Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer dreidimensionalen Struktur. The invention relates to a device for producing a three-dimensional structure.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung einer dreidimensionalen Struktur. The invention further relates to a method for producing a three-dimensional structure.
Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung einer mittels einer Vorrichtung erzeugten dreidimensionalen Struktur. Furthermore, the invention relates to a use of a three-dimensional structure generated by means of a device.
Aus dem Stand der Technik sind allgemein Vorrichtungen und Verfahren zur Erzeugung von dreidimensionalen Strukturen bekannt. Derartige Vorrichtungen sind als so genannte 3D-Drucker ausgebildet, mittels welchen dreidimensionale Werkstücke computergesteuert aus Kunststoffen, Kunstharzen, Keramiken und Metallen unter Verwendung physikalischer oder chemischer Härtungs- oder Schmelzprozesse erzeugt werden. Devices and methods for producing three-dimensional structures are generally known from the prior art. Such devices are designed as so-called 3D printers, by means of which three-dimensional workpieces are computer-generated from plastics, synthetic resins, ceramics and metals using physical or chemical hardening or melting processes.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur Projektion von Bilddaten auf einer Projektionsfläche bekannt. Dabei ist die Projektionsfläche eine Leinwand oder eine andere, möglichst ebene Fläche. Furthermore, various devices and methods for the projection of image data on a projection surface are known from the prior art. The projection surface is a screen or another, as flat as possible surface.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung sowie ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung einer dreidimensionalen Struktur und eine Verwendung einer mittels einer solchen Vorrichtung erzeugten dreidimensionalen Struktur anzugeben. The object of the invention is to provide a device which is improved over the prior art and an improved method for producing a three-dimensional structure and a use of a three-dimensional structure produced by means of such a device.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 11 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Verwendung durch die im Anspruch 12 angegebenen Merkmale gelöst. With regard to the device, the object is achieved by the features specified in claim 1, in terms of the method by the features specified in claim 11 and with respect to the use by the features specified in claim 12.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Vorrichtung zur Erzeugung einer dreidimensionalen Struktur zeichnet sich erfindungsgemäß durch zumindest eine Laserlichtquelle und zumindest eine Struktureinheit aus, wobei die zumindest eine Struktureinheit mehrere Druckkammern mit jeweils einer im Inneren angeordneten Substanz, mit zumindest einem in einer Außenwandung angeordneten und für Laserstrahlung transparenten Abschnitt und mit zumindest einer in der Außenwandung angeordneten Düse umfasst. Mittels der Laserlichtquelle erzeugte gepulste Laserstrahlung ist derart durch zumindest einen transparenten Abschnitt in ein Inneres zumindest einer Druckkammer führbar, dass sich zumindest ein Teil der Substanz im Inneren zumindest einer Druckkammer erhitzt, impulsartig ausdehnt und derart durch die Düse nach außen führbar ist, dass die Struktureinheit frei schwebt und dreidimensional bewegbar ist. According to the invention, the device for producing a three-dimensional structure is characterized by at least one laser light source and at least one structural unit, wherein the at least one structural unit comprises a plurality of pressure chambers, each with a substance arranged in the interior, with at least one section arranged in an outer wall and transparent to laser radiation, and with at least a nozzle arranged in the outer wall. Pulsed laser radiation generated by means of the laser light source can be guided through at least one transparent section into an interior of at least one pressure chamber such that at least part of the substance is heated in the interior of at least one pressure chamber, expands in pulses and can be guided outward through the nozzle in such a way that the structural unit floats freely and is three-dimensionally movable.
Die Vorrichtung zeichnet sich in besonders vorteilhafter Weise dadurch aus, dass die zumindest eine Struktureinheit ohne das Erfordernis von mechanischen oder elektrischen Verbindungen steuer- und bewegbar ist, so dass diese frei im Raum schweben kann. Somit ist es möglich, die Struktureinheit in einfacher Weise an jeder beliebigen Position im Raum anzuordnen. The device is characterized in a particularly advantageous manner by the fact that the at least one structural unit without the need of mechanical or electrical connections is controlled and movable, so that it can float freely in space. Thus, it is possible to arrange the structural unit in a simple manner at any position in the room.
In einer möglichen Ausgestaltung der Vorrichtung weisen die Düsen der Druckkammern der zumindest einen Struktureinheit in unterschiedliche Richtungen. Somit ist in besonders einfacher Weise die dreidimensionale Bewegung realisierbar. In one possible embodiment of the device, the nozzles of the pressure chambers of the at least one structural unit in different directions. Thus, the three-dimensional movement can be realized in a particularly simple manner.
In einer möglichen weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weisen die transparenten Abschnitte der Druckkammern der zumindest einen Struktureinheit unterschiedliche optische Filter auf. Diese optischen Filter sind dabei insbesondere derart ausgebildet, dass diese lediglich für Laserstrahlung einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs oder einer bestimmten Polarisation durchlässig sind. Somit kann in besonders einfacher Weise eine Ansteuerung der Druckkammern mit Laserstrahlung bestimmter Wellenlänge und daraus folgend eine besondere einfache Positionierung der Druckkammern und der Struktureinheit im Raum erfolgen. In a possible further embodiment of the device, the transparent sections of the pressure chambers of the at least one structural unit have different optical filters. These optical filters are in particular designed such that they are transparent only for laser radiation of a specific wavelength or a specific wavelength range or a specific polarization. Thus, in a particularly simple manner, an actuation of the pressure chambers with laser radiation of a specific wavelength and, consequently, a particularly simple positioning of the pressure chambers and the structural unit in space can take place.
Um die Ausdehnung der Substanz im Inneren der Druckkammer bei Einleitung der Laserstrahlung weiter zu beschleunigen ist gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung im Inneren der Druckkammern jeweils eine Absorptionsfläche zur Absorption der Laserstrahlung angeordnet. Diese Absorptionsfläche weist insbesondere eine dunkle Farbe, beispielsweise Schwarz, auf. In order to further accelerate the expansion of the substance in the interior of the pressure chamber upon initiation of the laser radiation, an absorption surface for absorbing the laser radiation is arranged in each case in the interior of the pressure chambers according to an embodiment of the device. This absorption surface has in particular a dark color, for example black.
Um eine einfache Umleitung der Laserstrahlung zu ermöglichen, ist in einer möglichen Ausgestaltung der Vorrichtung zwischen der zumindest einen Laserlichtquelle und der zumindest einen Struktureinheit zumindest eine optische Einheit zur Beeinflussung eines Strahlengangs der Laserstrahlung angeordnet. In order to enable a simple diversion of the laser radiation, in a possible embodiment of the device between the at least one laser light source and the at least one structural unit at least one optical unit for influencing a beam path of the laser radiation is arranged.
Um eine freie Anordnung und/oder Bewegung der optischen Einheit im Raum und somit eine einfache Anpassung der Vorrichtung an unterschiedliche Gegebenheiten zu ermöglichen, umfasst die optische Einheit gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung mehrere Druckkammern mit jeweils einer im Inneren angeordneten Substanz, zumindest einem in einer Außenwandung angeordneten und für Laserstrahlung transparenten Abschnitt und mit zumindest einer in der Außenwandung angeordneten Düse. Weiterhin ist mittels der Laserlichtquelle erzeugte gepulste Laserstrahlung derart durch zumindest einen transparenten Abschnitt in ein Inneres zumindest einer Druckkammer führbar, dass sich zumindest ein Teil der Substanz im Inneren zumindest einer Druckkammer erhitzt, impulsartig ausdehnt und derart durch die Düse nach außen führbar ist, dass die optische Einheit frei schwebt und/oder dreidimensional bewegbar ist. In order to enable a free arrangement and / or movement of the optical unit in space and thus a simple adaptation of the device to different circumstances, the optical unit according to another possible embodiment comprises a plurality of pressure chambers, each with a substance arranged inside, at least one in an outer wall arranged and transparent to laser radiation section and with at least one nozzle arranged in the outer wall. Furthermore, pulsed laser radiation generated by means of the laser light source can be guided through at least one transparent section into an interior of at least one pressure chamber such that at least part of the substance inside at least one pressure chamber is heated, expands in a pulsed manner and can be guided outward through the nozzle such that the optical unit floats and / or is three-dimensionally movable.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung ist an zumindest einer Struktureinheit zumindest ein Werkzeug zur gesteuerten Aufnahme, Abgabe und/oder Bearbeitung von Werkstoffen angeordnet. Bei den Werkstoffen kann es sich beispielsweise um Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und/oder Metalle handeln, welche unter Verwendung physikalischer und/oder chemischer Härtungs- und/oder Schmelzprozesse zu dreidimensionalen Werkstücken verarbeitet werden. Die freie Bewegung der Struktureinheit und des daran angeordneten Werkzeugs im Raum ermöglichen dabei eine einfache Herstellung besonders komplexer Werkstücke. According to a further development of the device, at least one tool for the controlled picking up, delivery and / or processing of materials is arranged on at least one structural unit. The materials may be, for example, plastics, synthetic resins, ceramics and / or metals, which are processed into three-dimensional workpieces using physical and / or chemical hardening and / or melting processes. The free movement of the structural unit and the tool disposed in the space thereby allow easy production of particularly complex workpieces.
Um einen vom menschlichen Auge wahrgenommenen optischen Effekt eines Absinkens von Struktureinheiten zwischen zwei Laserpulsen zu vermeiden oder zumindest zu vermindern, sind gemäß einer Weiterbildung mehrere Struktureinheiten nebeneinander und in mehreren Zeilen übereinander angeordnet, wobei die Struktureinheiten zeilenweise mittels der Laserstrahlung abtastbar sind. Insbesondere sind die jeweils übereinander angeordneten Struktureinheiten versetzt bzw. "auf Lücke" zueinander angeordnet. Bei einer abwechselnden gepulsten Bestrahlung der Zeilen von Struktureinheiten kann in dem Zeitpunkt, in welchem eine Zeile absinkt, die andere Zeile angehoben werden, so dass der optische Effekt eines Absinkens von Struktureinheiten zwischen zwei Laserpulsen insbesondere bei einer Verwendung der mittels der Vorrichtung aus den Struktureinheiten erzeugten dreidimensionalen Struktur als Projektionsfläche für Bilddaten vermieden wird. In order to avoid or at least reduce an optical effect, perceived by the human eye, of a sinking of structural units between two laser pulses, several structural units are arranged next to one another and in several lines one above the other, wherein the structural units can be scanned line by line by means of the laser radiation. In particular, the respective structural units arranged one above the other are offset or "arranged in a gap" with respect to one another. In the case of an alternating pulsed irradiation of the rows of structural units, the other row can be raised at the time in which one row sinks, so that the optical effect of a sinking of structural units between two laser pulses, in particular when the units are produced by means of the structural units Three-dimensional structure is avoided as a projection screen for image data.
Um eine Trennung der Struktureinheiten innerhalb der erzeugten dreidimensionalen Struktur zu realisieren, sind diese gemäß einer möglichen Ausgestaltung mit einem Abstand zueinander angeordnet. In order to realize a separation of the structural units within the generated three-dimensional structure, they are arranged according to a possible embodiment with a distance from one another.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung sieht vor, dass die Vorrichtung sich durch einen netzförmigen Aufbau auszeichnet und als Komponenten zumindest eine Laserlichtquelle und/oder zumindest eine optische Einheit und/oder zumindest eine als Abtasteinheit ausgebildete optische Einheit und/oder mehrere Struktureinheiten umfasst, so dass in besonders vorteilhafter Weise zwischen den Komponenten ausschließlich rein energetische Verbindungen in Form der Laserstrahlung und somit nicht stoffliche Verbindungen ausgebildet sind und diese in besonders einfacher Weise frei im Raum bewegt und angeordnet werden können. A further possible embodiment provides that the device is characterized by a net-like structure and comprises as components at least one laser light source and / or at least one optical unit and / or at least one optical unit formed as a scanning unit and / or a plurality of structural units, so that in particular Advantageously, only purely energetic compounds in the form of laser radiation and thus not material connections are formed between the components and these can be moved and arranged freely in space in a particularly simple manner.
Die erfindungsgemäße Verwendung einer mittels der Vorrichtung erzeugten dreidimensionalen Struktur als Projektionsfläche für Bilddaten ermöglicht es, dass die Projektionsfläche im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, beispielsweise Leinwänden, frei im Raum positioniert werden kann. Dabei ist die Projektionsfläche insbesondere aus einer Vielzahl von Struktureinheiten gebildet, so dass die Projektionsfläche in einfacher Weise dynamisch an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden kann. The use according to the invention of a three-dimensional structure generated by means of the device as a projection surface for image data makes it possible for the projection surface to be positioned freely in space, in contrast to solutions known from the prior art, for example screens. In this case, the projection surface is formed, in particular, from a plurality of structural units, so that the projection surface can be dynamically adapted to different requirements in a simple manner.
In dem Verfahren zur Erzeugung einer dreidimensionalen Struktur wird erfindungsgemäß mittels zumindest einer Laserlichtquelle Laserstrahlung emittiert und mittels der Laserstrahlung wird zumindest eine Struktureinheit gesteuert bewegt. Die zumindest eine Struktureinheit umfasst mehrere Druckkammern mit jeweils einer im Inneren angeordneten Substanz, mit zumindest einem in einer Außenwandung angeordneten und für Laserstrahlung transparenten Abschnitt und mit zumindest einer in der Außenwandung angeordneten Düse. Mittels der Laserlichtquelle erzeugte gepulste Laserstrahlung wird derart durch zumindest einen transparenten Abschnitt in ein Inneres zumindest einer Druckkammer geführt, dass zumindest ein Teil der Substanz im Inneren zumindest einer Druckkammer erhitzt wird, sich impulsartig ausdehnt und derart durch die Düse nach außen geführt wird, dass die Struktureinheit frei schwebt und dreidimensional bewegt wird. In the method for producing a three-dimensional structure, laser radiation is emitted according to the invention by means of at least one laser light source, and at least one structural unit is moved in a controlled manner by means of the laser radiation. The at least one structural unit comprises a plurality of pressure chambers each with a substance arranged in the interior, with at least one section arranged in an outer wall and transparent to laser radiation and with at least one nozzle arranged in the outer wall. Pulsed laser radiation generated by means of the laser light source is guided through at least one transparent section into an interior of at least one pressure chamber such that at least part of the substance is heated in the interior of at least one pressure chamber, expands in a pulse-like manner and is led outward through the nozzle in such a way Structural unit floats freely and is moved three-dimensionally.
Mittels des Verfahrens ist die zumindest eine Struktureinheit ohne das Erfordernis von mechanischen oder elektrischen Verbindungen in einfacher Weise steuer- und bewegbar, so dass diese frei im Raum schweben kann. Somit ist es möglich, die Struktureinheit in einfacher Weise an jeder beliebigen Position im Raum anzuordnen. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. By means of the method, the at least one structural unit can be controlled and moved in a simple manner without the need for mechanical or electrical connections, so that it can float freely in space. Thus, it is possible to arrange the structural unit in a simple manner at any position in the room. Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Darin zeigen: Show:
1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung einer dreidimensionalen Struktur, 1 schematically a first embodiment of a device according to the invention for generating a three-dimensional structure,
2 schematisch eine Schnittdarstellung einer Druckkammer einer Struktureinheit der Vorrichtung gemäß 1, 2 schematically a sectional view of a pressure chamber of a structural unit of the device according to 1 .
3 schematisch eine erste Anordnung mehrerer Druckkammern der Vorrichtung gemäß 1 während einer Bestrahlung mit Laserstrahlung, 3 schematically a first arrangement of a plurality of pressure chambers of the device according to 1 during irradiation with laser radiation,
4 schematisch eine zweite Anordnung mehrerer Druckkammern der Vorrichtung gemäß 1 während einer Bestrahlung mit Laserstrahlung, 4 schematically a second arrangement of a plurality of pressure chambers of the device according to 1 during irradiation with laser radiation,
5 schematisch eine dritte Anordnung mehrerer Druckkammern der Vorrichtung gemäß 1 während einer Bestrahlung mit Laserstrahlung, 5 schematically a third arrangement of a plurality of pressure chambers of the device according to 1 during irradiation with laser radiation,
6 schematisch einen ersten Ausschnitt der Vorrichtung gemäß 1, 6 schematically a first section of the device according to 1 .
7 schematisch einen zweiten Ausschnitt der Vorrichtung gemäß 1, 7 schematically a second section of the device according to 1 .
8 schematisch einen dritten Ausschnitt der Vorrichtung gemäß 1, 8th schematically a third section of the device according to 1 .
9 schematisch eine erste Anordnung mehrerer Struktureinheiten der Vorrichtung gemäß 1 während einer Bestrahlung mit Laserstrahlung, 9 schematically a first arrangement of a plurality of structural units of the device according to 1 during irradiation with laser radiation,
10 schematisch einen vierten Ausschnitt der Vorrichtung gemäß 1 10 schematically a fourth section of the device according to 1
11 schematisch einen fünften Ausschnitt der Vorrichtung gemäß 1 11 schematically a fifth section of the device according to 1
12 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung einer dreidimensionalen Struktur, 12 schematically a second embodiment of a device according to the invention for generating a three-dimensional structure,
13 schematisch einen ersten Ausschnitt der Vorrichtung gemäß 12, 13 schematically a first section of the device according to 12 .
14 schematisch einen zweiten Ausschnitt der Vorrichtung gemäß 12 und 14 schematically a second section of the device according to 12 and
15 schematisch einen dritten Ausschnitt der Vorrichtung gemäß 12. 15 schematically a third section of the device according to 12 ,
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
In 1 ist ein mögliches erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer dreidimensionalen Struktur S dargestellt. 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer Druckkammer 4 einer Struktureinheit 2.1 bis 2.n der Vorrichtung 1. In den 3 bis 5 sind verschiedene Anordnungen mehrerer Druckkammern 4, 4', 4'' der Vorrichtung 1 während einer Bestrahlung mit Laserstrahlung L, L', L'' dargestellt. In 1 is a possible first embodiment of a device according to the invention 1 to produce a three-dimensional structure S shown. 2 shows a sectional view of a pressure chamber 4 a structural unit 2.1 to 2.n the device 1 , In the 3 to 5 are different arrangements of several pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' the device 1 during irradiation with laser radiation L, L ', L''shown.
Die Vorrichtung 1 ist dazu ausgebildet, um aus mehreren Struktureinheiten 2.1 bis 2.n eine dreidimensionale Struktur S zu erzeugen. Die Struktur S ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Projektionsfläche für Bilddaten ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich sind mittels der Struktur S andere Objekte oder bewegte Animationen erzeugbar. The device 1 is designed to consist of several structural units 2.1 to 2.n to create a three-dimensional structure S. The structure S is formed in the illustrated embodiment as a projection surface for image data. Alternatively or additionally, by means of the structure S other objects or animations can be generated.
Hierbei werden die Objekte oder bewegten Animationen insbesondere mittels Datenverarbeitungseinheiten als dreidimensionale materielle und stoffliche Strukturen S erstellt und gesteuert. Derartige Strukturen S können frei im Raum als reale Strukturen S positioniert werden. Die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n der Struktur S stellen materielle, mechanische Pixel dar. Das heißt, diese sind materieller, stofflicher Natur und nicht virtuell. Die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n werden im Raum in entsprechend geformten Gruppen angeordnet, so dass verschiedene Objekte darstellbar sind. In this case, the objects or animated animations are created and controlled in particular by means of data processing units as three-dimensional material and material structures S. Such structures S can be freely positioned in space as real structures S. The structural units 2.1 to 2.n of the structure S represent material, mechanical pixels. That is, these are material, material and not virtual. The structural units 2.1 to 2.n are arranged in space in correspondingly shaped groups, so that different objects can be displayed.
Auf die mechanischen Struktureinheiten 2.1 bis 2.n können beispielsweise optische Bildpunkte durch Videobildprojektorgeräte aufprojiziert werden, um sie optisch und farblich zu gestalten. On the mechanical structural units 2.1 to 2.n For example, optical pixels can be projected by video image projector devices to make them visually and in color.
Werden mittels der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n sich bewegende und ihre Form und Gestaltung ändernde Animationen realisiert, wird jede der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n einer solchen Animation im Raum bewegt. Diese Bewegung erfolgt, wie im Folgenden beschrieben, mittels zielgerichteter und punktgenauer Ansteuerung der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n mit Laserstrahlung L, L', L'', wobei die gesamte erzeugte dreidimensionale Struktur S von der Laserstrahlung L, L', L'' mit hoher Geschwindigkeit, insbesondere zeilenweise, abgetastet wird. Be by means of structural units 2.1 to 2.n each of the structural units realizes moving animations changing their shape and design 2.1 to 2.n such animation moves in space. This movement takes place, as described below, by means of targeted and precise control of the structural units 2.1 to 2.n with laser radiation L, L ', L'', wherein the entire generated three-dimensional structure S of the laser radiation L, L', L '' at high speed, in particular line by line, is scanned.
Zur Realisierung dieser Funktionalität ist jede einzelne Struktureinheit 2.1 bis 2.n frei im Raum positionierbar und anordbar sowie in jede beliebige Richtung bewegbar ausgebildet. To realize this functionality every single structural unit is 2.1 to 2.n freely positionable and arrangeable in space and designed to be movable in any direction.
Hierzu umfasst die Vorrichtung 1 eine Laserlichtquelle 3 und jede Struktureinheit 2.1 bis 2.n umfasst mehrere Druckkammern 4, 4', 4'' mit jeweils einer im Inneren angeordneten Substanz 4.1, mit jeweils zumindest einem in einer Außenwandung 4.2 angeordneten und für Laserstrahlung L, L', L'' transparenten Abschnitt 4.3 und mit zumindest einer in der Außenwandung 4.2 angeordneten Düse 4.4. In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen können die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n auch aus einer anderen Anzahl von Druckkammern 4, 4', 4'' gebildet sein. For this purpose, the device comprises 1 a laser light source 3 and every structural unit 2.1 to 2.n includes several pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' each with a substance arranged inside 4.1 , each with at least one in an outer wall 4.2 arranged and for laser radiation L, L ', L''transparent portion 4.3 and at least one in the outer wall 4.2 arranged nozzle 4.4 , In non-illustrated embodiments, the structural units 2.1 to 2.n also from a different number of pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' be formed.
Dabei ist mittels der Laserlichtquelle 3 erzeugte gepulste Laserstrahlung L, L', L'' derart durch den transparenten Abschnitt 4.3 in ein Inneres zumindest einer Druckkammer 4, 4', 4'' führbar, dass sich zumindest ein Teil der Substanz 4.1 im Inneren zumindest einer Druckkammer 4, 4', 4'' erhitzt, impulsartig ausdehnt und derart durch die als Rückstoßdüse ausgebildete Düse 4.4 nach außen führbar ist, dass die Struktureinheit 2.1 bis 2.n frei im Raum schwebt und dreidimensional bewegbar ist. Somit wird konzentrierte Lichtenergie der Laserstrahlung L, L', L'' mittels der Druckkammer 4, 4', 4'' in Bewegungsenergie umgewandelt. Dabei ist die Außenwandung 4.2 der Druckkammer 4, 4', 4'' derart mechanisch stabil ausgebildet, dass diese der impulsartigen Ausdehnung der Substanz 4.1, insbesondere ein Gas oder Gasgemisch, beispielsweise Luft, oder ein Feststoff, möglichst verformungsfrei standhält. It is by means of the laser light source 3 generated pulsed laser radiation L, L ', L''through the transparent portion 4.3 into an interior of at least one pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' feasible, that at least part of the substance 4.1 inside at least one pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' heated, pulsating expands and so through the as a recoil nozzle trained nozzle 4.4 outwardly feasible is that the structural unit 2.1 to 2.n floats freely in space and is three-dimensionally movable. Thus, concentrated light energy of the laser radiation L, L ', L''by means of the pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' converted into kinetic energy. Here is the outer wall 4.2 the pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' formed so mechanically stable that this the pulse-like expansion of the substance 4.1 , in particular a gas or gas mixture, for example air, or a solid, withstands as much deformation as possible.
Zu dieser schnellen und impulsartigen Erhitzung der Substanz 4.1 ist im Inneren der Druckkammern 4, 4', 4'' an einer dem transparenten Abschnitt 4.3 gegenüberliegenden Seite jeweils eine Absorptionsfläche 4.5 zur Absorption der Laserstrahlung L, L', L'' angeordnet, wobei die Absorptionsfläche 4.5 zur Maximierung der Absorption der Laserstrahlung L, L', L'' aus einem hitzebeständigen und insbesondere dunkel, beispielsweise schwarzgefärbten, Material gebildet ist. Ein Bereich der Absorptionsfläche 4.5, auf welchen die gepulste Laserstrahlung L, L', L'' trifft, wird sehr stark erhitzt, wobei die erzeugte Wärmeenergie an die im Inneren der Druckkammer 4, 4', 4'' vorhandene Substanz 4.1 abgegeben wird. To this rapid and impulsive heating of the substance 4.1 is inside the pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' at one of the transparent section 4.3 opposite side each have an absorption surface 4.5 arranged to absorb the laser radiation L, L ', L'', wherein the absorption surface 4.5 to maximize the absorption of the laser radiation L, L ', L''from a heat-resistant and especially dark, for example, black-colored, material is formed. An area of the absorption area 4.5 , on which the pulsed laser radiation L, L ', L''meets, is heated very strongly, with the heat energy generated at the inside of the pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' existing substance 4.1 is delivered.
Durch die impulsartige Expansion der Substanz 4.1 wird im Inneren der Druckkammern 4, 4', 4'' gegenüber der Umgebung ein großer Überdruck aufgebaut, so dass die Substanz 4.1 oder zumindest Bestandteile dieser die insbesondere als kleine Öffnung in der Außenwandung 4.2 ausgebildete Düse 4.4 aus der Druckkammer 4, 4', 4'' ausgestoßen wird. Somit entsteht ein Rückstoßeffekt, welcher einen Bewegungsimpuls der Druckkammer 4, 4', 4'' in eine bestimmte, definierte Richtung R, R', R'' im Raum umgesetzt wird. Die Erzeugung der Bewegungen der Druckkammer 4, 4', 4'' erfolgt dabei impulsförmig mittels der gepulsten Laserstrahlung L, L', L''. Somit erfolgt auch die Energieumwandlung innerhalb der Druckkammer 4, 4', 4'' impulsförmig, wobei die Bewegungsimpulse einer Druckkammer 4, 4', 4'' immer in die gleiche Richtung R, R', R'' im Raum ausgerichtet sind. Through the pulse-like expansion of the substance 4.1 gets inside the pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' built up against the environment a great overpressure, so that the substance 4.1 or at least components of these in particular as a small opening in the outer wall 4.2 trained nozzle 4.4 from the pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' is ejected. Thus, a recoil effect, which produces a movement pulse of the pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' in a certain, defined direction R, R ', R''is implemented in space. The generation of the movements of the pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' takes place pulse-shaped by means of the pulsed laser radiation L, L ', L''. Thus, the energy conversion takes place within the pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' pulse-shaped, wherein the motion pulses of a pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' always in the same direction R, R ', R''are aligned in space.
Das heißt, mittels der mittels der Laserstrahlung L, L', L'' angesteuerten Druckkammern 4, 4', 4'' werden mechanische Kräfte in jeweils eine einzige definierte Richtung R, R', R'' im Raum erzeugt. Die Richtung R1 wird hierbei von einer Ausrichtung der Düse 4.4 vorgegeben. That is, by means of the means of the laser radiation L, L ', L''controlled pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' mechanical forces are generated in each case in a single defined direction R, R ', R''in space. The direction R1 is in this case of an orientation of the nozzle 4.4 specified.
Bei der Verwendung einer gasförmigen Substanz 4.1, insbesondere Luft, strömt diese nach dem Ausstoß der erhitzten Substanz 4.1 sowie Abkühlung der Druckkammer 4, 4', 4'' und einen dadurch im Inneren der Druckkammer 4, 4', 4'' gegenüber der Umgebung entstehenden Unterdruck in das Innere der Druckkammer 4, 4', 4''. Das eingeströmte Gas kann zur Bewegungssteuerung der Druckkammer 4, 4', 4'' in der beschriebenen Art und Weise mittels der Laserstrahlung L, L', L'' erhitzt werden, um eine weitere Bewegung der Struktureinheit 2.1 bis 2.n zu erzeugen. When using a gaseous substance 4.1 , In particular air, this flows after the ejection of the heated substance 4.1 and cooling the pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' and thereby one inside the pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' relative to the environment resulting negative pressure in the interior of the pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' , The inflowing gas can be used to control the movement of the pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' in the manner described by means of the laser radiation L, L ', L''are heated to a further movement of the structural unit 2.1 to 2.n to create.
Um beim Einströmen des "frischen" Gases in die Druckkammer 4, 4', 4'' den bei der Erhitzung der Substanz 4.1 erzeugten Rückstoßeffekt nicht umzukehren, ist in einer möglichen, nicht näher dargestellten Ausgestaltung in der Außenwandung 4.2 der Druckkammer 4, 4', 4'' ein beispielsweise mechanisch ausgebildetes Ventil vorgesehen, welches derart ausgebildet ist, dass beim Zurückströmen des "frischen" Gases von außen in die Druckkammer 4, 4', 4'' aufgrund des Unterdrucks der Rückstoßeffekt nicht umgekehrt wird. To when the "fresh" gas flows into the pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' when heating the substance 4.1 not to reverse generated recoil effect is in a possible, not shown embodiment in the outer wall 4.2 the pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' provided, for example, a mechanically trained valve, which is designed such that when flowing back the "fresh" gas from the outside into the pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' due to the negative pressure the recoil effect is not reversed.
Insbesondere sind alle Druckkammern 4, 4', 4'' einer Struktureinheit 2.1 bis 2.n fest miteinander verbunden. Wird eine der Druckkammern 4, 4', 4'' mittels der Laserstrahlung L, L', L'' angesteuert, bewegt sich die gesamte Struktureinheit 2.1 bis 2.n in die Richtung R, R', R'' im Raum, in welche die mittels der Düse 4.4 der jeweils angesteuerten Druckkammer 4, 4', 4'' erzeugten Bewegungsimpulse wirken. In particular, all pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' a structural unit 2.1 to 2.n firmly connected. Will one of the pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' driven by the laser radiation L, L ', L'', moves the entire structural unit 2.1 to 2.n in the direction R, R ', R''in the space into which the means of the nozzle 4.4 the respectively controlled pressure chamber 4 . 4 ' . 4 '' generated movement impulses act.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden alle Druckkammern 4, 4', 4'' zumindest einer Struktureinheit 2.1 bis 2.n gemeinsam mittels der Laserstrahlung L, L', L'' belichtet. Zur selektiven Ansteuerung der Druckkammern 4, 4', 4'' und zur daraus resultierenden definierten Bewegung der zugehörigen Struktureinheit 2.1 bis 2.n in eine definierte Richtung R, R', R'' im Raum sind die transparenten Abschnitte 4.3 der verschiedenen Druckkammern 4, 4', 4'' derart ausgebildet, dass diese unterschiedliche optische Filter 4.6 aufweisen. In the illustrated embodiment, all pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' at least one structural unit 2.1 to 2.n jointly exposed by means of the laser radiation L, L ', L''. For selective control of the pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' and the resulting defined movement of the associated structural unit 2.1 to 2.n in a defined direction R, R ', R "in space are the transparent sections 4.3 the various pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' designed such that these different optical filters 4.6 exhibit.
In den 3 bis 5 ist als vereinfachtes Beispiel jeweils eine Struktureinheit 2.1 mit drei Druckkammern 4, 4', 4'' dargestellt, wobei jede der Druckkammern 4, 4', 4'' derart ausgebildet ist, dass diese bei der impulsartigen Ausdehnung der im Inneren angeordneten Substanz 4.1 in genau eine Richtung R, R', R'' bewegt wird. Hierzu weisen die Düsen 4.4 der Druckkammern 4, 4', 4'' der Struktureinheit 2.1 in unterschiedliche Richtungen R, R', R''. In the 3 to 5 As a simplified example, each is a structural unit 2.1 with three pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' shown, with each of the pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' is formed such that it in the pulse-like expansion of the substance arranged inside 4.1 in exactly one direction R, R ', R''is moved. For this purpose, the nozzles 4.4 the pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' the structural unit 2.1 in different directions R, R ', R''.
Die unterschiedlichen optischen Filter 4.6 der Druckkammern 4, 4', 4'' sind insbesondere derart ausgebildet, dass diese Laserstrahlung L, L', L'' bestimmter Wellenlänge filtern und ausschließlich für Laserstrahlung L, L', L'' mit einer bestimmten Wellenlänge oder in einem bestimmten Wellenlängenbereich durchlässig sind. Somit können in Abhängigkeit von der gewählten Wellenlänge der ansteuernden Laserstrahlung L, L', L'' die Druckkammern 4, 4', 4'' selektiv angesteuert werden und die Struktureinheit 2.1 in eine definierte Richtung R, R', R'' im Raum bewegt werden. Hierbei ist eine gleichzeitige oder getrennte Ansteuerung der Druckkammern 4, 4', 4'' möglich. The different optical filters 4.6 the pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' are in particular designed such that these laser radiation L, L ', L''of a certain wavelength and filter only for laser radiation L, L', L '' with a certain wavelength or in a certain wavelength range are permeable. Thus, depending on the selected wavelength of the driving laser radiation L, L ', L'', the pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' be selectively controlled and the structural unit 2.1 in a defined direction R, R ', R''in Room to be moved. Here is a simultaneous or separate control of the pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' possible.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Druckkammer 4 derart ausgebildet, dass der transparente Abschnitt 4.3 ausschließlich für die Laserstrahlung L durchlässig ist, so dass eine Bewegung der Struktureinheit 2.1 in die Richtung R erfolgt. Die Druckkammer 4' ist derart ausgebildet, dass der transparente Abschnitt 4.3 ausschließlich für die Laserstrahlung L' durchlässig ist, so dass eine Bewegung der Struktureinheit 2.1 in die Richtung R' erfolgt. Die Druckkammer 4'' ist derart ausgebildet, dass der transparente Abschnitt 4.3 ausschließlich für die Laserstrahlung L'' durchlässig ist, so dass eine Bewegung der Struktureinheit 2.1 in die Richtung R'' erfolgt. In the illustrated embodiment, the pressure chamber 4 formed such that the transparent portion 4.3 only permeable to the laser radiation L, allowing a movement of the structural unit 2.1 in the direction of R takes place. The pressure chamber 4 ' is formed such that the transparent portion 4.3 only permeable to the laser radiation L ', allowing a movement of the structural unit 2.1 in the direction R 'takes place. The pressure chamber 4 '' is formed such that the transparent portion 4.3 is permeable exclusively to the laser radiation L '', so that a movement of the structural unit 2.1 in the direction R "takes place.
Um eine freie und von einer Position der Laserlichtquelle 3 unabhängige Anordnung der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n im Raum zu ermöglichen, sind zwischen der Laserlichtquelle 3 und den Struktureinheiten 2.1 bis 2.n mehrere optische Einheiten 5 bis 7 zur Beeinflussung eines Strahlengangs der Laserstrahlung L, L', L'' angeordnet. Around a free and from a position of the laser light source 3 independent arrangement of the structural units 2.1 to 2.n to allow in space are between the laser light source 3 and the structural units 2.1 to 2.n several optical units 5 to 7 for influencing a beam path of the laser radiation L, L ', L''arranged.
Dabei umfassen die optischen Einheiten 6 und 7 ebenfalls mehrere Druckkammern 4, 4', 4'', welche entsprechend der Druckkammern 4, 4', 4'' der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n derart ausgebildet und ansteuerbar sind, dass die optischen Einheiten 6 und 7 frei schweben und dreidimensional bewegbar sind. In this case, the optical units include 6 and 7 also several pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' , which correspond to the pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' of the structural units 2.1 to 2.n are designed and controllable such that the optical units 6 and 7 float freely and are three-dimensionally movable.
Zur Realisierung des freien Schwebens der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n im Raum sind die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n unabhängig voneinander steuerbar. Dies ist notwendig, weil eine Animation sonst statisch nicht der Lage wäre, sich selbst stabil zu tragen. Auch sind zwischen den Struktureinheiten 2.1 bis 2.n keine formgebenden chemischen oder mechanischen Bindungen vorhanden, da diese sonst nicht unabhängig voneinander umpositioniert werden könnten. Deshalb sind die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n mit einem Abstand A zueinander angeordnet. To realize the free floating of the structural units 2.1 to 2.n in the room are the structural units 2.1 to 2.n independently controllable. This is necessary because otherwise an animation would not be able to support itself stably. Also are between the structural units 2.1 to 2.n There are no forming chemical or mechanical bonds, otherwise they could not be repositioned independently. That's why the structural units are 2.1 to 2.n arranged at a distance A from each other.
Dies ist in 6 in einem ersten Ausschnitt der Vorrichtung 1 dargestellt. Durch die Beabstandung der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n zueinander wird erreicht, dass diese sich nicht zu größeren Massen verdichten, vereinigen und summieren, woraus eine Zerstörung der Animation resultieren würde. This is in 6 in a first section of the device 1 shown. By the spacing of the structural units 2.1 to 2.n it is achieved that they do not condense, unite and sum up to larger masses, which would result in the destruction of the animation.
Aufgrund ihrer kleinen Massen können die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n mittels der in den Druckkammern 4, 4', 4'' umgesetzten Energie der Laserstrahlung L, L', L'' im schwebenden Zustand gehalten werden. Due to their small masses, the structural units can 2.1 to 2.n by means of in the pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' converted energy of the laser radiation L, L ', L''are kept in the floating state.
Mittels der Laserstrahlung L werden dabei in den dargestellten Ausführungsbeispielen aus wenigen Struktureinheiten 2.1 und 2.2 gebildete Gruppen G1 angesteuert. Dabei werden mittels der Laserstrahlung L selektiv nur die Druckkammern 4 der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n angesteuert, deren Bewegungsimpulse senkrecht nach oben wirken und die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n im schwebenden Zustand halten. Diese Bewegungsimpulse wirken somit der Schwerkraft entgegen. By means of the laser radiation L are in the illustrated embodiments of a few structural units 2.1 and 2.2 formed groups G1 driven. In this case, by means of the laser radiation L selectively only the pressure chambers 4 of the structural units 2.1 to 2.n controlled, whose movement impulses act vertically upwards and the structural units 2.1 to 2.n hold in the floating state. These movement impulses thus counteract the force of gravity.
Dabei wird die gesamte Energie der Laserstrahlung L immer nur auf eine einzige Gruppe G1 konzentriert und diese wird belichtet. Um die gesamte Struktur S in den schwebenden Zustand zu überführen und in diesem zu halten, wird die Laserstrahlung L von der als Ablenkeinheit ausgebildeten optischen Einheit 7 mit hoher Geschwindigkeit zeilenweise über die gesamte Fläche der Struktur S gelenkt, so dass eine zeilenweise Abtastung realisiert wird. Dadurch werden alle Gruppen G1 von Struktureinheiten 2.1 bis 2.n nacheinander und hintereinander sowie zeitlich versetzt mit der gepulsten Laserstrahlung L beaufschlagt. The entire energy of the laser radiation L is always concentrated on only one group G1 and this is exposed. In order to transfer and maintain the entire structure S in the floating state, the laser radiation L from the optical unit formed as a deflection unit 7 directed at high speed line by line over the entire surface of the structure S, so that a line-by-line scanning is realized. This makes all groups G1 of structural units 2.1 to 2.n successively and successively and with a time offset to the pulsed laser radiation L acted upon.
Hierbei wird jeder der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n in einem jeweiligen Durchlauf der Ansteuerung der gleiche Energieimpuls und somit die gleiche Energiemenge zugeführt. Somit wird mittels der Laserstrahlung L jeweils nur die Energie erzeugt, welche zum Schweben einer einzelnen Gruppe G1 erforderlich ist. Here, each of the structural units 2.1 to 2.n in a respective pass of the control of the same energy pulse and thus supplied the same amount of energy. Thus, only the energy required to levitate a single group G1 is generated by means of the laser radiation L.
Da somit alle Struktureinheiten 2.1 bis 2.n schweben, schwebt auch die gesamte Struktur S frei im Raum. Durch die abtastende Rasterbewegung der Laserstrahlung L wird dieser für die einzelnen Struktureinheiten 2.1 bis 2.n automatisch gepulst, wobei jeder Belichtungsimpuls mittels der Druckkammern 4 die Kräfte erzeugt, welche senkrecht nach oben wirken und das Schweben der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n ermöglichen. Die Frequenz der Impulse ist dabei entsprechend hoch gewählt. Je größer eine Masse der einzelnen Struktureinheiten 2.1 bis 2.n ist, desto höher wird die Energiestärke der Laserstrahlung L gewählt. Since thus all structural units 2.1 to 2.n float, the entire structure S floats freely in space. The scanning raster movement of the laser radiation L makes it suitable for the individual structural units 2.1 to 2.n automatically pulsed, each exposure pulse using the pressure chambers 4 generates the forces which act vertically upwards and the levitation of the structural units 2.1 to 2.n enable. The frequency of the pulses is selected to be correspondingly high. The larger a mass of the individual structural units 2.1 to 2.n is, the higher the energy intensity of the laser radiation L is selected.
Wenn eine einzelne Struktureinheit 2.1 bis 2.n frei im Raum schweben soll, wird sie wie beschrieben vom Laserstrahl LS impulsförmig in kurzen Abständen belichtet. Dabei verbleibt die Struktureinheit 2.1 bis 2.n nicht starr auf ihrer Position im Raum stehen, sondern sinkt zwischen zwei Belichtungsimpulsen durch ihr Eigengewicht um einen definierten Betrag nach unten ab. If a single structural unit 2.1 to 2.n is to float freely in space, it is as described by the laser beam LS pulsed exposed at short intervals. This leaves the structural unit 2.1 to 2.n not rigidly in their position in space, but drops between two exposure pulses by their own weight by a defined amount from the bottom.
7 zeigt dies am Beispiel von zwei Struktureinheiten 2.1, 2.2 in einer Draufsicht auf einen zweiten Ausschnitt der Struktur S. Die Fläche der Struktur S wird dadurch gebildet, dass mehrere Struktureinheiten 2.1 bis 2.n nebeneinander und zeilenweise übereinander angeordnet werden. 7 shows this with the example of two structural units 2.1 . 2.2 in a plan view of a second section of the structure S. The surface of the structure S is formed by having a plurality of structural units 2.1 to 2.n be arranged side by side and line by line.
Die gesamte Fläche der Struktur S wird von der Laserstrahlung L zeilenweise abgetastet. Dabei belichtet die Laserstrahlung jede zweite Zeile Z1. Die Zeile Z2 bleibt unbelichtet. Befindet sich die Struktureinheit 2.1 auf der belichteten Zeile Z1, wird deren Druckkammer 4 mittels der Laserstrahlung L angesteuert, so dass die Struktureinheit 2.1 mittels des erzeugten Bewegungsimpulses um einen definierten Betrag in Richtung R nach oben in die Zeile Z2 bewegt wird. The entire surface of the structure S is scanned line by line by the laser radiation L. The laser radiation illuminates every second line Z1. The line Z2 remains unexposed. Is the structural unit 2.1 on the exposed line Z1, its pressure chamber 4 controlled by the laser radiation L, so that the structural unit 2.1 is moved by the defined movement pulse by a defined amount in the direction R up to the line Z2.
In der gleichen Zeit wird die Struktureinheit 2.2 in der Zeile Z2 nicht belichtet, so dass sich deren Druckkammer 4 abkühlt. Bis zum nächsten Impuls der Laserstrahlung L sinkt die Struktureinheit 2.2 um einen definierten Betrag in Richtung R''' nach unten ab und gelangt in die Zeile Z1 und wird erneut belichtet. At the same time becomes the structural unit 2.2 not exposed in the line Z2, so that its pressure chamber 4 cools. Until the next pulse of the laser radiation L, the structural unit sinks 2.2 by a defined amount in the direction of R '''down and enters the line Z1 and is exposed again.
Der mittels der Laserstrahlung L erzeugte Bewegungsimpuls hebt die jeweilige Struktureinheit 2.1, 2.2 in der Zeile Z1 um den gleichen Betrag an, um welchen diese aus der zweiten Zeile Z2 abgesunken ist. Dieser Vorgang wiederholt sich permanent. The generated by the laser radiation L motion pulse lifts the respective structural unit 2.1 . 2.2 in the line Z1 by the same amount by which this has fallen from the second line Z2. This process is repeated continuously.
Alle Struktureinheiten 2.1 bis 2.n der Struktur S schwingen dabei ständig zwischen benachbarten Zeilen Z1 und Z2 um den definierten Betrag nach oben und unten und werden so frei im Raum im schwebenden Zustand gehalten. All structural units 2.1 to 2.n The structure S constantly oscillate between adjacent lines Z1 and Z2 by the defined amount up and down and are kept free in space in the floating state.
In einer nicht gezeigten Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass eine Struktureinheit 2.1 bis 2.n mehrere Druckkammern 4 umfasst, deren Bewegungsimpulse die jeweilige Struktureinheit 2.1 bis 2.n nach oben bewegen und somit im schwebenden Zustand halten. Hierbei sind die optischen Filter 4.6 in den transparenten Abschnitten 4.3 der beiden Druckkammern 4 derart ausgebildet, dass diese separat und selektiv von Laserstrahlung L mit unterschiedlicher Wellenlänge ansteuerbar sind. Während eine erste der Druckkammern 4 angesteuert wird und durch Rückstoß der Auftrieb der Struktureinheit 2.1 bis 2.n erzeugt wird, bleibt die Absorptionsfläche 4.5 der zweiten Druckkammer 4 aufgrund des optischen Filters 4.6 unbelichtet. In dieser Zeit kühlt sich die zweite Druckkammer 4 ab und es kann beispielsweise "frisches" Gas in diese einströmen. Beide Druckkammern 4 werden jeweils wechselweise angesteuert, so dass ein Auf- und Abschwingen der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n vermieden wird. Bei dieser Ausführung werden alle Zeilen Z1, Z2 der Fläche der Struktur S belichtet. In an embodiment, not shown, it may also be provided that a structural unit 2.1 to 2.n several pressure chambers 4 includes whose movement impulses the respective structural unit 2.1 to 2.n move upwards and thus hold in the floating state. Here are the optical filters 4.6 in the transparent sections 4.3 the two pressure chambers 4 designed such that they are separately and selectively controlled by laser radiation L with different wavelengths. While a first of the pressure chambers 4 is driven and by recoil the buoyancy of the structural unit 2.1 to 2.n is generated, the absorption surface remains 4.5 the second pressure chamber 4 due to the optical filter 4.6 unexposed. During this time, the second pressure chamber cools 4 and, for example, "fresh" gas can flow into them. Both pressure chambers 4 are each driven alternately, so that a swinging up and down of the structural units 2.1 to 2.n is avoided. In this embodiment, all lines Z1, Z2 of the surface of the structure S are exposed.
Beide beschriebenen Ausführungsbeispiele zur Realisierung des Schwebens der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n werden analog auch zur Realisierung des Schwebens der optischen Einheiten 6, 7 angewendet. Both embodiments described for realizing the levitation of the structural units 2.1 to 2.n are analogous to the realization of hovering the optical units 6 . 7 applied.
In 8 ist ein dritter Ausschnitt der Vorrichtung 1 dargestellt. Zusätzlich zur Ansteuerung der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n, um diese in einem schwebenden Zustand zu halten oder in vertikaler Richtung zu bewegen, werden die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n mittels der Laserstrahlung L', L'' auch derart angesteuert, dass diese in den horizontalen Richtungen R', R'' im Raum bewegt werden können. In 8th is a third cutout of the device 1 shown. In addition to the control of the structural units 2.1 to 2.n to hold them in a floating state or to move them in a vertical direction become the structural units 2.1 to 2.n by means of the laser radiation L ', L''also controlled such that they can be moved in the horizontal directions R', R '' in space.
Um eine Bewegung der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n in die Richtung R'' zu ermöglichen, werden die Druckkammern 4'' mittels der Laserstrahlung L'', beispielsweise orangefarbener Laserstrahlung L'', selektiv angesteuert, so dass ein Bewegungsimpuls in Richtung R'' erzeugt wird. Somit werden die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n in diese Richtung R'' bewegt. Um eine Animation zu realisieren, werden auch hierbei die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n in Gruppen G2 angesteuert. To a movement of the structural units 2.1 to 2.n in the direction R '', the pressure chambers 4 '' are selectively controlled by means of the laser radiation L '', for example, orange laser radiation L '', so that a movement pulse in the direction R '' is generated. Thus, the structural units become 2.1 to 2.n moved in this direction R ''. In order to realize an animation, the structural units also become here 2.1 to 2.n controlled in groups G2.
Bei jedem Ansteuerungsimpuls der Laserstrahlung L'' bewegen sich alle Struktureinheiten 2.1 bis 2.n der Gruppe G2 um einen gewissen Betrag in Richtung R'' im Raum. Every structural pulse of the laser radiation L "moves all the structural units 2.1 to 2.n the group G2 by a certain amount in the direction of R '' in space.
Um die gesamte Struktur S zu verformen, werden alle Struktureinheiten 2.1 bis 2.n im Raum bewegt. Dazu wird die gesamte Fläche der Struktur S von der Laserstrahlung L, L', L'' mit hoher Geschwindigkeit zeilenweise abgetastet und dabei werden alle Struktureinheiten 2.1 bis 2.n nacheinander und hintereinander, einzeln und zeitlich versetzt belichtet und somit gruppenweise in die entsprechende Richtung R, R', R'', R''' bewegt. To deform the entire structure S, all structural units become 2.1 to 2.n moved in the room. For this purpose, the entire surface of the structure S of the laser radiation L, L ', L''is scanned line by line at high speed and thereby all structural units 2.1 to 2.n consecutively and successively, individually and temporally staggered exposed and thus groups in the corresponding direction R, R ', R'',R''' moves.
Bei einer hinreichend schnellen Ansteuerung können dabei für das menschliche Auge fließende Bewegungsabläufe der Animation erzielt werden. Bei einer Bewegung der als Animation ausgebildeten Struktur S verändern die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n definiert ihre Position im Raum, wobei mittels der Laserstrahlung L, L', L'' insbesondere nur eine einzige Gruppe G2 von Struktureinheiten 2.1 bis 2.n auf einmal belichtet und bewegt wird. Dadurch wird die gesamte Energie der Laserstrahlung L, L', L'' immer gruppenweise auf die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n konzentriert. In the case of a sufficiently fast control, movements of the animation that flow for the human eye can be achieved. When the animation structure S is moved, the structural units change 2.1 to 2.n defines its position in space, wherein by means of the laser radiation L, L ', L''in particular only a single group G2 of structural units 2.1 to 2.n is exposed and moved at once. As a result, the entire energy of the laser radiation L, L ', L''always in groups on the structural units 2.1 to 2.n concentrated.
Bewegungen in andere Richtungen R, R', R'', R''' werden durch entsprechende Ansteuerung mit Laserstrahlung L, L', L'' anderer Wellenlänge realisiert. Movements in other directions R, R ', R' ', R' '' are realized by appropriate control with laser radiation L, L ', L' 'different wavelength.
Bei der Positionierung der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n im Raum wird ein Stabilisierungsmechanismus angewandt, mittels welchem die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n stabil und beständig auf ihren Bestimmungspositionen im Raum gehalten werden. Hierdurch werden durch mechanische Kräfte, wie beispielsweise die Schwerkraft, Luftströmungen, Wind oder weitere Kräfte, verursachte Verschiebungen der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n von ihren Bestimmungspositionen vermieden oder ausgeglichen, so dass die gewünschte dreidimensionale Struktur S sehr präzise erzeugbar ist. Auch im Rahmen des Stabilisierungsmechanismus wird die gesamte Struktur S mittels der Laserstrahlung L, L', L'' auf ihrer gesamten Fläche zeilenweise abgetastet, wobei die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n gruppenweise nacheinander, hintereinander, zeitversetzt und in schneller Folge angesteuert werden. Dabei wird die Laserstrahlung L, L', L'' mittels der optischen Einheiten 5 bis 7 zeilenweise über alle Flächen der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n der Struktur S geführt. In the positioning of the structural units 2.1 to 2.n In the room, a stabilization mechanism is used, by means of which the structural units 2.1 to 2.n stable and stable at their positions of destination in space. As a result, by mechanical forces, such as gravity, air currents, Wind or other forces, caused shifts in the structural units 2.1 to 2.n avoided or compensated for by their determination positions, so that the desired three-dimensional structure S can be generated very precisely. Also in the context of the stabilization mechanism, the entire structure S is scanned line by line over its entire surface by means of the laser radiation L, L ', L ", wherein the structural units 2.1 to 2.n group by group, consecutively, with a time delay and in quick succession. In this case, the laser radiation L, L ', L''by means of the optical units 5 to 7 line by line across all surfaces of the structural units 2.1 to 2.n the structure S out.
Dieser Stabilisierungsmechanismus ist derart ausgebildet, dass die Stabilisierung der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n in allen sechs möglichen Bewegungsrichtungen der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n wirkt. 9 zeigt eine erste Anordnung mehrerer Struktureinheiten 2.1 bis 2.6 der Vorrichtung 1 während einer Bestrahlung mit Laserstrahlung L''', L'''' in einer Draufsicht auf die Struktur S, um eine Bewegung der Struktureinheiten 2.1 bis 2.6 in die Richtungen R'''', R''''' zu realisieren This stabilization mechanism is designed such that the stabilization of the structural units 2.1 to 2.n in all six possible directions of movement of the structural units 2.1 to 2.n acts. 9 shows a first arrangement of several structural units 2.1 to 2.6 the device 1 during irradiation with laser radiation L ''',L''''in a plan view of the structure S, to a movement of the structural units 2.1 to 2.6 in the directions R '''', R '''''to realize
Die Struktur S wird mit Laserstrahlung L''', L'''' unterschiedlicher Wellenlänge belichtet. Hierbei werden mittels der Laserstrahlung L''', beispielsweise roter Laserstrahlung L''', nur die in 14 näher dargestellten Druckkammern 4'''' der Struktureinheiten 2.1 bis 2.5 selektiv angesteuert, welche Bewegungsimpulse der Struktureinheiten 2.1 bis 2.5 in Richtung R'''' nach rechts erzeugen. Mittels der Laserstrahlung L'''', beispielsweise grüner Laserstrahlung L'''', werden nur die ebenfalls in 14 dargestellten Druckkammern 4''''' der Struktureinheiten 2.2 bis 2.6 selektiv angesteuert, welche Bewegungsimpulse der Struktureinheiten 2.1 bis 2.5 in Richtung R''''' nach links erzeugen. The structure S is exposed to laser radiation L ''',L''''of different wavelengths. Here are by means of the laser radiation L ''', for example, red laser radiation L''', only in 14 detailed pressure chambers 4 '''' of the structural units 2.1 to 2.5 selectively controlled, which movement impulses of the structural units 2.1 to 2.5 in the direction of R '''' to the right. By means of the laser radiation L '''', for example, green laser radiation L '''', only the 14 illustrated pressure chambers 4 ''''' of the structural units 2.2 to 2.6 selectively controlled, which movement impulses of the structural units 2.1 to 2.5 in the direction of R '''''to the left.
In einem Überschneidungsbereich UB der Laserstrahlung L''', L'''' befindet sich eine aus den Struktureinheiten 2.2 bis 2.5 gebildete und zu stabilisierende Gruppe G3 von Struktureinheiten 2.2 bis 2.5, welche sich an ihrer Bestimmungsposition im Raum befindet. Keine der Struktureinheiten 2.2 bis 2.5 dieser Gruppe soll ihre aktuelle Position in eine der Richtungen R'''', R''''' verlassen, auch dann nicht, wenn störende Kräfte von außen auf die Struktureinheiten 2.2 bis 2.5 einwirken. In an overlapping area UB of the laser radiation L ''',L''''is one of the structural units 2.2 to 2.5 formed and stabilized group G3 of structural units 2.2 to 2.5 , which is at its position of determination in space. None of the structural units 2.2 to 2.5 This group should leave its current position in one of the directions R '''', R '''', even if disturbing forces from outside on the structural units 2.2 to 2.5 act.
In diesem Überschneidungsbereich UB werden aufgrund der Überlagerung der Laserstrahlung L''', L'''' beide Druckkammern 4'''', 4''''' einer Struktureinheit 2.2 bis 2.5 gleichzeitig angesteuert, sowohl die, deren Bewegungsimpuls nach links wirkt, als auch die, deren Bewegungsimpuls nach rechts wirkt. In this overlapping area UB, both pressure chambers become due to the superposition of the laser radiation L ''',L'''' 4 '''' . 4 ''''' a structural unit 2.2 to 2.5 simultaneously activated, both those whose movement pulse acts to the left, as well as those whose movement pulse acts to the right.
Ist die mittels der Laserstrahlung L''', L'''' in beiden Druckkammern 4'''', 4''''' eingebrachte und erzeugte Energie gleich groß, neutralisieren sich die beiden entgegengesetzten Bewegungsimpulse, so dass die Struktureinheiten 2.2 bis 2.5 an ihren Bestimmungspositionen gehalten werden. Is the means of the laser radiation L ''',L''''in both pressure chambers 4 '''' . 4 ''''' introduced and generated energy equal, neutralize the two opposite movement impulses, so that the structural units 2.2 to 2.5 be held at their destination positions.
Bewegen sich aufgrund von mechanischen Kräften, so genannten Störkräften, ein oder mehrere Struktureinheiten 2.2 bis 2.5 aus dem Überschneidungsbereich UB der Laserstrahlung L''', L'''' heraus, befinden sich diese in einem Bereich LB1, LB2, in welchem jeweils nur eine Laserstrahlung L''', L'''' wirkt. Hier wird ein entsprechender Bewegungsimpuls erzeugt, welcher die Struktureinheit 2.2 bis 2.5 wieder zurück in den Überschneidungsbereich UB bewegt. Der beschriebene Stabilisierungsmechanismus wirkt dabei nur in den Richtungen R'''', R''''' in einer horizontalen Bewegungsachse im Raum. Move due to mechanical forces, so-called disturbance forces, one or more structural units 2.2 to 2.5 from the overlapping area UB of the laser radiation L ''',L''''out, they are in a range LB1, LB2, in which only one laser radiation L''', L '''' acts. Here, a corresponding motion pulse is generated, which is the structural unit 2.2 to 2.5 moved back again into the overlapping area UB. The stabilization mechanism described acts only in the directions R '''', R '''''in a horizontal axis of movement in space.
Es ist jedoch weiterhin auch ein Stabilisierungsmechanismus vorgesehen, welche eine Stabilisierung der Struktureinheiten 2.1 bis 2.6 in den Richtungen R', R'', d. h. in der räumlichen Tiefe, bewirkt. Eine solche Stabilisierung zeigt 10 anhand eines vierten Ausschnitts der Vorrichtung 1. However, a stabilization mechanism is also provided which stabilizes the structural units 2.1 to 2.6 in the directions R ', R'', ie in the spatial depth causes. Such stabilization shows 10 with reference to a fourth section of the device 1 ,
Hierbei wird Laserstrahlung L', L'' mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen verwendet, wobei die Laserstrahlung L', L'' anhand von jeweils zwei mittels der optischen Einheiten 6, 7 abgelenkten Laserstrahlen auf mehrere Gruppen G1 bis Gm von Struktureinheiten 2.1 bis 2.n geleitet wird. Die optischen Einheiten 6, 7 sind dabei beispielsweise als Planspiegel ausgebildet. Dabei ist ein definierter Einfallswinkel α zwischen den jeweils zusammengehörigen Laserstrahlen ausgebildet, wobei der Einfallswinkel α für beide Paare von Laserstrahlen gleich ist. Aufgrund dieses definierten Einfallswinkels α kreuzen sich beide Laserstrahlen eines Paares in einem gemeinsamen Kreuzungspunkt K1 bzw. K2 und überlagern sich in diesem. Here, laser radiation L ', L''is used with two different wavelengths, wherein the laser radiation L', L '' on the basis of two by means of the optical units 6 . 7 deflected laser beams to several groups G1 to Gm of structural units 2.1 to 2.n is directed. The optical units 6 . 7 are designed, for example, as a plane mirror. In this case, a defined angle of incidence α between the respective associated laser beams is formed, wherein the angle of incidence α is the same for both pairs of laser beams. Due to this defined angle of incidence α, both laser beams of a pair intersect at a common crossing point K1 or K2 and overlap in this one another.
Die beiden Kreuzungspunkte K1, K2 sind voneinander beabstandet im Raum an definierten Positionen angeordnet. Durch eine Variation von Positionen der optischen Einheiten 6, 7, welche frei im Raum schwebend anordbar sind, können auch die Positionen der Kreuzungspunkte K1, K2 variiert werden. Hierzu kann beispielsweise eine Bewegung der optischen Einheiten 6, 7 in die Bewegungsrichtungen B, B' erfolgen. The two crossing points K1, K2 are spaced from each other in space at defined positions. By a variation of positions of the optical units 6 . 7 , which are free floating in space, the positions of the crossing points K1, K2 can be varied. For this purpose, for example, a movement of the optical units 6 . 7 take place in the directions of movement B, B '.
Mittels der beiden Laserstrahlen der Laserstrahlung L', welche beispielsweise blaue Laserstrahlung L' ist, werden die Druckkammern 4' der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n der Gruppen G1 bis Gm gruppenweise selektiv angesteuert, so dass eine Bewegung der betreffenden Struktureinheiten 2.1 bis 2.n im Raum in Richtung R' erzeugt wird. By means of the two laser beams of the laser radiation L ', which is for example blue laser radiation L', the pressure chambers 4 ' of the structural units 2.1 to 2.n the groups G1 to Gm selectively controlled in groups, so that a movement of the respective structural units 2.1 to 2.n is generated in the room in the direction of R '.
Mittels der beiden Laserstrahlen der Laserstrahlung L'', welche beispielsweise orangefarbene Laserstrahlung L' ist, werden die Druckkammern 4'' der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n der Gruppen G1 bis Gm gruppenweise selektiv angesteuert, so dass eine Bewegung der betreffenden Struktureinheiten 2.1 bis 2.n im Raum in Richtung R'' erzeugt wird. By means of the two laser beams of the laser radiation L '', which is for example orange laser radiation L ', the pressure chambers 4 '' of the structural units 2.1 to 2.n the groups G1 to Gm selectively controlled in groups, so that a movement of the respective structural units 2.1 to 2.n is generated in the room in the direction of R ''.
Werden die beiden optischen Einheiten 6, 7, welche insbesondere jeweils zumindest einen Ablenkspiegel umfassen, in die Bewegungsrichtung B', d. h. aufeinander zu bewegt, wird der Einfallswinkel α der Laserstrahlen verringert. Dadurch werden die beiden Kreuzungspunkte K1, K2 in Richtung R'' verschoben. Somit werden die Bestimmungspositionen der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n im Raum insbesondere gruppenweise definiert und eingestellt. Be the two optical units 6 . 7 , which in particular each comprise at least one deflection mirror, in the direction of movement B ', that is, moved towards each other, the angle of incidence α of the laser beams is reduced. As a result, the two crossing points K1, K2 are shifted in the direction R ". Thus, the determination positions of the structural units become 2.1 to 2.n especially defined and set in groups in groups.
Werden die beiden optischen Einheiten 6, 7 in die Bewegungsrichtung B, d. h. voneinander weg bewegt, wird der Einfallswinkel α der Laserstrahlen vergrößert. Dadurch werden die beiden Kreuzungspunkte K1, K2 in Richtung R' verschoben. Be the two optical units 6 . 7 in the direction of movement B, ie moved away from each other, the angle of incidence α of the laser beams is increased. As a result, the two crossing points K1, K2 are displaced in the direction R '.
Somit werden die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n für die Bewegung in die Richtungen R', R'' von der Laserstrahlung L', L'' in den beiden Kreuzungspunkten K1, K2 angesteuert. Die Laserstrahlung L', L'' ist dabei energetisch derart ausgebildet, dass mittels eines einzelnen Laserstrahls keine Ansteuerung und Erzeugung eines Bewegungsimpulses in den Druckkammern 4', 4'' möglich ist. In den Kreuzungspunkten K1, K2 summieren sich jedoch die Energien der Laserstrahlen, so dass diese eine Bewegung der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n in die Richtungen R', R'' auslösen können. Thus, the structural units become 2.1 to 2.n for the movement in the directions R ', R''of the laser radiation L', L '' in the two crossing points K1, K2 driven. The laser radiation L ', L''is energetically designed such that by means of a single laser beam no control and generation of a motion pulse in the pressure chambers 4 ' . 4 '' is possible. In the crossing points K1, K2, however, the energies of the laser beams add up, so that they cause a movement of the structural units 2.1 to 2.n in the directions R ', R''can trigger.
Verlassen einzelne oder mehrere Struktureinheiten 2.1 bis 2.n oder Gruppen G1 bis Gm von Struktureinheiten 2.1 bis 2.n aufgrund von Störkräften ihre Bestimmungsposition in die Richtung R'' im Raum, bewegen sich diese in den Bereich des zweiten Kreuzungspunktes K2, in welchem die beiden Laserstrahlen der Laserstrahlung L' auf die Druckkammern 4' der entsprechenden Struktureinheiten 2.1 bis 2.n projiziert und im Bereich dieser scharf abgebildet werden. Somit werden selektiv die Druckkammern 4' der entsprechenden Struktureinheiten 2.1 bis 2.n belichtet und angesteuert, so dass Bewegungsimpulse in die Richtung R' erzeugt werden und die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n zurück auf ihre Bestimmungsposition zwischen den Kreuzungspunkten K1, K2 bewegt werden. Leave single or multiple structural units 2.1 to 2.n or groups G1 to Gm of structural units 2.1 to 2.n due to disturbing forces their determination position in the direction R '' in space, they move in the region of the second crossing point K2, in which the two laser beams of the laser radiation L 'to the pressure chambers 4 ' the corresponding structural units 2.1 to 2.n be projected and sharply mapped in the area of this. Thus, selectively, the pressure chambers 4 ' the corresponding structural units 2.1 to 2.n illuminated and driven, so that motion pulses are generated in the direction R 'and the structural units 2.1 to 2.n be moved back to their destination position between the crossing points K1, K2.
Verlassen einzelne oder mehrere Struktureinheiten 2.1 bis 2.n oder Gruppen von Struktureinheiten 2.1 bis 2.n aufgrund von Störkräften ihre Bestimmungsposition in die Richtung R' im Raum, bewegen sich diese in den Bereich des ersten Kreuzungspunktes K1, in welchem die beiden Laserstrahlen der Laserstrahlung L'' auf die Druckkammern 4'' der entsprechenden Struktureinheiten 2.1 bis 2.n projiziert und im Bereich dieser scharf abgebildet werden. Somit werden selektiv die Druckkammern 4'' der entsprechenden Struktureinheiten 2.1 bis 2.n belichtet und angesteuert, so dass Bewegungsimpulse in die Richtung R'' erzeugt werden und die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n zurück auf ihre Bestimmungsposition zwischen den Kreuzungspunkten K1, K2 bewegt werden. Leave single or multiple structural units 2.1 to 2.n or groups of structural units 2.1 to 2.n due to disturbing forces their determination position in the direction R 'in space, they move in the region of the first crossing point K1, in which the two laser beams of the laser radiation L''on the pressure chambers 4 '' the corresponding structural units 2.1 to 2.n be projected and sharply mapped in the area of this. Thus, selectively, the pressure chambers 4 '' the corresponding structural units 2.1 to 2.n illuminated and driven, so that motion pulses are generated in the direction R '' and the structural units 2.1 to 2.n be moved back to their destination position between the crossing points K1, K2.
In 11 ist ein fünfter Ausschnitt der Vorrichtung 1 dargestellt, wobei mehrere Gruppen G1 bis Gm von Struktureinheiten 2.1 bis 2.n in vier parallelen Ebenen E1 bis E4 angeordnet sind. In 11 is a fifth section of the device 1 represented, wherein several groups G1 to Gm of structural units 2.1 to 2.n are arranged in four parallel planes E1 to E4.
Um dreidimensionale und räumliche Objekte oder bewegte Animationen in den Richtungen R', R'', d. h. in der räumlichen Tiefe, gemäß der vorherigen Beschreibung zu 10 mit dem Stabilisierungsmechanismus ansteuern zu können, werden die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n oder Gruppen G1 bis Gm der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n mit den Kreuzungspunkten K1, K2 der Laserstrahlung L', L'' dreidimensional rasterförmig abgetastet. To three-dimensional and spatial objects or animated animations in the directions R ', R'', ie in the spatial depth, according to the previous description 10 to be able to control with the stabilization mechanism, become the structural units 2.1 to 2.n or groups G1 to Gm of the structural units 2.1 to 2.n with the crossing points K1, K2 of the laser radiation L ', L''scanned three-dimensional grid-shaped.
Hierzu wird die Struktur S in der räumlichen Tiefe in mehrere Ebenen E1 bis E4 gegliedert, welche jeweils aus einer oder mehreren Gruppen G1 bis Gm von Struktureinheiten 2.1 bis 2.n gebildet sind und hintereinander in Richtung R' im Raum angeordnet sind. In den Gruppen G1 bis Gm sind in einer solchen Ebene E1 bis E4 Struktureinheiten 2.1 bis 2.n in mehreren, horizontalen und waagerechten Zeilen angeordnet. Die einzelnen Ebenen E1 bis E4 sind dabei jeweils zweidimensional ausgebildet. Abweichend kann auch eine andere Anzahl von Ebenen E1 bis E4 vorgesehen sein. For this purpose, the structure S is subdivided in the spatial depth into a plurality of planes E1 to E4, each consisting of one or more groups G1 to Gm of structural units 2.1 to 2.n are formed and arranged one behind the other in the direction R 'in the room. In the groups G1 to Gm, E1 to E4 are structural units in such a plane 2.1 to 2.n arranged in several horizontal and horizontal lines. The individual planes E1 to E4 are each formed in two dimensions. Deviating from another number of levels E1 to E4 can be provided.
Bei der dreidimensionalen rasterförmigen Abtastung wird die gesamte Struktur S zeilenweise abgetastet. Somit werden die einzelnen Ebenen E1 bis E4 einzeln und nacheinander zeilenweise abgetastet. Somit werden auch die Gruppen G1 bis Gm von Struktureinheiten 2.1 bis 2.n nacheinander einzeln und zeitversetzt in schneller Folge und mit hoher Geschwindigkeit abgetastet. In the three-dimensional scanning scan, the entire structure S is scanned line by line. Thus, the individual levels E1 to E4 are scanned individually and successively line by line. Thus, also the groups G1 to Gm of structural units 2.1 to 2.n consecutively scanned one at a time and in rapid succession and at high speed.
Dabei wird die räumliche Form der Struktur S schichtweise bzw. ebenenweise von hinten nach vorn in Richtung R'' zeilenweise abgetastet und angesteuert. Mittels der Laserstrahlung L', L'' wird in den Kreuzungspunkten K1, K2 zuerst die Gruppe Gm in der hintersten Ebene E1 belichtet. Dann wird die Laserlichtquelle 3 deaktiviert, bis die Gruppe G1 in der Ebene E1 erreicht ist. Dort wird die Laserlichtquelle 3 wieder aktiviert und die Gruppe G1 wird belichtet. In this case, the spatial shape of the structure S is scanned line by line or plane by line from back to front in the direction R '' and driven. By means of the laser radiation L ', L ", the group Gm in the rearmost plane E1 is first exposed in the crossing points K1, K2. Then the laser light source becomes 3 deactivated until the group G1 is reached in the plane E1. There is the laser light source 3 reactivated and group G1 is exposed.
Anschließend wird nach kurzer Deaktivierung der Laserlichtquelle 3 die Gruppe Gm-1 in der Ebene E2 belichtet und angesteuert und anschließend nach kurzer Deaktivierung der Laserlichtquelle 3 die Gruppe G2. Subsequently, after a short deactivation of the laser light source 3 the group Gm-1 in the plane E2 exposed and controlled and then after a short deactivation of the laser light source 3 the group G2.
In dieser Art und Weise werden die Gruppen G1 bis Gm zeilenweise belichtet und angesteuert bis die Ebene E4 erreicht ist. In this way, the groups G1 to Gm are exposed line by line and driven until the plane E4 is reached.
Bei dieser Abtastung werden die Kreuzungspunkte K1, K2, wie in 10 beschrieben, durch Bewegung der optischen Einheiten 6, 7 in die Bewegungsrichtungen B, B' entsprechend in die Richtungen R', R'' verschoben. In this sampling, the crossing points K1, K2 become as in 10 described by movement of the optical units 6 . 7 in the directions of movement B, B 'in accordance with the directions R', R '' shifted.
12 zeigt ein zweites mögliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer dreidimensionalen Struktur S. Dabei arbeitet die Vorrichtung 1 wie ein so genannter 3D-Drucker, welcher zur Erzeugung einer als dreidimensionales Werkstück ausgebildeten Struktur S vorgesehen ist. Mittels der Vorrichtung 1 werden beispielsweise mittels einer Datenverarbeitungseinheit entworfene, dreidimensionale, stoffliche Objekte, Werkstücke und Formteile aus einem oder verschiedenen Werkstoffen W erzeugt. 12 shows a second possible embodiment of a device according to the invention 1 to create a three-dimensional structure S. The device works 1 such as a so-called 3D printer, which is provided for producing a structure S designed as a three-dimensional workpiece. By means of the device 1 For example, three-dimensional, material objects, workpieces and molded parts made of one or several materials W are generated by means of a data processing unit.
Hierbei wird der zu verarbeitende, feste Werkstoff W in Form einer Vielzahl von relativ kleinen und leichten Werkstoffpartikeln WP zu einem Bestimmungsort transportiert und dort durch Erzeugung chemischer oder mechanischer Bindungen mit anderen Werkstoffpartikeln WP zu der dreidimensionalen Struktur S verbunden. Here, the solid material W to be processed is transported in the form of a plurality of relatively small and light material particles WP to a destination and connected there by generating chemical or mechanical bonds with other material particles WP to the three-dimensional structure S.
Der Werkstoff W kann hierbei in Form eines Festkörpers, als Flüssigkeit oder in anderen Formen, beispielsweise in Pulverform, vorliegen. The material W may be present in the form of a solid, as a liquid or in other forms, for example in powder form.
Im Unterschied zu dem in den 1 bis 11 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist die zumindest eine Struktureinheit 2.1 nicht Bestandteil der zu erzeugenden Struktur S, sondern bildet eine so genannte Abtasteinheit 8. An der Abtasteinheit 8 ist dabei ein Werkzeug 9 zur gesteuerten Aufnahme, Abgabe und Bearbeitung der Werkstoffe W angeordnet. Das Werkzeug 9 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel nadelförmig ausgebildet. Unlike in the 1 to 11 described first embodiment is the at least one structural unit 2.1 not part of the structure S to be generated, but forms a so-called scanning unit 8th , At the scanning unit 8th is a tool 9 for controlled recording, dispensing and processing of the materials W arranged. The tool 9 is needle-shaped in the illustrated embodiment.
Die optischen Einheiten 5 bis 7 sind dabei entsprechend den optischen Einheiten 5 bis 7 des in den 1 bis 11 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels ausgebildet. Alternativ können die optischen Einheiten 6, 7 in nicht näher dargestellter Weise jedoch auch an einer festen Struktur angeordnet sein. The optical units 5 to 7 are in accordance with the optical units 5 to 7 in the 1 to 11 formed first embodiment described. Alternatively, the optical units 6 . 7 in a manner not shown, however, also be arranged on a fixed structure.
Die Struktureinheit 2.1 und somit die Abtasteinheit 8 umfassen analog zur Beschreibung zum in den 1 bis 11 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel mehrere Druckkammern 4, 4', 4'', welche mittels Laserstrahlung L bis L''' ansteuerbar sind. Somit kann die Struktureinheit 2.1 bzw. Abtasteinheit 8 frei schweben und ist dreidimensional im Raum bewegbar. The structural unit 2.1 and thus the scanning unit 8th comprise analogous to the description in the 1 to 11 illustrated first embodiment, a plurality of pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' which can be driven by means of laser radiation L to L '''. Thus, the structural unit 2.1 or scanning unit 8th float freely and is three-dimensional in the room movable.
Die Druckkammern 4, 4', 4'' der Abtasteinheit 8 sind in einer möglichen Ausgestaltung jedoch im Gegensatz zu den Druckkammern 4, 4', 4'' der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n derart ausgebildet, dass diese keinen optischen Filter 4.6 umfassen und nicht in Abhängigkeit einer Wellenlänge, eines Wellenlängenbereichs oder einer Polarisation der Laserstrahlung L bis L''' angesteuert werden, sondern anhand einer Strahlgeometrie von zwei oder mehr Laserstrahlen, wie es die 14 und 15 näher zeigen. The pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' the scanning unit 8th In one possible embodiment, however, they are in contrast to the pressure chambers 4 . 4 ' . 4 '' of the structural units 2.1 to 2.n designed such that this no optical filter 4.6 and are not controlled as a function of a wavelength, a wavelength range or a polarization of the laser radiation L to L ''', but based on a beam geometry of two or more laser beams, as the 14 and 15 show closer.
Gemäß einer möglichen weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass auch die optischen Einheiten 5 bis 7 in dieser Art und Weise anhand der Strahlgeometrie gesteuert werden. According to a possible further embodiment it can be provided that also the optical units 5 to 7 controlled in this way on the basis of the beam geometry.
Mittels der Struktureinheit 2.1 ist das Werkzeug 9 frei im Raum positionierbar und wird zu dem Werkstoff W bewegt, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel als Feststoff ausgebildet ist. Das nadelförmige Werkzeug 9 wird anschließend auf oder in den Werkstoff W geführt, wobei der Werkstoffpartikel WP durch einen Laserstrahl LS am nadelförmigen Werkzeug 9 durch Schmelzen oder Laserstrahlschweißen befestigt wird. By means of the structural unit 2.1 is the tool 9 freely positionable in space and is moved to the material W, which is formed in the illustrated embodiment as a solid. The needle-shaped tool 9 is then performed on or in the material W, wherein the material particles WP by a laser beam LS on the needle-shaped tool 9 is secured by melting or laser beam welding.
Anschließend wird der Werkstoffpartikel WP mittels des Laserstrahls LS durch Laserstrahlschneiden von der Ausgangsstruktur des Werkstoffs W getrennt und mittels des Werkzeugs 9 dem Werkstoff W als Werkstoffpartikel WP entnommen. Subsequently, the material particle WP is separated by means of the laser beam LS by laser beam cutting from the initial structure of the material W and by means of the tool 9 taken from the material W as material particles WP.
Der Transport des Werkstoffpartikels WP an seinen Bestimmungsort erfolgt durch entsprechende Ansteuerung der Struktureinheit 2.1 frei schwebend. Der Werkstoffpartikel WP wird mittels der Ansteuerung der Struktureinheit 2.1 genau positioniert und an der Struktur S angeordnet. Anschließend wird der Werkstoffpartikel WP mittels des Laserstrahls LS mit der Struktur S beispielsweise durch Laserstrahlschweißen, Laserstrahlsintern oder Laserstrahlschmelzen fest verbunden. Dadurch werden feste chemische Bindungen zwischen den Werkstoffpartikeln WP hergestellt, sodass eine feste Struktur S erzeugt wird. Als letzter Schritt wird der Werkstoffpartikel WP vom Werkzeug 9 mittels des Laserstrahls LS abgetrennt. The transport of the material particle WP to its destination is effected by appropriate control of the structural unit 2.1 levitating. The material particle WP is determined by the control of the structural unit 2.1 accurately positioned and arranged on the structure S. Subsequently, the material particles WP by means of the laser beam LS with the structure S, for example, by laser beam welding, laser beam sintering or laser beam melting firmly connected. As a result, solid chemical bonds between the material particles WP are produced, so that a solid structure S is produced. As a last step, the material particles WP from the tool 9 separated by means of the laser beam LS.
Dieser Vorgang wird für eine Vielzahl von Werkstoffpartikeln WP so lange durchgeführt, bis die gesamte Struktur S erzeugt wurde. Die Struktur S wird dabei vorzugsweise lagenweise von unten nach oben aus den Werkstoffpartikeln WP aufgebaut. This process is carried out for a large number of material particles WP until the entire structure S has been produced. The structure S is preferably built up in layers from bottom to top from the material particles WP.
Dabei werden sowohl der Werkstoff W als auch die zu erzeugende Struktur S mittels geeigneter nicht näher dargestellter Erfassungseinheiten erfasst, so dass der Abtrag und der Auftrag der Werkstoffpartikel WP derart erfolgt, dass die zu erzeugende Struktur S schnell und exakt erzeugbar ist. In this case, both the material W and the structure S to be generated are detected by means of suitable detection units not shown in detail, so that the removal and application of the material particles WP takes place in such a way that the structure S to be generated can be generated quickly and accurately.
Alternativ zu der dargestellten Ausführung kann die Struktur S auch aus mehreren Werkstoffen W gebildet werden. Die verwendeten Werkstoffe W sind dabei insbesondere derart ausgebildet, dass diese mittels des Laserstrahls LS beispielsweise durch Laserstrahlschweißen, Laserstrahlschneiden, Laserstrahlsintern und/oder Laserstrahlverdampfen verarbeitet werden können. Alternatively to the illustrated embodiment, the structure S can also be formed from a plurality of materials W. The materials used W are in particular designed such that they can be processed by means of the laser beam LS, for example by laser beam welding, laser beam cutting, laser beam sintering and / or laser beam evaporation.
Auch ist es abweichend möglich, dass ein Werkstück, d. h. die dreidimensionale Struktur S, allein durch Abtragen von Werkstoff W von einer Ausgangsstruktur aus dieser hergestellt wird. Auch hierbei wird die zu erzeugende Struktur S mittels geeigneter nicht näher dargestellter Erfassungseinheiten erfasst, so dass der Abtrag der Werkstoffpartikel WP derart erfolgt, dass die zu erzeugende Struktur S schnell und exakt erzeugbar ist. It is also possible deviating that a workpiece, d. H. the three-dimensional structure S is produced solely by removing material W from an initial structure thereof. Here, too, the structure S to be generated is detected by means of suitable detection units not shown in detail, so that the removal of the material particles WP takes place in such a way that the structure S to be produced can be generated quickly and accurately.
In 13 ist ein erster Ausschnitt des zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1 gemäß 12 während der Anordnung und Befestigung eines Werkstoffpartikels WP an der Struktur S dargestellt. In 13 is a first section of the second embodiment of the device 1 according to 12 during the arrangement and attachment of a material particle WP to the structure S shown.
14 zeigt in einem zweiten Ausschnitt des zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1 gemäß 12 eine Draufsicht auf die als Abtasteinheit 8 ausgebildete Struktureinheit 2.1 aus der Perspektive der optischen Einheit 7. 14 shows in a second section of the second embodiment of the device 1 according to 12 a plan view of the as a scanning unit 8th trained structural unit 2.1 from the perspective of the optical unit 7 ,
Zur Realisierung des Schwebens und zur dreidimensionalen Bewegung der als Abtasteinheit 8 ausgebildeten Struktureinheit 2.1 umfasst diese mehrere Druckkammern 4 bis 4''''', welche miteinander verbunden sind. For the realization of hovering and the three-dimensional movement of the as a scanning unit 8th trained structural unit 2.1 this includes several pressure chambers 4 to 4 ''''' which are interconnected.
Durch Ansteuerung der Druckkammern 4 bis 4''''', welche analog zu den in den 1 bis 11 dargestellten Druckkammern 4 bis 4''''' des ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1 ausgebildet sind, mit der gepulsten Laserstrahlung L bis L''''' werden entsprechende Bewegungsimpulse erzeugt, so dass die Struktureinheit 2.1 definiert in die Richtungen R bis R''''' bewegbar und an vorgegebenen Bestimmungspositionen anordbar ist. By controlling the pressure chambers 4 to 4 ''''' , which analogous to those in the 1 to 11 illustrated pressure chambers 4 to 4 ''''' of the first embodiment of the device 1 are formed with the pulsed laser radiation L to L '''''corresponding motion pulses are generated, so that the structural unit 2.1 defined in the directions R to R '''''movable and can be arranged at predetermined destination positions.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Druckkammern 4, 4''', 4'''', 4''''' derart angeordnet, dass die Laserstrahlung L bis L''''' sich in Ruhestellung in einem Zwischenraum ZW1 zwischen den Druckkammern 4, 4''', 4'''', 4''''' befindet und keine von diesen belichtet. In the illustrated embodiment, the pressure chambers 4 . 4 ''' . 4 '''' . 4 ''''' arranged such that the laser radiation L to L '''''in the rest position in a gap ZW1 between the pressure chambers 4 . 4 ''' . 4 '''' . 4 ''''' is located and none of these exposed.
Soll eine Bewegung der Struktureinheit 2.1 in eine der Richtungen R, R''', R'''', R''''' erfolgen, wird die Laserstrahlung L bis L''''' mittels der als Ablenkeinheit ausgebildeten optischen Einheit 7 derart bewegt, dass die entsprechenden Druckkammern 4, 4''', 4'''', 4''''' belichtet und der Bewegungsimpuls in die entsprechende Richtung R, R''', R'''', R''''' erzeugt wird. Ist der Bewegungsvorgang in die entsprechende Richtung R, R''', R'''', R''''' vollzogen, verbleibt die Laserstrahlung L bis L''''' auf dieser räumlichen Position und die Struktureinheit 2.1 bewegt sich so lange in die entsprechende Richtung R, R''', R'''', R''''', bis die Laserstrahlung L bis L''''' wieder durch den Zwischenraum ZW1 verläuft und keine der Druckkammern 4, 4''', 4'''', 4''''' belichtet wird. Der Bewegungsvorgang ist dann abgeschlossen. Should a movement of the structural unit 2.1 take place in one of the directions R, R ''',R'''',R'''', the laser radiation L to L''''' by means of the deflection unit designed as an optical unit 7 moved so that the corresponding pressure chambers 4 . 4 ''' . 4 '''' . 4 ''''' is exposed and the motion pulse in the corresponding direction R, R ''',R'''',R''''' is generated. If the movement process in the corresponding direction R, R ''',R'''',R''''' completed, the laser radiation L remains to L '''''on this spatial position and the structural unit 2.1 moves so long in the corresponding direction R, R ''',R'''',R''''' until the laser radiation L to L '''''again through the gap ZW1 and none of the pressure chambers 4 . 4 ''' . 4 '''' . 4 ''''' is exposed. The movement process is then completed.
Bewegt sich die Struktureinheit 2.1 dabei zu weit in die entsprechende Richtung R, R''', R'''', R''''', wird mittels der Laserstrahlung L bis L''''' automatisch die Druckkammern 4, 4''', 4'''', 4''''' belichtet und angesteuert, welche einen Bewegungsimpuls in die entsprechend entgegengesetzte Richtung R, R''', R'''', R''''' erzeugt, da diese automatisch in den Strahlengang der Laserstrahlung L bis L''''' gelangt. Die Struktureinheit 2.1 pendelt sich somit automatisch auf den Ruhepunkt ein, in welchem die Laserstrahlung L bis L''''' durch den Zwischenraum ZW1 verläuft. Moves the structural unit 2.1 doing too far in the corresponding direction R, R ''',R'''',R''''', by means of the laser radiation L to L '''''automatically the pressure chambers 4 . 4 ''' . 4 '''' . 4 ''''' illuminated and controlled, which generates a motion pulse in the corresponding opposite direction R, R ''',R'''',R'''', since this automatically in the beam path of the laser radiation L to L''''' passes , The structural unit 2.1 thus automatically settles to the rest point in which the laser radiation L to L '''''passes through the gap ZW1.
Dieser beschriebene Aufbau der Struktureinheit 2.1 und die beschriebene Ansteuerung mittels der Laserstrahlung L bis L''''' ist analog auch auf die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n des in den 1 bis 11 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1 übertragbar. This described structure of the structural unit 2.1 and the control described by means of the laser radiation L to L '''''is analogous to the structural units 2.1 to 2.n in the 1 to 11 illustrated first embodiment of the device 1 transferable.
Die Druckkammern 4 bis 4''''' der Struktureinheit 2.1 sind in einer möglichen Ausgestaltung jedoch im Gegensatz zu den Druckkammern 4 bis 4''''' der Struktureinheiten 2.1 bis 2.n gemäß der 1 bis 11 derart ausgebildet, dass diese keinen optischen Filter 4.6 umfassen und nicht in Abhängigkeit einer Wellenlänge, eines Wellenlängenbereichs oder einer Polarisation der Laserstrahlung L bis L''' angesteuert werden, sondern anhand einer Strahlgeometrie von zwei oder mehr Laserstrahlen, wie es die 14 und 15 näher zeigen. The pressure chambers 4 to 4 ''''' the structural unit 2.1 In one possible embodiment, however, they are in contrast to the pressure chambers 4 to 4 ''''' of the structural units 2.1 to 2.n according to the 1 to 11 designed such that this no optical filter 4.6 and are not driven as a function of a wavelength, a wavelength range or a polarization of the laser radiation L to L ''', but based on a beam geometry of two or more laser beams, as the 14 and 15 show closer.
Gemäß einer möglichen weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass auch die optischen Einheiten 5 bis 7 in dieser Art und Weise anhand der Strahlgeometrie gesteuert werden. According to a possible further embodiment it can be provided that also the optical units 5 to 7 controlled in this way on the basis of the beam geometry.
In 15 ist in einem dritten Ausschnitt des zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1 gemäß 12 eine Seitenansicht der als Abtasteinheit 8 ausgebildeten Struktureinheit 2.1 dargestellt. In 15 is in a third section of the second embodiment of the device 1 according to 12 a side view of the as a scanning unit 8th trained structural unit 2.1 shown.
Zusätzlich zu der in 14 beschriebenen Ansteuerung und Bewegung der Struktureinheit 2.1 in die Richtungen R, R''', R'''', R''''' ist auch eine Ansteuerung und Bewegung der Struktureinheit 2.1 in die Richtungen R', R'' vorgesehen. In addition to the in 14 described control and movement of the structural unit 2.1 in the directions R, R ''',R'''',R''''' is also a control and movement of the structural unit 2.1 in the directions R ', R''provided.
Hierfür sind jeweils Druckkammern 4' für die Erzeugung der Bewegungsimpulse in Richtung R' und jeweils zwei Druckkammern 4'' für die Erzeugung der Bewegungsimpulse in Richtung R'' vorgesehen, welche in der gezeigten Art und Weise angeordnet sind. Die Steuerung der gepulsten Laserstrahlung L und eine Positionierung von deren Auftreffpunkten auf der Struktureinheit 2.1 erfolgt durch die als Ablenkeinheiten ausgebildeten optischen Einheiten 6, 7. For this purpose, each pressure chambers 4 ' for the generation of the movement impulses in the direction R 'and in each case two pressure chambers 4 '' for the generation of the movement pulses in the direction R '', which are arranged in the manner shown. The control of the pulsed laser radiation L and a positioning of their impact points on the structural unit 2.1 takes place by the optical units designed as deflection units 6 . 7 ,
Dabei weisen beide Laserstrahlen, d. h. die Laserstrahlung L, die gleiche Wellenlänge auf. Eine Ansteuerung der Druckkammern 4', 4'' erfolgt hierbei nicht wellenlängenselektiv durch optische Filter 4.6, sondern aufgrund eines im Folgenden näher beschriebenen strahlengeometrischen Aufbaus der Laserstrahlung L. Both laser beams, ie the laser radiation L, have the same wavelength. A control of the pressure chambers 4 ' . 4 '' does not take place wavelength-selective through optical filters 4.6 but due to a hereinafter described in more detail Strahlgeometrischen structure of the laser radiation L.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Druckkammern 4', 4'' und die Laserstrahlung L derart angeordnet, dass die Laserstrahlung L sich in Ruhestellung in Zwischenräumen ZW2, ZW3 zwischen den Druckkammern 4', 4'' befindet und keine von diesen belichtet. In the illustrated embodiment, the pressure chambers 4 ' . 4 '' and the laser radiation L arranged such that the laser radiation L in the rest position in intervals ZW2, ZW3 between the pressure chambers 4 ' . 4 '' is located and none of these exposed.
Durch Bewegung der beiden optischen Einheiten 6, 7 in die Bewegungsrichtungen B, B' wird ein Winkel zwischen den einzelnen Laserstrahlen mit der Laserstrahlung L geändert, so dass sich auch die Auftreffpunkte der gepulsten Laserstrahlung L auf der Struktureinheit 2.1 ändern. By moving the two optical units 6 . 7 in the directions of movement B, B ', an angle between the individual laser beams is changed with the laser radiation L, so that also the impact points of the pulsed laser radiation L on the structural unit 2.1 to change.
Werden die beiden Laserstrahlen mittels der optischen Einheiten 6, 7 in der Bewegungsrichtung B abgelenkt, verschiebt sich ein Kreuzungspunkt K3 im Raum in die Richtung R'. Dabei wird ein Abstand zwischen den Auftreffpunkten auf der Struktureinheit 2.1 derart verringert, dass die beiden Druckkammern 4' belichtet und angesteuert werden und Bewegungsimpulse in Richtung R' erzeugen. Somit bewegt sich die Struktureinheit 2.1 in Richtung R'. Dies geschieht so lange, bis die Struktureinheit 2.1 eine Position im Raum erreicht hat, die Laserstrahlung L wieder auf die Zwischenräume ZW2, ZW3 trifft und alle Druckkammern 4', 4'' unbelichtet sind. Be the two laser beams by means of the optical units 6 . 7 deflected in the direction of movement B, a crossing point K3 moves in space in the direction R '. In this case, a distance between the impact points on the structural unit 2.1 reduced so that the two pressure chambers 4 ' be exposed and controlled and generate motion pulses in the direction R '. Thus, the structural unit moves 2.1 in the direction of R '. This happens until the structural unit 2.1 has reached a position in space, the laser radiation L again hits the gaps ZW2, ZW3 and all pressure chambers 4 ' . 4 '' are unexposed.
Bewegt sich die Struktureinheit 2.1 über diese Position im Raum hinaus zu weit in Richtung R', wird der Abstand zwischen den Auftreffpunkten der Laserstrahlung L derart groß, dass die beiden Druckkammern 4'' belichtet und angesteuert werden und Bewegungsimpulse in Richtung R'' erzeugt werden. Somit bewegt sich die Struktureinheit 2.1 in Richtung R''. Diese Bewegungen in die Richtungen R', R'' erfolgen insbesondere so lange wechselweise, bis sich die Struktureinheit 2.1 auf ihrer Bestimmungsposition im Raum eingependelt hat und die Laserstrahlung L auf die Zwischenräume ZW2, ZW3 trifft und alle Druckkammern 4', 4'' unbelichtet sind. Moves the structural unit 2.1 beyond this position in the space too far in the direction of R ', the distance between the points of incidence of the laser radiation L is so large that the two pressure chambers 4 '' be exposed and controlled and motion pulses in the direction R '' are generated. Thus, the structural unit moves 2.1 in the direction of R ''. These movements in the directions R ', R''take place in particular alternately until the structural unit 2.1 has leveled in their space in the determination position and the laser radiation L on the spaces ZW2, ZW3 meets and all pressure chambers 4 ' . 4 '' are unexposed.
Bei einer gewünschten Bewegung der Struktureinheit 2.1 in Richtung R'' erfolgt eine Bewegung der optischen Einheiten 6, 7 aufeinander zu in die Bewegungsrichtung B'. Somit wird der Abstand der Auftreffpunkte der Laserstrahlung L auf der Struktureinheit 2.1 vergrößert und die Druckkammern 4'' werden belichtet. Der beschriebene Einpendelvorgang findet, falls erforderlich, auch in dieser Richtung R'' statt. For a desired movement of the structural unit 2.1 in the direction of R '' there is a movement of the optical units 6 . 7 towards each other in the direction of movement B '. Thus, the distance of the impact points of the laser radiation L on the structural unit 2.1 enlarged and the pressure chambers 4 '' are exposed. The described Einpendelvorgang takes place, if necessary, also in this direction R '' instead.
Dieser beschriebene Aufbau der Struktureinheit 2.1 und die beschriebene Ansteuerung mittels der Laserstrahlung L ist in einer möglichen Ausgestaltung analog auch auf die Struktureinheiten 2.1 bis 2.n des in den 1 bis 11 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1 übertragbar. This described structure of the structural unit 2.1 and the described control by means of the laser radiation L is in a possible embodiment analogous to the structural units 2.1 to 2.n in the 1 to 11 illustrated first embodiment of the device 1 transferable.
Beide beschriebenen Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 1 ermöglichen in einfacher Weise ohne das Erfordernis von mechanischen und elektrischen Verbindungen zwischen den Struktureinheiten 2.1 bis 2.n selbst, und zwischen diesen und anderen Komponenten der Vorrichtung 1 eine flexible und schnelle Erzeugung sowohl einfacher als auch sehr komplexer dreidimensionaler Strukturen S. Die Vorrichtung 1 zeichnet sich aufgrund ihres Aufbaus durch viele Freiheitsgrade aus und ist aufgrund dessen, dass keine Person zum Aufbau und zur Bedienung der Vorrichtung erforderlich ist, auch in Regionen verwendbar, in welchen aufgrund der dort herrschenden Umgebungsbedingungen ohne Hilfsmittel kein menschliches Leben möglich ist. Both described embodiments of the device 1 allow in a simple manner without the requirement of mechanical and electrical connections between the structural units 2.1 to 2.n itself, and between these and other components of the device 1 a flexible and fast generation of both simple and very complex three-dimensional structures S. The device 1 is characterized by its many degrees of freedom and is due to the fact that no person for the construction and operation of the device is required, even in regions usable in which due to the prevailing environmental conditions without aids no human life is possible.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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1 1
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Vorrichtung contraption
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2.1 bis 2.n 2.1 to 2.n
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Struktureinheit structural unit
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3 L3 l
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aserlichtquelle aserlichtquelle
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4 bis 4''''' 4 to 4 '' '' '
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Druckkammer pressure chamber
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4.1 4.1
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Substanz substance
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4.2 4.2
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Außenwandung outer wall
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4.3 4.3
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Abschnitt section
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4.4 4.4
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Düse jet
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4.5 4.5
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Absorptionsfläche absorption area
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4.6 4.6
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Filter filter
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5 bis 7 5 to 7
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optische Einheit optical unit
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8 8th
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Abtasteinheit scanning
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9 9
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Werkzeug Tool
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A A
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Abstand distance
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B, B' B, B '
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Bewegungsrichtung movement direction
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E1 bis E4 E1 to E4
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Ebene level
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G1 bis Gm G1 to Gm
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Gruppe group
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K1 bis K3 K1 to K3
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Kreuzungspunkt intersection
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L bis L''''' L to L '' '' '
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Laserstrahlung laser radiation
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LB1, LB2 LB1, LB2
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Bereich Area
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LS LS
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Laserstrahl laser beam
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R bis R''''' R to R '' '' '
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Richtung direction
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S S
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Struktur structure
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UB UB
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Überschneidungsbereich overlapping area
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W W
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Werkstoff material
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WP WP
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Werkstoffpartikel Material particles
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Z1, Z2 Z1, Z2
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Zeile row
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ZW1 bis ZW3 ZW1 to ZW3
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Zwischenraum gap
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α α
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Einfallswinkel angle of incidence
