元素，或者描绘本发明的范围。以下概述仅作为以下提供的更详细描述的序言以一般形式呈现本发明的一些概念和公开内容。
本公开的方面涉及一种用于产生三维物体的设备，该设备包括：具有构建平台的支撑组件，该构建平台具有在该构建平台下方限定的构建区域；延伸穿过构建区域的轨道；以及沉积机构，其安装在轨道上并且被配置用于以逐层技术使用可流动树脂在构建平台上产生三维物体。沉积机构包括：滑架，其与轨道接合并且被配置用于沿着轨道移动通过构建区域；安装在滑架上的可流动树脂的供应部；与可流动树脂的供应部连通的滚筒，其中该滚筒可旋转地安装在滑架上并且被配置成用于旋转以将可流动树脂运送到构建区域内的涂覆部位，以用于在滑架穿过构建区域时涂覆以产生三维物体；以及安装在滑架上的曝光装置。曝光装置被配置用于通过出口而朝构建区域内的曝光部位发射电磁波，以使由滚筒涂覆的已涂覆树脂固化以产生三维物体。滚筒对于电磁波是可穿透的，并且曝光装置的出口位于曝光部位下方，使得电磁波在从曝光装置行进到曝光部位时穿过滚筒。该设备也可以被配置用于沉积非树脂材料。
本公开的另外方面涉及一种用于产生三维物体的设备，该设备包括：具有构建平台的支撑组件，该构建平台具有在该构建平台下方限定的构建区域；延伸穿过构建区域的轨道；以及沉积机构，其安装在轨道上并且被配置用于以逐层技术使用可流动树脂在构建平台上产生三维物体。沉积机构包括：滑架，其与轨道接合并且被配置用于沿着轨道移动通过构建区域；安装在滑架上的可流动树脂的供应部；与可流动树脂的供应部连通的滚筒，其中滚筒可旋转地安装在滑架上并且被配置成用于旋转以将可流动树脂运送到构建区域内的涂覆部位，以用于在滑架穿过构建区域时涂覆以产生三维物体；以及曝光装置，其安装在滑架上并被配置用于发射电磁波。该沉积机构还包括多个光纤，所述多个光纤具有以阵列布置的出口端和被配置用于接收来自曝光装置的电磁波的入口端，其中光纤被配置用于使得由曝光装置发射的电磁波行进通过光纤并且从光纤的指向构建区域内的曝光部位的出口端出射，以使由滚筒涂覆的已涂覆树脂固化以产生三维物体。该设备也可以被配置用于沉积非树脂材料。
本公开的其它方面涉及一种用于产生三维物体的设备，该设备包括：具有构建平台的支撑组件，该构建平台具有在构建平台下方限定的构建区域；延伸穿过构建区域的轨道；以及沉积机构，其安装在轨道上并且被配置用于以逐层技术使用可流动树脂在构建平台上产生三维物体。沉积机构包括：滑架，其与轨道接合并且被配置用于沿着轨道移动通过构建区域；安装在滑架上的可流动树脂的供应部；与可流动树脂的供应部连通的滚筒，其中滚筒可旋转地安装在滑架上并且被配置成用于旋转以将可流动树脂运送到构建区域内的涂覆部位，以用于在滑架穿过构建区域时涂覆以产生三维物体；以及曝光装置，其安装在滑架上并被配置用于发射电磁波。沉积机构还包括位于电磁波的路径中的透镜，其中透镜被配置为将电磁波朝构建区域内的曝光部位聚焦以使由滚筒涂覆的已涂覆树脂固化以产生三维物体。该设备也可以被配置用于沉积非树脂材料。
本公开的更进一步的方面涉及一种用于产生三维物体的设备，所述设备包括：容纳可流动材料的桶；位于桶内并位于可流动材料的水平面下方的构建平台，该构建平台具有邻近于该构建平台限定的构建区域；以及沉积机构，其被配置用于通过以逐层技术使可流动材料固化而在构建平台上产生三维物体。沉积机构包括：滚筒，其具有位于可流动材料的水平面下方的表面；以及曝光装置，其被配置用于通过出口而朝构建区域内的曝光部位发射电磁波，以使位于滚筒的表面与构建平台之间的可流动材料固化以产生三维物体。滚筒对于电磁波是可穿透的，并且曝光装置的出口位于曝光部位的上方，使得电磁波在从出口行进到曝光部位时穿过滚筒。
本公开的更进一步的方面涉及一种用于制造三维物体的设备，该设备包括：具有构建平台的支撑组件，该构建平台具有邻近于该构建平台限定的构建区域；以及沉积机构，其可操作地连接到支撑组件并且被配置用于以逐层技术使用可流动材料在构建平台上产生三维物体。沉积机构包括：静态表面，其限定用于涂覆可流动材料的涂覆部位；以及涂覆器，其包括与可流动材料的供给部连通的连续膜并且被配置用于在静态表面上移动以将可流动材料运送到构建区域内的施加部位以用于涂覆以生成三维物体。沉积机构还包括曝光装置，该曝光装置被配置用于通过出口而朝构建区域内的曝光部位发射电磁波，以使由涂覆器涂覆的已涂覆可流动材料固化以产生三维物体。
本公开的其它方面涉及包括如上所述的设备，以及被配置用于控制设备的一个或多个操作以产生物体的计算机控制器的系统。
本公开的其它方面涉及操作上述系统和装置的方法，包括根据需要选择性激活曝光装置以使已涂覆材料固化以产生物体。
根据以下结合附图的描述，本发明的其它特征和优点将显而易见。
附图说明
为了理解本发明，现在将参照附图通过举例的方式对其进行描述，在附图中：
图1是根据本公开的多个方面的用于在操作中产生三维物体的系统和设备的一个实施例的侧面示意图；
图2A和图2B是图1的系统和设备的支撑组件的侧面示意图，在支撑组件上产生三维物体；
图3是根据本公开的多个方面的用于在操作中产生三维物体的系统和设备的另一实施例的侧面示意图；
图4是根据本公开的多个方面的用于在操作中产生三维物体的系统和设备的另一实施例的侧面示意图；
图5A和图5B是根据本公开的多个方面的在操作中的图1的系统和设备的顶部示意图；
图6A和图6B是根据本公开的多个方面的在操作中的图1的系统和设备的侧面示意图，
图7是图1的设备的侧面示意图，还包括二次曝光装置；
图8是根据本公开的多个方面的用于制造三维物体的设备的另一实施例的顶部透视图；
图9是图8所示设备的侧视图；
图10是如图8所示的设备的沉积机构的顶部透视图；
图11是如图10所示的设备的沉积机构的顶视图；
图12是根据本公开的多个方面的与图8的沉积机构一起使用的收集器的一个实施例的透视图；
图13是被示出为结合根据本公开的多个方面的曝光装置的一个实施例操作的图12的收集器的示意图；
图14是根据本公开的多个方面的曝光装置的另一个实施例的侧面示意图；
图15是根据本公开的多个方面的用于在操作中产生三维物体的设备的另一个实施例的透视图；
图16是图15的设备的沉积机构的侧视图；
图17是图16的沉积机构的分解图；
图18是图16的沉积机构的透视图；
图19是根据本公开的多个方面的被配置用于组件的模块化连接的沉积机构的另一个实施例的侧面示意图；
图20A和图20B是根据本公开的多个方面的用于在操作中产生三维物体的设备的另一实施例的侧面示意图；
图21是根据本公开的多个方面的用于在操作中产生三维物体的设备的另一实施例的侧面示意图。
图22是根据本公开的多个方面的用于在操作中产生三维物体的设备的另一实施例的侧面示意图。
图23是根据本公开的多个方面的用于在操作中产生三维物体的设备的另一个实施例的侧面示意图。
图24A是根据本公开的多个方面的用于在操作中产生三维物体的设备的另一实施例的侧面示意图。
图24B是根据本公开的多个方面的用于在操作中产生三维物体的设备的另一实施例的侧面示意图。
图25是根据本公开的多个方面的用于在操作中产生三维物体的系统和设备的另一实施例的侧面示意图。
图26是根据本公开的多个方面的控制器的示意图。
图27是根据本公开的多个方面的涂覆器和可流动材料的供应部的另一个实施例的顶部示意图；
图28是根据本公开的多个方面的用于在操作中产生三维物体的系统和设备的另一实施例的侧面示意图；以及
图29是根据本公开的多个方面的用于在操作中产生三维物体的设备的另一个实施例的侧面示意图。
具体实施方式
虽然本发明能够以许多不同的形式实施，但是在附图中示出并且在此将详细描述本发明的某些实施例，应理解，本公开应被视为本发明的原理的示例并且不旨在将本发明的广泛方面限制于所示出和描述的实施例。
大体而言，本公开涉及用于以逐层技术(诸如，增材制造、3D打印、立体光刻或其它快速成型技术)制造三维物体的系统、设备和方法。首先参考图1，示意性地示出了系统10的示例实施例，其包括制造设备12和计算机控制器100，该计算机控制器与设备12的一个或多个部件通信并且被配置用于控制设备12和/或其部件的操作以制造物体11。设备12包括：支撑组件20，用于在制造期间将物体11支撑在构建区域13内；延伸穿过构建区域13的轨道14；以及材料沉积机构30，其安装在轨道14上并且被配置用于通过逐层涂覆材料来在构建区域13内产生物体11。由沉积机构30涂覆的材料可以是能够例如通过聚合、相变、烧结和其它技术或这些技术的组合固化以制造物体11的任何可流动材料(例如，液体、粉末或其它颗粒固体及其组合)。在一个实例中，材料可以是或包括可通过曝光于诸如如光(可见光、IR或UV)的电磁波而聚合的树脂。当使用基于树脂的材料进行制造时，沉积机构30可以被称为“树脂沉积机构”。图3-4和图25示出了系统10和设备12的附加示意性实施例，并且图8-13和图15-19示出了设备12的结构性实施例。图2A-B、图5A至图7、图14和图20至图29示出用于系统10和设备12的操作的部件和/或方法和配置的示意性实施例。贯穿本描述使用一致的附图标记来指代整个附图中的在结构上或功能上相似的或相同的部件，并且应理解，为了简洁起见，已经足够详细地描述的一些实施例的特征和方面相对于每个实施例可能不被具体地重新描述。
通过增材制造来产生物体11通常涉及产生支撑结构，该支撑结构在制造期间形成的并且在制造期间支撑物体11以在稍后移除。这种支撑结构可以由与物体11的期望的最终部分相同或不同的材料形成。可以使用机械手段(例如，分离、断裂、加工)，基于溶剂的手段(例如使用可以被冲走的水溶性聚合物)或其它手段实现这种支撑结构的移除。如本文所述的与物体11一起制造的任何支撑结构将被认为是如本文所定义的“物体”的一部分。
支撑组件20通常至少包括构建平台22，该构建平台22被配置成在制造期间支撑在构建区域13内的物体11。构建区域13被限定在与构建平台22相邻的区域中，构建区域在图1的实施例中紧邻构建平台22的下方。如图1中的支撑组件20包括支撑平台24，支撑平台24在竖直方向(z)上可移动并且支撑限定构建平台22的可移除插件26。在某些实施例中，插件26可通过机械连接器(诸如如图1和图2所示的夹具28)或其它机械结构、或各种其它可移除连接机构(诸如真空抽吸、磁吸引、可释放粘合剂)以及这些机构的组合可移除地连接到支撑组件20。在一个实施例中，如图2A和图2B所示，插件26主要通过由真空设备21施加真空吸力而可移除地连接到支撑组件20，在发生故障、停电等情况下，夹具28用作备用或冗余连接结构。如图2A所示，当物体11将由支撑组件20支撑时，诸如在制造期间，真空设备21向插件26施加抽吸，并且使夹具28闭合以将插件26保持与支撑平台24连接。如图2B所示，当要移除物体11时，停止真空抽吸并且释放夹具28以允许从支撑组件20移除插件26和物体11。插件26可以是柔性的，以便在移除之后使物体11从插件26释放变得容易。此外，可以理解的是，可以存在用于构建平台22的其它可移除配置，并且用于构建平台22的其它可移除配置可以或可以不使用可定义的支撑平台24。例如，在图8-11和图15-19的实施例中，整个支撑平台24是可移除的，以允许从支撑组件20移除构建平台22。还应理解的是，可以从构建平台22移除物体11而不移除构建平台22，并且在其它实施例中构建平台22可以不包括可移除结构。
在一个实施例中，支撑组件20和轨道14可以是部分或完全模块化的。图8-11的实施例中的支撑组件20和轨道14以这种方式配置。这允许根据需要容易地构建和修改整个设备12。即使设备12明显大于房间的门(这可能是当前立体平版印刷机的问题)，这也允许组装或拆卸设备12以将其移入或移出房间。
图8-11和图15-19的实施例中的支撑组件20包括垂直定位机构23，这些垂直定位机构23被配置为在制造期间改变构建平台22的高度，如本文其它地方所述。在图8所示的实施例中，垂直定位机构23包括：多个顶杆螺钉25，其位于支撑组件20的相对两侧处；以及支撑框架27，其接合顶杆螺钉25，并且连接到支撑平台24并支撑该支撑平台24。支撑平台24(并且由此构建平台22)的垂直移动通过顶杆螺钉25的旋转来实现，并且可以理解的是，顶杆螺钉25的螺纹可以成角度，以允许构建平台22的竖直位置的精细增量变化。顶杆螺钉25的旋转可由马达组件(未示出)驱动并且由控制器100控制。在图15的实施例中，垂直定位机构23包括位于支撑组件20的四个角处的四个垂直驱动机构29，其中支撑框架27接合垂直驱动机构29并且连接到支撑平台24并支撑该支撑平台24。图15的垂直驱动机构29可以是如本文所述的顶杆螺钉，或者可以使用不同的机械结构，诸如链条、缆绳、皮带、齿轮、链轮、轮子等。垂直驱动机构29可以由马达组件(未示出)驱动并且由控制器100控制。
图1示意性地示出了沉积机构30的一个实施例，该沉积机构30通常包括：滑架32，其与轨道14接合并且被配置为沿着轨道14移动并且穿过构建区域13；可流动材料36的供应部34，其安装在滑架32上或以其他方式可操作地连接到滑架32；涂覆器40，其与可流动材料36的供应部34连通并且被配置为将可流动材料36涂覆到构建区域13内的涂覆部位41；以及曝光装置50，其被配置用于发射电磁波以使所涂覆材料36固化以形成物体11。涂覆部位41通常被定义为材料36接触沉积表面的区域，即，构建平台22或物体11的表面。在本文中示意性地并且相对于特定结构实施例描述了沉积机构30的各种实施例。图3和图4示意性地示出了共有与图1的实施例一样的许多特征的沉积机构30的实施例，并且为了简洁起见，图3和图4的实施例的某些方面以仅相对于它们与图1的实施例的区别来描述。图8-13和15-18示出了制造设备12和沉积机构30的附加实施例，制造设备12和沉积机构30包括比示意性描述更详细并且可具有相似或不同功能的结构。
滑架32被配置成沿着轨道14移动，以在制造期间使沉积机构30移动通过构建区域13。轨道14通常被配置用于引导沉积机构30的滑架32穿过构建区域13以产生物体11。设备12可以包括用于支撑设备12的轨道14和其它部件的基础框架19，如图8-11和图15-19所示。轨道14和滑架32可以具有互补的接合结构以允许滑架32沿轨道14移动。例如，在图8-11和图15-19所示的实施例中，轨道14包括两个平行梁15，并且滑架32和轨道14具有互补的齿轮表面33，该互补的齿轮表面允许滑架32通过齿轮表面33在滑架32上的旋转而沿横梁15滚动。在图8-11和图15-19的实施例中，滑架32被提供动力以便齿轮表面33旋转，并且在各种实施例中可以以其它方式(诸如通过轮子或其它齿轮装置等)被提供动力以便移动。在其它实施例中，用于移动的动力可以由可以并入或可以不并入轨道14中的外部机构(诸如链条、缆绳、皮带、链轮、活塞)等提供。在图15中示出了驱动马达39的示例。由于具有不同粘度和/或凝固速率的材料36可以受益于更快或更慢的驱动速度，因此可根据材料36的性质来调节滑架32的速度。滑架32可以被配置成支撑沉积机构30的其它部件，使得其它部件与滑架32一起移动。例如，在图1、图3和图4的实施例中，滑架32至少支撑涂覆器40、曝光装置50和材料供应部34。应当理解，这些实施例被示意性地描绘，并且滑架32也可以支撑附加的部件，包括控制器100和/或其它未画出的部件。如本文其它地方所述，滑架32也可以被配置用于组件的模块化连接。控制器100可以被配置为控制滑架32的操作、速度、高度和其它方面。
在图1、图3-4、图8-13和图15-19的实施例中，涂覆器40包括滚筒42或者是呈滚筒42的形式，滚筒42与材料供应部34连通或接触。在这些实施例中，滚筒42是圆柱形的并且具有与供应部34接触的圆柱形外表面43。在图1和图3的实施例中，滚筒42是中空的或者具有内腔，但是可以替代地是实心圆柱体，例如在图3-4的实施例中。滚筒42旋转，使得材料36被拾取在滚筒42的外表面43上并且被运送到涂覆部位41以用于制造物体11。滚筒42可以通过各种机构(诸如齿轮、链轮、轮子、皮带等)中的任何机构被提供动力以用于旋转。在一个实施例中，滚筒42被配置用于与滑架32的移动一起旋转，即，使得滚筒42的顶部沿与滑架32的移动相反方向并且以与滑架32的移动大致相同的速度移动。这在图1和图3-4中示意性地示出，并且避免对物体11的表面和所涂覆材料36上的拖曳和/或剪切。在另一个实施例中，滚筒42可以被配置成以不同的速度(即，比平移移动速度更快或更慢)旋转横跨沉积表面。可以想到的是，使滚筒42比平移移动速度更快地旋转可以通过相对于在滚筒表面43上的材料36增加在沉积表面处的材料36的曝光时间来改善材料36在沉积表面处的固化。滚筒42还可以由对于曝光装置50发射的电磁波可穿透的材料制成，使得这些波可以相对稳定地穿过滚筒42。涂覆部位41通常被限定在滚筒42的外表面43与沉积表面(即构建平台22或物体11的表面)之间。滚筒42的外表面43与沉积表面之间的间距可以限定沉积的材料36的厚度以及固化的材料层38的最终厚度。应理解，滚筒42的材料可以根据电磁波的特定波长来定制以确保足够的穿透性。在另一个实施例中，涂覆器40可以具有不同的配置，并且可以使用不同的机构将材料36运送到涂覆部位41。涂覆器40相对于构建平台22可以进一步具有不同的取向，诸如图25所示。
在图1、图3-4、图8-13和图15-19的实施例中，供应装置34被配置为与滚筒42相接触的可流动材料36的桶，使得滚筒42的旋转将材料36运送到涂覆部位41。在该配置中，可流动材料36应该具有足够的粘度，以使得滚筒42能够将未固化的可流动材料36的连续层运送到涂覆部位41。可流动材料36的期望粘度可以取决于期望的构建速度或滚筒42的旋转速度，或取决于滚筒42的水平面相对于供应部34中的材料36的水平面。较慢的旋转速度和/或较低的桶材料36水平面可能需要较高的粘度材料36。可以理解的是，曝光装置50的功率可能需要更慢或更快的速度，因为更强大的波53可以使材料(例如，聚合树脂)更快速地固化。在另一个实施例中，供应部34可以更复杂，诸如通过包括注射器或喷嘴来迫使材料36到滚筒42上。在图15-19的实施例中，供应装置34包括流体连接器35，该流体连接器35可以允许附加材料36的容器的可移除连接，以重新填充或保持桶中的材料36的水平面。此外，如果涂覆器40的配置改变，则可流动材料36的供给部34可以被不同地配置，并且供给部34可以被配置成与涂覆器40的设计兼容，或者反之亦然。
在一个实施例中，如图27所示，供应装置34可配置成保持多种可流动材料36A-E以允许沉积机构30同时用不同的材料36A-E构建多个物体11或用不同材料36A-E构建单个物体11。如图27所示，供应装置34可以被配置为具有分隔部37以分隔不同材料36A-E的桶。分隔部37可以是可调节的，以根据需要改变不同材料36A-E的比率和边界。应该理解，使用如本文所使用的“不同材料”的描述也可以使得能够使用具有不同着色的相同材料。
曝光装置50通常被配置为发射电磁波53以使所涂覆的材料36固化以形成物体11。可以基于待固化的材料36和固化的速度或机制来选择电磁波的波长和强度。例如，当使用光固化树脂作为材料36时，曝光装置50可以被配置为发射具有固化/聚合树脂的合适波长的光(可见光、IR、UV等)以形成固化材料层38。作为另一示例，如果使用烧结工艺来使可流动材料36固化，则由曝光装置50发射的波53可以具有足够的能量来烧结材料36以形成固化的材料层38。曝光装置50还可以包括各种部件和结构，以将发射的波指向构建区域13内的曝光部位51，其中材料36曝光于曝光部位51处的波。波可以被导引，使得在一个实施方式中，曝光部位51大致位于涂覆部位41处，或者使得在另一个实施方式中，曝光部位51与涂覆部位41偏离(在行进方向上在涂覆部位41前方或后方)。图1和图3(用实线)示出了大致在涂覆部位41处被指向曝光部位51的波53，并且(用虚线)进一步示出波53向后或向前偏离涂覆部位41交替地被指向曝光部位51。图4示出了波53向后偏离涂覆部位41被指向曝光部位51。
通常，曝光装置50被配置用于使得由曝光装置产生的波通过出口54出射并且指向曝光部位51的特定区域，以允许在沉积机构30经过时在曝光部位51的选定区域处使材料36选择性地固化。在一个实施例中，曝光装置50是曝光组件60的一部分，该曝光组件60包括被设计成将波53朝曝光部位51导引和/或聚焦的部件。出口54可以以阵列55布置，并且沿着阵列55的特定的出口54可被选择性地被激活以使材料36的部分选择性地固化，如图5A和图5B所示。图5A和图5B示出激活的出口56为变暗，而未激活的出口57为变亮。如图5A和图5B所示，当滚筒42到达物体11的形状或轮廓改变的点时，激活的出口56和未激活的出口57被改变。如本文所述，出口54的选择性激活和去活可由控制器100控制。图5A和图5B中的阵列55被示出为单个水平行的出口54。在其它实施例中，阵列55可以例如以多个偏移的水平行而不同地布置。使用阵列55中多行可以允许出口54之间的横向间距比使用单行更近。图14中的阵列55可以类似地根据这些实施例中的任一个来配置和布置。
如上所述，波53可以在它们到达曝光部位51的路径上穿透滚筒42。在图1的实施例中，出口54位于滚筒42的内部，并且发射的波53在它们到达曝光部位51的路径上穿透滚筒42的表面。在图1的实施例中，曝光装置50本身可以位于滚筒42内，或者曝光装置50可以位于滚筒42的外部，其中，如在图8-13的实施例中，出口54位于滚筒内那样。在图3的实施例中，出口54位于滚筒42的下方，并且发射的波53在它们到达曝光部位51的路径上完全穿透滚筒42。图15-18的实施例被类似地配置。在这种配置中，沉积机构30可以包括窗口44，窗口44被配置成允许波53穿过供应桶34的壁，如图16-17所示。诸如刮板、垫片或其它密封结构的附加结构可用于抵抗滚筒42和窗口44之间的树脂进入。在图4的实施例中，出口54定位并且被指向位于涂覆部位41正后方的曝光部位51，并且波53在本实施例中不需要穿过滚筒42。可以理解的是，如果需要的话，则可以导引图4中的实施例中的波53穿过滚筒42的一部分。
在一个实施例中，曝光装置50是作为波53源的诸如数字光处理(DLP)投影仪的投影仪，并且曝光组件60还可使用光纤61来将波53指向曝光部位51，如图8-13所示。在该实施例中，投影仪50被配置用于使得由投影仪50发射的光进入光纤61的入口端62，沿着光纤61向下行进，并且通过光纤61的指向曝光部位51的出口端63出射。在这个实施例中，出口54由光纤61的出口端63形成，并且可以位于滚筒42内部并且被布置成在滚筒内部的阵列55，如图1、图5A-B和图8-12所示。在这样的实施例中，光纤61可以从圆柱体的一端或两端延伸到滚筒42中，并且在这种情况下可以在光纤61周围使用合适的密封和支撑部件。例如，在图8-12的实施例中，光纤61的出口端63可以通过壳体或类似结构67(参见图5A-5B)聚集并且被保持在适当位置。如图13所示，曝光组件60还可以使用聚焦机构66以在光波53从光纤61的出口端63出射之后使光波53聚焦。在一个实施例中，聚焦机构66包括位于光纤61的出口端63与物体11之间的微透镜阵列64，诸如自聚焦透镜阵列(SLA)透镜，其使波53聚焦并且避免在到曝光部位51的路径上衍射。图8-12示出了通过支架65将微透镜阵列64保持在滚筒42内的适当位置。在其它实施例中，可以使用各种其它透镜、反射镜和其它聚焦设备。应该理解，这样的聚焦机构66可以用在本文描述的其它实施例中，诸如图3、图4、图15-18和图25的实施例。
图8-13的实施例中的曝光组件60使用与光纤61的入口端62接合的收集器70以将入口端62相对于曝光装置50固定在适当位置，使得波53在收集器70处进入光纤61的入口端62。收集器70的一个实施例在图12中示出并且在图13中示意性地示出。收集器70包括框架71，该框架71接合光纤61的入口端62并且将入口端62保持在腔室或通道72内，窗口73(其在一个实施例中可以被配置为透镜)定位在通道72的端部处。从曝光装置50出射的波53穿过窗口73进入光纤61的入口端62。透镜66A可以定位在曝光装置50和窗口73之间以在这个阶段聚焦波53。框架71相对于曝光装置50牢固地保持在适当位置，使得光纤61的入口端62不会相对于曝光装置50移动。这种固定的相对定位允许曝光装置50通过使用像素映射选择性地激活和去活出口54。换句话说，每个光纤61的入口端62都被映射到曝光装置50的一个或多个指定像素，使得激活指定像素导致由指定像素发射的波53沿着光纤61传播，由此激活与该光纤61相关联的出口54。像素映射还包括每个光纤61的出口54所指向的曝光部位51的特定区域的映射。在一个实施例中，在使用DLP投影仪作为曝光装置50的情况下，每个光纤61都被映射到DLP投影仪的多个像素(可能数百个或更多)。在这样的配置中，可以发生多个像素丢失或未激活，而不影响光纤61维持足够的功能和功率以进行操作的能力。如本文所述的收集器70和光纤61的使用实现了二维投影转换为大致一维(线性)曝光。该映射可以存储在计算机存储器中并且由计算机处理器执行，诸如由控制器100执行。
在另一个实施例中，曝光装置50是LED 59的阵列55的形式，其起到波53源的作用，如图14所示。LED 59可以被设计成发射具有适当波长和强度的波53以使材料36固化。LED59的阵列55可以如图14所示被定位在滚筒42内，或者如本文所述在滚筒42的外部，并且可以使用如本文所述的聚焦机构66。在任何一种情况下，如上所述的出口54处的微透镜阵列64可帮助使波53聚焦。本实施例中的每个LED 59构成独立的出口54，其指向曝光部位51的特定区域，并且LED 59可以被选择性地激活和去活，以将曝光部位51的特定区域曝光给波53。激活的LED 59构成激活出口56并且在图14中被示为变暗，并且未激活的LED 59构成被显示为亮的未激活出口57。如在图14中所看到的，与激活的出口56对齐的材料36正被固化以形成层38。LED 59可以被映射到它们所指向的曝光部位51的特定区域，并且该映射可以被存储在计算机存储器中并且由计算机处理器执行，诸如由控制器100执行。如果LED 59位于滚筒42的外部，则可以将多个光纤61与LED 59结合使用，形成出口54。每个LED 59在该配置中可以被映射到单根光纤61。在另外的实施例中，可以使用不同类型的曝光装置50，并且沉积机构60可以包括被配置为将来自曝光装置的波53指向曝光部位51的适当区域的部件。例如，在图15-19的实施例中，曝光装置50是激光器的形式，并且包括透镜和/或反射镜的聚焦机构66被用于聚焦光束。图16-17中的聚焦机构66包括一个或多个透镜66A和一个或多个反射镜66B。
在设备12的操作期间，对于所沉积的物体11的每个新层38必须改变涂覆器40与沉积表面之间的间隔。图1、图3-4、图8-11和图15-19的实施例中的涂覆器40被取向为使得滚筒42垂直定位在沉积表面下方并且在滚筒42的竖直上方形成层38。在该实施例中，相对垂直(即，Z轴)平移在连续层38的制造期间在涂覆器40和沉积表面之间发生。这种垂直平移例如在图6A和图6B中示出，图6A和图6B示出了沉积机构30从左到右进行第一次通过(图6A)以沉积第一层38，以及从右到左进行第二通过(图6B)以沉积第二层38，其中第一次通过和第二次通过之间的垂直平移用虚线表示。这种定位的相对变化可以使用一种或多种不同的方法和机制或其组合来完成。在图8-11和图15-19的实施例中，可以通过使用如本文所述的垂直定位机构23来改变构建平台22的高度来完成该垂直平移。在另一个实施例中，该垂直平移可以代替地通过改变轨道14的高度来实现，这可以使用如本文描述的类似的垂直定位机构23来完成。在另一个实施例中，沉积机构30可以包括用于诸如通过升高或降低涂覆器40和/或整个机架32来改变涂覆器40相对于构建平台22的竖直位置的机构。例如，在图20A-B的实施例中，沉积机构30每个都能够通过相对于轨道14升高或降低滑架32相对于轨道14垂直平移通过有限的运动范围。这种垂直平移可以通过在预先设定的垂直位置之间切换滑架32来完成，诸如通过相对于滚筒42垂直移动与轨道14接合的驱动结构。在该实施例中，构建平台22相对于涂覆器40的主垂直移动通过如本文所述的构建平台22的移动来完成，以及沉积机构30的垂直定位范围允许多个沉积机构30穿过构建区域13而不调整构建平台22的位置，这更加耗时。在本文中进一步详细描述这些实施例的操作。
沉积机构30可以包括另外的附加部件以提供制造高质量物体11的附加功能。应该理解，这里的任何示例性实施例可以包括这些附加部件的任何组合，即使没有具体示出于此。例如，沉积机构30可以包括一个或多个二次曝光装置80，其被配置为在移动方向上跟踪涂覆器40，如图7所示。二次曝光装置80发射额外的电磁波53以使材料进一步固化，该波53可以具有与来自曝光装置50的波53相同或不同的波长和强度。在一个实施例中，二次曝光装置80确实不需要精确地聚焦，因为对于待照射的物体11的整个表面是可接受的。在该配置中，来自曝光装置50的波53可以被配置为仅固化足以形成稳定层38的材料36(称为“生坯状态”)，并且二次曝光装置80然后将层38进一步固化达到所需的最终固化程度。与现有的工艺相比，这提供了显著的效率优势，其中物体11通常在生坯状态下生产并且需要随后的单独照射步骤以完全固化。图15-19的实施例包括两个二次曝光装置80，以允许在滑架32沿两个相反方向行进而不进行180°转向时层38的二次曝光。对于滑架32的每次通过，前面的二次曝光装置80可以被去活，而后面的二次曝光装置80是激活的，或者两个二次曝光装置80都可以是激活的。二次曝光装置80的部件80A在图16中示出。控制器100可以控制(一个或多个)二次曝光装置80的激活。
作为另一个示例，沉积机构30可以包括被配置成去除多余的和/或未固化的材料的一个或多个材料去除机构，例如一个或多个刮板81或一个或多个非接触式真空刮板82。例如，图15-19中的实施例包括位于滚筒42的交替侧上的两个刮板81，这两个刮板81在固化过程之后擦拭层38的表面以去除多余的和/或未固化的材料36。在一个实施例中，刮板81可以被配置成升高和降低，使得只有后刮板81接合物体11的表面，该操作可由控制器100控制。作为另一个示例，图15-19还包括位于滚筒42的交替侧上的两个真空刮板82，这两个真空刮板82通过施加真空气流在固化过程之后吹走或吸走过量的和/或未固化的材料36。真空刮板82的部件82A-B在图16中示出。在一个实施例中，真空刮板82可被配置成激活和去活，使得只有后面的真空刮板82影响物体11的表面，该操作可以由控制器100控制。图8-11的实施例包括配置为与图15-19的实施例中的那些刮板相似的刮板81和真空刮板82。
在其它实施例中可以包括另外的部件。在一个实施例中，一个或多个附加部件83可模块化地连接到滑架32并且可模块化地彼此连接以提供期望的功能，如图19所示。诸如紧固件、夹具、互锁结构(例如，舌/槽)的可拆卸连接件或其它结构可用于实现这些模块化连接。如图19所示，附加部件83中的每一个都可连接到滑架32并且可连接到每个其它的附加部件83的外侧，以便提供完全模块化和可定制的结构。这样的附加部件83可以包括一个或多个如本文所述的二次曝光装置80、刮板81或真空刮板82。这些附加部件83还可以包括其它功能部件，诸如溶剂或液体清洗设备、机械擦拭器/清洁器、着色涂覆器或用于附加材料沉积的设备。在这种配置中使用的着色涂覆器可以允许在逐层的基础上涂覆着色，使得最终物体11具有内部地穿透物体11的厚度的着色而不是简单地表面涂层。用于附加材料沉积的设备可以包括用于在物体11的主体内沉积导电材料或迹线的设备，从而向物体11提供导电性和/或电路功能性。
设备12可以被配置为使用多个沉积机构30和/或多个涂覆器40依次穿过构建区域13，如图20-23所示。图20-23中的多个沉积机构30被图示为连接到相同的轨道14，但是在另一个实施例中可以使用多个轨道14。在一个实施例中，如图20A-B所示，多个沉积机构30可被配置成顺序地穿过构建区域13，其中每个沉积机构30具有处于不同垂直位置的涂覆器40。不同的涂覆器40的位置在图20A-B中用虚线表示，并且每个相继的沉积机构30与先前的沉积机构30相比间隔得较低。可以使用本文其它地方描述的垂直定位结构来实现该配置。应该理解，多个沉积机构30之间的垂直定位的差异可以与每个涂覆层38的期望厚度基本相同。如图20A所示，穿过构建区域13的多个沉积机构30各自在不需要重新定位支撑组件20的单次通过中沉积层38，一层接一层叠置。这种配置导致倍增的效率和时间节省，因为图20A中的每次通过沉积的层数为使用单个沉积机构30的单次通过层积的层数3倍。此外，多个沉积机构30可以被配置成在对构建平台22进行重新定位之后以相反的顺序调节它们的高度，以使得沿相反的方向的通过能够沉积三个附加层38，如图20B所示。在另一个实施例中，支撑组件20可以被配置用于快速调节构建平台22在每次沉积机构30通过之间的定位，以便能够多次通过，如图22所示。在另一个实施例中，轨道14可以布置成环形或圆盘传送带配置，以能够使得一个或多个沉积机构30在相同的相对构建平台22高度处通过，而不颠倒(一个或多个)沉积机构30的方向。这可以消除重新调节沉积机构30相对于彼此的相对高度的必要性，并且仅需要相对于轨道14调节构建平台22。这也可以消除对诸如二次曝光装置80、刮板81、真空刮板82等的允许相反方向的通过的重复部件的需要。轨道14的环路可以是水平的、垂直的或更复杂的配置。当使用多个沉积机构30时，所有沉积机构30可以使用相同的材料36，或者不同的沉积机构30可以被配置为涂覆不同的材料36。由于不同材料36的性质差异，沉积机构30可能需要以不同的速度通过。如本文所述的自推进滑架32允许这种操作。此外，轨道14可以包括具有用于未使用的沉积机构和轨道切换机构的休息区的复杂结构(未示出)，以允许根据需要在沉积机构30之间进行切换。
在另一个实施例中，多个沉积机构30可以被配置为如图20A-B所示依次穿过构建区域13，其中沉积机构30具有处于相同垂直位置的涂覆器40。这可以用来构建物体11的同一层的不同部分，并且具体地，沉积机构30可以被配置为在层中沉积不同的材料36。例如，不同的沉积机构30可以产生具有不同颜色的部分，或者一个沉积机构30可以产生物体11的主体，而另一个沉积机构产生稍后被移除的支撑结构。
在另一个实施例中，如图21所示，单个沉积机构30可以包括位于不同高度的多个涂覆器40，以限定分开的涂覆位置41，使得用于由一个或多个曝光装置50发射的波53的足够的出口54为每个涂覆器40限定单独的曝光部位51。多个涂覆器40可以配置有可流动材料36的单个供应部34或一个或多个可流动材料36的多个供应部34，并且应理解，如果需要，其它部件可以被复制。图21中的滚筒42在一个实施例中可以相对于彼此垂直地调节。
在其它实施例中，如图24A-B所示，单个或多个沉积机构30可以被配置用于诸如通过使用多个构建平台22或在相同构建平台22上构建的多个物体11以单次通过构建多个物体11，使得每个单独的物体11具有供轨道14穿过的单独的构建区域13。如图24A所示，多个沉积机构30可以在单次通过中将多个连续层38涂覆到多个物体11。如图24B所示，多个沉积机构30可以在单次通过中将相同层38的不同部分涂覆到多个物体11中的每一个。该配置对于需要将多种材料沉积在同一层中的部件特别有用，诸如对于多材料物体11或包括与将随后移除的物体11一起制造的支撑结构的物体11。可以理解的是，构建平台22相对于涂覆器40的高度可以如本文所述在通过之间被调节。另外，如图20-23所示连同如图24所示的实施例，使用多个沉积机构30和/或多个涂覆器40可以实现双倍效率和时间节省。此外，如图20-23所示结合图24A或图24B所示的实施例，使用多个沉积机构30和/或多个涂覆器40可以使得多个相同物体11的不同部分能够在每个沉积机构30的单次通过中同时制造。例如，第一沉积机构30可以装载有用于制造物体11的第一部分的第一材料36，并且第二沉积机构30可以装载有用于制造物体11的第二部分的第二材料36，并且如图24A-B所示，这些沉积机构30中的每一个可以都被配置成使得单次通过依次在多个相同物体11上的相同位置上沉积所需材料36的层38(或部分层)。应该理解，如果使用不同的材料36，则不同的沉积机构30还可以包括不同的曝光装置50。
图28示出了根据本文描述的实施例的利用设备12和沉积机构30来制造一个或多个物体11的系统10的另外的实施例。具体地说，图28的实施例可以被配置为依次产生多个物体11，类似于图24的实施例。图28的实施例中的每个沉积机构30都可以被配置为具有单独的子控制器的自主单元90，其中用于所有单元90的所有子控制器都与控制器100集成，使得控制器100控制子控制器并且由此控制所有单元90。每个单元90可以还包括沉积机构30和驱动机构91，驱动机构91被配置用于在制造期间使单元90向四周移动。如图28所示，单元90全部连接到圆盘传送带92，该圆盘传送带使单元90向四周移动到多个站。这些站可能每个都是为了专门的目的而配置的。例如，一些站可以是制造站，其中单元90穿过一个或多个构建区域13以便在一个或多个构建平台22上制造一个或多个物体11。这些站还可以包括机器人部件，诸如机器人臂，其将工作平台22保持在适当位置以便通过单元90进行构建。其它站可以是维护站，诸如被配置用于向单元90再填充供应部34的站。圆盘传送带92可以具有如本文所述的一个或多个轨道14，以用于在构造期间引导单元90的移动。驱动机构91可以是多功能的，使得单元90是自主驱动的，并且能够与轨道14接合和脱离并且在不处于建造过程中时与轨道14分开地移动，诸如以用于访问重新填充站或维护站。在图28所示的配置中，每个单元90都可以装载有不同的材料36，以用于制造单个物体11的不同部分或不同的物体，如上面关于图24所描述的。这种配置因此提供了快速制造一系列物体11(要么是相同的物体11，要么是不同的物体11)的能力。
图29示出了利用设备12和具有与本文所述的滚筒42不同的涂覆器40的沉积机构30来制造一个或多个物体11的系统10的附加实施例。在图29的实施例中，涂覆器40包括可移动膜84，该可移动膜84与可流动材料36的供应部34连通并且通过横向移动将可流动材料36运送到涂覆部位41以形成物体11的层38。图29中的沉积机构30具有静态表面85，该静态表面限定涂覆部位41的位置和如上所述的涂覆层38的厚度，并且膜84通过在静态表面85上移动而将材料36运送到涂覆部位41。静态表面85由图29中的圆柱体形成，但是在其它实施例中，可以由脊或其它结构形成。图29中的沉积机构在涂覆部位41的相对侧上还具有两个滚筒86，这两个滚筒根据运动方向用作卷取站或供应站。例如，在图29中，沉积机构如所指示的从左向右移动，并且膜84从右向左移动，其中左侧滚筒86用作卷取站并且右侧滚筒86用作供给站。这种情况当从右向左移动时是相反的。还包括其它部件，诸如用于膜84的引导滚筒87或其它引导件；在到达卷取滚筒86之前从膜84去除可流动材料36的刮板81或其它材料去除装置；以及用于清洁储存在滚筒86上的膜84的清洁站88。虽然滑架32在图29中未示出，但是可以理解的是，所有这些部件都可以如本文所述的安装在滑架32上。如图29所示，尽管曝光装置50或其至少其出口54可位于静态表面85之下且在限定静态表面85的圆柱体内，但是在此所述的曝光装置50及其出口54的任何配置和定位可以结合该实施例使用。在所示的配置中，来自曝光装置50的波53穿过路径上的静态表面85和膜84到达曝光部位51。在另外的实施例中，静态表面85可以具有允许波53在不通过静态表面85的情况下传递到曝光部位51。在另一个实施例中，静态表面85可以具有安装在这样的间隙内的出口54的阵列55，该间隙可以使出口54紧邻曝光部位51，不需要镜头或其它聚焦设备。
图25示出了使用可流动材料36的传统桶供应部34并且沉积机构30定位在构建平台22上方的系统10和设备12的替代实施例。在该实施例中的沉积机构30通常包括滑架32，该滑架32被配置用于连同滚筒42和曝光装置50沿着轨道14移动，曝光装置发射波53，波53在它们到达曝光部位51的路径上穿过滚筒42。在该实施例中，滚筒42不像在图1和图3-4中用作涂覆器，而是与前述实施例类似限定了材料36的涂覆层38的厚度。这样，该实施例中的滚筒42用作层限定机构，并且在其它实施例中可以为此使用不同配置的结构，诸如沿着或穿过材料36滑动的块形状。图25中的构建平台22和相关联的结构可以被配置为具有如本文其它地方所述的可移除结构。另外，沉积机构30和/或构建平台22可以具有用于构建平台22和滚筒表面42的相对竖直位置调节的调节机构(未示出)。调节机构可以包括本文描述的结构和/或在现有的基于桶的快速成型技术中所使用的结构，诸如将构建平台22逐渐更深地移动到桶供应部34中。如果需要，该实施例使得物体11能够在可流动材料36的表面下方被制造，具有可控层38厚度。然而，该实施例不提供本文描述的其它实施例的一些优点，诸如消除了维持可流动材料36的大桶供应部34的要求。应理解的是，图25的实施例可以包括本文描述的附加结构、部件和特征。例如，图25所示的系统10还包括控制器100，该控制器如本文所述的被配置用于控制和/或监视设备12的部件。作为另一示例，曝光装置50或其至少其出口54在图25中被示出为位于滚筒42的内部，但是在另一个实施例中，曝光装置50也可以与图3的曝光装置相同地配置以完全突出通过滚筒42。
在另一个实施例中，如本文所述的设备12可以被封闭在可以被温度控制、压力控制、湿度控制和/或填充有特定气体(包括气体混合物)的密封室内。温度、压力和湿度控制可能会影响建造速度，从而提高效率。另外，设备12具有构建空心密封物体11的能力，并且因此选择环境气体可以允许生产填充有特定气体的空心密封物体11。例如，充满惰性气体的这种物体11可以用于例如航空航天应用。
系统10还包括控制器100，该控制器被配置用于控制和/或监视设备12的一个或多个机构的操作，包括在此描述的多个示例。在本发明的一个实施例中，控制器100可以用诸如计算机2602的计算机系统来实施。计算机2602包括控制计算机的总体操作的中央处理器2604和将中央处理器210连接到下述的部件的系统总线2606。系统总线2606可以用各种常规总线体系结构中的任何一种来实现。
计算机2602可以包括用于读取和写入数据或文件的各种接口单元和驱动器。例如，计算机2602可以包括将存储器驱动器2610联接到系统总线2606的存储器接口2608。存储器驱动器2610可以用物理存储器装置、磁存储器装置、光学存储器装置或其它类型的存储器装置来实施。存储器驱动器2610可存储用于产生如本文所述的三维物体的数据、CAD文件以及其它电子文件。系统存储器2612可以被包括在传统计算机可读介质存储器中并且被该传统计算机可读介质存储器实施，该传统计算机可读介质存储器具有存储基本输入/输出系统(BIOS)的只读存储器区段和存储其它数据和文件的随机存取存储器(RAM)。存储器驱动器2610和系统存储器2612两者均可包含被设计为由处理器2604执行的计算机可执行指令。在一些实施例中，用于操作一个或多个设备12和/或在每个设备12内的多个部件(例如，多个沉积机构30)的一个或多个控制程序可以存储在存储器驱动器2610和/或系统存储器2612中。
计算机2602可以包括用于将外围装置连接到系统总线2606的附加接口。例如，计算机2602还可以包括将系统总线2602联接到局域网(LAN)2616的网络接口2614。LAN 2616可以具有一个或更多个众所周知的LAN拓扑结构，并且可以使用各种不同的协议，诸如以太网。计算机2602也可以访问诸如因特网的广域网(WAN)2618。图26示出了可以以常规方式将LAN 2616连接到WAN 2618的路由器2620。示出连接到WAN204的服务器2622。当然，许多附加服务器、计算机、手持装置、个人数字助理、电话和其它装置也可以连接到WAN 2618。在一些实施例中，服务器2622存储可由计算机2602访问并且用于产生如本文所描述的三维物体的数据、CAD文件、控制程序和/或其它电子文件。
本文用特征和部件的各种组合来描述各种实施例。应该理解的是，本文描述的各个实施例中的每一个的特征和组件都可以并入本文描述的其它实施例中。
本文描述的系统和装置的使用相对于现有技术提供了益处和优点。例如，由于该设备产生很少的浪费并且不需要维持大量待固化以用于制造的材料桶，所以可消耗成本大大降低，许多现有技术也如此。另外，该设备的结构并不指定任何特定的尺寸限制，并且该设备可以被配置为创建比现有技术显著更大的物体。轨道的长度和涂覆器的宽度可以根据需要增加，而不会对性能产生负面影响，并且设备所坐落的房间的尺寸成为设备尺寸的限制。此外，该设备可以被配置为比任何现有技术快许多倍地制造物体或多个物体。该设备还提供了用多种材料制造物体的能力，包括具有可移除支撑结构的物体，该支撑结构由与主要物体的材料不同的材料制成。也能够用需要不同曝光源的多种材料来产生物体。该设备还提供制造功能性物体(诸如窗户或其它透明物体)或传导性物体的能力。更进一步地，使用本文所述的设备制造的物体可能不需要从最终物体的任何内腔排出液体材料，这可能需要钻出用于排出的孔。该设备还能够生产清洁、干燥和完全固化的物体，这样提高生产效率。该设备的模块化配置也具有很强的通用性、可定制性和其它优点。本文描述的系统、设备和方法提供了超过现有技术的其它益处和优点，并且本领域技术人员将认识到这样的益处和优点。
本文已经描述和示出了几个替代实施例和示例。本领域的普通技术人员将理解各个实施例的特征以及这些部件的可能的组合和变化。本领域普通技术人员将进一步认识到，可以以与本文公开的其它实施例的任何组合来提供任何实施例。应该理解的是，在不脱离本发明的精神或中心特征的情况下，本发明可以以其它特定形式实施。因此，现在的示例和实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的，并且本发明不限于本文给出的细节。本文使用的术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”等仅仅是为了说明的目的，并不以任何方式限制实施例。特别是，这些术语并不意味着由这些术语修改的部件的任何顺序或位置。另外，如本文所使用的，术语“多个”表示根据需要分离地或结合地大于1的任何数字，直到无限数量。此外，如本文所使用的，“提供”物品或设备广泛地指使得物品可用或可访问将要在物品上执行的未来的动作，并且不意味着提供物品的一方已经被制造、生产或供应该物品或提供物品的一方拥有物品的所有权或控制权。因此，虽然已经示出和描述了特定实施例，但是在不显著背离本发明的精神的情况下，可以想到许多修改。

Claims (26)

1.一种沉积机构，被配置成用于以逐层技术使用可流动树脂在构建区域内产生三维物体，所述沉积机构包括：
滑架，被配置用于相对于所述构建区域移动；
桶，安装在所述滑架上且被配置为容纳所述可流动树脂；
滚筒，被配置为部分浸没在所述桶中的所述可流动树脂中，其中所述滚筒可旋转地安装在所述滑架上，并且被配置为在所述滑架的移动期间通过所述构建区域，以及其中所述滚筒被配置用于旋转以将所述可流动树脂运送到所述构建区域内的涂覆部位，以用于在所述滑架通过所述构建区域时所述滚筒的直接涂覆以产生三维物体；以及
曝光装置，其安装在所述滑架上，并且被配置用于朝所述构建区域内的曝光部位发射电磁波，以使由所述滚筒涂覆的已涂覆树脂固化以产生所述三维物体。
2.根据权利要求1所述的沉积机构，其中所述曝光部位位于所述涂覆部位处。
3.根据权利要求1所述的沉积机构，其中所述曝光部位偏离所述涂覆部位。
4.根据权利要求1所述的沉积机构，还包括控制器，所述控制器被配置用于控制所述滑架和所述滚筒的移动并且用于控制所述曝光装置的激活以产生所述三维物体。
5.根据权利要求1所述的沉积机构，其中所述曝光装置包括从由DLP投影仪、LED阵列和激光器构成的组中选择的装置。
6.根据权利要求1所述的沉积机构，其中所述滚筒对于所述电磁波是可穿透的，以及所述曝光装置具有被配置用于朝所述曝光部位发射所述电磁波的出口，其中所述出口被定位成使得所述电磁波在从所述出口行进到所述曝光部位的过程中穿过所述滚筒。
7.根据权利要求1所述的沉积机构，其中所述曝光装置具有被配置用于朝所述曝光部位发射所述电磁波的出口，以及所述沉积机构还包括定位在所述曝光装置的所述出口与所述曝光部位之间的透镜阵列，其中所述透镜阵列被配置为使离开所述出口的电磁波朝所述曝光部位聚焦。
8.根据权利要求1所述的沉积机构，其中所述沉积机构还包括多个光纤，所述多个光纤具有布置成阵列的出口端，其中所述光纤布置成使得：由所述曝光装置发射的所述电磁波行进穿过所述光纤，并且从所述光纤的指向所述曝光部位的出口端出射。
9.根据权利要求1所述的沉积机构，其中所述桶位于所述滚筒的第一侧，以及所述滚筒被定位成使得所述涂覆部位被配置为位于所述滚筒的与所述第一侧相对的第二侧。
10.根据权利要求1所述的沉积机构，其中所述桶位于所述滚筒的下方，以及所述滚筒被定位成使得所述涂覆部位被配置为位于所述滚筒的上方。
11.根据权利要求1所述的沉积机构，其中所述桶具有开口，以及所述滚筒定位在所述开口内，使得所述滚筒的第一部分位于所述开口的下方并且所述滚筒的第二部分位于所述开口的上方。
12.一种设备，包括：
具有构建平台的支撑组件，所述构建平台具有邻近于所述构建平台限定的构建区域；以及
沉积机构，其被配置用于以逐层技术使用可流动树脂在所述构建平台上产生三维物体，所述沉积机构包括：
滑架，被配置用于相对于所述构建平台移动；
桶，安装在所述滑架上且被配置为容纳所述可流动树脂；
滚筒，被配置为部分浸没在所述桶中的所述可流动树脂中，其中所述滚筒可旋转地安装在所述滑架上，并且被配置为在所述滑架的移动期间通过所述构建区域，以及其中所述滚筒被配置用于旋转以将所述可流动树脂运送到所述构建区域内的涂覆部位，以用于在所述滑架通过所述构建区域时所述滚筒的直接涂覆以产生三维物体；以及
曝光装置，其安装在所述滑架上，并且被配置用于朝所述构建区域内的曝光部位发射电磁波，以使由所述滚筒涂覆的已涂覆树脂固化以产生所述三维物体。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述曝光部位位于所述涂覆部位处。
14.根据权利要求12所述的设备，其中所述曝光部位偏离所述涂覆部位。
15.根据权利要求12所述的设备，还包括垂直定位机构，所述垂直定位机构可操作地连接到所述支撑组件并且被配置用于调节所述支撑组件相对于所述沉积机构的高度。
16.根据权利要求12所述的设备，还包括控制器，所述控制器被配置用于控制所述滑架和所述滚筒的移动并且用于控制所述曝光装置的激活以产生所述三维物体。
17.根据权利要求12所述的设备，其中所述曝光装置包括从由DLP投影仪、LED阵列和激光器构成的组中选择的装置。
18.根据权利要求12所述的设备，其中所述滚筒对于所述电磁波是可穿透的，以及所述曝光装置具有被配置用于朝所述曝光部位发射所述电磁波的出口，其中所述出口被定位成使得所述电磁波在从所述出口行进到所述曝光部位的过程中穿过所述滚筒。
19.根据权利要求12所述的设备，其中所述曝光装置具有被配置用于朝所述曝光部位发射所述电磁波的出口，以及所述沉积机构还包括定位在所述曝光装置的所述出口与所述曝光部位之间的透镜阵列，其中所述透镜阵列被配置为使离开所述出口的电磁波朝所述曝光部位聚焦。
20.根据权利要求12所述的设备，其中所述沉积机构还包括多个光纤，所述多个光纤具有布置成阵列的出口端，其中所述光纤布置成使得：由所述曝光装置发射的所述电磁波行进穿过所述光纤，并且从所述光纤的指向所述曝光部位的出口端出射。
21.根据权利要求12所述的设备，还包括轨道，其延伸穿过所述构建区域；其中所述沉积机构安装在所述轨道上，使得所述滑架与所述轨道接合并且被配置用于沿所述轨道移动。
22.根据权利要求12所述的设备，其中所述桶位于所述滚筒的第一侧，以及所述构建平台位于所述滚筒的与所述第一侧相对的第二侧。
23.根据权利要求12所述的设备，其中所述桶位于所述滚筒的下方，以及所述构建平台位于所述滚筒的上方。
24.根据权利要求12所述的设备，其中所述桶具有开口，以及所述滚筒定位在所述开口内，使得所述滚筒的第一部分位于所述开口的下方并且所述滚筒的第二部分位于所述开口的上方。
25.一种设备，包括：
容纳可流动材料的桶；
构建平台，其位于所述桶内且位于所述可流动材料的水平面的下方，具有邻近于所述构建平台限定的构建区域；以及
沉积机构，其被配置用于通过以逐层技术使所述可流动材料固化而在所述构建平台上产生三维物体，所述沉积机构包括滚筒，所述滚筒具有位于所述可流动材料的水平面下方的表面，其中所述沉积机构还包括曝光装置，所述曝光装置被配置用于通过出口而朝所述构建区域内的曝光部位发射电磁波，以使位于所述滚筒的表面和所述构建平台之间的可流动材料固化以产生所述三维物体，其中所述滚筒对于所述电磁波是可穿透的并且所述曝光装置的出口位于所述曝光部位上方，使得所述电磁波在从所述出口行进到所述曝光部位时穿过所述滚筒。
26.一种设备，包括：
具有构建平台的支撑组件，所述构建平台具有邻近于所述构建平台限定的构建区域；以及
沉积机构，其可操作地连接到所述支撑组件，并且被配置用于以逐层技术使用可流动材料在所述构建平台上产生三维物体，所述沉积机构包括：静态表面，其限定用于涂覆所述可流动材料的涂覆部位；以及涂覆器，其包括连续膜，所述连续膜与所述可流动材料的供应部连通并且被配置用于在静态表面上移动以将所述可流动材料运送到构建区域内的涂覆部位，以用于涂覆以产生所述三维物体，其中所述沉积机构还包括曝光装置，所述曝光装置被配置用于通过出口而朝所述构建区域内的曝光部位发射电磁波，以使由所述涂覆器涂覆的已涂覆可流动材料固化以产生所述三维物体。
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