CN112437719A - 分层构建对象的方法及用于执行此类方法的3d打印装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在3D打印装置上由至少第一可光硬化树脂和第二可光硬化树脂分层构建对象的方法，以及被构造成执行此类方法的3D打印装置。该3D打印装置具有：构架平台，在该构建平台上能够构建对象；透光性载体，该透光性载体包括多个凹陷部；以及光投影仪，该光投影仪用于穿过载体投影光图案。方法具有以下步骤：(a)部分地构建对象，从而提供处理中对象；(b)用第一可光硬化树脂的第一坯料层涂覆载体的第一表面区域；(c)移动载体，从而将第一坯料层定位在构建平台与光投影仪之间；(d)使处理中对象与第一坯料层接触；(e)用光图案照射第一坯料层，从而用硬化层增补处理中对象；以及(f)将所增补的处理中对象与载体分离。

Description

分层构建对象的方法及用于执行此类方法的3D打印装置
技术领域
本发明涉及一种在3D打印装置上由第一可光硬化树脂和任选地第二可光硬化树脂分层构建对象的方法。本发明还涉及一种被构造成执行此类方法的3D打印装置。具体地，本发明涉及一种方法，其中将一种或多种未硬化的可光硬化树脂的层以坯料层的形式涂覆在载体上，该坯料层随后被定位在构建平台与用于使其部分硬化的光投影仪之间。
背景技术
在多种技术领域中，越来越多地通过增材制造工艺来制造物理对象或机械工件。
此类增材制造工艺通常允许以对象的期望的单独形状来构建对象，这通过相继地添加材料以形成该形状来实现。虽然增材制造工艺在快速成型的行业中被广泛使用，但是在许多领域中的最终产品的制造仍然具有挑战性。特别是对于制作牙科修复物，一般需要使用与用于人体相容的材料。另外，通过增材制造来制造的牙科修复物必须表现出所需的机械稳定性并且必须满足对美学的期望，例如涉及色差和半透明度。
一些增材制造工艺基于将可光硬化树脂按层硬化。可光硬化树脂通常为可光聚合的并且由于暴露于光而局部硬化。可通过连续添加根据对象的所需外部形状控制的形状的层来构建期望的三维对象。待构建的对象通常通过计算机辅助设计(CAD)制备，并且以三维计算机模型的形式提供。对象的计算机模型实际上被切成各个层，每个层具有由对象的外部形状产生的特定形状。通过将此类层暴露于对应于相应切片的形状的光图案来确定层的形状。
在许多情况下，制造专注于以期望的形状提供对象。虽然还存在以期望的颜色提供对象的应用，但仍然需要允许制备具有多种颜色或颜色渐变的对象的方法和设备。具体地，仍然需要通过增材制造以类似于自然牙齿的颜色渐变来提供牙科修复物。
WO 2012/053895 A1(DSM)描述了一种增材制造设备，该增材制造设备包括具有接触面的可移动箔引导级，并且在接触面的相对侧上包括一对上部箔引导元件和下部箔引导元件，该下部箔引导元件限定远离接触面的箔高度位置，以通过沿着有形对象移动箔引导级同时保持箔相对于对象静止来将包括液体层的箔引导至接触面或从接触面引导包括液体层的箔，从而接触有形对象。能量源被布置用于至少部分地固化被布置在箔上并与有形对象接触的液体层中的相交图案的至少一部分。
US 2008/0206383 A1(Hull等人)涉及一种固体成像设备及使用方法，其减少了在固体成像构建过程完成后保留在完整构建对象上的未固化固体成像构建材料的量。未固化的构建材料的量通过使用在构建过程期间从构建对象移除过量构建材料的未涂覆纤维网或仅使用与构建部分的制造所需一样多的构建材料的构建材料喷墨源来减少。
发明内容
本发明涉及一种在3D打印装置上由至少第一可光硬化树脂分层构建对象的方法。具体地，本发明可涉及一种在3D打印装置上由第一可光硬化树脂和第二可光硬化树脂以及任选地由另外的可光硬化树脂分层构建对象的方法。第一可光硬化树脂、第二可光硬化树脂和/或另外的可光硬化树脂在本文中通常可称为“可光硬化树脂”。
3D打印装置包括能够在其上构建对象的构建平台、透光性载体和光投影仪，该光投影仪被布置用于穿过载体朝向构建平台投影光图案。载体包括用于接纳可光硬化树脂的多个凹陷部。
该方法包括以下步骤：
(a)部分地构建对象，从而提供处理中对象；
(b)用第一可光硬化树脂(由其构成)的(优选邻接的)第一坯料层涂覆载体的第一表面区域；
(c)将第一坯料层定位在构建平台与光投影仪之间；
(d)将构建平台朝向载体推进，从而使处理中对象与第一坯料层接触；
(e)用光图案照射所述第一坯料层，以使被图案照射的部分硬化，从而用硬化层增补处理中对象；以及
(f)从载体回缩构建平台，从而将所增补的处理中对象与载体分离。
步骤(e)中的术语“部分”涵盖一个部分。因此，术语“部分”意指“一个或多个部分”。
本发明是有利的，因为它允许由不同树脂的层制备对象。具体地，本发明允许制备具有颜色和/或半透明度渐变的对象。本发明的有利之处还在于，它通过脱离层的制备和硬化用于构建对象的层来帮助使3D打印装置的生产量最大化。
用于接纳可光硬化树脂的凹陷部的存在简化了涂覆过程。如果使用两种可光硬化树脂，则还可降低可能的交叉污染的风险。使用凹陷部还可有助于减少未使用的可光硬化树脂的浪费，因为只有载体的具有凹陷部的部分填充有可光硬化树脂。
步骤(c)可通过移动载体从而将第一坯料层定位在构建平台与光投影仪之间来限定。
3D打印装置优选地具有涂覆工位和增材制造工位。涂覆工位和增材制造工位优选地沿处理流程方向彼此间隔开。处理流程方向是载体移动所沿的方向。步骤(b)优选地在涂覆工位中进行，并且步骤(d)和(e)优选地在增材制造工位中进行。因此，涂覆可独立于增材制造而进行。例如，步骤(b)和(e)可同时进行或彼此重叠进行。因此，对象可在最小化时间处构建。
在一个实施方案中，该方法还包括以下步骤：
(g)用第二可光硬化树脂(由其构成)的(优选邻接的)第二坯料层涂覆载体的第二表面区域；
(h)将第二坯料层定位在构建平台与光投影仪之间；
(i)将构建平台朝向载体推进，从而使处理中对象与第二坯料层接触；
(j)用光图案照射第二坯料层，以使被图案照射的部分硬化，从而用另外的硬化层增补处理中对象；以及
(k)从载体回缩构建平台，从而将所增补的处理中对象与载体分离。
步骤(j)中的术语“部分”也涵盖一个部分。因此，术语“部分”意指“一个或多个部分”。
优选地，构建轴线可沿构建轴线推进和回缩。构建轴线还是沿其相继构建对象的轴线。
步骤(h)可通过移动载体从而将第二坯料层定位在构建平台与光投影仪之间来限定。
步骤(g)优选地在涂覆工位中进行，并且步骤(i)和(j)优选地在增材制造工位中进行。
一般来讲，本发明的方法可使用多于第一可光硬化树脂和第二可光硬化树脂来进行。第一可光硬化树脂、第二可光硬化树脂和任何另外的可光硬化树脂优选地为包含光引发剂的可光聚合树脂。硬化优选地通过用光照射可光硬化树脂来进行。可光硬化树脂可具体包含酰基氧化膦作为光引发剂。另外，可光硬化树脂可基于具有(甲基)丙烯酸酯部分作为反应性基团的单体。光树脂可包含填料、染料和着色剂。
适于硬化可光硬化树脂的光的波长可以在450nm至495nm(蓝光)或330nm至450nm的范围内，优选地为383nm(UV光)。用于本发明的方法的光可根据所用的可光硬化材料来选择。
另外，第一表面区域和第二表面区域可彼此间隔开。具体地，第一表面区域和第二表面区域可在处理流程方向的维度上彼此间隔开。
因此，该方法还可包括以下步骤：
(l)用第三或另外的可光硬化树脂(由其构成)的(优选邻接的)第三或另外的坯料层涂覆载体的第三或另外的表面区域；
(m)将第三或另外的坯料层定位在构建平台与光投影仪之间；
(n)将构建平台朝向载体推进，从而使处理中对象与第三或另外的坯料层接触；
(o)用光图案照射第三或另外的坯料层，以使被图案照射的部分硬化，从而用另外的硬化层增补处理中对象；以及
(p)从载体回缩构建平台，从而将所增补的处理中对象与载体分离。
步骤(o)中的术语“部分”也涵盖一个部分。因此，术语“部分”意指“一个或多个部分”。
步骤(m)可通过移动载体从而将第三或另外的坯料层定位在构建平台与光投影仪之间来限定。
在步骤(d)、(i)和(n)中，构建平台优选地从其中处理中对象不分别与第一坯料层、第二坯料层、第三或另外的坯料层接触的位置推进到其中处理中对象分别与第一坯料层、第二坯料层、第三或另外的坯料层接触的位置。其中处理中对象与第一坯料层、第二坯料层、第三或另外的坯料层接触的位置优选地对应于近侧位置，而其中处理中对象不与第一坯料层、第二坯料层、第三或另外的坯料层接触的位置优选地对应于回缩位置。
在近侧位置中，处理中对象可以不与载体直接接触。步骤(f)、(k)和(p)优选地导致处理中对象被定位在回缩位置。因此，在步骤(f)、(k)和(p)中，处理中对象优选地从近侧位置定位到回缩位置。
优选地，第一表面区域和第二表面区域(以及最终的第三或另外的表面区域)彼此偏移。具体地，第一表面区域和第二表面区域(以及最终的第三或另外的表面区域)可在处理流程方向的维度上彼此偏移。
在一个实施方案中，步骤(b)和(g)在时间上重叠或同时地进行。
另外，步骤(b)和(g)可在步骤(e)或(o)中的任一个之前进行。
在一个实施方案中，步骤(c)-(f)在步骤(h)-(k)之前进行。
优选地，在步骤(d)、(i)和(n)中，将处理中对象相对于载体定位，从而在处理中对象与载体之间提供一定距离。在一个实施方案中，第一坯料层和第二坯料层各自具有对应于(或基本上对应于)该距离的厚度。第一坯料层和第二坯料层还可各自具有为该距离的[至多105％]的厚度。可提供第一坯料层和第二坯料层的这种特大尺寸，以在第一坯料层和第二坯料层中的每一者与处理中对象之间实现无空气或无气泡的接触。
在一个任选的实施方案中，处理中对象由两个或更多个硬化层增补，这两个或更多个硬化层并列布置在垂直于构建轴线的平面上。两个或更多个硬化层可以如下由不同的可光硬化树脂获得。可光硬化树脂至少在其硬化的阶段可以例如在颜色和/或半透明度方面彼此不同。在第一过程中，可根据方法步骤(b)至(f)将第一硬化层增补到处理中对象。在第二过程中，可根据方法步骤(g)至(k)将第二硬化层增补到处理中对象。然而，在第二过程中，在步骤(i)中将处理中对象朝向载体推进，使得第一硬化层与载体接触。在步骤(j)中，第二坯料层在第一硬化层之外的一个或多个部分处硬化。
在另一个任选的实施方案中，3D打印装置包括至少第一多树脂分配器，例如基于喷墨的分配器。在该任选的实施方案中，可以分配两种或更多种不同的可光硬化树脂，以便用由不同的可光硬化树脂构成的第一坯料层涂覆第一表面区域。因此，3D打印装置被构造用于构建不仅沿着构建轴线而且在垂直于构建轴线的两个维度上具有颜色和/或半透明度渐变的对象。
这种任选的实施方案还可包括第二多树脂分配器和任选地另外的多树脂分配器，以便用由不同的可光硬化树脂构成的第二坯料层涂覆第二表面区域(或另外的表面区域)。同样，可光硬化树脂至少在其硬化的阶段可以例如在颜色和/或半透明度方面彼此不同。
在一个实施方案中，载体是平坦的，并且第一坯料层和第二坯料层从载体突出。具体地，第一坯料层和第二坯料层在横向于处理流程方向的维度上从载体突出。可光硬化树脂为优选地可流动的但自支承的。这意味着可光硬化树脂的形状在60秒的时间段内不显著改变。具体地，可光硬化树脂被构成为使得第一坯料层、第二坯料层和/或另外的坯料层在60秒的时间段内的厚度变化不超过[5％]。
在另一个实施方案中，载体包括用于接纳第一可光硬化树脂、第二可光硬化树脂和/或任何另外的可光硬化树脂的多个凹陷部。凹陷部的尺寸可被设定成容纳整个第一坯料层、第二坯料层和/或另外的坯料层。因此，第一坯料层、第二坯料层和/或另外的坯料层可以不从相应的凹陷部中突出，并且优选地与围绕凹陷部的载体的表面齐平。
在另一个实施方案中，该方法可包括压印载体从而形成多个凹陷部的步骤。
在另一个实施方案中，步骤(b)可包括用一些第一可光硬化树脂填充多个凹陷部中的一个凹陷部，以形成第一坯料层。步骤(g)可包括用一些第二可光硬化树脂填充多个凹陷部中的另一个凹陷部，以形成第二坯料层。
在一个实施方案中，该方法还包括从进料卷轴提供载体的步骤。另外，该方法可包括将载体排放到排料卷轴上的步骤。放电载体可携带第一可光硬化树脂(或第二可光硬化树脂或另外的可光硬化树脂中的任一种)的至少一部分。因此，本发明的方法可包括卷轴到卷轴工艺，其中将第一可光硬化树脂、第二可光硬化树脂和任选地另外的可光硬化树脂涂覆在载体上并且随后用于构建对象。
由于将所增补的处理中对象与载体分离，可形成第一坯料层的残余部分。具体地，残余部分是在通过使用第一坯料层增补处理中对象之后第一坯料层保留在载体上的那部分。因此，由于将所增补的处理中对象与载体分离，可形成第二坯料层或另外的坯料层的残余部分。此类残余部分是在通过使用第一坯料层、第二坯料层或另外的坯料层增补处理中对象之后第一坯料层、第二坯料层或另外的坯料层保留在载体上的部分。因此，在硬化之后有利于残余的可光硬化树脂的任何加工。
在另一个实施方案中，该方法包括以下步骤：用光照射第一坯料层的残余部分，以使该残余部分硬化。该方法还可包括以下步骤：用光照射第二坯料层或另外的坯料层的残余部分，以使这些残余部分硬化。因此，3D打印装置可具有清洁工位，在该清洁工位中第一层、第二层或另外的层的任何残余部分从载体移除或准备从载体移除。
在另一个实施方案中，该方法包括以下步骤：处置第一坯料层的硬化残余部分。处置第一坯料层的硬化残余部分的步骤可包括将硬化残余部分与载体分离，例如通过弯曲载体。载体可例如通过在致使载体偏转的辊上引导载体而弯曲。
在一个实施方案中，该方法还包括以下步骤：移动载体，从而将第一坯料层的残余部分定位在增材制造工位之外(或构建平台与光投影仪之间的区域之外)。该方法还可包括以下步骤：移动载体，从而将第二坯料层或另外的坯料层的残余部分定位在增材制造工位之外(或构建平台与光投影仪之间的区域之外)。
在另一方面，本发明涉及一种用于由至少第一可光硬化树脂和任选地第二可光硬化树脂分层构建对象的3D打印装置。该3D打印装置优选地被构造用于执行本发明的方法，并且任选地用于执行如本文所公开的任一任选的方法特征。
在一个实施方案中，对象为牙科修复物或牙科修复部件。第一可光硬化树脂、第二可光硬化树脂和任何另外的可光硬化树脂可(至少在硬化之后)表现出类似于自然牙齿颜色的颜色。
3D打印装置具体地包括能够在其上构建对象的构建平台、透光性载体和光投影仪，该光投影仪被布置用于在沿着构建轴线的方向上穿过载体朝向构建平台投影光图案。构建轴线优选地横向于处理流程方向布置。构建平台可沿着构建轴线移动，并且载体可横向于构建轴线(或沿着处理流程方向)移动。3D打印装置还可具有透光性(优选地透明的)暴露板。光投影仪优选地被布置用于在沿着构建轴线的方向上穿过暴露板朝向构建平台投影光图案。载体优选地被引导成使得该载体被支撑在暴露板上。构建平台、光投影仪和暴露板可构成基于立体光照型技术诸如Digital Light ProcessingTM(DLP)的增材制造工位的部件。
3D打印装置还包括第一分配器，该第一分配器用于用第一可光硬化树脂的第一坯料层涂覆载体的第一表面区域。另外，3D打印装置可包括第二分配器，该第二分配器用于用第二可光硬化树脂的第二坯料层涂覆载体的第二表面区域。3D打印装置可包括一个或多个另外的分配器，以用一种或多种另外的可光硬化树脂的一个或多个另外的坯料层涂覆载体的一个或多个另外的表面区域。因此，3D打印装置被构造用于由不同的可光硬化树脂构建对象，并且因此可被构造用于由不同的颜色构建对象。第一分配器、第二分配器和另外的分配器可布置在3D打印装置的涂覆工位内或形成涂覆工位。
第一分配器、第二分配器或另外的分配器中的每一者可包括喷墨涂覆机或辊式涂覆机。另外，第一分配器、第二分配器或另外的分配器可包括由圆周壁(例如中空圆柱形壁)形成的罐。该罐可包含第一可光硬化树脂、第二可光硬化树脂或任何另外的可光硬化树脂。该罐优选地具有用于密封地邻接载体的周向密封件。因此，罐的底侧(为朝向重心取向的一侧)可由载体闭合。密封件优选地被构造成使得它可在载体上密封地滑动。例如，密封件可由弹性密封唇缘形成。因此，当罐密封在载体上时，载体能够在罐下方移动。当载体移动时，通过密封件将第一(第二或另外的)可光硬化树脂从载体的凹陷部之外的区域中擦除。然而，存在于凹陷部内的任何可光硬化树脂保留在载体内(具体地，保留在凹陷部内)。可提供支撑结构以抵靠密封件支撑或推压载体。
在一个实施方案中，3D打印装置被构造用于将构建平台和载体移动到通过计算机控制部确定的位置。具体地，3D打印装置优选地被构造用于通过计算机控制部将构建平台沿着构建轴线相对于载体和/或相对于暴露板移动到不同位置。
另外，3D打印装置可被构造用于通过计算机控制部将载体移动到不同位置。具体地，3D打印装置优选地被构造用于通过计算机控制部将载体相对于构建平台和暴露板移动到横向于构建轴线的不同位置。换句话讲，3D打印装置优选地被构造用于通过计算机控制部将载体在处理流程方向上相对于增材制造工位移动。
需注意，虽然沿着构建轴线移动构建平台可能是有利的，但认为其等同于另选地或除此之外沿着构建轴线移动载体和/或暴露板。同样，代替在处理流程方向上移动载体，可以在处理流程方向上或逆着处理流程方向移动增材制造工位。因此，其中通过构建平台之外的任何其它部件的移动来调节构建平台与载体之间的距离的3D打印装置被认为是等效的。并且另外，其中载体静止并且增材制造工位移动的3D打印装置也被认为是等效的。
在一个实施方案中，形成光图案的光包括适于使第一可光硬化树脂硬化的波长或由该波长形成。波长可具体地在330nm至450nm的范围内。优选的波长为383nm。
在一个实施方案中，3D打印装置包括用于提供载体的进料卷轴。3D打印装置还可具有用于排放载体的排料卷轴。
在一个实施方案中，载体由环状带形成。
在另一个实施方案中，3D打印装置包括平行布置的两个或更多个载体。优选地，载体可平行于彼此移动。另外，3D打印装置可具有在横向于处理流程方向的维度上形成两个或更多个轨道的一个载体。这使得不仅能够在处理流程方向上而且能够横向于处理流程方向布置坯料层。
3D打印装置可具有可横向于处理流程方向移动的增材制造工位。因此，处理中对象可通过从不同轨道或载体添加硬化层来增补。
在一个实施方案中，3D打印装置基于立体光照型技术，诸如Digital LightProcessingTM(DLP)。
在一个实施方案中，3D打印装置具有容纳载体和涂覆工位的打印料筒。优选地，打印料筒可移除地固定在增材制造工位处。因此，打印料筒可在增材制造工位中调换或更换为另一个打印料筒。具体地，打印料筒可包括至少第一分配器。另外，打印料筒可包括第二分配器和任选地另外的分配器。打印料筒优选地包括底座，该底座将第一分配器、第二分配器和/或另外的分配器与载体彼此保持为预定的位置关系。另外，底座可包括可从其获得载体的进料卷轴和用于在用于构建对象之后排放载体的排料卷轴。在从进料卷轴移除所有载体的情况下和/或在第一分配器、第二分配器和/或另外的分配器中的任一个不含可光硬化树脂的情况下，可更换打印料筒。任何移除的打印料筒可通过根据需要再填充第一分配器、第二分配器和另外的分配器并且通过用新载体调换用过的载体来循环利用。任选地，打印料筒可包括闭合带形式的载体。在该任选的实施方案中，打印料筒(或增材制造工位)可包括清洁工位，以从载体移除任何残余的可光硬化树脂。这种打印料筒的循环利用可包括仅在载体被磨损的情况下或根据维护周期来调换载体。另外，循环利用可包括根据需要再填充第一分配器、第二分配器和另外的分配器。
打印料筒可具有第一接口，该第一接口被构造用于与增材制造工位的对应第二接口配合。例如，若干个打印料筒可具有用于与增材制造工位的第二接口配合的标准化第一接口。
附图说明
图1是示出本文所述的3D打印装置的侧视图；
图2是图1所示的装置的顶视图；
图3是示出本文所述的另一个3D打印装置的侧视图；
图4是示出本文所述的另一个3D打印装置的顶视图；并且
图5是示出本文所述的又一个3D打印装置的一部分的局部侧视图。
具体实施方式
图1示出了用于通过增材制造来构建对象的3D打印装置1。示出了处理中对象100(部分构建但尚未完全构建的对象)。3D打印装置1被构造用于执行本文所述的方法。所示的装置1包括基于所谓的数字光处理(DLP)技术的增材制造工位10。该技术使用背照式透光性(优选地透明的)暴露板11和构建平台12，在暴露板与构建平台之间可构建对象。本发明的方法不限于DLP，而是可以视情况同样与基于可光硬化树脂的其它增材制造工艺或装置一起使用。具体地，其它立体光照工艺或装置可以与本发明一起使用。
构建平台12可沿着构建轴线A相对于暴露板11移动。构建平台12在构建期间保持或固定对象或处理中对象100。3D打印装置1配备有透光性(优选地透明的)载体20。载体20可移动穿过可留在暴露板11与构建平台12之间的间隙。载体20可横向于构建轴线A移动，并且优选地直接布置在暴露板11上。3D打印装置1具有夹持杆21，该夹持杆被设置成将载体20向下保持在暴露板11上。夹持杆21是可移动的。因此，夹持杆21可从暴露板11回缩以允许载体20移动。另选地，夹持杆21可朝向暴露板11移动以将载体20向下保持在暴露板11上。
所示的3D打印装置1被构造用于由光硬化树脂按层构建对象。产生每个层，因为可光硬化树脂在设置在载体20与构建平台12之间的预定间隙中硬化。该间隙通过相应地定位构建平台12来提供。光投影仪40穿过暴露板11和载体20朝向构建平台12投影(二维)光图案，并且因此使可光硬化树脂的暴露于光图案的那些部分硬化(而光图案之外的部分保持未硬化)。硬化树脂形成层，然后该层被构建平台12拉离载体，从而在该层与载体20之间形成新的间隙。如此形成的新间隙用于产生新层等。
在该示例中，光投影仪40为数字光投影仪，使得从光投影仪40发射的光图案可由计算机控制。通常，光图案由计算机控制部基于待构建的对象的三维表示或模型来确定。三维表示可例如在CAD***(例如，允许设计牙科修复物或牙科修复件部件的牙科CAD***)上生成。通常，三维表示被切割成均匀厚度的虚拟切片，该虚拟切片具有与其被切割的三维表示的外部形状对应的二维轮廓。
光投影仪40被构造用于以对应的二维图案投影光。光图案可基于以规则图案(例如像棋盘)布置的多个像素的矩阵。光投影仪40被构造为使得图案的每个像素可被照亮或保持暗的。与载体20相邻的光图案的分辨率决定对象可在垂直于构建轴线A的维度上构建的准确性。对光图案的控制可由所谓的数字微镜装置(DMD)提供。DMD包括多个可单独地旋转的小反射镜，这些小反射镜可被取向用于使来自光束的光朝向暴露板偏转以生成亮像素，或远离暴露板偏转以生成暗像素。技术人员将认识到用于光投影的其它技术。例如，光投影仪可基于LCD(液晶显示器)投影技术。光图案还可基于可移动光束，例如激光束。在该技术中，图案可或可不基于像素的矩阵。
用于光投影的光包括在硬化可光硬化树脂所需或适合的波长范围内的光，在示例中为约330nm至约450nm的波长范围内、具体地383nm的UV光。
3D打印装置1具有多个分配器30，以举例的方式，示出了第一分配器30a、第二分配器30b和第三分配器30c。虽然下文示出并描述了仅三个分配器30，但可提供具有与针对所示的三个分配器所公开的特征相同的特征的另外分配器。
具体地，第一分配器30a、第二分配器30b和第三分配器30c优选地被构造用于分别分配第一可光硬化树脂、第二可光硬化树脂和第三可光硬化树脂。第一可光硬化树脂、第二可光硬化树脂和第三可光硬化树脂可以彼此不同，例如至少在它们硬化之后的阶段处的颜色和/或半透明度方面不同。第一分配器30a、第二分配器30b和第三分配器30c中的每一者可基于打印或涂覆技术，例如喷墨、辊涂、丝网打印或凹版打印。
根据图2，举例来讲，第一可光硬化树脂200、第二可光硬化树脂300和第三可光硬化树脂400分别由第一分配器30a、第二分配器30b和第三分配器30c分配。第一可光硬化树脂200、第二可光硬化树脂300和第三可光硬化树脂400在增材制造工位10之外的区域处分配在载体20上，并且随后定位在增材制造工位10中。虽然未示出，但可根据需要单独地或以任何顺序选择性地分配第一可光硬化树脂200、第二可光硬化树脂300和第三可光硬化树脂400(或一种或多种另外的可光硬化树脂)中的任一者。例如，代替以连续顺序分配第一可光硬化树脂200、第二可光硬化树脂300和第三可光硬化树脂400，可以分配第一可光硬化树脂200、第二可光硬化树脂300和第三可光硬化树脂400中的仅一者。另外，第一可光硬化树脂200、第二可光硬化树脂300和第三可光硬化树脂400中的任一者可以在第一可光硬化树脂200、第二可光硬化树脂300和第三可光硬化树脂400中的另一者单独地分配或连续地多次分配之前连续地多次分配。随后使如此分配的可光硬化树脂(选自第一可光硬化树脂200、第二可光硬化树脂300和第三可光硬化树脂400，并且任选地以任何顺序选自一种或多种另外的可光硬化树脂)在构建平台12(如图1所示)与暴露板11(如图1所示)之间移动，以进行硬化并因此用附加的硬化层增补处理中对象100。
所分配的可光硬化树脂借助于载体20在构建平台12与暴露板11之间连续地移动，在所述载体中所述可光硬化树脂用于构建对象。为了移动其上设置有所分配的可光硬化树脂的载体20，构建平台12被定位在远离载体20的回缩位置处，以允许可硬化树脂在不与构建平台12碰撞的情况下移动到增材制造工位10中。例如，为了使其上设置有的第二可光硬化树脂300的载体20移动到增材制造工位10中，构建平台12被定位在距暴露板11一定距离处，该距离大于第二可光硬化树脂300和载体的组合的厚度。一旦第二可光硬化树脂300定位在构建平台12与暴露板11之间，构建平台12就朝向暴露板11进一步定位。具体地，一旦第二可光硬化树脂300定位在构建平台12与暴露板11之间，构建平台12就定位在距暴露板11预定距离处，在该预定距离处，处理中对象100与第二可光硬化树脂300接触。在该位置处，处理中对象100不与载体20接触，使得第二可光硬化树脂300填充载体20与处理中对象100之间的间隙。
然后，使用光投影仪40(参见图1)硬化第二可光硬化树脂300的至少一部分，以形成增补处理中对象100的硬化层。构建平台12随后回缩到回缩位置，并且针对第一可光硬化树脂200重复相同的步骤。
可光硬化树脂中的一些可在可光硬化树脂的任何部分硬化之后驻留在载体20上，如以举例的方式针对第三可光硬化树脂400’所示。任何驻留的可光硬化树脂可在用于构建对象之后与载体20一起处置。
如图所示，(不同和/或相同的)可光硬化树脂以相对于彼此预定的均匀间距分配。载体20可根据该间距将每个分配的可光硬化树脂定位到增材制造工位10中。
利用3D打印装置1并且利用所述方法，可通过依次提供(或“堆叠”)多个层来构建对象。本发明的3D打印装置和方法特别适于产生任何期望顺序的具有相同和/或不同特性的硬化层。例如，如果可光硬化树脂被构成为表现出不同的颜色(至少在硬化时)，则可构建在沿着构建轴线A的维度上具有特定颜色渐变的对象。
层通常具有相同或预定均匀厚度(即，沿着构建轴线A)，但可基于不同光图案在横向于厚度的维度上单独地二维成形。然而，可以借助提供多个具有不同厚度的层来构建对象。因此，可利用3D打印装置和本发明的方法构建具有多种不同形状和颜色渐变的三维对象。
3D打印装置1具有进料卷轴22，可从该进料卷轴供应载体。另外，3D打印装置1具有排料卷轴23，以在用于构建若干对象之后收集载体20(最终具有驻留在其上的可硬化树脂)。载体20可为一次性的。例如，排料卷轴23可在用于构建若干对象之后被处置。
图3示出了3D打印装置1，其对应于图1所示的3D打印装置，不同的是该示例中的载体由环形带形成。另外，3D打印装置1具有清洁工位50。
3D打印装置1被构造用于通过增材制造来构建对象，并且具体地被构造用于执行本发明的方法。同样示出了处理中对象100。所示的3D打印装置1包括如上所述的基于数字光处理(DLP)的增材制造工位10。
构建平台12可沿着构建轴线A相对于暴露板11移动。构建平台12在构建期间保持或固定对象或处理中对象100。3D打印装置1具有透光性(优选地透明的)载体20，在该示例中，该载体形成为环形带。偏转辊24有助于在移动期间引导载体20。
载体20可横向于构建轴线A移动，并且优选地直接布置在暴露板11上。3D打印装置1具有可移动的夹持杆21，该夹持杆被设置成将载体20向下保持在暴露板11上。
光投影仪40被布置用于穿过暴露板11和载体20朝向构建平台12投影(二维)光图案。在该示例中，光投影仪40为数字光投影仪，使得从光投影仪40发射的光图案可通过计算机控制。用于光投影的光包括在硬化可光硬化树脂所需或适合的波长范围内的光，在示例中为约330nm至约450nm的波长范围内、具体地383nm的UV光。
3D打印装置1还具有多个分配器30。具体地，以举例的方式示出了第一分配器30a、第二分配器30b和第三分配器30c。第一分配器30a、第二分配器30b和第三分配器30c优选地被构造用于分别分配第一可光硬化树脂、第二可光硬化树脂和第三可光硬化树脂，如图1所述。
该示例中的清洁工位50由可发射适于使可光硬化树脂硬化的光的光源形成。具体地，光源被构造为发射在约330nm至约450nm波长范围内、具体地383nm的UV光。因此，清洁工位50使得载体上的任何残余可光硬化树脂硬化。当载体在偏转辊上移动时，硬化的(以及因此刚性的)残余树脂与载体20分离。硬化的残余树脂可聚集在容器51中并在之后进行处置。因此，载体20可用于在其上连续涂覆坯料层，用由坯料层获得的硬化层增补处理中对象，并且从载体中移除任何残余的可光硬化树脂。
图4示出了3D打印装置1，其可对应于图1或图2的示例，但具有多个载体20a、20b、20c，而不是仅一个载体。在该示例中，第一载体20a、第二载体20b和第三载体20c并列布置。第一载体20a、第二载体20b和第三载体20c可在横向于构建轴线的方向(由标记为“M”的箭头指示的处理流程方向)上平行于彼此移动。在示例中，第一分配器30a、第二分配器30b和第三分配器30c沿着横向于处理流程方向M的维度布置。因此，第一载体20a、第二载体20b和第三载体20c中的每一者可分别涂覆有第一可光硬化树脂、第二可光硬化树脂和第三可光硬化树脂。具体地，第一载体20a的第一表面区域可涂覆有第一可光硬化树脂的第一坯料层，第二载体20b的第二表面区域可涂覆有第二可光硬化树脂的第二坯料层，并且第三载体20c的第三表面区域可涂覆有第三可光硬化树脂的第三坯料层。增材制造工位10(如图1、图2和图3的上下文所述)被可移动地布置用于在横向于处理流程方向M的维度上移动。因此，增材制造工位10可选择性地定位到第一坯料层、第二坯料层或第三坯料层，以用由第一坯料层、第二坯料层或第三坯料层中的任一者获得的硬化层增补处理中对象。需注意，可同样使用形成多个轨道的一个共用载体来代替多个载体。
在该示例中，第一载体、第二载体和第三载体具有用于保持可光硬化树脂的多个凹陷部25，如图5所述。
图5示出了3D打印装置1的具有载体20的一部分，其可与图1至图4中任一个所示的实施方案一起使用。载体20具有多个凹陷部25(其中一个在该视图中示出)。凹陷部25被设置用于在其中接纳可光硬化树脂。凹陷部25可具体用于接纳低粘度可光硬化树脂，否则该低粘度可光硬化树脂将以不受控的方式分布在载体上。3D打印装置1可具有压印工位(未示出)以压印载体20，从而提供凹陷部25。
3D打印装置1具有罐60，该罐在该示例中由圆周壁61(例如，中空圆柱形壁)形成。第一可光硬化树脂63(或另一种可光硬化树脂)在罐60中提供。罐60还具有密封地邻接载体20的周向密封件62。密封件62被构造成使得它可在载体20上密封地滑动。因此，当罐60密封在载体20上时，载体20可在罐60下方移动。当载体20移动时，通过密封件62将第一可光硬化树脂63从载体20的凹陷部25之外的区域中擦除。然而，存在于凹陷部25内的任何可光硬化树脂与载体20的邻接密封件62的表面齐平。因此，载体20的凹陷部25可以完全由第一可光硬化树脂填充。随后可移动载体20以将填充有可光硬化树脂的凹陷部25定位在增材制造工位的构建平台与光投影仪之间。可提供支撑结构64以抵靠密封件62支撑载体20。

Claims (15)

1.一种在3D打印装置上由至少第一可光硬化树脂和第二可光硬化树脂分层构建对象的方法，所述对象优选为牙科修复物或牙科修复部件，所述3D打印装置包括能够在其上构建所述对象的构建平台、包括多个凹陷部的透光性载体以及光投影仪，所述光投影仪被布置用于穿过所述载体朝向所述构建平台投影光图案，所述方法包括以下步骤：
(a)部分地构建所述对象，从而提供处理中对象；
(b)用所述第一可光硬化树脂的第一坯料层涂覆所述载体的第一表面区域；
(c)将所述第一坯料层定位在所述构建平台与所述光投影仪之间；
(d)将所述构建平台朝向所述载体推进，从而使所述处理中对象与所述第一坯料层接触；
(e)用光图案照射所述第一坯料层，以使被所述图案照射的部分硬化，从而用硬化层增补所述处理中对象；以及
(f)从所述载体回缩所述构建平台，从而将所增补的处理中对象与所述载体分离。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
(g)用所述第二可光硬化树脂的第二坯料层涂覆所述载体的第二表面区域；
(h)将所述第二坯料层定位在所述构建平台与所述光投影仪之间；
(i)将所述构建平台朝向所述载体推进，从而使所述处理中对象与所述第二坯料层接触；
(j)用光图案照射所述第二坯料层，以使被所述图案照射的部分硬化，从而用另外的硬化层增补所述处理中对象；以及
(k)从所述载体回缩所述构建平台，从而将所增补的处理中对象与所述载体分离。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述步骤(b)和(g)在时间上重叠地进行。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述步骤(c)-(f)在步骤(h)-(k)之前进行。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中在步骤(d)和(i)中，将所述处理中对象相对于所述载体定位，从而提供所述处理中对象与所述载体之间的距离，其中所述第一坯料层和所述第二坯料层各自具有对应于所述距离的厚度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：从进料卷轴提供所述载体，并将所述载体排放到排料卷轴上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中由于将所增补的处理中对象与所述载体分离而形成所述第一坯料层的残余部分，其中所述方法还包括以下步骤：用光照射所述第一坯料层的所述残余部分，以使所述残余部分硬化；以及处置所述第一坯料层的所硬化的残余部分。
8.一种用于由至少第一可光硬化树脂和第二可光硬化树脂分层构建对象的3D打印装置，所述对象优选为牙科修复物或牙科修复部件，所述3D打印装置包括：构建平台，在所述构建平台上能够构建所述对象；包括多个凹陷部的透光性载体；以及光投影仪，所述光投影仪被布置用于在沿着构建轴线的方向上穿过所述载体朝向所述构建平台投影光图案；第一分配器，所述第一分配器用于用所述第一可光硬化树脂的第一坯料层涂覆所述载体的第一表面区域，其中所述构建平台能够沿着所述构建轴线移动，并且其中所述载体能够横向于所述构建轴线移动。
9.根据权利要求8所述的3D打印装置，所述3D打印装置被构造用于将所述构建平台和所述载体移动到通过计算机控制部确定的位置。
10.根据权利要求8或9所述的3D打印装置，所述3D打印装置包括第二分配器，所述第二分配器用于用所述第二可光硬化树脂的第二坯料层涂覆所述载体的第二表面区域。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的3D打印装置，其中形成所述光图案的光具有适于使所述第一可光硬化树脂硬化的波长。
12.根据权利要求11所述的3D打印装置，其中所述波长在330nm至450nm的范围内。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的3D打印装置，所述3D打印装置包括用于提供所述载体的进料卷轴和用于排放所述载体的排料卷轴。
14.根据权利要求8至12中任一项所述的3D打印装置，其中所述载体由环形带形成。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的3D打印装置，所述3D打印装置基于立体光照型技术。
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