DE102015008863A1 - Verfahren und Vorrichtung zum 3D-Drucken mit mehreren Bauräumen oder einem erweiterten Bauraum - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum 3D-Drucken mit mehreren Bauräumen oder einem erweiterten Bauraum Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen 3D-Drucker, der nach dem Prinzip der Härtung flüssiger Kunstharze durch Licht arbeitet. Erfindungsgemäß hat der 3D-Drucker mehrere Bauräume oder einen räumlich erweiterten Bauraum. Es wird ein optisches Verfahren beschrieben, mit dem ein Lichtmodulator in mehrere Bauräume oder in Teilbereiche des erweiterten Bauraums projiziert werden kann.

Description

  • Der Begriff „3D-Drucker mit Photopolymerisation” wird im Folgenden für spezielle generative Systeme verwendet, welche zu generierende Objekte aus flüssigen, lichtaushärtenden Kunststoffen, vorzugsweise Kunstharzen herstellen.
  • Solche 3D-Drucker sind unter anderem in den folgenden Texten beschrieben:
    • US 5247180 A „Stereolithographic apparatus and method of use”, Texas Instruments, 1993
    • DE G 93 19 405.6 „Device for the production of a three-dimensional object (model) according to the principle of photosolidification”, Uni Karlsruhe, 1993
    • US 7790093 B2 ”Process for the production of a three-dimensional object with resolution improvement by ”pixel shift””, Envisiontec, 2004
  • Mit Bezug zu den Zeichnungen sei ein derartiger 3D-Drucker kurz beschrieben. Solche 3D-Drucker beinhalten:
    • – einen Projektor, vorzugsweise für kurzwellige optische Strahlung 3; dieser ist fokussiert auf ein Bildfeld 11. Unter dem Begriff „kurzwellige optische Strahlung” wird auch UV-Licht verstanden und soll generell im Folgenden eine Strahlung bezeichnen, die zur Aushärtung der Kunststoffe geeignet ist.
    • – ein Behältnis 5 für die flüssigen Kunstharze
    • – eine bewegliche Bauplattform 6, die dazu dient, das zu generierende Objekt schichtweise von der Bildebene wegzubewegen, so dass jeweils eine neue Schicht belichtet werden kann. Infolge der Belichtung härten die flüssigen Kunstharze an den belichteten Stellen der Bildebene, so dass das Objekt um eine beliebig gestaltbare Schicht ergänzt wird. Die durch Licht aushärtbaren flüssigen Kunstharze und die Beleuchtung sind so auf einander abgestimmt, dass beleuchtete Teile der Schicht aushärten. Die Schicht haftet an der vorhergehenden Schicht an.
  • Zudem wird eine Steuer- und Recheneinheit benötigt.
  • Bei den ausgehärteten Kunstharzen handelt es sich nach dem Stand der Technik um Photopolymere. Vor der Belichtung, im flüssigen Zustand des Kunstharzes, liegen diese als Monomere vor. Die Aushärtung geschieht durch die Polymerisation.
  • , die den Stand der Technik darstellt, zeigt die wesentlichen Merkmale eines solchen 3D-Druckers.
  • Die durch Licht aushärtbaren flüssigen Kunstharze sind in schraffiert dargestellt. Die von der Bauplattform bewegten Teilkomponenten sind gestrichelt dargestellt, zusätzlich ist die Bewegungsrichtung der Bauplattform als Pfeil dargestellt.
  • zeigt in der linken Bildhälfte ein Ausführungsprinzip nach dem Stand der Technik mit Beleuchtung von oben; in der rechten Bildhälfte ein anderes Ausführungsprinzip nach dem Stand der Technik mit Beleuchtung von unten.
  • Der Projektor 3 beinhaltet eine gerasterte Maske, welche ein beliebig gestaltbares Objektfeld 10 erzeugen kann, dieses wird mit dem optischen System des Projektors auf das Bildfeld 11 abgebildet, zum Bau einer Schicht des Objektes.
  • Bei den gerasterten Masken ist lt. US 7790093 B2 die Verwendung von DLP/DMD, LCD, ILA, LD-Display, LED-matrix, MEM-matrix, bewegtes LED- MEM- oder Laserdioden -linienarray bekannt. Die Lichtmodulatoren arbeiten aktiv leuchtend oder passiv, also mit einer externen Beleuchtung, welche moduliert wird. In diesem Fall wird die gerasterte Maske im Folgenden als Lichtmodulator 9 bezeichnet.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Mittel bereitzustellen, um das 3D-Drucken kostengünstig mit höherer Flexibilität zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung angegeben.
  • In der weiteren Beschreibung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen
  • bis jeweils eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen 3D-Druckers zeigen,
  • und entsprechend einen konventionellen 3D-Drucker bzw. eine bekannte Mikrospiegel-Technologie zeigen und
  • und weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • Zu beachten ist, dass in der Beschreibung und in den Abbildungen gleiche oder funktional ähnliche Elemente durchwegs mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
  • Generell betrifft die Erfindung einen 3D-Drucker und ein entsprechendes Verfahren, wobei zwei oder mehr Objekte in zwei oder mehr Bauräumen gebaut werden können. Dies geschieht durch spezielle Projektoren, welche umschaltbar zwei oder mehr Bildfelder an zwei oder mehr getrennten Positionen haben.
  • In vorteilhaften Ausführungsformen hat im Gegensatz zum Stand der Technik, der erfindungsgemäße 3D-Drucker mindestens zwei Bauräume und mindestens zwei Behältnisse, die mit gleichen oder verschiedenen durch Licht aushärtbaren Kunstharzen befüllt werden können.
  • Diese Kunstharze können sich in den Materialeigenschaften unterscheiden, z. B. in der Farbe. Ein Drucker mit verschiedenen Bauräumen mit verschiedenfarbigen Kunstharzen kann vorteilhaft Einzelteile in mehreren Farben drucken, die nur noch zu einem mehrfarbigen Objekt zusammengesteckt zu werden brauchen.
  • Bei Wahl des gleichen Kunstharzes in den getrennten Bauräumen können vorteilhaft mehrere Objekte zeitlich parallel – anstelle eines Objektes – gebaut werden.
  • Erfindungsgemäß werden passive Lichtmodulatoren verwendet.
  • Erfindungsgemäß ist der 3D-Drucker kostensparend konstruiert. In bevorzugten Ausführungsformen hat er nur einen Lichtmodulator, obwohl überwiegend mindestens zwei Bauräume vorgesehen sind.
  • Im den folgenden Abschnitten wird mit Bezugnahme auf die Abbildungen der optische Aufbau von speziellen Projektoren gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Grundsätzlich wird dabei in allen Abbildungen der Hauptstrahl, welcher von dem Punkt in der Mitte des Objektfeldes 10 die Mitte der Pupille trifft und dann zur Mitte des Bildfeldes 11 läuft, mit einem Pfeil eingezeichnet. Des Weiteren werden regelmäßig zwei weitere Hauptstrahlen gezeichnet, welche von den Rändern des Objektfeldes die Mitte der Pupille treffen und dann zu den Rändern des Bildfeldes laufen. Die Abbildungsbeziehung zwischen Objektfeld und Bildfeld wird alleine durch die Bezeichner Objektfeld 10/Bildfeld 11) klargestellt, sie wird nicht durch die Darstellung von Objektpunkt, Bildpunkt, Parallelstrahl, Brennstrahl und Zentralstrahl verdeutlicht.
  • Beschreibung einer ersten Ausführungsform der Erfindung nach :
    Realisierung mit einer Anzahl von Lichtquellen und Objektiven, welche der Anzahl der Bauräume entspricht
  • Diese Ausführungsform der Erfindung ist in im Spezialfall zweier Bildfelder dargestellt.
  • Zu unterscheiden sind solche Lichtmodulatoren, an deren Oberfläche eine Spiegelung stattfindet, z. B. „Flüssigkristall auf Silizium” [LCOS] Technologie oder „Mikrospiegel” [DMD, DLP] Technologie, und transmittierende Lichtmodulatoren, z. B. LCD, bei denen keine Spiegelung stattfindet.
  • Das Funktionsprinzip wird in beispielhaft anhand eines transmittierenden (also nicht reflektierenden) Lichtmodulators erläutert.
  • Das Bild des Lichtmodulators kann sowohl in Bildfeld A 11a als auch in Bildfeld B 11b projiziert werden. Dabei ist Bild A geeignet, um ein Objekt im Bauraum A zu generieren; Bild B ist geeignet um ein Objekt im Bauraum B zu generieren. Wenn ein Bild in Bild A projiziert wird, ist Bild B dunkel und umgekehrt.
  • Das erfindungsgemäße optische System des Projektors des 3D-Druckers beinhaltet mindestens zwei Objektive. Mit Objektiv A 13 in kann das Objektfeld 10 auf Bild A abgebildet werden; mit Objektiv B 14 kann das Objektfeld auf Bild B abgebildet werden.
  • Der Projektor beinhaltet weiterhin eine der Zahl der Objektiven entsprechende Anzahl von Lichtquellen 7a, 7b, vorzugsweise für kurzwellige optische Strahlung.
  • Des Weiteren beinhaltet der Projektor eine Kollimator-Kondensor-Optik.
  • Die Kollimator-Kondensor-Optik ist insgesamt so beschaffen, dass, wenn eine der Lichtquellen eigeschaltet ist, d. h. Licht aussendet (z. B. Lichtquelle A 17a), durch den Projektorstrahlengang nur das zugehörige Objektiv (Objektiv A 12a) mit Licht beaufschlagt wird, während alle anderen Objektive nicht mit Licht beaufschlagt werden.
  • Der in der Ausführungsform der dargestellte Strahlengang ist ein Köhler'scher Projektorstrahlengang. In dieser speziellen Ausführungsform, die in dargestellt ist, ist die Kollimator-Kondensor-Optik so beschaffen, dass sie jede Lichtquelle in je ein der Lichtquelle zugehöriges Objektiv fokussiert abbildet, also Lichtquelle A in Objektiv A und Lichtquelle B in Objektiv B. In der in dargestellten Ausführungsform besteht die Kollimator-Kondensor-Optik aus zwei getrennten ersten Kollimatorlinsen 14a, 14b, einer gemeinsamen, zweiten Kollimatorlinse 15 und einer gemeinsamen Kondensorlinse 13.
  • Im Allgemeinen Fall ist jedoch keine scharfe Abbildung der Lichtquellen in die Objektive notwendig, der Fokus der Lichtquellen kann insbesondere, wie z. B. beim Abbe'schen Projektorstrahlengang, hinter dem Objektiv liegen. Entscheidend ist, dass nur eines der Objektive mit Licht beaufschlagt wird, wenn die zugehörige Lichtquelle eingeschaltet ist, und dass die anderen Objektive beim Einschalten dieser Lichtquelle nicht mit Licht beaufschlagt werden.
  • Durch die Beaufschlagung mit Licht werden die Objektive aktiviert und deaktiviert, dadurch werden auch die wirksamen Bildlagen dieser Objektive aktiviert und deaktiviert, dadurch hat ein Objektfeld auf dem Lichtmodulator erfindungsgemäß ungewöhnlicherweise mindestens zwei umschaltbare Bildfelder.
  • Im Fall der , mit zwei Lichtquellen und zwei Objektiven kann der 3D-Drucker in Bauraum A ein Objekt bauen, wenn Lichtquelle A eingeschaltet ist. Bauraum B erhält kein Licht. Der 3D-Drucker kann in Bauraum B ein Objekt bauen, wenn Lichtquelle B eingeschaltet ist; Bauraum A erhält dann kein Licht. Das Einschalten mehrerer Lichtquellen gleichzeitig soll erfindungsgemäß nicht erfolgen. Auch im Fall mit mehr als zwei Lichtquellen kann der 3D-Drucker im Bauraum n ein Objekt bauen, wenn Lichtquelle n eingeschaltet ist, die anderen Bauräume bleiben dunkel.
  • Beschreibung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung nach Abb. 2: Realisierung mit Mikrospiegel-Technologie
  • In diesem Abschnitt wird eine Ausführung der Erfindung mittels Mikrospiegel-Technologie beschrieben.
  • Die Ausführungsform beruht auf der Verwendung von Mikrospiegeln, die digital in zwei Stellungen „0” und „1” umgeklappt werden können. , die den diesbezüglichen Stand der Technik zeigt, beschreibt dies: Auf der linken Seite ist ein Mikrospiegel-Lichtmodultor 9 dargestellt, sowie einer seiner Mikrospiegel, in Stellung „1” 19; auf der linken Seite ist der gleiche Mikrospiegel-Lichtmodultor dargestellt, sowie einer seiner Mikrospiegel, jedoch in Stellung „0” 20. Je nach Stellung der Mikrospiegel ergeben sich zwei Pupillen, Pupille 0 17a und Pupille 1 17b. Nach dem Stand der Technik wird an den Ort einer dieser Pupillen (Pupille 1 17b) ein Objektiv 12 angebracht, während am Ort der anderen Pupille (Pupille 0 17b) ein Verschluss dafür sorgt, dass das Licht dieser Pupille absorbiert wird. Im Bildfeld 11 werden dann alle Mikrospiegel, die in Stellung „1” gesteuert wurden, als helle Pixel zu sehen sein.
  • Die Übertragung des Prinzipien des Patentanspruches 1 auf das Prinzip solcher digitaler Mikrospiegel-Array führt zur vorliegenden Ausführungsform der Erfindung:
    Die Kollimator-Kondensor-Optik ist bei Realisierung der Erfindung mit Mikrospiegel-Lichtmodulator so beschaffen, dass jeweils ein Objektiv mit Licht beaufschlagt wird, wenn eine der Lichtquelle eingeschaltet wird, und sich die Mikrospiegel in einer Spiegelstellung, (z. B. „1”) befinden. Wenn die Lichtquelle eingeschaltet ist und sich die Mikrospiegel in der anderen Spiegelstellung befinden, wird das Licht an einem Verschluss absorbiert. Durch die Beaufschlagung mit Licht werden die Objektive aktiviert und deaktiviert, dadurch werden auch die Bildfelder umschaltbar aktiviert und deaktiviert.
  • Eine entsprechende Ausführungsform ist in dargestellt:
    • – In Spiegelstellung „1” wird die Lichtquelle A 7a durch die Kollimator-Kondensor-Optik 14a, 13, 15 in Objektiv A 12a abgebildet; diese Spiegel erscheinen als helle Pixel in Bildfeld A 11a, wenn Lichtquelle A eingeschaltet ist.
    • – in Spiegelstellung „0” wird die Lichtquelle A durch die Kollimator-Kondensor-Optik 14a, 13, 15 in den Verschluss A 16a abgebildet.
    • – In Spiegelstellung „0” wird die Lichtquelle B 7b durch die Kollimator-Kondensor-Optik 14b, 13, 15 in Objektiv B 12b abgebildet; diese Spiegel erscheinen als helle Pixel in Bildfeld B 11b, wenn Lichtquelle B eingeschaltet ist.
    • – in Spiegelstellung „1” wird die Lichtquelle B durch die Kollimator-Kondensor-Optik 14b, 13, 15 in den Verschluss B 16b abgebildet.
  • Wenn Lichtquelle A eingeschaltet wird, sind in Bildfeld 11a die Bildpixel „1” hell und die Bildpixel „0” dunkel. Wenn jedoch Lichtquelle B eingeschaltet wird, sind in Bildfeld B die Verhältnisse umgekehrt: Die Bildpixel „0” sind hell und die Bildpixel „1” dunkel. Entsprechend muss der Bildinhalt, der für Bildfeld 11b vorgesehen ist, auf dem Lichtmodulator invertiert dargestellt werden.
  • Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung nach Abb. 3: Realisierung der Erfindung mit Mikrospiegel-Technologie und steuerbaren Verschlüssen
  • Diese Ausführungsform ist in dargestellt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung werden ungewöhnlicherweise beide Pupillen 17a, 17b mit Objektiven 12a, 12b ausgerüstet, und zusätzlich mit steuerbaren Verschlüssen 16a, 16b.
  • Ein steuerbarer Verschluss ist ein Bauelement, welches steuerbar geöffnet oder geschlossen werden kann, z. B. eine motorisierte Iris oder ein ein-Pixel-LCD-Verschluss. Der steuerbare Verschluss kann steuerbar geöffnet oder geschlossen werden.
  • Im Gegensatz zur vorhergehenden Ausführungsform benötigt diese Ausführungsform nur eine gemeinsame Lichtquelle 7. Die gemeinsame Lichtquelle wird durch die Kollimator-Kondensor-Optik 14, 13, 15 und die zusätzliche Wirkung der Mikrospiegel bei Spiegelstellung „0” in Objektiv A 12a und bei Spiegelstellung „1” in Objektiv B 12b abgebildet. Die Umschaltung zwischen den Bildfeldern erfolgt durch das Umschalten der steuerbaren Verschlüsse 16a, 16b vor Objektiv A bzw. Objektiv B. Erfindungsgemäß ist immer einer der Verschlüsse geöffnet und der andere geschlossen. Die Verschlüsse können sich in einer anderen Ausführungsform auch hinter den Pupillen befinden; dabei beziehen sich die Begriffe „vor” und „hinter” auf die Ausbreitungsrichtung des Lichtes.
  • Wenn Verschluss 16a offen ist und Verschluss 16b geschlossen, sind die die Bildpixel „1” in Bildfeld 11a hell und die Bildpixel „0” dunkel. Wenn jedoch Verschluss 16b offen ist und Verschluss 16a geschlossen, sind genau umgekehrt die Bildpixel „0” in Bildfeld 11b hell und die Bildpixel „1” dunkel. Entsprechend muss auch hier der Bildinhalt, der für Bildfeld 11b vorgesehen ist, auf dem Lichtmodulator invertiert dargestellt werden.
  • Vergleich zwischen Ausführungsformen
  • Aufwendig an der Ausführungsform nach im Gegensatz zur Ausführungsform nach ist möglicherweise, dass der Bereich über dem Lichtmodulator in mindestens sechs Pupillenzonen aufgeteilt ist:
    • – Mindestens zwei Lichtzonen für die Objektive
    • – Mindestens zwei Lichtzonen gleicher Größe für die Verschlüsse
    • – Mindestens zwei Lichtzonen für die Beleuchtung
  • Die Vorteile der Ausführungsform nach liegen darin,
    dass die Pupillenzonen für die Objektive 12a, 12b und für die steuerbaren Verschlüsse 16a, 16b zusammenfallen. Es werden sogar nur drei Pupillenzonen oberhalb des Lichtmodulators benötigt, da eine weitere Pupillenzone, die der zweiten Lichtquelle, ebenfalls wegfällt. Dadurch können die Pupillenzonen größer realisiert werden; dar Lichtmodulator kann also mit größerer Apertur betrieben werden und kann somit lichtstärkere Bilder projizieren.
  • Beschreibung der Ausführungsform der Erfindung nach Abb. 4: Kombination der mit Bezug zu Abb. 2 und Abb. 3 beschriebenen Merkmale der Erfindung
  • Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Dabei werden Erfindungsmerkmale vorhergehender Ausführungsformen kombiniert. Eine Ausführungsform nach gestattetet es, mit N Lichtquellen N Bildfelder zur realisieren. Eine zusätzliche Kombination mit der Ausführungsform nach gestattet es, diese Anzahl N auf 2N zu verdoppeln, indem entweder ein Verschlusse bei Pupille 0 oder der Verschluss bei der erfindungsgemäß mit einem zusätzlichen Objektiv ausgestatteten Pupille 1 geöffnet wird.
  • Diese Anordnung ist in dargestellt, für den Fall einer Ausführungsform N = 2, d. h. mit zwei Lichtquellen 7a, 7b, vier Bildfeldern 11a, 11b, 11c, 11d, vier Objektiven 12a, 12b, 12c, 12d, vier steuerbaren Verschlüssen 16a, 16b, 16c, 16d. oben zeigt eine Draufsicht, darunter zwei Seitenansichten (X, Y) dieser Ausführungsform.
  • Im gezeichneten Beispiel, ist zu einem bestimmten Zeitpunkt, auf den sich bezieht, Lichtquelle 7b eingeschaltet, die Kollimator-Kondensor-Optik ist so ausgebildet, dass das Licht dieser Lichtquelle entweder in Pupille 17c oder in Pupille (17d gelenkt wird, je nach Kippstellung der Mikrospiegel des Lichtmodulators 18. Zu dem bestimmten Zeitpunkt ist gerade der Verschluss 16d bei der Pupille 17d geschlossen, während der Verschluss 16c bei der Pupille 17c geöffnet ist. Also wird alleine das Objektiv 12c mit Licht beaufschlagt. Im Bildfeld 11c entsteht ein Bild der Oberfläche 10 des Lichtmodulators 9, in diesem Bild sind alle Bildpixel hell, deren Stellung der Mikrospiegel 18 in oben einfallendes Licht nach links ablenkte. Zwar würde im Bildfeld 11d auch ein Bild entstehen, bei dem alle Bildpixel hell sind, deren Stellung der Mikrospiegel 18 in oben einfallendes Licht nach rechts ablenkte, jedoch ist, wie bereits erwähnt, der Verschluss 16d geschlossen, so dass Bildfeld 11d dunkel bleibt. Die Bildfelder 11a und 11b bleiben dunkel, weil, wie bereits erwähnt, Lichtquelle 7a nicht eingeschaltet ist und aufgrund der Anordnung der Kondensor-Kollimator-Optik nur Licht von Lichtquelle 7a in die Pupillen 17a oder 17b gelangen kann.
  • Zu einem anderen Zeitpunkt kann durch Einschalten bzw. Öffnen der anderen Lichtquelle oder der anderen Verschlüsse auch jedes der anderen Bildfelder 11a, 11b, 11d das Bild der Oberfläche des Lichtmodulators erhalten. Entsprechend kann jedes Bildfeld durch Konfiguration der Lichtquelle und der Verschlüsse adressiert werden und damit auch jeder der vier Bauräume.
  • Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung als Kombination der mit Bezug zu Abb. 1 bis Abb. 4 beschriebenen Merkmale mit parallel betriebenen Projektoren:
  • Zur weiteren Erhöhung der Anzahl der Baufelder ist es auch möglich, räumlich benachbart parallel mehrere der zuvor beschriebenen Zweifach- oder Mehrfachprojektoren vorzusehen.
  • Beispielsweise kann ein 3D-Drucker mit vier Bauräumen erstellt werden, indem zwei der in Bezug zu beschriebenen Doppelprojektoren mit je einem Lichtmodulator und zwei Bauräumen nebeneinander angeordnet und betrieben werden. Ein solcher 3D-Drucker enthält den in beschriebenen Projektor zweimal nebeneinander, er hat insgesamt dann zwei Lichtmodulatoren, 4 Lichtquellen und vier Bauräume.
  • Im Allgemeinen kann eine beliebige Anzahl N von Projektoren mit M Bildfeldern nebeneinander angeordnet und betrieben werden; der 3D-Drucker hat dann N·M Bauräume.
  • Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung mit Kombination der in Bezug auf Abb. 1 bis Abb. 4 beschriebenen Merkmale mit verschiebbaren Projektoren:
  • Anstelle der Verwendung von mehreren Mehrfachprojektoren, wie dies zuvor beschrieben ist, kann gemäß dieser Ausführungsform ein Mehrfachprojektor mit einem Mechanismus, etwa einem Linearversteller, in mehrere Positionen verschoben werden.
  • In einer anderen Ausführungsform können auch die Objekte 1, Kunstharze 2, Behältnisse 5 und die Bauplattform 6 gemeinsam durch den Mechanismus verschoben werden, während der Doppelprojektor ruht.
  • Im Allgemeinen kann eine beliebige Anzahl N von relativen Verschiebungen eines Mehrfachprojektors mit M Bildfeldern, wie sie etwa zuvor mit Bezug zu den bis beschreiben sind, stattfinden; der 3D-Drucker hat dann N·M Bauräume.
  • Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung mit Bezug zu Abb. 7 und Abb. 8: Erweiterter Bauraum:
  • In dieser Ausführungsform der Erfindung dienen die zusätzlichen Bildfelder nicht dazu, neue Bauräume zu schaffen, sondern den Bauraum zu erweitern. Dazu werden die Bilder nicht nebeneinander, sondern überlappend angeordnet. ( ). Es entsteht ein vergrößertes effektives Bildfeld 19. In ist eine günstige Anordnung von 4 Bildfeldern dargestellt: Bildfeld A 11a, Bildfeld B 11b, Bildfeld C 11c, und Bildfeld D 11d beleuchten das vergrößerte effektive Bildfeld quadrantenweise mit Überlapp.
  • Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung unter Berücksichtigung der zeitlichen Abfolge:
  • Aus Gründen der Kühlung der Lichtquellen ist es vorteilhaft, bei gleichzeitiger Anforderung zum Bau mehrerer Objekte alternierend jeweils eine Schicht pro Bildfeld zu bauen. Sofern nämlich mehrere Lichtquellen vorhanden sind, werden diese Lichtquellen erfindungsgemäß durch eine nicht explizit in den Abbildungen gezeigte Steuer- und Recheneinheit alternierend ein- und ausgeschaltet; dadurch muss pro Zeiteinheit nur ein Bruchteil der Leistung von den Lichtquellen hin zu deren Kühlkörpern abgeführt werden. Dies erleichtert die Kühlung der Lichtquellen und steigert den Wirkungsgrad der Lichtausbeute.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    zu generierendes Objekt
    2
    flüssige, durch Licht aushärtbare Kunstharze
    3
    Projektor, vorzugsweise für kurzwellige optische Strahlung
    4
    Verschluss
    4a, 4b
    Verschluss A, Verschluss B
    5
    Behältnis
    6
    Bauplattform
    7
    gemeinsame Lichtquelle, vorzugsweise für kurzwellige optische Strahlung
    7a, 7b
    Lichtquelle A, Lichtquelle B, vorzugsweise für kurzwellige optische Strahlung
    8
    Lichtmodulator
    9
    Objektfeld
    11
    Bildfeld
    11a, 11b, 11c, 11d
    Bildfeld A, Bildfeld B, Bildfeld C, Bildfeld D
    12a, 12b, 12c, 12d
    Objektiv A, Objektiv B, Objektiv C, Objektiv D
    13
    gemeinsame Kondensorlinse
    14
    erste Kollimatorlinse
    14a, 14b
    erste Kollimatorlinse A, B
    15
    zweite, gemeinsame Kollimatorlinse
    16a, 16b, 16c, 16d
    steuerbarer Verschluss A, B, C, D
    17
    Pupille
    17a, 17b
    Pupille 0, Pupille 1
    18
    Orientierung der Kippstellungen der Mikrospiegel des Lichtmodulators
    19
    vergrößertes effektives Bildfeld
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5247180 A [0002]
    • DE 9319405 U [0002]
    • US 7790093 B2 [0002, 0010]

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum dreidimensionalen (3D-)Drucken nach dem Prinzip des schichtweisen Bauens und der Lichthärtung mit flächenhafter Beleuchtung, mit einem Projektor, der ausgebildet ist, umschaltbar mindestens zwei Bildfelder so zu erzeugen, dass jedes der mindestens zwei Bildfelder einen Bildbereich aufweist, der nicht mit einem Bereich jedes anderen der mindestens zwei Bildfelder überlappt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Projektor mindestens zwei Lichtquellen, mindestens zwei Objektive, einen Lichtmodulator und optische Kollimator-Kondensor-Komponenten für Beleuchtungsstrahlengänge aufweist, welche so angeordnet sind, dass jeweils mindestens ein Objektiv mit Licht beaufschlagt ist, wenn eine Lichtquelle eingeschaltet ist, während mindestens eines der übrigen Objektive nicht mit Licht beaufschlagt ist.
  3. Vorrichtung zum 3D-Drucken nach Anspruch 2, wobei der Lichtmodulator ein Lichtmodulator in Mikrospiegel-Technologie ist, dessen Spiegel die Spiegelstellungen „0” und „1” annehmen können, und die optischen Kollimator-Kondensor-Komponenten für die Beleuchtungsstrahlengänge so angeordnet sind, dass jeweils ein Objektiv mit Licht beaufschlagt ist, wenn eine Lichtquelle eingeschaltet ist, und sich die Spiegel in Spiegelstellung „1” befinden, während die übrigen Objektive nicht mit Licht beaufschlagt sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Projektor eine Lichtquelle, einen Lichtmodulator in Mikrospiegel-Technologie und zwei Objektive aufweist, welche mit steuerbaren Verschlüssen ausgerüstet sind, wobei eines der Objektive so angeordnet ist, dass es bei Spiegelstellung „0” mit Licht beaufschlagt ist, und das andere Objektiv so angeordnet ist, dass es bei Spiegelstellung „1” mit Licht beaufschlagt ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei mindestens vier Bildfelder vorgesehen sind und die Vorrichtung mindestens zwei Lichtquellen, den Lichtmodulator in Mikrospiegel-Technologie und die optischen Kollimator-Kondensor-Komponenten für die Beleuchtungsstrahlengänge aufweist, welche so angeordnet sind, dass jeweils ein Paar von Objektiven abhängig von der Stellung der Mikrospiegel mit Licht beaufschlagt ist, wenn eine Lichtquelle eingeschaltet ist, während die übrigen Objektivpaare nicht mit Licht beaufschlagt sind, und wobei mindestens vier Objektiven vorgesehen sind, welche mit steuerbaren Verschlüssen ausgerüstet sind, wobei eines der Objektive in einem Objektivpaar so angeordnet ist, dass es bei Spiegelstellung „0” mit Licht beaufschlagt ist und das andere Objektiv in diesem Objektivpaar so angeordnet ist, dass es bei Spiegelstellung „1” mit Licht beaufschlagt ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher sich eine vergrößerte Zahl von Bildfeldern, insbesondere mindestens vier Bildfelder, durch die Kombination von mindestens zwei, räumlich benachbart angeordneten Projektoren ergibt.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner einen Mechanismus zur relativen Verschiebung des Projektors aufweist und derart ausgebildet ist, dass sich eine vergrößerte Zahl von Bildfeldern, insbesondere mindestens vier Bildfelder, durch die relative Verschiebung des Projektors ergibt.
  8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Bildfelder überlappen und dadurch ein gemeinsamer erweiterter Bauraum geschaffen wird.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Steuer- und Recheneinheit aufweist, die ausgebildet ist, den Schichtaufbau in den Bildfeldern so zu steuern, dass abwechselnd je eine Schicht in jedem der Bildfelder belichtet wird.
  10. Verfahren zum 3D-Drucken unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem abwechselnd je eine Schicht in jedem der Bildfelder belichtet wird.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5247180A (en) 1991-12-30 1993-09-21 Texas Instruments Incorporated Stereolithographic apparatus and method of use
DE9319405U1 (de) 1993-12-17 1994-03-31 Forschungszentrum Informatik an der Universität Karlsruhe, 76131 Karlsruhe Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts (Modells) nach dem Prinzip der Photoverfestigung
US7790093B2 (en) 2004-05-10 2010-09-07 Envisiontec Gmbh Process for the production of a three-dimensional object with resolution improvement by “pixel-shift”

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