DE102005041559A1 - Layer assembly production apparatus for three-dimensional articles, has exposure unit arranged to expose selected part of formed fluid layer or resin layer on target surface using UV rays in linear exposure process - Google Patents

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Abstract

The device includes a layer forming unit provided to form a layer of fluid or resin layer (10) on the target surface (9). A smoothing roller (13) is used for smoothing the formed fluid layer or resin layer. An exposure unit (6) is provided to exposure a selected part of the fluid layer or resin layer using UV rays in linear exposure process. A lowering mechanism is arranged to lower the target surface. An independent claim is included for the layer assembly production of three-dimensional articles.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schichtaufbauenden Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2. Derartige Verfahren und Materialsysteme sind unter der Bezeichnung Rapid Technologien in unterschiedlicher Ausgestaltung bekannt.The The invention relates to a device and a method for layer-building Production of a three-dimensional object according to the generic terms of the claims 1 and 2. Such methods and material systems are under the Designation Rapid technologies in different design known.

Bei dem vom Massachusetts Institute of Technology entwickelten 3D Drucken werden Pulverschichten durch Bedrucken mit fluiden Bindermaterialien selektiv verfestigt. Durch den Einsatz von Mehrfachdruckköpfen kann ein hoher Materialdurchsatz und damit eine hohe Produktivität erzielt werden. Derartig hergestellte Bauteile sind jedoch grundsätzlich porös und müssen daher für viele Anwendungsbereiche nachverdichtet werden.at the 3D printing developed by the Massachusetts Institute of Technology become powder layers by printing with fluid binder materials selectively solidified. Through the use of multiple print heads can a high material throughput and thus high productivity achieved become. However, such components are basically porous and therefore must for many Fields of application are to be densified.

Bei dem an der University of Texas entwickelten Selektiven Lasersintern werden Pulverschichten durch Laserbestrahlung selektiv aufgeschmolzen und verfestigt. Mehrfachlaserköpfe sind zwar technisch machbar, aber sehr teuer und werden deshalb aus Kostengründen nicht verwendet. Daher weist dieses Verfahren eine geringere Produktivität auf. Allerdings können nahezu massive Bauteile direkt hergestellt werden.at the Selective Laser Sintering developed at the University of Texas Powder layers are selectively melted by laser irradiation and solidified. Multiple laser heads are technically feasible, but very expensive and therefore for cost reasons not used. Therefore, this method has a lower productivity. Indeed can almost massive components are produced directly.

In einer neueren Variante des Selektiven Lasersinterns wird ein Laserstrahl mit einer Zylinderlinse linear aufgeweitet und die Linienlänge auf der Arbeitsebene nach Bedarf variiert. Die maximale Aufweitung des Laserstrahls beträgt 40 mm. [Zhao & Zhu; A new line scanning SLS rapid prototyping technology; Proc. 6th. Int. Conf. Elect. Measurem. & Instr.; 1016-1019, 2003].In A newer variant of selective laser sintering is a laser beam linearly expanded with a cylindrical lens and the line length the working level varies as needed. The maximum expansion of the Laser beam is 40 mm. [Zhao &Zhu; A new line scanning SLS rapid prototyping technology; Proc. 6th. Int. Conf. Elect. Measurem. & Instr .; 1016-1019, 2003].

Bei der Stereolithographie werden photosensitive Fluidschichten durch Bestrahlung verfestigt. Dabei erfolgt die Bestrahlung üblicherweise mittels eines UV-Lasers ähnlich wie beim selektiven Lasersintern. Bei der Verfestigung der Fluidschichten tritt keine Porosität auf, aber der Nachteil der geringen Produktivität besteht ebenfalls.at Stereolithography are photosensitive fluid layers Irradiation solidifies. In this case, the irradiation usually takes place similar by means of a UV laser as in selective laser sintering. In the solidification of the fluid layers no porosity occurs but the downside of low productivity is as well.

Bei der Stereolithographie-Abwandlung des Solid Ground Curing wird jeweils eine gesamte photosensitive Fluidschicht flächig durch Bestrahlung durch eine Maske selektiv verfestigt. Dies erlaubt grundsätzlich eine sehr hohe Produktivität ohne Porosität. Allerdings ist die Bauteilgröße begrenzt, da der gesamte Bauraum gleichzeitig mit ausreichender Intensität bestrahlt werden muss.at The Stereolithography Variation of the Solid Ground Curing Will Be Each an entire photosensitive fluid layer surface by irradiation through a mask selectively solidified. This basically allows one very high productivity without porosity. However, the component size is limited, because the entire space is irradiated at the same time with sufficient intensity must become.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schichtaufbauenden Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes anzugeben, mit denen große, nicht-poröse Bauteile mit hoher Produktivität hergestellt werden können.The Object of the present invention is therefore a device and a method for layer-forming production of a three-dimensional Specify object, with which large, non-porous components produced with high productivity can be.

Diese Aufgabe wird durch die zeilenweise Belichtung photosensitiver Fluidschichten gelöst. Einerseits werden bei der Verwendung von Fluiden keine porösen Bauteile hergestellt. Andererseits erlaubt die zeilenweise Belichtung eine deutlich höhere Produktivität ohne starke Begrenzung des Bauraums.These Task is the line by line exposure of photosensitive fluid layers solved. On the one hand, when using fluids no porous components produced. On the other hand, the line-by-line exposure allows one significantly higher productivity without a strong limitation of the installation space.

Vorzugsweise erfolgt die zeilenweise Belichtung mittels einer LED-Zeilenbelichtung. Diese besteht aus einer linearen Aneinanderreihung von LEDs, die einzeln ansteuerbar sind und so die gleichzeitige selektive Belichtung einer Linie auf der Fluidoberfläche erlauben, die einer Linie durch den Querschnitt des herzustellen Bauteils entspricht.Preferably Line by line exposure is performed by means of an LED line exposure. This consists of a linear string of LEDs that are individually controllable and so the simultaneous selective exposure a line on the fluid surface allow to create a line through the cross section of the Component corresponds.

Geeignete LEDs zur Belichtung und Verfestigung photosensitiver Fluide sind im Handel erhältlich, insbesondere auch UV-LEDs, z.B. InGaN-Dioden.suitable LEDs for exposure and solidification of photosensitive fluids are available in the stores, especially UV LEDs, e.g. InGaN diodes.

In alternativer Ausgestaltung erfolgt die zeilenweise Belichtung mittels Belichtung durch eine Zeilenblende und eine Maske. Dazu wird eine Maske entsprechend dem jeweiligen Querschnitt des herzustellenden Bauteils auf eine Folie gedruckt. Für die Zeilenweise Belichtung der Fluidschicht wird die Folienmaske über die Zeilenblende gezogen während die Zeilenblende und die Belichtungseinheit über die Fluidschicht fahren.In alternative embodiment, the line-by-line exposure takes place by means of Exposure through a line mask and a mask. This will be a Mask according to the respective cross section of the produced Component printed on a foil. For the linewise exposure the fluid layer, the film mask is pulled over the line diaphragm while the Move the line diaphragm and the exposure unit over the fluid layer.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können auch mehrere Zeilen zu einer streifenartigen Belichtung zusammengefasst werden.In In a further advantageous embodiment, multiple lines can be added a strip-like exposure are summarized.

Besonders vorteilhaft erweisen sich die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren, wenn ein zweiphasiges Material (Composite) verwendet wird – vorzugsweise bestehend aus Monomer und organischen und anorganischen Füllstoffen.Especially the device according to the invention and the method according to the invention prove to be advantageous if a two-phase material (composite) is used - preferably consisting of monomer and organic and inorganic fillers.

Nachfolgend werden anhand von zwei Ausführungsbeispielen und der Figur die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert:
Ein UV-sensitives Harz (Accura Bluestone von 3D-Systems) wird auf einer Zielfläche schichtweise aufgetragen und geglättet, ein ausgewählter Teil der Schicht, entsprechend einem Querschnitt des Gegenstandes, wird zeilenweise UV-bestrahlt, so dass das Harz im ausgewählten Teil aushärtet, dann werden die Schritte des Auftragens, des Glättens und des Bestrahlens für eine Mehrzahl von Schichten wiederholt, so dass die gehärteten Teile der benachbarten Schichten sich verbinden, um den Gegenstand zu bilden.The device according to the invention and the method according to the invention will be explained in more detail on the basis of two exemplary embodiments and the FIGURE.
A UV-sensitive resin (Accura Bluestone from 3D Systems) is layered and smoothened on a target surface, a selected portion of the layer corresponding to a cross section of the Ge is UV-irradiated line by line so that the resin cures in the selected part, then the steps of applying, smoothing and irradiating are repeated for a plurality of layers so that the hardened parts of the adjacent layers combine to form the article to build.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die zeilenweise Belichtung mittels einer UV-LED-Zeilenbelichtung. Diese besteht aus einer linearen Aneinanderreihung von UV-LEDs (InGaN-Dioden), die einzeln ansteuerbar sind und so die gleichzeitige selektive Belichtung einer Linie auf der Harzoberfläche erlauben, die einer Linie durch den Querschnitt des herzustellen Bauteils entspricht.According to the first embodiment the line by line exposure takes place by means of a UV LED line exposure. This consists of a linear arrangement of UV LEDs (InGaN diodes), which are individually controllable and so the simultaneous selective Allow exposure of a line on the resin surface, that of a line corresponds by the cross section of the produce component.

Die zeilenweise Belichtung erfolgt zeitgleich mit dem Glätten der Harzschicht. Während die Einrichtung zum Glätten über die Harzschicht fährt und diese glättet, fährt die Zeilenbelichtungseinheit dicht dahinter in gleich bleibendem Abstand über die Harzschicht und belichtet diese selektiv durch selektive Ansteuerung der einzelnen LEDs. Infolge der selektiven Belichtung erfolgt eine selektive Verfestigung der Harzschicht.The Line by line exposure takes place simultaneously with the smoothing of the Resin layer. While the device for smoothing over the Resin layer moves and this smoothes, she drives Lens exposure unit close behind at a constant distance over the Resin layer and selectively exposes them by selective control the individual LEDs. As a result of the selective exposure takes place selective solidification of the resin layer.

Gemäß dem zweiten in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die zeilenweise Belichtung mittels einer Zeilenblende 7 und einer Maske. Dazu wird die Maske entsprechend dem jeweiligen Querschnitt des herzustellenden Bauteils auf eine Folie M gedruckt. Für die Zeilenweise Belichtung der Fluidschicht 10 wird die Folienmaske M von Folienrollen 1 und 2 mittels Führungsrollen 3 und 4 über die Zeilenblende 7 gezogen während die Zeilenblende 7 und die Belichtungseinheit 6 über die Fluidschicht 10 fahren.According to the second embodiment shown in the figure, the line-by-line exposure is effected by means of a line diaphragm 7 and a mask. For this purpose, the mask is printed on a film M corresponding to the respective cross section of the component to be produced. For the linewise exposure of the fluid layer 10 becomes the film mask M of film rolls 1 and 2 by means of guide rollers 3 and 4 via the line diaphragm 7 pulled while the line diaphragm 7 and the exposure unit 6 over the fluid layer 10 drive.

Besonders vorteilhaft wird die Maske direkt vor dem Belichten mittels eines integrierten Laserdruckers 5 auf die Folie M gedruckt. Dazu wird ein wasserlöslicher Farbstoff verwendet, damit die Folie offline schnell und einfach gereinigt und wieder verwendet werden kann. Idealerweise ist auch eine Reinigungseinheit online integriert (hier nicht dargestellt), so dass die Folie für sämtliche Querschnitte des Bauteils verwendet werden kann.The mask is particularly advantageous immediately before exposure by means of an integrated laser printer 5 printed on the film M. A water-soluble dye is used for this purpose so that the film can be quickly and easily cleaned and reused offline. Ideally, a cleaning unit is integrated online (not shown here), so that the film can be used for all cross sections of the component.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren erweisen sich in den Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen Beispiele als besonders geeignet für Rapid Manufacturing-Anwendungen in der Automobilindustrie.The inventive device and the method according to the invention prove in the embodiments of the examples described above are particularly suitable for Rapid Manufacturing applications in the automotive industry.

Insbesondere kann so eine deutliche Verbesserung der Produktivität bei großen nicht-porösen Bauteilen erreicht werden.Especially So can a significant improvement in productivity for large non-porous components be achieved.

1,21.2
Folienrollefilm roll
3,43.4
Führungsrolleleadership
55
Druckerprinter
66
UV-BeleuchtungseinheitUV lighting unit
77
Zeilenblendeline panel
88th
Vorratsbehälter HarzReservoir resin
99
Bauplatte = Zielflächebuilding board = Target area
1010
Harzschichtresin layer
1111
Belichtetes/verfestigtes Harz = BauteilIlluminated / solidified Resin = component
1212
Überlaufbehälter HarzOverflow tank resin
1313
Roller zum Glätten der Harzschichtscooter for straightening the resin layer
MM
Folienmaskefoil mask

Claims (2)

Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes aus einem verfestigbaren photosensitiven Fluid umfassend – eine Einrichtung zum Auftragen einer Schicht des Fluids auf einer Zielfläche, – eine Einrichtung zum Glätten der Fluidschicht, – eine Einrichtung zum Belichten eines ausgewählten Teils der Schicht, – eine Einrichtung zum Absenken der Zielfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Belichten als Zeilenbelichter ausgebildet ist.Apparatus for producing a three-dimensional article of a solidifiable photosensitive fluid comprising - means for applying a layer of the fluid to a target surface, - means for smoothing the fluid layer, - means for exposing a selected part of the layer, - means for lowering the Target area, characterized in that the means for exposing is formed as a line imagesetter. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes aufweisend folgende Schritte: – Auftragen und Glätten einer verfestigbaren photosensitiven Fluidschicht auf eine Zielfläche, – Belichten eines ausgewählten Teils der Schicht, entsprechend einem Querschnitt des Gegenstandes, so dass die Partikel in diesem ausgewählten Teil verbunden werden, – Wiederhohlen der Schritte des Auftragens und des Belichtens für eine Mehrzahl von Schichten, so dass die verbunden Teile der benachbarten Schichten sich verbinden, um den Gegenstand zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Belichten zeilenweise erfolgt und vorzugsweise zeitgleich zum Glätten.Method of making a three-dimensional Item comprising the following steps: - applying and smoothing one solidifiable photosensitive fluid layer on a target surface, - Exposure a selected one Part of the layer, corresponding to a cross section of the article, so that the particles are joined in this selected part, - Repeatedly the steps of applying and exposing for a plurality of layers, so that the connected parts of the adjacent layers connect, to form the object characterized, that the exposure is done line by line and preferably at the same time Smooth.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007009273B4 (en) * 2007-02-26 2008-04-03 Daimler Ag Method and device for producing a three-dimensional article from a solidifiable material
DE102007057450A1 (en) 2007-11-29 2009-06-04 Daimler Ag Producing three-dimensional articles e.g. injection mold, comprises applying and pressing solidifyable fluid or powdered material layer on target surface, and illuminating selected part of the layer with energy beam or material beam

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