[发明专利]三维立体光造型装置

说明书

本申请是分案申请，其原案申请的申请号为201010526744.9，申请日为2010年10月29日，发明名称为“三维立体光造型装置、三维立体光造型方法和三维物体”。

技术领域

本发明涉及由光固化材料形成三维物体的三维立体光造型装置、三维立体光造型方法、以及通过三维立体光造型方法形成的三维物体。

背景技术

过去，已知形成三维物体的造型装置是执行所谓的快速原型制作并广泛用于商业用途的装置。通常，三维造型装置通过根据用于要造型的对象物体的每个预定厚度的形状数据，即根据每一层的形状数据，来逐一形成层，从而对三维物体进行造型。

作为三维造型装置的主要方式，立体光造型方式部分选择性地用激光照射光固化树脂，因此对树脂的期望部分进行固化和描绘，从而形成三维物体。

例如，立体光造型方式包括自由液面方法和限制自由液面方法。在自由液面方法中，将光固化树脂的液面暴露在空气中，同时激光聚焦在空气和液面之间的界面上，从而进行描绘。自由液面方法具有这样的问题，即树脂的层叠精度(每一层的厚度的精度或者每一层的树脂的表面条件的精度)基于液面的表面精度而变化。由此，在限制液面方法中，通过平板玻璃的表面来限制光固化树脂的液面，并将激光通过玻璃聚焦到液面和玻璃表面之间的界面上，从而进行描绘(例如，参见日本已审查专利公开第H7-84033号，第0018段(在下文中，称为专利文献1))。在专利文献1中，将膜用作限制液面的构件。

发明内容

在使用玻璃或者膜的限制液面方法中，需要在对层进行造型后从玻璃上剥离固化的树脂。在该方法中，由于层的造型面积较大，因此需要较大的力来剥离固化的树脂。在一些情况下，所造型的三维物体会损坏或者从台座(在其上堆叠了造型的层的台架)上被剥离下来。

此外，如上所述，如果层的造型面积增大，则当树脂固化时由于产生收缩力而使玻璃变形，或者由于被拉向树脂而凹陷(下垂，sag)。结果，所造型的三维物体的每一层的平坦度会恶化。

此外，随着光固化树脂的粘性提高，由树脂给予台座表面或者玻璃表面的压力也增加了，其结果是玻璃表面变形，并且树脂的每层的厚度难以控制为预设的厚度。

考虑到上述情况，期望提供一种能够从膜上剥离光固化材料、增加每层的平坦度、并且高精度地控制每层的厚度的三维立体光造型装置和三维立体光造型方法，并提供通过该方法形成的三维物体。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种三维立体光造型装置，其包括：台架、支撑机构、压制机构、供给机构、照射单元、移动机构和控制机构。

支撑机构支撑膜从而使膜与台架相对。

压制机构以在膜上形成与台架相对并最接近于台架的直线状区域方式至少压制由支撑机构所支撑的膜的直线状区域。直线状区域沿第一方向形成。

供给机构将光固化材料提供到形成在台架和膜的直线状区域之间的缝隙区域中。

照射单元利用激光通过压制机构和膜照射由供给机构提供到缝隙区域中的光固化材料。

移动机构在第二方向上相对于膜而移动台架和压制机构，从而形成光固化材料的一个固化层。第二方向与第一方向不同。

控制机构控制台架和膜的直线状区域之间的距离，从而利用激光层积光固化材料的固化层。

通过压制机构，在膜上形成最接近台架的直线状区域。光固化材料在形成于直线状区域和台架之间的缝隙区域中或者缝隙区域附近曝光和固化。即，光固化材料基本上在台架和直线状区域之间的缝隙区域中固化，在膜的直线状区域的下游侧，该膜相对于压制机构而移动，从而该膜逐渐离开台架。结果，膜可整齐地从树脂的固化层上剥离。

此外，并非宽的、平坦区域，而是直线状区域被压制以给膜施加张力，从而使膜与压制机构紧密接触。因此，即使将在固化光固化材料时所产生的收缩力施加给膜，也能防止在膜上造成诸如褶皱和凹陷的变形，还能防止在曝光之前由于光固化树脂的粘性而导致的膜变形。结果，可增强每个固化层的平坦性，并能够高精度地控制每个固化层的厚度。

直线状区域可以是一维或是二维的。在直线状区域是二维的情况下，直线状区域可以是平坦区域或者弯曲区域。在直线状区域是弯曲区域的情况下，该区域在显微镜下基本上是平坦区域。

压制机构压制膜，从而在膜上形成包括直线状区域的弯曲区域。利用该结构，能够减小在膜和压制机构之间产生的摩擦力。

压制机构可包括具有对应于弯曲区域形状的曲面的透光构件。在该情况下，透光构件可以是棒状透镜。