用于加工可光聚合材料以逐层形成成型体的装置的制造方法
【专利说明】用于加工可光聚合材料以逐层形成成型体的装置
[0001]本发明涉及用于加工可光聚合材料以逐层形成成型体的装置，包括:
[0002]-槽，可光聚合材料可被填充至所述槽内，所述槽具有底部，所述底部至少在其某些区域内是透明的；
[0003]-构建平台，所述构建平台被保持在所述槽底部以上的可设定的高度处；
[0004]-曝光单元，所述曝光单元能够以局部选择的方式受控制地曝光在所述构建平台的下表面与所述槽底部之间形成的材料层，所述曝光经过所述槽底部从下方进行；
[0005]-控制单元，所述控制单元被布置用于通过控制所述曝光单元在连续的曝光步骤中使彼此叠置在构建平台上的、分别具有预定几何形状的多个层聚合，并且所述控制单元被布置用于在每个层曝光步骤之后调节构建平台与槽底部的相对位置，以便以这种方式相继地构建呈期望形状的成型体；以及
[0006]-可移动地引导的刮刀配置，其包括用于使所述刮刀配置在所述构建平台下方往返移动的驱动单元。
[0007]此外，本发明涉及一种用于这样的装置的刮刀配置。
[0008]上述类型的装置是从EP 2 505 341 Al中得知的。
[0009]这样的装置允许尤其是在所谓的快速原型工艺过程中的成型体的基于光刻的生产制造。在所提到的这些立体光刻工艺中，新提供的材料层在每种情况下均聚合成具有期望的轮廓，其中，通过相继地为每一层限定其各自的轮廓，期望的主体以其三维形状形成，这是由于制备的多层的连续导致的。
[0010]在这种类型的装置中，在许多情况下要利用工具来翻动槽中的材料或者将其重新分布以确保均质的材料层。工具例如是可移动地安装的刮刀，该刮刀包括用于在构建平台下方往返移动该刮刀的驱动单元。在曝光步骤后提升该构建平台后，在被曝光区域内存在材料缺乏。这是由于这样的事实，即在设定的材料层固化之后，来自该层的材料已经被固化并且已经随构建平台和已形成在构建平台上的成型体的部分一起被提升。由于这种原因，在已形成的成型体的部分的下表面与槽底部之间缺乏的可光聚合材料不得不从来自曝光区域周围的邻近区域的可光聚合材料的填料补充。由于材料的高粘度，该材料不会自动流入在成型体部分的下表面与槽底部之间的被曝光区域内，从而可能在此处留下材料凹口或“孔”。刮刀用于在各曝光步骤之间将所提到的材料中的凹口弄平。采用目前形式的刮刀，不能以可靠的方式进行材料分配，尤其是对于高粘度的材料来说。特别地，供给和运输不会足够快速地进行并且会经受定量的波动。
[0011]本发明的目的在于以这样的方式改进基于光刻的生产制造方法，即以确保未使用的光聚合物的一致和快速的补充的方式。
[0012]为了实现这种目的，本发明实质上提供了:在上述类型的装置中，刮刀配置包括两个刮刀，所述两个刮刀在移动方向上间隔开，所述两个刮刀以距离槽底部恒定的距离沿槽底部移动。优选地，该配置在此是这样的，使得刮刀到槽底部的垂直距离可以通过简单的调节装置调节并且以这种方式，可设定被补充的材料的层厚度。优选地，所述两个刮刀被布置成到槽底部的距离相等。所述刮刀优选地被连接至驱动单元，所述驱动单元驱动所述刮刀往返移动。具有两个刮刀的这种配置允许在两个移动方向上形成材料层，这允许大幅度地减少加工时间。在具有常规刮刀配置的装置中，刮刀或刮拭元件不得不在能够形成新层之前被来回地驱动。
[0013]具有两个刮刀的配置还提供了这样的优势，即可在所述两个优选平行的刮刀之间形成腔室，该腔室充当用于新鲜材料的贮器。在分配步骤期间，在所述刮刀的向后或向前移动过程中，新鲜材料可向下流出该腔室以便可能地再填充在材料层中存在的孔、空的空间或凹口，其中，在移动方向上牵引的刮刀限定出层厚度。浴面上的孔、空的空间或凹口可尤其在这样的区域内形成，在该区域内，构建平台或成型体的已固化层在曝光步骤之后被向上提升离开该浴。由于新鲜浆体主要位于该腔室内，仅需要相对少的材料来开始构建过程并维持可靠的材料补充。
[0014]为了避免可光聚合材料在刮刀的区域内冷却，尤其是位于所述两个刮刀之间的贮器腔室内的材料，所述刮刀在优选的实施方案中是可加热的。尤其，所述刮刀可配备有至少一个加热元件，例如电阻加热元件。
[0015]在刮刀配置的往返移动过程中，在移动方向上位于导引刮刀推动在其前方的多余材料，直至该刮刀配置到达该槽的另一端。在那里，多余材料积聚，所述多余材料已经以小波浪形式堆积在导引刮刀与槽端壁之间，并且趋于横向流回刮刀配置的旁边或流到刮刀配置的上边缘上方。为了利用或加工积聚的材料，优选地布置成，腔室的至少一个壁具有这样的至少一个开口，所述至少一个开口在所述刮刀配置的移动方向上延伸贯穿所述壁，以形成溢流通道。通过这种方式，积聚的材料可在分配步骤过程中或结束时被迫压到在刮刀之间形成的腔室内。采用这种方式，腔室内的材料可用于下一个分配步骤得以实现。此外，通过挤压材料并让材料流过溢流通道，该材料被连续地混合，从而可大幅度降低分离的风险，尤其是所填充的光聚合物分离的风险。优选地，在该腔室的两个相对壁的每个壁中形成至少一个开口，从而保证了在刮刀配置的两个移动方向上的材料溢流。
[0016]如果需要，为了允许新鲜光聚合物的充分补充，优选地，该腔室在其顶面上设置有再填充开口，该开口通向该腔室。在再填充过程中，优选地使用定量给料单元。
[0017]此外，在其底部敞开的腔室可在延伸于所述两个刮刀之间的两个窄端面的每个端面处包括流入开口，从而在沿移动方向导引的刮刀处靠近槽底部积聚的材料也可流入该腔室内。
[0018]此外，至少可设置第三刮刀，该第三刮刀优选布置在所述两个刮刀之间并且该第三刮刀在朝向槽底部的方向上突出超过所述两个刮刀。第三刮刀被如此地移动定位，以使得未消耗的材料从槽底部被拾起(pick-up)。采用这种方式，未消耗的材料在刮刀配置的每次往返移动时从槽底部被拾起并被输送至在所述两个刮刀之间形成的腔室内，可在该腔室内进行混合和均质化。
[0019]为了确保在刮刀配置的高度改变时无需单独重新调节该第三刮刀，该第三刮刀优选地如此布置，以使得其被回弹性地压在该槽底部上。这可通过使刮刀自身由弹性材料制成或通过将刮刀安装成对偏置力是可移动的来实现。以这种方式实现了第三刮刀是与槽底部接触的，而与刮刀配置的高度调节无关。在薄的施加层没有发生固化的情况下，可以优选的方式在旋转槽中实现相当的刮刀结构。
[0020]特别优选的是，该刮刀配置是完整的一体形成的，其包括两个外刮刀。该刮刀配置优选地由聚合物材料例如聚四氟乙烯或聚甲醛构成。以这种方式，该刮刀配置可布置成是耐磨的和刚性的。由于高耐磨性，在操作过程中不会发生显著磨损，从而光聚合物不会受到污染。此外，所提到的用于刮刀配置的材料是容易清洁的。
[0021]如已经提到的那样，本发明还适用于加工高粘度的原料。例如包含用于增塑并相应提高刚性的高分子单体系统的光聚合物显示了特别高的粘度。下述光聚合物/单体系统可优选用于本发明:
[0022].单和多官能丙烯酸酯
[0023].多官能甲基丙烯酸酯
[0024].分子量介于200和lOOOg/mol之间的各种不同的聚乙二醇。
[0025]当加工所填充的可光聚合材料(楽料)时，人们还是会面临原料的高粘度。在这种情况下，可烧结材料(例如陶瓷或金属)以粉末形式被添加到粘性光敏树脂中。在各层固化时，被固化的聚合物充当粘合剂。在成型体的分层产生完成之后，已固化的聚合物被热移除并且之后剩余的填充材料(例如陶瓷粉末)被烧结成刚性结构。这样的过程允许实现生产制造的全部优点，同样对于本身不适合于这些过程的材料。在这方面，填充水平，即在浆料中的粉末的百分比，是与可加工性和材料品质相关的最重要的因素之一。在这方面，结果证明，尤其是