專利名稱：一種改進(jìn)的物體制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物體制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，可以應(yīng)用激光技術(shù)制造工件物體，諸如為了與其它部件配合而需要精密制造的部件，以及原型等。在過去，這種部件和原型一般是由熟練工匠用木材、塑料或類似材料制成的，或者是由固態(tài)金屬加工形成這些物體。這兩種技術(shù)都耗費(fèi)時(shí)間，需要熟練人員操作并且成本較昂貴。
在層狀物體制造或激光物體制造(“LOM”)工藝中，采用CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))程序產(chǎn)生物體的三維圖象并向與LOM設(shè)備連接的計(jì)算機(jī)提供指令，再由LOM設(shè)備生產(chǎn)出三維實(shí)體。
更具體地說，LOM技術(shù)涉及在一個(gè)水平的平臺(tái)上提供單層的預(yù)先涂膠的紙張。用一個(gè)層壓輥加熱使該紙張粘貼在平臺(tái)上。激光切削頭射出一束激光并且在控制激光切削頭運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)的作用下從該層紙張上移過。該激光束在CAD產(chǎn)生的指令的引導(dǎo)下準(zhǔn)確地在該層紙張上切割出所需要的物體的第一截面。然后，激光器切掉截面區(qū)域外所有多余的紙張，這樣就去掉了截面邊界外的紙張。
水平平臺(tái)向下移動(dòng)，第二層紙張向前移動(dòng)并層疊到第一層紙張上。像前面一樣，通過激光束切割出物體的第二個(gè)截面并去掉多余的紙張。每一個(gè)截面都切割一個(gè)輪廓圖，該輪廓圖通常都與前后頁上的略有不同。
反復(fù)進(jìn)行該過程，直到切割出數(shù)百個(gè)截面，每一個(gè)都有單頁紙的厚度。當(dāng)所有的截面都切割完畢后，移去紙張堆垛，將多余的紙張與截面分開(在前述激光切割的作用下)，留下所要求的三維物體。產(chǎn)品外觀類似木材，可以打磨或機(jī)加工對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)。
通過LOM技術(shù)生產(chǎn)三維物體相對(duì)于此前所能達(dá)到的用手工制造原型或圖樣是一個(gè)明顯的進(jìn)步，因?yàn)橄鄬?duì)于此前的技術(shù)，LOM技術(shù)能夠高速并相對(duì)低廉地生產(chǎn)三維工件物體。
然而，生產(chǎn)出物體的每一層還是相當(dāng)花費(fèi)時(shí)間的，因?yàn)楸M管激光切削頭在每一頁紙上掃過的運(yùn)動(dòng)路徑都已編程到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，但是該切削頭仍然要沿著該頁紙上所要求的切割路徑機(jī)械地移動(dòng)。采用這種系統(tǒng)能夠生產(chǎn)高質(zhì)量的層狀原模，盡管對(duì)于中等復(fù)雜程度的原型來說，層疊和切割出所有要求的紙張仍然可能要消耗36小時(shí)，甚至更多。
因此本發(fā)明的目的主要是提供一個(gè)由層疊頁形成物體的生產(chǎn)系統(tǒng)，其中，與已有設(shè)備相比，切割或加工每一頁成所要求的形狀都相對(duì)更快，并且不需要機(jī)械裝置在每一頁上加工所要切割的輪廓。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，不管是多層的或單層的三維物體都可以采用現(xiàn)有LOM技術(shù)等類似方法生產(chǎn)，而無須應(yīng)用激光器。至少在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，還涉及一些工藝和設(shè)備，它們可將要求的輪廓圖快速地傳輸?shù)揭獙盈B頁上，并且協(xié)助切除預(yù)定輪廓之外的多余紙張，而無須使任何機(jī)械設(shè)備掃過頁張上待切割的精確輪廓。
因此，本發(fā)明提供了一種物體制造的改進(jìn)工藝，包括在至少一片基質(zhì)上印制所要求的截面輪廓，并且向印制的截面輪廓圖施加足夠的能量，以削弱輪廓圖處的基質(zhì)。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，本發(fā)明提供層狀物體制造的一種改進(jìn)工藝，它包括在許多頁基質(zhì)中的至少一部分上印制出所要求的截面輪廓，粘結(jié)該基質(zhì)，并向印制的輪廓施加足夠的能量，使得每一印制基質(zhì)在輪廓圖處削弱。
本發(fā)明還提供了采用本發(fā)明工藝所制造的一種工件物體和一種層狀物體。
本發(fā)明還提供了一種制造物體的設(shè)備，該設(shè)備包括用于在至少一個(gè)基質(zhì)上印制所要求的截面輪廓圖的印制裝置以及能量產(chǎn)生裝置，該能量產(chǎn)生裝置用于向印制輪廓圖施加足夠的能量，以便削弱輪廓圖處的基質(zhì)。
本發(fā)明還提供了一種制造層狀物體的設(shè)備，該設(shè)備包括用于在許多基質(zhì)的至少一部分上印制出所要求的截面輪廓圖的印制裝置；以及用于粘結(jié)基質(zhì)的粘結(jié)裝置；還包括能量生成裝置，它用于向印制輪廓圖施加足夠的能量，以便削弱每個(gè)輪廓處的基質(zhì)。
可以理解，本發(fā)明工藝大大地改進(jìn)了現(xiàn)有的LOM技術(shù)，因?yàn)樗軌虿捎萌鐝?fù)印機(jī)或印刷機(jī)之類的設(shè)備制造三維物體。這些設(shè)備最好由一個(gè)計(jì)算機(jī)以類似現(xiàn)有的LOM設(shè)備中的方式控制，這樣該計(jì)算機(jī)控制在每一個(gè)基質(zhì)上沉積所要求的各截面輪廓圖，形成一垛基質(zhì)。
盡管在所有實(shí)施例中不一定都使用激光進(jìn)行本發(fā)明的操作，但是，象上述現(xiàn)有技術(shù)中那樣，本發(fā)明的范圍包括應(yīng)用激光。
基質(zhì)的材料選擇范圍很寬，包括紡織材料和無紡材料、薄膜和賽璐珞制成的材料或有機(jī)纖維，但并不局限于此。
還可選擇將金屬或電導(dǎo)性的或者其它材料加入到部分或全部基質(zhì)中?；|(zhì)可以是許多片的。如果基質(zhì)是由金屬之類延展性較好的材料制成的，那么物體在制造后可以用錘子等進(jìn)行修改。對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，很明顯還可選擇其它合適的材料。
一種最佳材料是紙張，因?yàn)樗菀撰@得，且價(jià)格低廉。然而，基質(zhì)也可以包括單層的任何適宜材料，不僅包括紙張，而且還包括塊狀結(jié)構(gòu)材料、格柵結(jié)構(gòu)材料、硅片或晶片、或者其它電路板材料，等等?；|(zhì)無須是平面的，它還可以是三維的。此外，基質(zhì)還可以是多層的形成層疊材料，各層可以有選擇地由不同的成分組成。基質(zhì)可以形成帶不同靜電荷區(qū)域的格柵，這樣根據(jù)基質(zhì)上的位置不同在基質(zhì)上的印刷時(shí)作用也不同。
基質(zhì)可以由帶孔石英制成，此時(shí)，印刷材料可以是鈉、鋅、鉛、汞或生物分子。
也可以考慮將基質(zhì)與涂敷材料粘結(jié)使用，或者是將涂敷材料插入到堆垛的基質(zhì)之間。通過控制涂敷材料的沉積，如果需要的話還可應(yīng)用絕熱材料，這樣該三維物體可以一層一層地形成?？梢岳?，可以通過溶解除涂敷物體之外的所有材料來削弱在輪廓圖處的基質(zhì)。
具有絕緣、強(qiáng)化、電傳導(dǎo)、電絕緣等性能的材料可以作為基質(zhì)的一部分或者包括在基質(zhì)堆垛中。該材料還可以具有其它性能，例如，可以是易熔的、阻燃的或助燃的。在基質(zhì)或基質(zhì)垛中的材料，或者是印制本身，可以作為架空線或者含有電接觸點(diǎn)或電接觸區(qū)域。部分或全部該材料可以作為接收器，變換器、逆變器、應(yīng)答器、陽極、陰極等等。
在一個(gè)實(shí)施例中，一垛基質(zhì)可以形成化學(xué)能電池，當(dāng)該電池啟動(dòng)時(shí)，比如說，通過添加恰當(dāng)?shù)囊后w或者閉合電路而啟動(dòng)時(shí)，將導(dǎo)致緩慢的反應(yīng)，在反應(yīng)中，離子傳輸?shù)捷喞谢驈妮喞袀鲗?dǎo)出。作為一個(gè)例子，輪廓圖可以由碳印制，部分或全部基質(zhì)可以由氧化鎂制成，或者包含有氧化鎂。將堆垛基質(zhì)浸入到氯化銨液中，將形成一個(gè)Leclanche電池。啟動(dòng)該電池將導(dǎo)致電子的傳遞，作用于輪廓圖上，并削弱輪廓處的基質(zhì)。如下所述，顯然也可以用其它溶液替代氯化銨液。同樣，輪廓圖可以是銅的，基質(zhì)含有鋅，此時(shí)，堆垛將浸入到硫酸液中。
根據(jù)需要，電池可以串聯(lián)，也可以并聯(lián)。
作為另一種方法，一垛基質(zhì)或基質(zhì)裝置可以有效地形成一個(gè)干電池或者一個(gè)計(jì)算機(jī)晶片。不管在哪種情況下，都能在輪廓圖處實(shí)現(xiàn)削減，或者使得印制材料在輪廓圖處沉積。本發(fā)明的這種形式有可能進(jìn)行比較緩慢，但是它特別適用于制造復(fù)雜物體。
在另外一個(gè)類似的實(shí)施例中，該反應(yīng)不必緩慢進(jìn)行，例如，它可以是快速的。
此外，作為選擇，離子可以從基質(zhì)上的一個(gè)位置或部分轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置或部分。
此外，層疊的或多組分基質(zhì)自身可以形成一個(gè)電池。
不同片的基質(zhì)可以帶有正電荷或負(fù)電荷，這樣該堆垛可以形成一個(gè)電容、電池或電路(甚至是復(fù)雜電路)。輪廓圖的不同部分同樣可以帶有正電荷或負(fù)電荷。
一片或多片基質(zhì)或者是包含在堆垛中的材料可以具有電接觸點(diǎn)；該堆垛可能包括電連接或能量傳遞設(shè)施。
一片或多片基質(zhì)可以作為一個(gè)正離子膜或者具有相似用途的物體。
該堆垛的基質(zhì)可以由光敏膠片或紙張或者如載體上的膠片乳劑等所組成。進(jìn)一步來說，堆垛中的不同層對(duì)光的強(qiáng)度或頻率反應(yīng)不同，這樣根據(jù)目的不同，可以產(chǎn)生不同的效果。如果一些基質(zhì)或者部分基質(zhì)或構(gòu)件能夠變得有粘性，或者能融化，或者能凝固，或者能溶解，或者能降解，或者能在特定條件下不受影響，這一理念還可以用于粘結(jié)堆垛或者粘結(jié)部分堆垛或者粘結(jié)堆垛構(gòu)件。在這些實(shí)施例中，印制工藝可以是通過適當(dāng)光照射完成，包括激光器所產(chǎn)生的光。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)還包括一個(gè)或多個(gè)基質(zhì)，但不必是所有的基質(zhì)(包括選擇印制層)可以是通過噴涂、涂粉或真空沉積、或其它恰當(dāng)?shù)姆椒ㄖ瞥伞；|(zhì)自身的形成可以作為印制步驟的一部分。此外，基質(zhì)可以包括有線條或圖樣。
基質(zhì)片或者單層的基質(zhì)可以呈各種顏色，以有助于物體的機(jī)械加工或其它處理。例如當(dāng)基質(zhì)是紙張并且使用許多基質(zhì)時(shí)，可以用一特定的顏色將紙張層染到與所形成物體相對(duì)應(yīng)的一定深度上，在所有其它深度或部分其它深度上可以染成一種不同的顏色或多種不同的顏色。這樣在后續(xù)生產(chǎn)加工中就有助于將物體定位在特定位置。
每個(gè)基質(zhì)片的一個(gè)表面，或該表面的一部分可以具有不同顏色或者不同的折射性，因?yàn)檫@不僅有助于物體的機(jī)械加工或其它處理，而且有助于識(shí)別。
作為另一種選擇方式，待粘結(jié)到物體中的那部分基質(zhì)可以是一種顏色，例如綠色，而將要廢棄的那部分基質(zhì)可以是另一種顏色例如紅色。這樣物體和廢料之間就產(chǎn)生了視覺差異。同樣的技術(shù)也可以用于使一個(gè)物體的不同部分或者不同物體之間有視覺差異。
印制步驟包括手工印制、用刷子刷漆、用注射器注射到基質(zhì)中、膠板印刷或者其它有效的印制形式。然而該印制步驟的范圍比傳統(tǒng)的印制范圍要廣。例如，可以通過噴泡印刷或復(fù)印來達(dá)到印制目的。本發(fā)明范圍還包括用如OCE機(jī)構(gòu)銷售的復(fù)印(copypress)方法來實(shí)現(xiàn)，其方法類似于靜電印刷程序。
眾所周知，在靜電印刷中硒之類不良導(dǎo)體被用在板上作為絕緣層，施加電壓時(shí)硒能夠吸收光能并允許電流通過。這樣就能夠制造圖象的負(fù)片。通過在負(fù)片板上噴灑增色劑，使該圖象成為可見的。增色劑由一種帶某種電荷的顆粒組成，顆粒所帶電荷與最初施加到平板和絕緣層上的電荷相反。這些顆粒將粘附到那些吸引它們的電荷的區(qū)域上。印制工藝是這樣獲得的在平板上覆蓋上紙張，在紙張的背面施加的電荷極性與最初施加到光導(dǎo)絕緣層上的極性相同。這樣相反電荷的顆粒傳送到紙張表面。然后通過曝露在溶劑蒸氣中或者加熱使得顆粒圖象熔合到紙張上面，以便使圖象成為永久性的，并固定到基質(zhì)上。
該增色劑顆?？梢詭в袩崮炭伤苄圆牧虾陀写判缘幕螂妼?dǎo)性的顆粒。正是這種顆粒使得圖象能夠熔到紙張上。此時(shí)再將這些顆粒刮掉，再重復(fù)利用。
這些顆粒吸附在基質(zhì)上以便有利于消減輪廓圖處的基質(zhì)，這同樣包括在本發(fā)明工藝的范圍內(nèi)。事實(shí)上，也可能應(yīng)用不包含熱凝固可塑性材料的這些顆粒形成輪廓圖。然后可以用熱凝固塑料微粒等噴涂基質(zhì)，這種熱凝固塑料微粒在熱作用下能夠融化，使得基質(zhì)粘結(jié)在一起。
應(yīng)該注意到，基質(zhì)可以包含有硒，并替代傳統(tǒng)靜電印刷工藝中的硒板，從而不需要用硒板。
作為另一種選擇，可以先將熱凝固塑性材料施加到基質(zhì)上，然后將電導(dǎo)性或磁性顆?；蛘邘ъo電的顆粒施加到基質(zhì)上，形成所需要的輪廓圖，隨后加熱使得基質(zhì)粘結(jié)在一起。
在另一個(gè)實(shí)施例中可以鑲嵌基質(zhì)(例如應(yīng)用一個(gè)熱的金屬印?；蛘咭粚咏饘俨瓕⒔饘俎D(zhuǎn)移到基質(zhì)上)，這也包括在本發(fā)明的印制步驟中。
此外，除了印制輪廓圖之外，本發(fā)明范圍還包括提供其它的印制或標(biāo)記，例如零件號(hào)碼等，或者是對(duì)物體進(jìn)行著色。通常這種其它的印制或標(biāo)記一般最好不包括在削弱步驟中。
印制步驟還可以通過靜電裝置進(jìn)行，例如還可以沉積出電路或電路板，換句話說，在制造的任何階段或制造之后，可以將一個(gè)獨(dú)立的電路板或者電路加入到物體或堆垛中。
還有另一個(gè)選擇，例如，通過記錄頭進(jìn)行印制，此時(shí)，基質(zhì)由磁帶組成或者帶有磁帶，在隨后的階段，通過記錄頭在磁帶基質(zhì)上的這些記錄可以改變、或者毀壞輪廓圖處的磁帶、或者允許毀壞輪廓圖處。
如果基質(zhì)由磁性材料組成或者包括有磁性材料，它的極性可以改變，以便使得該基質(zhì)與它上下緊鄰的基質(zhì)粘結(jié)。這個(gè)過程可以發(fā)生在印制過程中，這樣就按照輪廓圖將第一個(gè)基質(zhì)與第二個(gè)基質(zhì)粘結(jié)起來?？梢杂眉す馄髦惽谐喞獔D處的基質(zhì)。
作為另一種選擇性，輪廓圖可以通過電流在基質(zhì)上凝固，例如，通過隨后的曝光或者經(jīng)受其它能夠凝固輪廓或基質(zhì)上的其余物質(zhì)的其它作用。
本發(fā)明工藝的印制和消減步驟可以應(yīng)用已知的照相印制技術(shù)。例如在印制工藝中，要沉積的材料可以包括磁性承載球，該承載球可以由鐵之類的材料制成。可以用增色劑將磁性承載球固定到要求的輪廓圖上。
接著，施加到基質(zhì)上的熱或能量將承載球的溫度加熱到足夠高，以便破壞輪廓圖處的基質(zhì)。這種承載球可以進(jìn)行再生(例如充磁)并重復(fù)利用，或者是一扔了之。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)基質(zhì)的部分或全部可以插入到它的承載球或硒顆粒等上，這些承載球或硒顆粒等可以進(jìn)行賦能以吸附增色劑顆粒。增色劑顆粒還可以在基質(zhì)板上或基質(zhì)板之間。
在一些傳統(tǒng)的照相復(fù)制或激光印刷工藝中，紙張帶電荷。暴露在要復(fù)制或印刷的圖象中改變其電荷，從而使得增色劑能夠沉積，增色劑就被吸引到紙張上帶電的部分。本發(fā)明范圍還包括在印制步驟中將液體“增色劑”進(jìn)行充電，并改變輪廓圖處的電荷?；诒緦?shí)施例的目的，基質(zhì)本身可以是液態(tài)的。
如果使用的基質(zhì)多于一個(gè)并希望將它們粘結(jié)起來，那么基質(zhì)最好由適當(dāng)?shù)难b置進(jìn)行粘結(jié)，這些裝置包括在現(xiàn)有技術(shù)中使用熱輥將涂敷在基質(zhì)上的膠融化。也可以采用其它合適的粘結(jié)方法，例如基質(zhì)片可以用靜電或摩擦粘結(jié)到一起。在另一個(gè)例子中，紙張堆垛的粘合還可以通過在基質(zhì)片中插入熱敏片完成，加熱時(shí)熱敏片能夠融化粘結(jié)紙張堆垛。此外粘結(jié)堆垛的方法可以并不應(yīng)用到所有基質(zhì)的每一片上，而只是應(yīng)用到部分基質(zhì)上，例如應(yīng)用到物體形成區(qū)域上。
印制步驟通常涉及將合適的材料沉積到基質(zhì)上。待沉積材料的性質(zhì)取決于產(chǎn)品的目的以及消減基質(zhì)的方法，對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說恰當(dāng)選擇是容易的。作為非限定性的，可以采用以下的物質(zhì)固體、液體、膠體或氣體材料，材料中可以包含有墨液或增色劑，但并不僅限于此，它們可以通過以下方法激發(fā)，包括磁性作用、電作用、化學(xué)作用、或者是通過聲音、光(可見光、紅外光和/或紫外光)、輻射、溫度變化或其它能量如微波、X射線、電磁振蕩、電鍍墨液、混合物、化合物、膠體、聚合體、包括聚砒咯和聚苯胺(polyanaline)的聚合物、單體、塑料、金屬、合金、陶瓷、磁性顆粒、酶、蛋白質(zhì)、摻雜劑、有機(jī)材料、生物材料、樹脂、絕緣材料、金屬化墨液、反射墨液(它能夠使能量匯聚)、具有光電的、光致電壓的、光電子發(fā)射的、發(fā)光的、放射性的顆?；蚓Я?。另外的一個(gè)例子是，在美國專利No.5604292(發(fā)明人Stenger-Smith)中描述的熱電性聚合物。此外另一個(gè)實(shí)施例是共軛胺代苯胺聚合物。另一個(gè)例子可以應(yīng)用過冷氦印制到多孔硅基質(zhì)上。
作為一個(gè)例子，墨液可以由石英晶體或者其它合適的晶體組成，或含有石英晶體或者其它可調(diào)諧的晶體，這些晶體可接收傳輸調(diào)幅、調(diào)頻、或者超聲、或其它頻率。墨液可以帶有晶體的混合物，例如其中一些是石英和一些壓電陶瓷或聚合物。此時(shí)波或振動(dòng)就能使得一個(gè)輪廓圖向另一個(gè)輪廓圖放電，或者從一個(gè)輪廓圖向一個(gè)基質(zhì)放電。這種放電提供能量以改變輪廓圖。
作為對(duì)這一理念的發(fā)展，輪廓圖可以通過“種植”某些合適的晶體如石英等而制成。該帶有輪廓圖的基質(zhì)浸入到合適的晶體生長(zhǎng)溶液池中，這樣輪廓圖生長(zhǎng)并消減基質(zhì)。這可能需要適宜的環(huán)境(例如合適的溫度和壓力)。
作為另一個(gè)例子，首先墨液或印刷材料可以帶有鐵，其磁性傳導(dǎo)性能可以通過形成合金而在限定的區(qū)域內(nèi)變化。
輪廓圖的組成可以是一個(gè)單原子或一列原子，或者一個(gè)單分子，或者一列分子。這在微型計(jì)算機(jī)領(lǐng)域具有重要作用。
輪廓圖可以由半導(dǎo)體、或者導(dǎo)電性塑料之類的材料組成，其中的一個(gè)例子是，攙有碘和/或其它適宜雜質(zhì)的聚乙炔，輪廓圖可以由該材料制成，或者是將該材料做成一個(gè)分子篩，這樣從基質(zhì)上去除該材料后留下雜質(zhì)或其他基質(zhì)的分子或原子，由它們形成輪廓。
輪廓圖還可以由導(dǎo)體材料制成，對(duì)于攙有碘或其它雜質(zhì)的聚乙炔來說，可以理解，碘和其它雜質(zhì)一起可以形成攙雜劑。
輪廓圖可以由任何合適的裝置形成，包括手工的或應(yīng)用計(jì)算機(jī)來形成。下面討論形成輪廓圖的幾個(gè)不同方法。
輪廓圖可以由無電涂敷、或者置換涂敷之類的技術(shù)來形成。輪廓圖可以由這些技術(shù)制成。此外，輪廓圖還可以由電鍍、金屬涂敷或離子涂敷之類的技術(shù)形成。
可以理解本發(fā)明的工藝對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了很大的改進(jìn)，因?yàn)樗梢栽试S應(yīng)用照相復(fù)制機(jī)或印刷機(jī)之類的設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)品。這些設(shè)備最好由計(jì)算機(jī)控制，這樣計(jì)算機(jī)就控制在每個(gè)基質(zhì)或基質(zhì)堆垛上沉積出每個(gè)所要求的截面輪廓圖。
在另一個(gè)選擇例中，部分或全部基質(zhì)可以由充滿液體的空穴構(gòu)成。對(duì)于這類基質(zhì)的適宜印制方式可以是沉積墨液、增色劑或攙雜劑到空穴或它所盛放的液體中，這與得得地連續(xù)敲擊工藝很類似。這種基質(zhì)可以在印制前或印制后粘和在一起。
作為對(duì)這一理念的進(jìn)一步發(fā)展，基質(zhì)可以由一池液體組成，而印制就是在液體表面進(jìn)行沉積。然后帶有沉積印制的液體層可以機(jī)械或電等方式傳送到一個(gè)堆垛的某一位置上。這類似于膠板印刷工藝。作為一種實(shí)施方式，液體層可以在印制前就放置在堆垛上。在印制之后，如果合適的話，堆垛可以浸入到液體中。沉積印刷可能使得液體在輪廓圖處凝固或凝聚。在沉積輪廓圖之外的液體可以除去或移去，從而遠(yuǎn)離印制的輪廓圖。
在另一個(gè)相關(guān)的實(shí)施例中，墨液中可與部分這種液體混合，能使它凝聚，這樣就形成了一片或一層基質(zhì)。在該步驟中或下一步驟中可以用該墨液形成輪廓圖。
凝聚工藝可以通過將墨液和液體混合或者是通過對(duì)墨液施加能量來進(jìn)行。這時(shí)墨液可以作為催化劑或者預(yù)催化劑，或者是作為一個(gè)改進(jìn)工藝中的預(yù)備步驟。
在應(yīng)用靜電印刷設(shè)備時(shí)，輪廓圖可以通過將靜電增色劑或其它印刷材料吸引到輪廓圖上而形成，就如同在照相復(fù)制機(jī)上一樣。使用時(shí)可能達(dá)到微米水平。
此外本發(fā)明還考慮到在輪廓圖處有選擇地消減基質(zhì)，例如通過不同類型的沉積材料。作為一個(gè)例子，一種材料能夠在特定強(qiáng)度的場(chǎng)的作用下，例如150000HZ起作用，而在同一基質(zhì)中的另一種材料可以受更強(qiáng)的場(chǎng)的作用，或者不同形式的能量的作用。施加的場(chǎng)的強(qiáng)度或者能量將決定消減所發(fā)生處的線條?？梢岳斫庠谝欢庵胁煌幕|(zhì)以及它們對(duì)應(yīng)的輪廓圖(形成物體或去掉廢料)可以受到不同能量或者不同傳導(dǎo)模式的能量的影響或作用。
印制材料的性質(zhì)范圍非常寬，例如，可以包括生殖細(xì)胞等細(xì)胞、線粒體、DNA、病毒、細(xì)菌、其它活體生物(例如，蛆蟲、水蛭)、染色體、能夠與紅細(xì)胞作用的白細(xì)胞、精子，它們能夠與卵細(xì)胞或其它共生對(duì)作用，它們的共同作用能夠消減或毀壞輪廓圖處的基質(zhì)?？梢岳斫猓鼈冎械囊恍┠軌蛞曰|(zhì)或輪廓圖作為將要形成的群落的食品，以便消減或毀壞輪廓圖處的基質(zhì)。
印制材料可以是鎮(zhèn)靜劑、荷爾蒙、或基因碎片。當(dāng)印制材料是DNA時(shí)，它們能夠沉積到或沉積入構(gòu)成基質(zhì)的孔狀材料中，或者印刷到基質(zhì)上。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的工藝，無須對(duì)每一片基質(zhì)進(jìn)行印刷。例如可以每?jī)善|(zhì)中印刷第二片，或以更小的頻度印刷。如果一個(gè)基質(zhì)是多層的，有可能不必印刷每一層。在本實(shí)施例中有可能需要使用一個(gè)具有足夠活性的輪廓圖來消減相鄰或附近的未印刷區(qū)域。
與本發(fā)明工藝中粘結(jié)基質(zhì)的工藝相關(guān)，可以理解此處“粘結(jié)”不僅包括機(jī)械的粘結(jié)還包括應(yīng)用靜電力、電化學(xué)力、膠粘或摩擦的方法粘結(jié)。
粘結(jié)步驟可以在印制步驟之前或之后進(jìn)行。此外，基質(zhì)可以進(jìn)行印制、粘結(jié)，然后再進(jìn)一步印制或處理。
粘結(jié)步驟包括將基質(zhì)粘結(jié)到特定的位置，并且用一種“很輕”的方式連接基質(zhì)，這樣，它們相互之間也是能分開的。
粘結(jié)步驟可以應(yīng)用通孔涂敷或粘結(jié)，此時(shí)帶有各種選定圖樣的孔或洞的基質(zhì)通過涂敷到陰極等方法而印制出輪廓圖。印制步驟可以與粘結(jié)步驟結(jié)合起來進(jìn)行，將沉積材料滲入堆垛中的洞或孔，或者是通過毛細(xì)作用、磁性吸引或排斥、電吸引或排斥、重力或電致伸縮使沉積材料進(jìn)入洞或孔。盡管有可能不需要讓每一片基質(zhì)都與其它的相互電連接，可以通過這種方法實(shí)現(xiàn)基質(zhì)的階梯形電連接。在本實(shí)施例中，對(duì)于三維的物體或廢料可以一層一層地“接通”。
可以采用各種方法將所要求的三維物體從周圍的基質(zhì)部分分開。一種最佳方法是將電流導(dǎo)入到輪廓圖上或至少是截面的外邊緣上。這可以通過高頻電感或者施加了高頻電壓的電容等來實(shí)現(xiàn)，它們能夠在每一個(gè)輪廓圖處產(chǎn)生足夠的熱量，使得輪廓圖處的基質(zhì)消減(例如用燃燒的方法)。對(duì)于那些與加熱材料是不良導(dǎo)體或非導(dǎo)體的，采用一個(gè)電容場(chǎng)進(jìn)行非電加熱可能是更適宜的。進(jìn)一步可以理解到，輪廓圖可以作為電容器或非電加熱器。
高頻加熱是眾所周知的。熱量在要加熱的材料(在本發(fā)明中，是指印制的輪廓圖)內(nèi)部產(chǎn)生，施加到單位體積上的能量一直大到材料所能允許的限度。熱量可以直接準(zhǔn)確地施加在預(yù)處理位置上，實(shí)施速度很高。在非電加熱時(shí)，只要材料自身是均勻的，在整個(gè)材料中產(chǎn)生的熱也是均勻的。
那些適宜應(yīng)用高頻加熱的印制材料例子是帶有金屬或塑料的墨液或增色劑。在本實(shí)施例中，基質(zhì)最好基本上是惰性的，這樣向印制輪廓圖施加高頻加熱時(shí)，將產(chǎn)生足夠的熱使輪廓圖燒掉，而不會(huì)燒掉基質(zhì)的其余部分。這樣在所要求的三維物體的輪廓圖處就能夠消減或燒掉基質(zhì)，其工藝與現(xiàn)有的LOM方法中采用激光器所進(jìn)行的方法很類似。
作為適合用到本發(fā)明印制步驟中的材料的舉例，應(yīng)該提到含有可涂敷顆粒的電鍍墨液、以及有機(jī)或無機(jī)化合物或混合物、光降解的、光致燃燒、電致燃燒、焊接、電焊接、電燒結(jié)、熱電性、光和性、和光化合性材料以及可以作為電透鏡或磁透鏡之類的透鏡的材料。
印制步驟還可以用其它方法進(jìn)行。舉例如下可以用遮蔽模板等障板蓋住不曝露在隨后施加的高頻能量之下的部分。在這一實(shí)施例中，曝露區(qū)域可以形成輪廓圖，或者是非曝露區(qū)域形成輪廓圖?；|(zhì)可以是一種光凝聚樹脂或者帶有光凝聚樹脂?？梢詫⒄习搴凸饽蹣渲雍险辰Y(jié)使用。還可以選擇使用印制的障板。還可以應(yīng)用電致伸縮。印制工藝可以包括將基質(zhì)曝光數(shù)次，在每一個(gè)或幾個(gè)場(chǎng)合中采用不同的障板。如果將基質(zhì)曝露在不同波長(zhǎng)的光中將產(chǎn)生不同的效果，這一點(diǎn)就非常有用。
也可以選擇將基質(zhì)和堆垛材料遮蓋住。此外，障板可以類似于一個(gè)只遮蔽某一種能量或某一種頻率的光的過濾器和擋板。障板可以是良導(dǎo)體或者它可以使下面的材料曝露到不同的頻率的光或能量中，如紅外光、紫外光或X射線。障板可以是鉛基的，它提供一種遮蔽，使得基質(zhì)的未遮蔽表面能被X射線之類破壞。障板可以是永久性的，或可移去的。障板可以與編輯結(jié)合使用，障板可以是隔熱性的。可以在基質(zhì)中或基質(zhì)上涂敷一個(gè)障板。還可以將障板作為一個(gè)遮蔽，以便對(duì)基質(zhì)進(jìn)行傾斜切割，比如說用激光器進(jìn)行45度而不是90度的切割。障板可以是暫時(shí)性的，它可以只在選定的階段內(nèi)起作用，然后就開始破損。障板的不同位置可以有不同的厚度。這一點(diǎn)對(duì)控制層次的消減和切割非常有用，還可以用于產(chǎn)生帶圖樣的涂層。與工藝中消減步驟有關(guān)，在一個(gè)實(shí)施例中，足夠強(qiáng)度的光可造成輪廓圖的毀壞，以消減基質(zhì)，這非常類似于一個(gè)接觸激光器。
本發(fā)明工藝涉及沿著輪廓進(jìn)行消減。在另一種變化形式中，可以改變某些基質(zhì)的性質(zhì)或組成，例如將基質(zhì)的一部分轉(zhuǎn)化成脆性的，而其余部分保持為塑性的。此處所用的“消減”包括“改變”的意思。
本發(fā)明并不局限于象現(xiàn)有的LOM系統(tǒng)那樣從堆垛上方消減基質(zhì)。例如可以從堆垛的下方開始消減步驟，或者從堆垛內(nèi)部特定位置開始消減。
進(jìn)一步來說，印制到基質(zhì)上的材料可以作為一個(gè)陽極或陰極，包括在電解池中的陽極和陰極，從而吸引沉積金屬和其它物質(zhì)。隨著電解的進(jìn)行，輪廓圖生長(zhǎng)，而基質(zhì)在輪廓圖處弱化，最終形成物體。在輪廓圖處對(duì)基質(zhì)的弱化包括如結(jié)晶之類的在輪廓圖處“生長(zhǎng)”技術(shù)。
可以理解，作為一種變換方式，基質(zhì)可以除掉沉積的金屬或其它物質(zhì)。當(dāng)電解進(jìn)行著并且材料被吸引到輪廓圖處時(shí)，由于吸引的金屬或其它物質(zhì)的沉積輪廓圖生長(zhǎng)。輪廓圖的弱化可以與樹根侵入到巖石中使巖石破碎相比擬，巖石相當(dāng)于基質(zhì)，印制就代替樹根。
當(dāng)然截面輪廓圖可以包括內(nèi)部印刷，包括復(fù)雜的內(nèi)部圖樣和固體塊狀印刷，這可以印刷到基質(zhì)的雙面上，此外它可以印刷成雙倍的厚度或格外的厚，此時(shí)消減工藝可以從基質(zhì)雙面的每一面進(jìn)行。
輪廓圖無須是連續(xù)的，本發(fā)明范圍輪廓圖還包括點(diǎn)或線段。輪廓圖可以選擇由顆粒組成，包括原子或分子或金屬、或其它合適材料中的一部分，它們能夠吸附到由電導(dǎo)形塑料或其它材料或者可以帶電荷的材料制成的所要求的輪廓圖(例如陰極和陽極)上。本發(fā)明范圍還包括使用在電、磁、化學(xué)或機(jī)械影響下可以轉(zhuǎn)移到要求的輪廓圖上的化合物或元素。
如果需要的話，由本發(fā)明工藝所形成的物體或它們的部分可以作為一個(gè)具有多層基質(zhì)的陽極或陰極，如果需要的話，各層基質(zhì)有不同電阻。這樣，物體可以在一個(gè)涂敷池中或其它涂敷環(huán)境中進(jìn)行涂敷，根據(jù)基質(zhì)層的電阻的不同產(chǎn)生不同的結(jié)果。在涂敷過程中調(diào)整電鍍效能時(shí)這一點(diǎn)特別有用。
可以理解，本發(fā)明的工藝包括在基質(zhì)表面上或基質(zhì)表面中進(jìn)行印制。
一垛基質(zhì)可以是透氣性的，這樣就形成熒光管或氖管等，消減步驟由合適材料的氣載沉積來完成，適宜材料包括印制輪廓圖上的離子、元素、化合物、膠體。在另一種實(shí)施方式中，與之類似基質(zhì)堆垛也可以是可透過液體的。
在基質(zhì)粘結(jié)到堆垛中之后，輪廓圖的弱化可以在特定的基質(zhì)上進(jìn)行，例如在現(xiàn)有的LOM技術(shù)中，如美國加利福尼亞的Helisys公司所銷售的那一種，每一層都粘結(jié)到堆垛中和輪廓圖切割線上。用同樣的方法處理連續(xù)的層。本發(fā)明的工藝可以用同一方法進(jìn)行，即每一層基質(zhì)都粘結(jié)到堆垛上，在粘結(jié)之前或之后進(jìn)行印制，隨后在基質(zhì)層的輪廓圖處進(jìn)行消減。然后另一層往前移、進(jìn)行粘結(jié)、等等。
用于在輪廓圖處消減基質(zhì)的能量可以用電磁輻射或微波或無線電波的方式供給。
輪廓圖還有可能是通過一束或數(shù)束電子照射到基質(zhì)上形成的，輪廓圖還可以由這些裝置進(jìn)一步加工。電子束可以進(jìn)行印制或消減步驟，或者兩個(gè)步驟都進(jìn)行，當(dāng)輪廓圖畫出后，有效地?zé)艋蛱幚砘|(zhì)。
進(jìn)一步說，采用與印制像素或隱蔽像素相關(guān)的已知技術(shù)時(shí)，基質(zhì)可以用一系列可激發(fā)的“點(diǎn)”印刷，這些點(diǎn)能夠被電子束所激發(fā)，它們可以消減或破壞所要求的輪廓圖處的基質(zhì)，或者它們能夠使基質(zhì)粘結(jié)。
與從摻雜劑形成輪廓圖相關(guān)，基質(zhì)的消減可以通過應(yīng)用摻雜劑或者對(duì)摻雜劑或摻雜的基質(zhì)或者基質(zhì)的未摻雜部分(如果有的話)施加合適的能量或其它裝置作用之后發(fā)生。
電致伸縮可以作為另一種消減基質(zhì)的方法。
用于消減輪廓圖處基質(zhì)的能量可以施加到輪廓圖或基質(zhì)上。
如上所述，為了有助于從現(xiàn)有的LOM技術(shù)所形成的三維物體上去掉多余的材料，通常應(yīng)用激光切掉輪廓圖之外的紙張，同樣的技術(shù)也可以應(yīng)用到本發(fā)明工藝中，例如在印制輪廓圖的同時(shí)將多余的基質(zhì)印制成交叉影線或切割圖樣。
施加高頻熱能之類適宜的能量將不僅僅消減輪廓圖處的基質(zhì)，并且還消減或改變截面上的多余基質(zhì)，有助于在所要求的時(shí)間內(nèi)除去多余的基質(zhì)，可以在粘結(jié)和/或堆垛過程中或之后。
現(xiàn)有的LOM技術(shù)一般約三天生產(chǎn)300毫米高的物體。估計(jì)在本發(fā)明工藝中，至少在某一些實(shí)施例中，將能夠每天生產(chǎn)24米的物體。這本身對(duì)現(xiàn)有技術(shù)是巨大的改進(jìn)。而且，還有進(jìn)一步的結(jié)果。本發(fā)明工藝所能達(dá)到的速度使得能夠應(yīng)用LOM方法快速并經(jīng)濟(jì)地制造大體積的物體。此外，還可以用多個(gè)印刷機(jī)協(xié)作在一個(gè)基質(zhì)上印制大體積的印刷輪廓圖，或者是將所要求的印制輪廓圖印刷到幾個(gè)基質(zhì)上(同時(shí)進(jìn)行)，這將進(jìn)一步縮減制造時(shí)間。
本發(fā)明工藝所能達(dá)到的精確性將建立一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)，特別是考慮到輪廓圖可能非常微小直到是單原子組成的時(shí)。與現(xiàn)有的LOM技術(shù)相比它有很大的優(yōu)越性，在現(xiàn)有LOM技術(shù)中，精確性取決于激光束的最小截面。
可以理解本發(fā)明工藝并不局限于應(yīng)用高頻加熱，例如，有可能通過施加電流到一個(gè)輪廓圖上獲得所要求的結(jié)果，該輪廓圖已經(jīng)被合適的如MICR(磁性圖象識(shí)別)增色劑之類的增色劑或墨液所標(biāo)記，增色劑或墨液可以帶有電流。由于輪廓圖的電阻，基質(zhì)(例如紙張)將會(huì)在輪廓圖處破壞或削弱。
作為另一種選擇性的實(shí)施方式，可以應(yīng)用類似于電鍍液的含有鋁或金屬離子的印制材料達(dá)到所要求的結(jié)果。
本發(fā)明方法的范圍還包括在印制和/或粘結(jié)之后將所需能量施加到每一個(gè)基質(zhì)或輪廓圖上，或者在印制和粘結(jié)后將能量施加到一垛基質(zhì)或輪廓圖上。
此外，能量可以通過電磁線圈、或交流、或直流電、或光、或化學(xué)方法供應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，印刷材料由一個(gè)催化劑或類似物質(zhì)或紅外或紫外光激發(fā)。在另一個(gè)實(shí)施例中，基質(zhì)是由光敏材料印制的，這樣有計(jì)劃地定時(shí)曝光能夠削弱或破壞或改變輪廓圖處的基質(zhì)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，輪廓圖可以接地(作為替代也可以由基質(zhì)接地)，然后通電，削弱輪廓圖處的基質(zhì)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，輪廓圖可以由一股或多股電子或粒子照射到基質(zhì)上而形成，其作用環(huán)境類似于應(yīng)用一個(gè)陰極射線管(真空中)。電子或粒子束可以實(shí)現(xiàn)印制或削弱步驟，也可以兩個(gè)步驟都進(jìn)行，在輪廓圖形成后能夠有效地?zé)艋|(zhì)?；|(zhì)可以在真空環(huán)境中或真空環(huán)境之外，電子或粒子束具有足夠高的能量達(dá)到所要求的示蹤和/或削弱效果。本發(fā)明范圍還包括印制和削弱步驟都由激光束之外的裝置同時(shí)進(jìn)行。
在另一個(gè)實(shí)施例中，輪廓圖可以由照射到基質(zhì)上的一股或多股電子或粒子跟蹤，基質(zhì)上帶有適當(dāng)能量敏感點(diǎn)的格柵。每一個(gè)點(diǎn)都可以選擇性地通過定時(shí)受控地置于電子或粒子束中被激發(fā)。輪廓圖就這樣形成，這些點(diǎn)對(duì)電子或粒子束的作用使得輪廓圖處基質(zhì)削減。
在另一個(gè)實(shí)施例中，輪廓圖可以由摻雜劑形成。基質(zhì)的削減可以通過摻雜劑的作用或者在施加合適的能量或其它裝置之后而發(fā)生。
在另一個(gè)實(shí)施例中，輪廓圖可以應(yīng)用一種能夠與第二種物質(zhì)反應(yīng)或者導(dǎo)致鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的物質(zhì)形成，反應(yīng)造成燃燒或爆裂，至少足以導(dǎo)致消減輪廓圖處的基質(zhì)。例如第一種物質(zhì)可以印刷到第一片基質(zhì)上，第二種物質(zhì)印刷到下一片基質(zhì)上，它能夠穿透第二片基質(zhì)，并能使第一種物質(zhì)與第二種物質(zhì)接觸。根據(jù)第一種和第二種物質(zhì)的性質(zhì)，在接觸后或者通過一個(gè)合適的催化劑或引發(fā)劑激發(fā)后，應(yīng)立即產(chǎn)生燃燒或爆裂。在另一種實(shí)施方式中，第一片基質(zhì)可以由浸漬有第二種物質(zhì)的一層覆蓋，在接觸或激發(fā)后能夠?qū)е氯紵虮?，其能量足以消減輪廓圖處的第一片基質(zhì)和同一輪廓圖處的第二片基質(zhì)。
下面是這種實(shí)施例的一種具體例子?；|(zhì)是一層碳纖維，輪廓圖是在無氧或缺氧氣氛下用鎂印制的，然后將氧供應(yīng)到輪廓圖上。所導(dǎo)致的化學(xué)反應(yīng)消減了輪廓圖處的基質(zhì)。這個(gè)例子不僅適用于用單層基質(zhì)形成物體，還適用于用多層基質(zhì)形成物體。
在另一個(gè)例子中，形成的輪廓圖可以是光敏性的，盡管激光束并不只限于只照射在輪廓圖處，但是在輪廓圖曝露到激光下時(shí)可以消減輪廓圖處的基質(zhì)。這樣就使得既能夠應(yīng)用激光技術(shù)，又無須精確引導(dǎo)激光器。當(dāng)然也可以用精確的激光器導(dǎo)引系統(tǒng)來消減輪廓圖處的基質(zhì)。
應(yīng)用本發(fā)明的工藝可以將多種性能引導(dǎo)到LOM技術(shù)中。例如，形成的層疊物體可以在制造過程中或制造之后進(jìn)行“修飾”，如應(yīng)用激光器或鉆頭或手工或已知的其它裝置進(jìn)行修飾。
這樣就能夠在物體上作出凹痕、槽、空穴或類似的改變。
此外本發(fā)明范圍還包括形成物體并且在物體形成的同時(shí)或者消減輪廓圖處的基質(zhì)時(shí)去掉額外的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，用本發(fā)明工藝形成的物體可以用作模具，或者添加不同的材料。這方面的一個(gè)例子是形成蜂窩狀的物體，去掉多余的基質(zhì)時(shí)，可以將材料加入到蜂窩的空間中，這樣所形成的物體是復(fù)合型的或者是強(qiáng)化的。
本發(fā)明工藝形成的層疊物體還可以進(jìn)一步改進(jìn)，這方面同樣包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如部分或全部的物體能夠進(jìn)行壓縮。如將氣體引入到中空物體的內(nèi)部，導(dǎo)致爆炸，這樣就壓縮了物體的材料，使得它不管整體上或只是在內(nèi)部的邊界區(qū)域上都更加致密。
進(jìn)一步說，物體內(nèi)部可以包括強(qiáng)化線或弱化區(qū)，這樣爆炸就形成特定的或所要求的效果。
這些選擇對(duì)于全部或部分由賽璐珞之類制成的物體來說特別適用。
在本發(fā)明工藝的另一個(gè)相關(guān)選擇方案中，層疊物體形成有空心或其它空穴，在這些空心或空穴中插入細(xì)小的特定材料，并施加壓力，這樣至少部分特定材料被引入到物體中，亦屬本發(fā)明范圍。其目的可能是強(qiáng)化物體或者是增加一些所需的性能。
在另一個(gè)選擇方案中，中空的芯或空穴可以插入薄膜，或其它可變形的蓋子，當(dāng)施加壓力時(shí)，它們可能在空心或空穴處膨脹成球，使得部分或全部的物體被壓縮。
在一些例子中，本發(fā)明工藝所生產(chǎn)的物體可能由一個(gè)凸件和凹件(每一種可以有多個(gè))，可望使每個(gè)凸件和每個(gè)凹件更加致密或堅(jiān)硬。本發(fā)明的范圍還包括將凹件沿著凸件推壓擠碎，從而使得凹件更加致密或堅(jiān)硬。同樣本發(fā)明范圍還包括將凸件推擠和壓縮到凹件中，從而使得每個(gè)凸件都更加致密或堅(jiān)硬。作為進(jìn)一步的選擇方案，凸件中的材料可以引入到凹件中，反之亦然，以便使凸件和/或凹件硬化。所希望的結(jié)果可以是使凸件和凹件具有不同的密度。
作為另一種使物體或者它的某些表面更加堅(jiān)硬的方法是，可以將含凝聚劑的液體或水泥噴灑到物體中或物體上，從而硬化所要求的表面，或使得物體更加堅(jiān)硬。這時(shí)，物體將能夠吸引或排斥某些物質(zhì)，例如水而不是油類。
在物體制造之后，改變其性能的另一個(gè)方法是應(yīng)用液體介質(zhì)來攜帶固體或離子，當(dāng)施加電流到基質(zhì)、輪廓圖或物體上時(shí)，能使得該固體或離子遷移到物體的特定部分上。
如果需要的話，可以將液體或合適的氣體引導(dǎo)到本發(fā)明物體的一個(gè)或多個(gè)空穴中，然后施加離心力，迫使液體或氣體進(jìn)入到物體中，在某些時(shí)候甚至進(jìn)入到它的外部邊界上。
靜電印刷工藝所印制的輪廓圖可以用作靜電篩，例如在制造之后將合適的碳?xì)浠衔飮姙⒌轿矬w上，通過填充所有的空穴而增加部分或全部物體的密度。該碳?xì)浠衔锟梢詳y帶有金屬化顆?；蛱蓟蛩芰项w粒，它們沉積在物體區(qū)域，或者部分或全部表面上。
如果需要的話，可以加熱使得產(chǎn)生的物體或沉積材料均勻或穩(wěn)定。
材料可以沉積在某些層的基質(zhì)中或基質(zhì)內(nèi)，或者物體的部分區(qū)域或者一部分物體上。其目的是制造出一種在不同部分有不同的物理性能的物體。例如物體的某些部分比其余部分硬度更高或密度更大，某些部分比其余部分更容易吸收沖擊。
物體可以填充合適的樹脂之類的物質(zhì)，在凝聚時(shí)樹脂能夠明顯地提高物體的密度和強(qiáng)度。
另一方面，根據(jù)物體的用途的不同，全部或幾乎全部物體可以進(jìn)行硬化，例如本發(fā)明工藝所制造的物體可以用于模具、芯軸、擠壓工具或其它工具，物體本身也可能成為一個(gè)工件。
本發(fā)明工藝還包括，不管是在制造期間或制造以后，在物體和堆垛上形成槽或通道。如果要在制造過程中制造出通道，可以在該過程中放入管子或相似的導(dǎo)管。如果要在隨后制造出通道，這可以通過在所制造的物體上鉆孔。
與之類似，本發(fā)明的物體還可能包含通路或通道，提供導(dǎo)電路徑或機(jī)電通道。一個(gè)物體可以由一個(gè)或多個(gè)這些部分。它們可以作為陰極或陽極。當(dāng)對(duì)物體進(jìn)行更加全面徹底的電鍍時(shí)，這些通道非常有用。通過有選擇性地對(duì)物體施以壓力或真空就有助于電鍍之類的工藝，其方法類似于上述的與顆粒狀材料相關(guān)的方法。例如，本發(fā)明制造的物體的全部或部分可以作為陰極，用于沉積鉻，物體至少部分是可穿透性的，對(duì)它施以壓力或真空，以便幫助鉻進(jìn)入到物體的部分或全部中。
上面所提到的通路或通道可以允許光、營養(yǎng)物質(zhì)、流體、懸浮液或電解液通過。
在上面的描述中常常提到對(duì)物體的處理，可以理解，許多這種處理可以應(yīng)用到基質(zhì)堆垛上。
此外，被破壞或挖空的輪廓圖可以用作模具。
此外，可以在一個(gè)堆垛中一次形成多個(gè)物體，每個(gè)物體都形成在一個(gè)已經(jīng)存在的結(jié)構(gòu)或堆垛中或其上面。
在制造之前、制造過程中或制造之后，可以加入或引入結(jié)構(gòu)性構(gòu)件，這樣就可以制造一個(gè)三維物體，該三維物體一部分完全置于該物體之中。此外可以在物體或堆垛上添加凸起或支架、把手、鉸鏈、軸承或其它構(gòu)件，物體甚至可以形成在一個(gè)已經(jīng)存在的構(gòu)件中。
在制造過程中，可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)性強(qiáng)化，以便支撐一個(gè)特別高的物體，防止它倒塌。如果需要的話，結(jié)構(gòu)性強(qiáng)化可以施加到基質(zhì)片中。
結(jié)構(gòu)性強(qiáng)化不僅可以用來支撐特別高的物體防止倒塌，而且還可以防止它被自身的重量所擠垮?；|(zhì)的結(jié)構(gòu)或其它性能可以通過掛鉤或孔眼等與其它的基質(zhì)的結(jié)構(gòu)結(jié)合。
當(dāng)輪廓圖是通過沉積而“生長(zhǎng)”出來的時(shí)，例如通過結(jié)晶，有可能要求改變基質(zhì)的輪廓圖的外部，這樣隨著生長(zhǎng)，多余的基質(zhì)(例如它可以形成膠體)可以被推開。
在本發(fā)明工藝的一個(gè)最佳實(shí)施例中，基質(zhì)是紙張，輪廓圖由薄而窄的膠片制成，該膠片容易受到微波的作用，它最好有一種高微波損失性能，而紙張具有低微波損失性能。在這個(gè)實(shí)施例中，施加足夠的微波能量將導(dǎo)致輪廓圖處基質(zhì)的消減。
本發(fā)明還涉及蝕刻、印制或標(biāo)記工藝。蝕刻一個(gè)凹雕板是眾所周知。先將該板涂敷上一層蠟或其它耐酸層，用尖利工具在所要求的路徑上對(duì)蠟進(jìn)行刻劃，露出金屬。金屬板浸入到酸液池中，酸液腐蝕掉暴露的金屬，在板上就蝕刻出要求的路徑。
已知的還有蝕刻或標(biāo)記硅晶片或薄膜基質(zhì)，以便產(chǎn)生印刷電路板或相似的產(chǎn)品。在這個(gè)過程中可以應(yīng)用激光束。
為方便起見，術(shù)語“印制”或它的衍生詞在后面還包括蝕刻、標(biāo)記、印制或類似工藝。此時(shí)，將一個(gè)軌跡或路徑或圖樣或標(biāo)記或輪廓圖施加或加工到一個(gè)基質(zhì)上。
術(shù)語“標(biāo)記”以及它的衍生詞在下面包括輪廓圖、軌跡、路徑和圖樣。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)印制的基質(zhì)無須在凹版印刷工藝之后，也無須應(yīng)用激光器。這樣本發(fā)明還提供了一種改進(jìn)的印制工藝，包括在基質(zhì)上印刷并加工印制部分形成標(biāo)記。
本發(fā)明還提供了應(yīng)用本發(fā)明的改進(jìn)印制工藝制造的物體。
基質(zhì)的選擇范圍可以從上述的廣泛的材料中選擇，基質(zhì)或印制圖的不同區(qū)域可以帶有正電荷或負(fù)電荷，基質(zhì)或印制圖的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域可以帶有電接觸點(diǎn)。
基質(zhì)可以帶有光敏膠片，作為對(duì)這一理念的進(jìn)一步發(fā)展，基質(zhì)的不同部分可以對(duì)光強(qiáng)度有不同的反應(yīng)，根據(jù)目的的不同產(chǎn)生不同的效果。
本發(fā)明范圍還包括通過噴淋、噴砂或真空沉積或其它適宜的方法制成基質(zhì)。此外基質(zhì)還可以由線材或型材制成。
此外除了印制要求的線條，本發(fā)明范圍還包括在基質(zhì)上提供其它的印制或標(biāo)記，如零件標(biāo)號(hào)等。
印制步驟還可以用靜電裝置印制，并且可以沉積上電路或電路板。
可以用適當(dāng)裝置將兩個(gè)或多個(gè)基質(zhì)粘結(jié)在一起，包括現(xiàn)有技術(shù)中的用熱輥融化包覆在基質(zhì)上的粘結(jié)劑。還可以采用其它合適的粘結(jié)方法，例如可以用靜電力粘結(jié)基質(zhì)片。另一個(gè)例子是，基質(zhì)堆垛的粘結(jié)能夠通過插入熱敏片到基質(zhì)片中來進(jìn)行，加熱時(shí)熱敏片熔融，有效地將堆垛粘結(jié)在一起。此外粘結(jié)堆垛的方法可以不施加于所有的基質(zhì)片，而只施加在一部分基質(zhì)片上。
印制步驟還包括在基質(zhì)上沉積適宜的材料，待沉積材料的性質(zhì)取決于所要求的進(jìn)一步處理，對(duì)本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員來說很容易進(jìn)行恰當(dāng)?shù)倪x擇。
前面已經(jīng)列舉的例子也可以應(yīng)用到本發(fā)明中，但并不局限于此。
在一個(gè)例子中，可以將一個(gè)金屬原子或粒子或如碳等其它電導(dǎo)性材料沉積到一個(gè)陶瓷或硅基質(zhì)上?？梢栽诘谝换|(zhì)上放置同樣或不同材料形成的第二基質(zhì)。在該組合中，原子或粒子能夠形成一條軌跡或傳導(dǎo)位置，以便作為一個(gè)印制電路。
印制圖可以用前面已經(jīng)提到的材料構(gòu)成。
此外本發(fā)明還考慮到用不同類型的沉積材料等方法選擇地改變基質(zhì)上的各種線條，前面已經(jīng)給出了例子，它們?cè)诖颂幫瑯舆m用。
為了對(duì)印制圖進(jìn)行處理形成標(biāo)記，可以應(yīng)用各種方法。一個(gè)最佳方法是向印制圖施加能量，比如向印制圖導(dǎo)入電流，這可以通過高頻感應(yīng)或施加了高頻電壓的電容器來達(dá)到。其它的方法包括施加光，將印制圖曝露在活性化合物中、或者將印制圖曝露在等離子體中。
為了刻制出標(biāo)記可以應(yīng)用各種方法。一種最佳方法是向標(biāo)記導(dǎo)入電流，或至少向它的一部分導(dǎo)入電流。這也可以通過高頻感應(yīng)或施加了高頻電壓的電容器來達(dá)到，它們能夠在每個(gè)標(biāo)記上產(chǎn)生足夠的熱量，從而刻制(比如燒出)出該標(biāo)記。如果要加熱的材料是不良導(dǎo)體或非導(dǎo)體，那么就更宜于在一個(gè)電容場(chǎng)中進(jìn)行介電加熱。
印制圖無須是連續(xù)的，本發(fā)明的范圍還包括印制圖由點(diǎn)或線段組成，印制圖可以選擇由粒子組成，粒子包括能夠吸附到所要求線條上的金屬原子和分子，所要求的線條由電導(dǎo)塑料或其它能夠攜帶電荷的材料形成。本發(fā)明還包括應(yīng)用在電、磁、化學(xué)或機(jī)械影響的作用下能夠遷移到所要求線條上的化合物。
帶印制圖的基質(zhì)可以曝露在一種如氧化性氛圍等化合物中，該化合物與印制圖反應(yīng)形成標(biāo)記。在另一種變化方式中，帶印制圖的基質(zhì)可以放置在惰性氛圍中，并曝露在電磁輻射下，以便對(duì)印制圖賦能。作為另一種方式，帶印制圖的基質(zhì)可以曝露在等離子中。
有可能包含內(nèi)部印制圖的標(biāo)記可以被印制在基質(zhì)的兩面上，該內(nèi)部印制圖可以有復(fù)雜的內(nèi)部圖樣或固體印制圖，此外基質(zhì)可以是雙倍或加厚的。
在處理時(shí)印制圖在基質(zhì)不同區(qū)域上的效果可能通過改變印制圖的物理尺寸而變化，或者印制圖的化學(xué)組成可能改變，這樣較高處印制圖的截面比較低處的截面對(duì)基質(zhì)的影響更大。與之類似，印制的線條寬度也可能改變。同樣的，也可能改變化學(xué)組成，從而使得發(fā)出能量的吸收效率不同。這樣其中一部分吸收施加能量的程度高于另一部分，因而對(duì)基質(zhì)有更大的影響。
本發(fā)明工藝所能夠達(dá)到的精確性將能夠建立起一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是當(dāng)考慮到標(biāo)記可以是微觀的，比如說有單原子構(gòu)成的時(shí)，這相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有巨大的優(yōu)越性。
作為一個(gè)選擇性方案，所要求的結(jié)果也可以通過使用一種印刷材料來獲得，該印刷材料包含有鋁、或金屬離子，類似于電鍍液。
本發(fā)明的范圍還包括在印制后向每一片基質(zhì)施加所要求的能量，或者是在印制后向一垛基質(zhì)施加能量。
此外能量可以由電磁線圈、直流或交流電、光或化學(xué)作用來供應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，印制材料是由一個(gè)催化劑或相似物質(zhì)或紅外光、或紫外光激發(fā)的。在另一個(gè)實(shí)施例中，基質(zhì)是由光敏感材料印制的，這樣在光中曝露一定時(shí)間，就改變了標(biāo)記處的基質(zhì)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)記可以由一股或多股電子束照射在基質(zhì)上形成，其環(huán)境類似于在陰極射線管中(真空下)。電子束可以進(jìn)行印制步驟。當(dāng)標(biāo)記已經(jīng)示蹤后，能夠有效地?zé)┗驘M(jìn)基質(zhì)中?；|(zhì)可以放在真空環(huán)境中或真空環(huán)境外，電子束具有足夠的能量達(dá)到所要求的跟蹤效果。在另一個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)記可以是由摻雜劑形成的。
在另一個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)記的形成可以應(yīng)用一個(gè)能夠與第二種物質(zhì)反應(yīng)的物質(zhì)形成，該反應(yīng)形成爆裂至少足夠在基質(zhì)上刻出標(biāo)記。例如第一種物質(zhì)可以印制在第一片基質(zhì)上，第二種物質(zhì)印制在下一片基質(zhì)上，使它能夠穿透第二片基質(zhì)，允許第一種物質(zhì)與第二種物質(zhì)接觸。根據(jù)第一種物質(zhì)和第二種物質(zhì)的性質(zhì)可能在接觸后立即產(chǎn)生爆裂，或者是在合適的催化劑或引發(fā)劑激發(fā)后產(chǎn)生爆裂。作為一種替換方案，第一種基質(zhì)覆蓋浸有第二種物質(zhì)的一個(gè)片，在接觸時(shí)或者是在激發(fā)后形成爆裂，產(chǎn)生的能量足夠在第一片基質(zhì)上蝕刻出標(biāo)記，并在第二片基質(zhì)上蝕刻出同樣的標(biāo)記。
在另一種實(shí)施例中，形成的標(biāo)記可以是光敏性的，可以通過激光照射而蝕刻，雖然激光束并不限于只照射標(biāo)記，這樣就使得既能夠運(yùn)用激光技術(shù)又無須精確導(dǎo)引激光。
可以將各種性能加入到本發(fā)明工藝中，例如在制造過程中或制造之后，可以用激光器或鉆頭或其它已知裝置對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行“修飾”。這樣可以在產(chǎn)品中制造出凹痕、槽、空穴或類似的改變。
此外本發(fā)明的物體可以通過增加被子圖樣等織物來進(jìn)行處理。例如一個(gè)杯子可以處理成具有織物表面。這方面的一個(gè)例子是由紙之類的薄層基質(zhì)制造出一個(gè)錐形的三維產(chǎn)品。每一片紙都標(biāo)記出一個(gè)圓環(huán)，下幾片紙帶的圓環(huán)直徑略略減小，從而形成一個(gè)錐形。在每一個(gè)圓環(huán)的周圍可以有一些點(diǎn)，這樣形成錐形后這些點(diǎn)可以被激發(fā)，在錐形的表面形成一個(gè)被子圖樣或者鱷魚圖樣。本領(lǐng)域的專業(yè)人員可以明白這可以有多種變型。
作為另一種例子，錐形可以另一個(gè)帶有所要求圖樣的基質(zhì)包敷。
本發(fā)明的理念包括進(jìn)行多重印刷和/或應(yīng)用不同厚度的線條，后一條特征可以用來制造電路的保險(xiǎn)絲，該電路在保險(xiǎn)絲處較細(xì)。
可以理解，在電導(dǎo)性產(chǎn)品中標(biāo)記可以形成電路，或者由剩余基質(zhì)的部分或全部組成該電路。
本發(fā)明還提供了切除基質(zhì)的性能，例如可以在基質(zhì)上印制出一個(gè)線條，然后激發(fā)它使之熔融、氣化或與基質(zhì)反應(yīng)，以便于在印刷完畢后切除基質(zhì)。通過印制然后將基質(zhì)曝露在一個(gè)適宜的能量源下就能夠進(jìn)行復(fù)雜的切割。
此處所描述的與第一發(fā)明相關(guān)的改變可以應(yīng)用在改進(jìn)的印制工藝中，反之亦然。
改進(jìn)的印制工藝具有提高和改進(jìn)現(xiàn)有電路板和微型計(jì)算機(jī)晶片的生產(chǎn)。
此外，除了印制標(biāo)記，本發(fā)明范圍還包括提供其它印制或標(biāo)記，例如零件標(biāo)號(hào)。
本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員可以明白上面所描述的許多工藝可以結(jié)合起來使用。
本領(lǐng)域的工藝要求有“全套材料”，它包括一整套印制有所要求輪廓圖的基質(zhì)，以及用于消減輪廓圖的任何材料，以及如果需要的話，所用的粘結(jié)材料。
本發(fā)明的工藝可以分步進(jìn)行，甚至在不同場(chǎng)合進(jìn)行。例如一套紙質(zhì)基質(zhì)可以用一個(gè)打印機(jī)印制出要求的信息(輪廓圖)，然后將該套紙張送到一個(gè)粘合機(jī)中進(jìn)行粘結(jié)，然后由最終使用者完成消減步驟。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種制造層疊三維物體的設(shè)備，包括一個(gè)印刷裝置，它適于在每一個(gè)連續(xù)的基質(zhì)層上印制預(yù)定的輪廓圖，每一個(gè)輪廓圖都用墨液印制在一頁基質(zhì)上，輪廓圖的框架與印制有該輪廓圖的基質(zhì)有所不同；用于堆疊連續(xù)的基質(zhì)層的裝置；使每一個(gè)印制的層疊基質(zhì)片承受斷裂電感場(chǎng)中的裝置，電感場(chǎng)的強(qiáng)度和該頁基質(zhì)上的墨液性能使得墨液中的感應(yīng)電流所產(chǎn)生的熱能足夠使該頁基質(zhì)在印制有這種墨液的區(qū)域被切割掉，從而形成該物體，或者該物體周圍的廢料。
附圖簡(jiǎn)介在圖中，

圖1到圖5描述了按照本發(fā)明工藝生產(chǎn)層疊物體；圖1是將要結(jié)合到層疊物體上的第一頁基質(zhì)的平面圖；圖2是將要疊加到圖1所示那層基質(zhì)之上的第二頁基質(zhì)的平面圖；圖3是將要疊加到圖2所示那層基質(zhì)之上的第三頁基質(zhì)的平面圖；圖4是將要疊加到圖3所示那層基質(zhì)之上的第四頁基質(zhì)的平面圖；圖5是沿圖4中線IV-IV所作的截面圖；圖6到圖19顯示了按照本發(fā)明工藝生產(chǎn)一種物體，該物體不一定是層疊的；圖6是本發(fā)明物體制造步驟中的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，而圖7是圖6的側(cè)視圖，圖8是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的透視圖，而圖9是圖8的側(cè)視圖；圖10是圖8所示那層基質(zhì)在輪廓圖處消減后的透視圖，而圖11是圖10的截面圖；圖12是在另一個(gè)實(shí)施例中圖8所示基質(zhì)層的透視圖，而圖13是其截面圖；圖14是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖，而圖15是圖14的側(cè)視圖；圖16是圖14的一種變換形式的透視圖，圖17是其側(cè)視圖；圖18顯示一個(gè)應(yīng)用在本發(fā)明工藝中的基質(zhì)，它帶有蜂窩狀圖樣，圖19顯示的是圖18中印制完畢后的基質(zhì)。
圖20到圖29顯示的是本發(fā)明物體生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)施例。
圖20到圖22顯示了這種設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例，圖20是透視圖，圖21是平面圖，圖22是側(cè)視圖；圖23到25顯示的是這種設(shè)備的第二個(gè)實(shí)施例，圖23是一個(gè)等軸測(cè)圖，圖24是一個(gè)從上面看的透視圖，省略了在圖23中的部分外罩，圖25是圖24中設(shè)備的側(cè)視圖。
圖26和圖27顯示了這種設(shè)備的第三個(gè)實(shí)施例，圖26是透視圖，圖27是側(cè)視圖，圖28和29示出這種設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例，圖28是透視圖，部分省略了。而圖29是側(cè)視水平圖，部分省略。
圖30示出形成電池的一垛基質(zhì)。
圖31顯示圖30中的三個(gè)電池串聯(lián)。
圖32顯示圖30中的三個(gè)電池并聯(lián)。
圖33顯示的是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視剖面圖。
圖34和35顯示的是另一個(gè)實(shí)施例的部分側(cè)視圖。
實(shí)施例首先，參看圖1到圖5，圖1顯示了一頁紙張10，它的上面將印制出一個(gè)輪廓圖20，輪廓圖20將成為圖5中所描述的金字塔狀三維原型30的一部分，除了印制輪廓圖20之外，還在紙張10上加印了線條矩陣11，將紙張10剩余部分的大部分分成小正方塊，可以理解，沿著線條11切割紙張10將能夠去掉輪廓圖20周圍紙張10的剩余部分。
圖2顯示的是第二頁紙張12，其上印制輪廓圖22，尺寸略大于紙張10的輪廓圖20，紙張12上同樣印制有線條矩陣13，將輪廓圖12之外的紙張12的大部分區(qū)域分隔成小方塊。
在圖3中，紙張14上的輪廓圖24又略微增大，線條矩陣15類似于圖2中的線條矩陣13，圖4顯示紙張16帶有印制的輪廓圖26和線條矩陣17。
輪廓20、22、24和26分別包圍著一個(gè)多余部分18、19、21、23，每一個(gè)多余部分都依次大于上一個(gè)，在紙張12、14、16中，對(duì)應(yīng)的線條矩陣13、15、17都伸入到多余部分中。
在制造過程中，根據(jù)本發(fā)明的工藝，紙張12層疊在紙張10的上方，紙張14層疊在紙張12上方，紙張16層疊在紙張14的上方。當(dāng)每一層疊加到另一層上時(shí)，在多余部分18、19、21和23以及輪廓圖20、22、24和26周圍的多余材料，都逐步除去，通過施加在各層上的破壞力將輪廓圖從紙張的剩余部分中斷裂開。
圖5顯示的是這樣所形成的三維物體，出于圖示的目的，在圖5中物體的階梯形側(cè)面已經(jīng)被放大了，事實(shí)上，大約100毫米高的金字塔形物體可能包括數(shù)百層基質(zhì)，這樣，每個(gè)相鄰層輪廓圖與前一層的差異可能只有1毫米的幾分之一。
現(xiàn)在參看圖6和7，基質(zhì)32上印制了輪廓圖34，在輪廓圖34的每一側(cè)是隔熱線35、36。(作為一種替代結(jié)構(gòu)，輪廓圖34可以代之以隔熱線，而隔熱線35和36可以代之以輪廓圖)。輪廓圖34為碳，而隔熱線35、36為防火陶瓷材料，可以理解，在另一種實(shí)施例中隔熱線35和36可以伸展于基質(zhì)32的表面，一直到達(dá)它的邊緣。還應(yīng)理解，防火陶瓷材料可以加入到基質(zhì)自身上。
現(xiàn)在參看圖8和圖9，在含鎂材料的基質(zhì)38上用碳印制出輪廓圖40，在圖中形成字母“R”。印制步驟是在控制氣氛中進(jìn)行的。氧氣或者其它合適的催化劑加入到基質(zhì)38上，從而燒去輪廓圖40。圖10和11顯示了在本實(shí)施例中輪廓圖40是如何從基質(zhì)38的整個(gè)厚度上移去，留下部分42。當(dāng)然如果基質(zhì)38中的鎂具有足夠的還原性，基質(zhì)38可以在消減步驟中完全消耗掉。這一工藝的結(jié)果將形成一個(gè)形狀為字母“R”的物體。
如果圖8和9中的基質(zhì)38為紙張之類，而輪廓圖42為碳之類，在指定區(qū)域消減基質(zhì)38將消減輪廓圖40，這樣它就能夠從基質(zhì)38上分離而不會(huì)完全穿透基質(zhì)38，如圖13所示。
在圖14和15中，基質(zhì)44由合適的有機(jī)纖維制成，而輪廓圖46是由銅印制的。接線頭48是為了便于與電源的連接。事實(shí)上，可能有兩個(gè)相同的接線頭48，在腳部45和47處各有一個(gè)。從一個(gè)電源(未顯示)向輪廓圖46供應(yīng)能量能夠加熱輪廓圖46并且燒掉輪廓圖處的基質(zhì)44。這種操作與白熾燈相同。
圖16和17基本上與圖14和15相同，只是顯示了兩個(gè)接線頭48和50，并且輪廓圖46的形狀略有不同?？梢岳斫?，接線頭48和50需要基質(zhì)44的延伸部分或其它器件(未顯示)的支撐。
在圖18中，基質(zhì)52由纖維材料的蜂窩狀結(jié)構(gòu)制成，每個(gè)空穴都填充未凝結(jié)樹脂。這樣基質(zhì)18就有許多蜂窩單元54。基質(zhì)18安裝在一個(gè)熱凝固薄層基礎(chǔ)56上，使得如果需要的話，基質(zhì)52能夠粘結(jié)到另一基質(zhì)層上。
如圖19所示，某些蜂窩單元54已經(jīng)被印制成了“R”的形狀。在本實(shí)施例中，印制工藝是通過使選定蜂窩單元中的樹脂凝固而完成的，該凝聚工藝可以和未凝聚蜂窩單元與凝聚單元的分離同時(shí)進(jìn)行，這樣就形成物體58，如果想要將基質(zhì)52粘結(jié)到其它相同基質(zhì)上，可以通過加熱薄層基礎(chǔ)56來達(dá)到。
參看圖20到22，設(shè)備60帶有一個(gè)紙質(zhì)基質(zhì)64的卷筒62，基質(zhì)64供入到導(dǎo)向輥65下方而通過激光印刷頭66的下方。在圖中，印制的輪廓圖67是一個(gè)V型八缸發(fā)動(dòng)機(jī)塊?；|(zhì)64攜帶輪廓圖67(以及廢料切除線，未顯示)，從磁控管68下方通過，磁控管68產(chǎn)生足夠的微波能量來激發(fā)輪廓圖67和切除線條(未顯示)，這樣輪廓圖67就與基質(zhì)的多余部分分開了。接著，輪廓圖67層疊或粘結(jié)到平臺(tái)71上的堆垛70上(根據(jù)需要平臺(tái)71可以進(jìn)行升降)。輪廓圖67和廢料(未顯示)從剩余的卷筒62上去掉后，剩余的卷筒62纏繞到輥72上。導(dǎo)向輥73、74和75協(xié)助控制卷筒62。
參看圖23到25，在本實(shí)施例中，基質(zhì)卷筒由支撐在平臺(tái)77上的一垛基質(zhì)76替代。當(dāng)每一片基質(zhì)76從堆垛中抽出時(shí)，它被拉入(通過某裝置拉動(dòng)，未顯示)到印刷頭78和輥80的下方，并穿過導(dǎo)向輥81和82之間。盡管沒有顯示從堆垛中抽出基質(zhì)76的裝置，可以指出，它可以是電裝置，如果堆垛是豎直的可以利用空氣和重力。在本實(shí)施例中，基質(zhì)76是紙張，帶有一層氧化鋁以及用于在堆垛中每一片基質(zhì)之間隔熱的隔熱材料。例如，隔熱層可以是熱活性塑料。平臺(tái)77隨基質(zhì)76的堆垛上升。每一片基質(zhì)76在印制了輪廓圖84之后，從微波或電感場(chǎng)腔室86下通過，在此，磁控管或其它合適的供應(yīng)源88放出駐波。這樣就激發(fā)了輪廓圖84，基質(zhì)在輪廓圖處就削弱了，在此，就產(chǎn)生了V型八缸發(fā)動(dòng)機(jī)塊的一層。這一層粘結(jié)到平臺(tái)89上的此前所制成的層上，隨著V型八缸發(fā)動(dòng)機(jī)塊的形成，平臺(tái)89逐漸下降。為清楚起見，在圖24和25中省略了圖23中的外殼90和91。
參看圖26和27，在這些圖中顯示的本發(fā)明設(shè)備能夠在液體上印刷。因此，基質(zhì)92是一層液體，例如可催化樹脂。通過噴泡印刷頭96在催化的樹脂表面印制輪廓圖94。印刷頭96的方向可以沿著導(dǎo)軌98進(jìn)行調(diào)整。在印制輪廓圖94時(shí)，樹脂凝聚。接著拉動(dòng)印制后的基質(zhì)，到達(dá)支撐在平臺(tái)100上的堆垛99上，在此，基質(zhì)92粘結(jié)到(例如，通過曝光)下面的堆垛上。平臺(tái)100相應(yīng)的浸入到該液體中，基質(zhì)92在凝聚之前也是該液體的一部分。
參看圖28和29，本發(fā)明的整個(gè)設(shè)備都包含在一個(gè)陰極射線管102中，該設(shè)備與圖23到圖25中的設(shè)備類似，只是輪廓圖84不是由腔室86和電源88激發(fā)的，而是通過電子轟擊而激發(fā)的，該電子槍被控制在要求圖象輪廓上，以消減輪廓圖84處的基質(zhì)76。輪廓圖84可以含有許多像素。
參看圖30到32，在圖30中，顯示了兩個(gè)基質(zhì)103和104以及一個(gè)輪廓圖106，它們都浸入在電解質(zhì)材料107的池中，形成一個(gè)電池108。圖31中顯示三個(gè)這種電池串聯(lián)在一起，圖32顯示三個(gè)這種電池并聯(lián)在一起。
圖33顯示一垛基質(zhì)110(紙張)，它們中的一部分已經(jīng)印刷了銅輪廓圖112(此處象一個(gè)頭部的形狀)。基質(zhì)110堆垛浸入到電成型池114中。如圖所示，插入陰極116使它與輪廓圖112連接。電路閉合能夠消減輪廓圖112處的基質(zhì)110，如果需要可以在成型池114或基質(zhì)110中調(diào)節(jié)其它添加劑或濕潤(rùn)劑。
參看圖34和35，基質(zhì)118的背面為隔熱(并且，可以選擇熱凝固的)板120，它帶有一個(gè)輪廓圖122，輪廓圖122對(duì)光有遮蔽作用。激光源124向輪廓圖122發(fā)出一束光，垂直于基質(zhì)118。由于輪廓圖122的外形，激光束不均等地穿過輪廓圖122照射到基質(zhì)118上。如圖35，結(jié)果在基質(zhì)118上形成一個(gè)傾斜的凹槽。
從前文可知，本發(fā)明包括燃燒和其它去掉輪廓圖而消減基質(zhì)的方法。
在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員可以選擇基質(zhì)、印制材料和能量源，從而在本發(fā)明的工藝中實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)。
此外，采用本發(fā)明的至少部分實(shí)施例，可以快速制造出價(jià)廉的原型設(shè)備，它消耗小并且能夠制造出比現(xiàn)在所能制造的原型更大的原型。而且，原型制造速度更加快捷，所需準(zhǔn)備更少。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的物體制造工藝，它包括在至少一頁基質(zhì)上印制所要求截面輪廓圖，并向所印制的輪廓圖施加足夠的能量使得該基質(zhì)或各基質(zhì)在輪廓圖處消減。
2.一種改進(jìn)的層疊物體制造工藝，它包括在多個(gè)基質(zhì)中的至少一部分上印制所要求的截面輪廓圖，粘結(jié)該基質(zhì)，并向所印制的輪廓圖施加足夠的能量使得每一基質(zhì)在輪廓圖處消減。
3.如權(quán)利要求1或2所述的工藝，其特征在于，基質(zhì)為紙張。
4.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，基質(zhì)由選自碳、金屬、硅、晶片和格柵結(jié)構(gòu)材料的單層材料制成。
5.如權(quán)利要求2所述的工藝，其中，基質(zhì)含有涂敷材料或者涂敷材料插入在堆垛中的基質(zhì)層之間。
6.如權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于，包含的基質(zhì)垛材料能夠提供隔熱、加強(qiáng)、電傳導(dǎo)或電絕緣功能。
7.如權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于，每一基質(zhì)都由光敏性膠片或紙張組成，曝光形成各基質(zhì)上的輪廓圖。
8.如權(quán)利要求1或2所述的工藝，其特征在于，印制步驟采用靜電印刷或噴泡印刷來完成。
9.如權(quán)利要求1或2所述的工藝，其特征在于，通過向該輪廓圖施加能量來完成削減步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的工藝，其特征在于，該能量為熱能、高頻加熱、微波或電磁輻射。
11.如權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于，粘結(jié)步驟在印制步驟之前完成。
12.如權(quán)利要求1或2所述的工藝，其中，在輪廓圖印制的同時(shí)，也印制了欲形成物體周圍的多余材料。
13.用權(quán)利要求1所述工藝所制造的物體。
14.用權(quán)利要求2所述工藝所制造的層疊物體。
15.一種改進(jìn)的印制工藝，包括基質(zhì)上的印制圖并且對(duì)印制圖進(jìn)行處理形成此處所定義的標(biāo)記。
全文摘要
本發(fā)明提供一種層疊物體制造的改進(jìn)工藝,該工藝包括在基質(zhì)片(例如,紙張)(64)上印制所要求的輪廓圖(67),印刷可以采用例如激光印刷機(jī)(66)等進(jìn)行。接著將印制后的基質(zhì)粘結(jié)(70),并向印制的輪廓圖施加足夠的能量(68)使得每個(gè)基質(zhì)在輪廓圖處消減,形成三維物體。這種物體可以用作模具或原型或?qū)嶋H工件。
文檔編號(hào)B26F3/16GK1242728SQ97181250
公開日2000年1月26日 申請(qǐng)日期1997年11月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月21日
發(fā)明者彼得·R·拉法埃萊 申請(qǐng)人:托馬圖格股份有限公司