DE102016110255A1

DE102016110255A1 - Basisplatte zum Aufbau stereolitographisch hergestellter Produkte

Info

Publication number: DE102016110255A1
Application number: DE102016110255.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Brink; Heinz Lambrecht
Original assignee: Bego Bremer Goldschlagerei Wilh Herbst GmbH and Co KG
Current assignee: Bego Bremer Goldschlagerei Wilh Herbst GmbH and Co KG
Priority date: 2016-06-02
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2017-12-07

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur stereolithographischen Herstellung von dreidimensionalen Produkten, mit den Schritten: a) Füllen einer durch Bestrahlung aushärtbaren Flüssigkeit in einen Behälter; b) selektives Bestrahlen der Flüssigkeit durch einen strahlungsdurchlässigen Boden und hierdurch Erzeugen einer Schichtlage der Basisplatte, in der durch die selektive Bestrahlung vorbestimmte Bereiche ausgehärtet sind, die der Querschnittsgeometrie der Basisplatte in einer der Schichtlage entsprechenden Basisplattenebene entsprechen; c) Verfahren der in Schritt b) erzeugten Schichtlage; d) schichtweises Herstellen des Basisplatte durch mehrfaches Wiederholen der Schritte b) und c); gefolgt von einem Herstellen des Produkts auf der Basisplatte. Erfindungsgemäß wird die Basisplatte als fluiddurchlässige Struktur hergestellt.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur stereolithographischen Herstellung von dreidimensionalen Produkten, mit den Schritten: a) Füllen einer durch Bestrahlung aushärtbaren Flüssigkeit in einen Behälter, b) selektives Bestrahlen der Flüssigkeit durch einen strahlungsdurchlässigen Boden und hierdurch Erzeugen einer Schichtlage der Basisplatte, in der durch die selektive Bestrahlung vorbestimmte Bereiche ausgehärtet sind, die der Querschnittsgeometrie der Basisplatte in einer der Schichtlage entsprechenden Basisplattenebene entsprechen, c) Verfahren der in Schritt b) erzeugten Schichtlage, d) schichtweises Herstellen der Basisplatte durch mehrfaches Wiederholen der Schritte b) und c), gefolgt von einem Herstellen des Produkts auf der Basisplatte durch, e) selektives Bestrahlen der Flüssigkeit durch einen strahlungsdurchlässigen Boden des Behälters und hierdurch Erzeugen einer Schichtlage des dreidimensionalen Produkts, in der durch die selektive Bestrahlung vorbestimmte Bereiche ausgehärtet sind, die der Querschnittsgeometrie des Produkts in einer der Schichtlage entsprechenden Produktebene entsprechen, f) Verfahren der in Schritt e) erzeugten Schichtlage, g) Schichtweises Herstellen des Produkts durch mehrfaches Wiederholen der Schritte e) und f). Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Stereolithographievorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist.
Stereolithographische Herstellungsverfahren sind als eine Variante sogenannter Rapid-Prototyping-Verfahren bekannt und dienen dazu, Produkte, die sich in drei Dimensionen erstrecken, herzustellen. Das Produkt kann dabei aus einem herzustellenden Formteil und aus Stützen bestehen, die dieses Formteil auf der Basisplatte abstützen. Allgemein wird bei einem stereolithographischen Herstellungsverfahren dabei als Ausgangsmaterial eine Flüssigkeit eingesetzt, die unter Einwirkung einer Strahlung, wie beispielsweise einer Strahlung im optischen Wellenlängenbereich, aushärtet. Typischerweise erfolgt diese Aushärtung durch Vernetzung zu Polymerketten, also durch sogenannte Strahlungsvernetzung der Flüssigkeit. Diese Strahlungsvernetzung erfolgt selektiv, das heißt, es werden nur bestimmte Bereiche bestrahlt und dadurch ausgehärtet. Auf diese Weise ist es möglich, ein dreidimensionales Produkt herzustellen, indem dieses schichtweise aufgebaut wird und in jeder Schichtlage nur eine dem Querschnitt des Produkts in der entsprechenden Schichtlage entsprechende Bereiche bestrahlt und ausgehärtet werden.
Derzeit sind prinzipiell zwei unterschiedliche Ablaufprinzipien für eine solche stereolithographische Herstellung bekannt. Zum einen wird das Produkt aufgebaut, indem die Schichtlagen übereinander gestapelt werden, das heißt, jede Folgeschicht liegt oberhalb der zuvor selektiv bestrahlten Schichtlage. Typischerweise wird dies durchgeführt, indem in einem Flüssigkeitsbad eine Plattform knapp unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnet wird, die oberhalb der Plattform vorhandene dünne Flüssigkeitsschicht dann selektiv ausgehärtet wird und hierauf folgend die Plattform um einen Schichtlagenstärke abgesenkt wird. Die hierdurch nachlaufende Flüssigkeit bildet erneut eine dünne Flüssigkeitsschicht oberhalb der zuvor ausgehärteten Schichtlage und kann wiederum selektiv bestrahlt werden. Durch mehrfaches Wiederholen dieses Ablaufs kann das Produkt dann schichtweise aufgebaut werden.
Bei einem hiervon verschiedenen Prinzip wird das dreidimensionale Produkt durch untereinander sich aufbauende Schichten erzeugt. In diesem Fall ist eine Plattform in einem flüssigkeitsgefüllten Behälter knapp oberhalb eines strahlungsdurchlässigen Bodens des Behälters angeordnet und eine dünne Flüssigkeitsschicht liegt zwischen der Plattform und dem strahlungsdurchlässigen Boden. Diese dünne Flüssigkeitsschicht wird dann selektiv durch den strahlungsdurchlässigen Boden hindurch bestrahlt und dadurch selektiv ausgehärtet. Hierauf folgend wird die Plattform um eine Schichtlagenstärke angehoben. Die dadurch nachfließende Flüssigkeit bildet erneut eine dünne Flüssigkeitsschicht zwischen der zuvor ausgehärteten Schicht und den strahlungsdurchlässigen Boden des Behälters, die dann wiederum selektiv bestrahlt und damit selektiv ausgehärtet werden kann. Wiederum wird durch mehrfaches Wiederholen dieser Abläufe das Produkt dann schichtweise aufgebaut.
Bei dem letztgenannten Prinzip wird die jeweilige Schichtlage selektiv zwischen der voranstehend hergestellten Schichtlage und dem Boden des Behälters hergestellt. Die solcherart hergestellte Schichtlage wird anschließend vom Boden des Behälters abgehoben. Dieser Anhebevorgang wird regelmäßig dadurch erschwert, dass die Schicht an dem Boden anhaftet und durch diese Anhaftung das Abheben behindert wird. Zudem ist die zuverlässige Füllung des Zwischenraums mit Flüssigkeit problematisch, insbesondere wenn eine hohe geometrische Auflösung erzielt werden soll und die Schichtstärke daher sehr klein ist. Es ist bekannt, zur Verbesserung dieser Probleme die Plattform auf eine höhere Position zu fahren, als für die Schichtstärke der nächsten Schichtlage erforderlich wäre, damit die aushärtbare Flüssigkeit für die danach herzustellende Schichtlage hier einfließen kann. Anschließend muss die Plattform in die Position, die der gewünschten Flüssigkeitsschichtdicke der nächsten Schichtlage entspricht, zurückgefahren werden. Diese Ansteuerung erzeugt jedoch ein mehrmaliges Umschalten der Plattformaktuatoren und zusätzliche Zeit für die Verfahrbewegungen, wodurch der Herstellungsprozess verlangsamt wird.
Oftmals werden bei beiden Prinzipien die dreidimensionalen Produkte nicht unmittelbar auf der Plattform hergestellt, sondern stattdessen zunächst auf der Plattform eine Basisplatte als Träger hergestellt. Diese Basisplatte wird ebenfalls durch das stereolithographische Verfahren hergestellt, typischerweise aus demselben Material. Die Basisplatte ist regelmäßig erforderlich, um filigrane, im Verhältnis zur Basisplatte kleine Produkte nicht direkt auf der Plattform aufzubauen. Würde das Produkt bzw. die Produkte direkt auf der Plattform aufgebaut werden, so bestünde die erhöhte Gefahr, dass sie sich beim Abhebevorgang von der Plattform ablösen. Diese Gefahr wird prinzipiell durch die Verwendung der Basisplatte reduziert. Die Kontaktfläche zwischen Basisplatte und Plattform ist hierbei größer als die Kontaktfläche zwischen Produkt und Basisplatte. Da die Basisplatte und das Produkt aus einem übereinstimmenden Material ausgebildet sind, kann eine gute Haftung des Produkts an der Basisplatte erreicht werden. Die Basisplatte ihrerseits haftet trotz ihrer Materialverschiedenheit zur Plattform aufgrund der großen Kontaktfläche ausreichend gut an der Plattform.
Während diese Vorgehensweise mit Herstellung einer Basisplatte grundsätzlich die Effizienz und Produktvielfalt der Fertigung verbessert, ist gerade bei der Herstellung der Basisplatte auf Grund der im Vergleich zu den Produkten größeren massiven Fläche die Problematik der Anhaftung der Basisplatte an dem Boden vorhanden und stellt eine Erschwerung der Steuerung des Abhebens dar, während die Basisplatte gefertigt wird. Es ist grundsätzlich bekannt, zur Verringerung dieser Problematik eine Folie oder eine flexible Silikonlage als Boden oder als Schicht oberhalb des Bodens einzusetzen. Hierdurch wird einerseits die Haftkraft verringert und andererseits durch eine geringfügige Auswölbung bzw. Verformung eine leichtere Ablösung der zuvor hergestellten Schichtlage von der flexiblen Auflage ermöglicht als dies der Fall wäre, wenn die hergestellte Schichtlage von einer starren Bodenplatte abgelöst werden müsste. Insbesondere kann durch einen solchen flexiblen Boden auch ein hydrostatischer Effekt reduziert werden, der durch erschwertes Nachfließen von Flüssigkeit in den beim Abheben entstehenden Spalt den Abhebeprozess erschwert. Allerdings stellt dieser Boden einerseits einen Verschleißartikel dar und verringert dadurch die Betriebszeit der Vorrichtung zwischen zwei Wartungsvorgängen, zum anderen ist die Steuerung des Abhebens durch den flexiblen Boden erschwert, da durch den Abhebevorgang sichergestellt sein muss, dass die selektiv ausgehärtete Schichtlage sich vollständig von dem flexiblen Boden abgelöst hat und nicht in Teilbereichen noch mit dem Boden verbunden ist. Daher muss bei einem flexiblen Boden eine größere Abhebestrecke von der Plattform zurückgelegt werden, um eine zuverlässige Ablösung zu erreichen, wodurch jedoch die Fertigungsdauer verlängert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein stereolithographisches Herstellungsverfahren bereitzustellen, welches eine effiziente Nutzung des Bauraums und damit wirtschaftliche Fertigung von größeren Produkten oder einer Vielzahl von Produkten ermöglicht, zugleich aber eine sichere Steuerung der Schichtdicke durch das Abheben der gefertigten Schicht vom Boden ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Basisplatte als fluiddurchlässige Struktur hergestellt wird.
Durch diese Ausgestaltung der Basisplatte wird das Abheben der Basisplatte während deren schichtweiser Herstellung in erheblichem Maß erleichtert. Unter einer fluiddurchlässigen Struktur ist dabei im patentgemäßen Sinne eine Struktur zu verstehen, die zumindest bereichsweise Hohlräume zwischen den selektiv bestrahlten und damit ausgehärteten Bereichen der Basisplatte aufweist. Die Basisplatte ist demnach nicht als massives Element ausgeführt, sondern stattdessen als eine Struktur, die nicht in allen Bereichen selektiv bestrahlt und damit ausgehärtet ist. Demzufolge ist als fluiddurchlässige Struktur hier patentgemäß zu verstehen, dass die Struktur zumindest einen Hohlraum aufweist, der während des Fertigungsprozesses nicht ausgehärtet wird und folglich Fluid aufnehmen kann. Hierdurch ist die Anhaftung der Basisplatte während des Fertigungsprozesses an der Bodenplatte oder einemflexiblen Boden oder sonstigem Element verringert und das Abheben wird erleichtert. Grundsätzlich ist es bevorzugt, wenn die Basisplatte als solcherart fluiddurchlässige Struktur hergestellt ist, dass ein horizontaler und/oder ein vertikaler Fluss des Fluids innerhalb oder durch die Basisplatte möglich ist. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die Basisplatte aus sich horizontal erstreckenden und beabstandet voneinander angeordneten Elementen aufgebaut wird, die zwischen sich einen oder mehrere kanalartige Hohlräume ausbilden, die eine Fluiddurchlässigkeit in Kanalrichtung aufweisen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass beim Abheben des Bauteils von dem Boden es neben den Antihaftkräften auch zu einem hydrostatischen Unterdruck kommt. Der Unterdruck und die daraus resultierenden Kräfte steigen mit erhöhter Abhebegeschwindigkeit, der erhöhter Viskosität der Flüssigkeit und Größe der Fläche der Basisplatte. Durch die erfindungsgemäß hergestellte Basisplatte können diese hydrostatischen Kräfte wirksam reduziert werden, indem der Zutritt der Flüssigkeit in den beim Abheben entstehenden Spalt zwischen Basisplatte und Boden erheblich verbessert wird.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Basisplatte als offenporöse Struktur hergestellt wird. Unter einer offenporösen Struktur ist hierbei eine Struktur zu verstehen, die eine Fluiddurchlässigkeit nicht nur durch einzelne Bereiche oder Schichtlagen aufweist, sondern mehrere in Verbindung stehende Hohlräume aufweist, die einen Fluidfluss durch die Struktur ermöglichen. Eine offenporöse Struktur kann beispielsweise durch eine schwammartige Struktur ausgeführt sein, bei der mehrere Poren miteinander verbunden sind durch unmittelbares Aneinandergrenzen der Poren oder durch entsprechende Kanäle zwischen den Poren. Eine offenporöse Struktur kann ebenso durch mehrere sich im dreidimensionalen Raum kreuzende und in Verbindung stehende Kanäle ausgeführt sein. Ebenso gut kann eine offenporöse Struktur durch eine Anzahl von Einzelkanälen ausgeführt sein, die zwar selbst nicht miteinander in Verbindung stehen, sich jedoch durch die Struktur insgesamt erstrecken und dadurch einen Fluiddurchfluss durch die Struktur insgesamt ermöglichen.
Dabei kann das Fluid durch das Volumen/die Struktur der Basisplatte in den Bereich zwischen der zuletzt aufgebauten Schichtlage der Basisplatte und dem Boden des Behälters fließen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Basisplatte aus dem gleichen Material wie das Produkt hergestellt wird. Die solcherart ausgeführte Herstellung der Basisplatte ermöglicht es, diese vorgelagert zur Herstellung des dreidimensionalen Produkts in aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen eines einzigen Fertigungsvorgangs herzustellen und hierbei eine vorteilhafte Verbindung zwischen der Basisplatte und dem hergestellten Produkt durch die Gleichartigkeit des Materials zu erzielen. Insbesondere kann die Geometrie der Basisplatte hierdurch gegebenenfalls auch an die Produktgeometrie angepasst sein, bzw. es kann eine Basisplatte aus verschiedenen Geometrievarianten ausgewählt werden, die für das jeweils hergestellte Produkt vorteilhaft ist und die dafür notwendigen Fertigungsdaten können mit den Fertigungsdaten des jeweiligen Produkts verknüpft und dann in aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen eines gemeinsamen Fertigungsablaufs abgearbeitet werden.
Noch weiter ist es bevorzugt, dass die Basisplatte an einer verfahrbaren Plattform hergestellt wird und das Verfahren der Schichtlage in Schritt c) und f) durch Verfahren der Plattform erfolgt. Die Plattform kann hierbei durch einen Stempel, ein Halteelement oder eine sonstige Struktur, an der die Basisplatte aufgebaut und dabei befestigt wird, bereitgestellt werden. Grundsätzlich ist es für die erfindungsgemäße Vorgehensweise und Vorrichtung vorteilhaft, wenn die Plattform ebenfalls fluiddurchlässig ausgeführt ist, beispielsweise indem die Plattform eine oder mehrere Öffnungen aufweist, als gitterartige Struktur ausgeführt ist, oder als eine offenporöse Struktur ausgeführt ist. Hierdurch kann die strahlungsaushärtbare Flüssigkeit auch durch die Plattform selbst hindurchfließen und folglich sind Ausgestaltungen des Verfahrens möglich, bei denen die Basisplatte so ausgeführt ist, dass Fluid, welches durch die Plattform hindurchtritt, auch durch die Basisplatte hindurchfließen kann, oder zumindest in die Basisplatte eintreten kann und von dort aus in den Bereich zwischen der zuletzt belichteten Schicht der Basisplatte und dem Boden des Behälters weiterfließen kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine erste Schicht der Basisplatte durch selektives Bestrahlen mehrerer voneinander beabstandeter Bereiche, die ein erstes Muster definieren, hergestellt wird, und eine zweite Schicht der Basisplatte durch selektives Bestrahlen mehrerer voneinander beabstandeter Bereiche, die ein zweites, von dem ersten verschiedenes Muster definieren, hergestellt wird. Gemäß dieser Ausgestaltungsform können beispielsweise zusammenhängende Schichten erzeugt werden, die aber nicht vollständig in der gesamten Querschnittsfläche ausgehärtet werden, sondern es werden Bereiche wie Kanäle innerhalb der Fläche nicht ausgehärtet. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Basisplatte durch zumindest zwei unterschiedliche Schichten hergestellt, wobei die eine Schicht ein erstes Muster und die zweite Schicht ein zweites, davon verschiedenes Muster aufweist. Als Schicht ist hierbei nicht notwendigerweise eine einzelne, durch selektive Aushärtung hergestellte Schichtlage zu verstehen, sondern eine Schicht im Sinne dieser Fortbildungsform kann auch durch mehrere aufeinanderfolgend hergestellte Schichtlagen gebildet werden. Durch die Bereitstellung von zwei Schichten mit unterschiedlichen Mustern kann in einfacher Weise eine mechanisch stabile, zugleich aber fluiddurchlässige Struktur der Basisplatte erzeugt werden. So kann beispielsweise bei der ersten Schicht ein Muster definiert werden, welches durch mehrere Öffnungen charakterisiert ist und durch die zweite Schicht kann ein Muster definiert werden, welches ebenfalls durch mehrere Öffnungen charakterisiert ist, von denen einige oder alle teilweise, jedoch nicht vollständig, mit den Öffnungen des ersten Musters der ersten Schicht sich überschneiden. Durch diese teilweise Überlappung wird einerseits eine strukturelle Festigkeit der zwei Schichten im Verbund miteinander erzielt, zugleich aber eine Fluiddurchlässigkeit durch die miteinander kommunizierenden Öffnungen in den Mustern der Schicht erreicht. Dadurch kann das Fluid über die Seitenfläche der bereits aufgebauten Basisplatte durch deren Volumen in den Bereich zwischen der aufgebauten Basisplatte und dem Boden des Behälters fließen.
Dabei ist es besonders bevorzugt das erste Muster durch mehrere sich in einer ersten Längsrichtung erstreckende verfestigte Bereiche gebildet wird, zwischen denen fluiddurchlässige Freiräume ausgebildet werden und das zweite Muster durch mehrere sich in einer zweiten, von der ersten verschiedenen Längsrichtung erstreckende verfestigte Bereiche gebildet wird, zwischen denen fluiddurchlässige Freiräume ausgebildet werden, wobei die fluiddurchlässigen Bereiche der ersten Schicht in Fluidverbindung mit den fluiddurchlässigen Bereichen der zweiten Schicht sind. Diese Fortbildungsform ist charakterisiert durch einen geometrisch einfachen Aufbau der Basisplatte aus zwei oder mehr Schichten mit jeweils einfachen Mustern. Die Muster werden durch mehrere, sich parallel nebeneinander erstreckende verfestigte Bereiche gebildet, beispielsweise nach Art eines Rostes, also mit mehreren sich parallel erstreckenden, rechteckigen ausgehärteten Bereichen, zwischen denen jeweils entsprechend rechteckige Lücken ausgebildet sind. Bevorzugt sind beide Muster aus geometrisch übereinstimmenden verfestigten Bereichen gebildet, die sich allerdings in einer ersten Richtung in dem ersten Muster erstrecken und in einer hiervon verschiedenen zweiten Richtung in dem zweiten Muster erstrecken. Jede Schicht für sich bildet daher ein Rost, die übereinanderliegenden Schichten jedoch ein Gitter. Hierdurch wird eine fluiddurchlässige und offenporöse Struktur der Basisplatte erzeugt, die zugleich eine mechanische Festigkeit gegenüber Belastungen in allen auftretenden Richtungen aufweist, die für die während des Fertigungsvorganges und in der Nachbehandlung auftretenden Kräfte ausreichend stabil ist. Dies wird durch eine so erzeugbare Gitterstruktur in der Basisplatte besonders vorteilhaft erreicht.
Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die verfestigten Bereiche des ersten und/oder des zweiten Musters parallel nebeneinander liegen und voneinander beabstandet sind. Mit dieser Ausgestaltung wird eine einerseits stabile, andererseits geometrisch klar definierte Struktur eingesetzt, die für eine Vielzahl von Produktgeometrien eine gut geeignete Basisplatte erzeugt.
Noch weiter ist es dabei bevorzugt, wenn die Basisplatte aus mehreren übereinanderliegenden Schichten ausgebildet wird, die wechselweise gemäß der ersten und zweiten Schicht ausgebildet sind oder wechselweise aus mehr als zwei unterschiedlichen Schichten ausgebildet sind. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Basisplatte durch insgesamt mehr als zwei Schichten gebildet, wobei vorzugsweise wechselweise eine erste, eine zweite, gefolgt wiederum von einer ersten, einer zweiten usw. Schicht aufeinander aufgebaut werden. Grundsätzlich ist allerdings zu verstehen, dass auch jeweils drei oder mehr Schichten mit voneinander unterschiedlichen Mustern wiederholend aufeinander aufgebaut werden können, um die Basisplatte so herzustellen. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die drei Schichten jeweils durch sich parallel erstreckende Strukturen gebildet werden, wobei die Erstreckungsrichtung in jeder Schicht unterschiedlich ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass jede Schicht aus mehreren stereolithographisch hergestellten Schichtlagen aufgebaut wird. Die mit einem einzelnen Bestrahlungsvorgang erzeugte Schichtlage ist bei üblichen stereolithographischen Verfahren mit einer Dicke im Bereich von 10 bis 100 µm sehr dünn und letztlich ist diese Dicke maßgeblich für die Auflösung und geometrische Detailliertheit des hergestellten dreidimensionalen Produkts. Um eine Fluiddurchlässigkeit der Basisplatte in geeigneter Weise herzustellen, ist es daher vorteilhaft, wenn eine Schicht der erfindungsgemäßen Basisplatte aus mehreren Schichtlagen des stereolithographischen Herstellungsverfahrens aufgebaut ist. Dies bedeutet, dass typischerweise jede dieser Schichtlagen einer Schicht in geometrisch übereinstimmender Weise selektiv bestrahlt wird, sodass ein in der Schicht definiertes Muster in Aufbaurichtung des Stereolithographieverfahrens entsprechend wächst und aufgebaut wird. Insgesamt kann eine Schicht der erfindungsgemäßen Basisplatte hierbei beispielsweise durch mehr als 5, vorzugsweise mehr als 10 und insbesondere mehr als 20 Schichtlagen hergestellt werden, sodass bei einem Aufbau der Basisplatte aus beispielsweise insgesamt vier Schichten die Basisplatte aus mehr als 20, mehr als 40 oder entsprechend mehr als 80 Schichtlagen aufgebaut wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die ausgehärteten Volumenanteile der jeweils nachfolgende Schichtlage mit den ausgehärteten Volumenanteilen der vorangegangenen Schichtlage zu mehr als 50%, vorzugsweise zu mehr als 75%, besonders bevorzugt zu mehr als 85% überdeckt. Dadurch können zu große Überhänge zwischen zwei aufeinander folgenden Schichtlagen vermieden werden, und die realisierten großen Überdeckungsbereiche der ausgehärteten Schichtebenen führen zu einer hohen Festigkeit der Basisplatte. Dies ist insbesondere der Fall, wenn eine Gitterstruktur aufgebaut wird, die senkrecht zur Aufbauebene ausgerichtet ist, bei denen aber die einzelnen Roste in einem Winkel ungleich 90° zueinander ausgerichtet sind.
Noch weiter ist es bevorzugt, dass das dreidimensionale Produkt schichtweise aufgebaut wird, indem mehrere Schichtlagen zeitlich aufeinanderfolgend selektiv ausgehärtet werden und dabei eine nachfolgend selektiv ausgehärtete Schichtlage unterhalb einer vorangehend ausgehärteten Schichtlage angeordnet wird. Gemäß dieser Ausführungsform wird das dreidimensionale Produkt nach einem Prinzip hergestellt, bei dem eine Bestrahlung von unten erfolgt, also typischerweise durch einen strahlungsdurchlässigen Abschnitt eines Bodens des Behälters, in dem die aushärtbare Flüssigkeit enthalten ist und das Produkt baut sich demnach durch schichtweise untereinander angeordnete Schichtlagen auf. Insbesondere bei dieser Ausgestaltung ist die fluiddurchlässige Ausgestaltung der Basisplatte von Vorteil, da bei dieser Art der Produktherstellung auch vorteilhafterweise die Basisplatte durch Schichtlagen gebildet wird, die zeitlich aufeinanderfolgend ausgehärtet werden und einen nachfolgende Schichtlage dabei unterhalb einer vorangehend ausgehärteten Schichtlage angeordnet wird. In diesem Fall wird das Abheben der Basisplattenschichten von dem erheblich erleichtert, da durch die Fluiddurchlässigkeit geringere Kräfte bei der Abhebebewegung auftreten.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist Stereolithographievorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Produkten, umfassend: einen Behälter zur Aufnahme einer durch Bestrahlung aushärtbaren Flüssigkeit, der Behälter umfassend einen Boden, der für die zur Aushärtung eingesetzte Strahlung durchlässig ist, eine Strahlungsquelle, die mit einer Steuerungseinheit signaltechnisch gekoppelt und angeordnet ist, um zumindest einen Teilbereich des Innenraums des Behälters durch den Boden zu bestrahlen, eine mit der Steuerungseinheit signaltechnisch gekoppelte Verfahreinrichtung mit einem Aufbauabschnitt und einer Verfahreinheit, die mit dem Aufbauabschnitt und dem Boden mechanisch verbunden ist und ausgebildet ist, um den Aufbauabschnitt relativ zum Boden zu verfahren, bei der die Steuerungseinheit ausgebildet ist, um durch selektive Bestrahlung eine als fluiddurchlässige Struktur ausgebildete Basisplatte herzustellen. Die erfindungsgemäße Stereolithographievorrichtung eignet sich in besonderer Weise zur Herstellung von Produkten mit einem schichtweisen Aufbau, bei dem nachfolgend ausgehärtete Schichtlagen unterhalb einer zuvor ausgehärteten Schichtlage liegen. Die erfindungsgemäße Stereolithographievorrichtung weist eine spezifisch ausgebildete Steuerungseinheit aus, die mit der Bestrahlungsvorrichtung für deren Steuerung signaltechnisch gekoppelt ist. Die Steuerungseinheit ist dabei so programmiert, dass sie eine Basisplatte mittels entsprechender Bestrahlung über die Bestrahlungseinheit herstellen kann, die eine fluiddurchlässige Struktur aufweist. Es ist zu verstehen, dass diese Ausbildung der Steuerungseinheit zur Herstellung einer solchen Basisplatte insbesondere durch entsprechend an die Steuerungseinheit übertragene Daten ausgeführt werden kann, beispielsweise indem die Steuerungseinheit zur Datenübertragung kabelgebunden oder kabellos mit einem Steuerungsrechner verbunden ist, der die Daten zur Herstellung der Basisplatte einerseits, darüber hinaus aber gegebenenfalls auch die Daten zur Herstellung des dreidimensionalen Produkts auf die Steuerungseinheit überträgt. Grundsätzlich ist zu verstehen, dass die Steuerungseinheit auch durch eine entsprechende elektronische Schaltung, eine Schnittstelle an der Stereolithographievorrichtung und eine externe Steuerung durch einen Computer oder dergleichen gebildet werden kann.
Die erfindungsgemäße Stereolithographievorrichtung kann bevorzugt solcherart fortgebildet werden, dass die Steuerungseinheit dafür ausgebildet ist, die Basisplatte nach einem Verfahren der zuvor beschriebenen Weise herzustellen. Gemäß dieser Ausgestaltung kann die Steuerungseinheit die Basisplatte also solcherart herstellen, dass sie beispielsweise eine offenporöse Struktur hat, eine Struktur aus zwei oder mehr Schichten mit entsprechend zwei Mustern oder auch mehr Mustern aufweist. Die diesbezüglichen voranstehenden Ausführungen zu den Ausgestaltungen des Verfahrens sind entsprechend analog auf die Ausgestaltung der Steuerungseinheit gemäß der erfindungsgemäßen Stereolithographievorrichtung anwendbar.
Schließlich ist es besonders bevorzugt, wenn die Strahlungsquelle eine Strahlungsrichtung erzeugt, die von unten durch den strahlungsdurchlässigen Boden nach oben verläuft. Die Vorrichtung ist gemäß dieser Ausführungsform dazu ausgebildet, um eine Bestrahlung von unten zu erfahren und folglich den Aufbau der Schichten in nach unten aufeinanderfolgenden Schichtlagen zu ermöglichen.
Bevorzugt wird die Struktur der Basisplatte so gebaut, dass die zum Boden weisende Schicht eine Kontaktfläche zum Boden aufweist, die weniger als 80%, vorzugsweise weniger als 70% der aus dem Umfang des Basisplatte resultierenden Querschnittsfläche der Basisplatte einnimmt. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Schichten der Basisplatte im Randbereich eine höhere Durchlässigkeit, das heißt ein kleineres Verhältnis von ausgehärteten Flächenanteilen zu nicht ausgehärteten Schichtanteilen aufweist, als in einem zentralen Bereich der Schichten der Basisplatte, um den Ablösevorgang zu erleichtern. Bevorzugt wird der Datensatz für die Basisplatte so gestaltet, dass die Basisplatte eine offene Porosität von 20–70Vol.-% auf, besonders bevorzugt von 30–60Vol-% aufweist. Unter der Porosität ist hierbei der innerhalb der Außenkontur der Basisplatte befindliche Volumenanteil zu verstehen, der nicht ausgehärtet ist. Diese Porosität lässt sich beispielsweise rechnerisch anhand des Datensatzes bestimmen, der die Geometrie der Basisplatte beschreibt und mittels dem die aushärtende Strahlung der Schichtlagen der Basisplatte gesteuert wird.
Erfindungsgemäß können die während der Herstellung der Basisplatte aus dem Abziehen der Schichtlagen der Basisplatte vom Boden resultierenden Zugkräfte gegenüber einer mit ansonsten gleichen Parametern und gleicher Außenkontur massiv gebauten Basisplatte sich für jede entsprechende Schichtlage um mehr als 50% bis zu mehr als 70% reduzieren.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Stereolithographievorrichtung gemäß der Erfindung von schräg seitlich oben,
2 eine Ansicht gemäß 1 mit entferntem Behälter für die auszuhärtende Flüssigkeit,
3 eine längsgeschnittene Frontalansicht der Ausführungsform gemäß 1,
4 eine Explosionsansicht der Schichten einer erfindungsgemäß hergestellten Basisplatte,
5 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß hergestellten Basisplatte,
6a–c eine schematische Darstellung von Längsschnitten durch eine Basisplatte in drei unterschiedlichen Längsebenen,
7 eine Seitenansicht einer auf einem Basiselement aufgebauten Basisplatte gemäß den Längsschnitten der 6,
8 eine Draufsicht von unten auf die Basisplatte der 7,
9a–c eine Querschnittsansicht von drei Schichtebenen einer Basisplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und
10a–b eine Draufsicht von zwei Schichtebenen einer Basisplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Bezugnehmend auf die 1–3 weist eine erfindungsgemäße Stereolithographievorrichtung eine Rahmenvorrichtung auf, die grundsätzlich aus einer Rahmengrundplatte 10, einer darauf aufgesetzten Rahmensäule 11 und einem an der Unterseite der Rahmengrundplatte 10 befestigten Rahmengestell 12 zusammengesetzt ist. An dem Rahmengestell 12 ist eine Bestrahlungsvorrichtung 20 befestigt, die grundsätzlich unterhalb der Basisgrundplatte 10 angeordnet ist. Die Bestrahlungsvorrichtung ist als Projektor ausgeführt und umfasst eine digitale Projektoreinheit 21 mit Objektiv, die beispielsweise in LCD-, DLP-, LED-, LCOS-Projektortechnik ausgeführt sein kann. Mit Hilfe des Projektors kann ein gesamtes Bild projiziert werden und hierdurch eine selektive Bestrahlung bestimmter Abschnitte innerhalb einer Schichtebene erreicht werden.
Die Projektoreinheit 21 ist unterhalb der Basisgrundplatte angeordnet und weist einen vertikal nach oben ausgerichteten Strahlengang auf. Die Projektoreinheit 21 ist mit einer Steuerungseinrichtung 30 gekoppelt, welche über einen externen Signaleingang verfügt, mit dem die Bildabfolge der Projektoreinheit 21 für die einzelnen sequenziellen Fertigungsschritte des schichtweisen Aufbaus des dreidimensionalen Formkörpers gesteuert werden können.
Es ist grundsätzlich zu verstehen, dass anstelle der Projektoreinheit mit Objektiv auch andere Bestrahlungsvorrichtungen vorgesehen sein können, beispielsweise auch eine Bestrahlung mittels Laser, der durch geeignete Spiegel oder sonstige Ablenkungssysteme solcherart gelenkt werden kann, dass eine selektive Bestrahlung mittels des Lasers erfolgt.
Die Bestrahlungsvorrichtung 20 ist von unterhalb auf ein Fenster 16 gerichtet, das in die Rahmengrundplatte 10 eingesetzt ist. Seitlich von dem Fenster 16 sind Kopplungseinrichtungen 13a, b an der Rahmengrundplatte 10 befestigt. Diese Kopplungseinrichtungen 13a, b dienen dazu, um eine Behältertragplatte 14 in einer definierten Position in Bezug auf die Rahmengrundplatte 10 zu arretieren und weisen zu diesem Zweck entsprechende Kniehebelelemente auf.
In der Behältertragplatte 14 ist eine Öffnung ausgebildet, die von einer ringförmigen Positionierungshilfe 15 umgeben ist. Die Positionierungshilfe 15 ist als Zentrierungsring ausgeführt und dient dazu, einen Behälter 40 in einer definierten Position auf der Behältertragplatte 14 und damit in einer definierten Position zu der Rahmengrundplatte 10 zu positionieren.
Der Behälter 40 ist als zylindrischer Behälter mit einer im Querschnitt kreisförmigen Seitenwand 41 ausgeführt. Die Seitenwand 41 ist aus einem Material gefertigt, welches für die Strahlung der Bestrahlungsvorrichtung 20 undurchlässig ist, insbesondere handelt es sich um ein Material, das für sichtbares Licht und UV-Licht undurchlässig ist. Die Längsachse des zylindrischen Behälters 40 erstreckt sich vertikal und ist mit dem Bezugszeichen 100 gekennzeichnet.
Entlang der Längsachse 100 erstreckt sich eine Kopplungsstange 50 von oberhalb in den Behälterinnenraum des Behälters 40. Die Kopplungsstange 50 trägt an ihrem unteren Ende eine Plattform 60, die als im Querschnitt kreisförmige und somit tellerartige Plattform ausgebildet ist. Die Plattform 60 ist fest mit der Kopplungsstange 50 verbunden und verschieblich in einem Deckel 42 des Behälters geführt. Der Deckel 42 weist einen erweiterten Führungsabsatz 42a auf und ist mittels Schrauben 45 mit der Seitenwand 41 verschraubt.
Die Plattform 60 weist an ihrem äußeren Rand einen umlaufenden Kragen auf, der sich um eine geringe Höhe von 0,05mm nach unten erstreckt. Der Kragen dient dazu, eine für die Herstellung der ersten Schichtlage passenden Abstand zwischen Plattform 60 und einer oberhalb einer Bodenplatte 44 des Behälters 40 angeordneten Antihaftfolie 44a bereitzustellen. Diese Folie stellt die untere räumliche Begrenzung der Flüssigkeit da und entspricht dem bisher beschriebenen Boden. Zudem sorgt der Kragen dafür, dass bei Relativbewegung zwischen der Plattform und der Antihaftfolie die Antihaftfolie 44a nicht in dem relevanten Belichtungsbereich in der Mitte, sondern nur im außenliegenden Bereich des Kragens einem Verschleiß unterliegen kann.
Die Kopplungsstange umfasst eine Hohlstange 51 und eine darin geführte Auswerferstange 70. Ein Auswerfer 72 ist am unteren Ende der Auswerferstange befestigt und in Arbeitsposition bündig mit der Plattform 60 angeordnet. Der Auswerfer 72 kann über einen Handgriff 72 am oberen Ende der Auswerferstange 70 betätigt werden und in eine von der Plattform 60 vorstehende Position, wie abgebildet in 3, bewegt werden. Hierdurch kann eine Basisplatte, die auf der Plattform aufgebaut ist, von der Plattform abgelöst werden.
4 und 5 zeigen eine Basisplatte, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist, bzw. für deren Ausgestaltung die erfindungsgemäße Stereolithographievorrichtung ausgeführt ist.
Die Basisplatte ist durch selektive Bestrahlung der aushärtbaren Flüssigkeit in dem Becher hergestellt. Die Basisplatte liegt unterhalb der in den 1 bis 3 dargestellten Plattform und ist unmittelbar auf der Plattform hergestellt und mit dieser dadurch verbunden. Es ist grundsätzlich zu verstehen, dass auf der so ausgestalteten Basisplatte dann ein oder mehrere dreidimensionale Produkte hergestellt werden, indem in einem kontinuierlichen Fertigungsprozess weiter Schichtlagen selektiv ausgehärtet werden. Die Produkte haften dadurch auf der Basisplatte und können nach beendetem Fertigungsprozess von dieser abgelöst werden. Die Basisplatte selbst kann danach typischerweise keiner Verwendung mehr zugeführt werden und ist ein Fertigungsabfallprodukt.
Wie aus den 4 und 5 ersichtlich, besteht die Basisplatte aus insgesamt vier Schichten 100a–d. Jede Schicht 100a–d ist aus insgesamt 10 Schichtlagen hergestellt, die jede für sich durch selektive Bestrahlung einer dünnen Lage der aushärtbaren Flüssigkeit hergestellt worden ist.
Die Schicht 100a weist eine Vielzahl von Balken 101a, 102a, 103a auf, die sich über den gesamten Querschnitt erstrecken und in einer ersten Richtung A ausgerichtet sind. Die Schicht 100b weist ebenfalls eine Vielzahl von Balkenstrukturen 101b, 102b, 103b, ... auf, die sich in einer zweiten Richtung B erstrecken, die unterschiedlich von der Richtung A ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Schichten 100a, 100b prinzipiell geometrisch übereinstimmend, jedoch in Bezug auf die Erstreckungsrichtung der Balkenstrukturen in den Schichten um 45° zueinander versetzt.
Die Schicht 100c weist wiederum Balkenstrukturen 101c, 102c, 103c auf, die in geometrischer Hinsicht den Balkenstrukturen der Schichten 100a, 100b entsprechen, jedoch sich in einer Richtung erstrecken, die gegenüber der Erstreckungsrichtung der Balkenstrukturen 101b, 102b, 103b wiederum um 45° verdreht sind. Die Balkenstrukturen in Schicht 100c stehen folglich in einem Winkel von 90° zu den Balkenstrukturen in Schicht 100a. Schließlich sind in Schicht 100d wiederum geometrisch übereinstimmende Balkenstrukturen parallel beabstandet zueinander angeordnet, die sich in einer Richtung D erstrecken. Die Richtung D ist wiederum um 45° gegenüber der Richtung C der Erstreckungsrichtung der Balkenstrukturen in Schicht 100c gedreht, sodass die Balkenstrukturen in Schicht 100d gegenüber den Balkenstrukturen in Schicht 100a um insgesamt 135° verschwenkt sind.
Zwischen den Balken einer Schicht sind Zwischenräume angeordnet, die als Hohlräume ausgeführt sind und im praktisch ausgeführten Fertigungsprozess mit der aushärtbaren Flüssigkeit gefüllt werden.
Grundsätzlich ist zu verstehen, dass durch diese Aufbauweise der Basisplatte eine offenporöse Struktur hergestellt wird, da sich die Zwischenräume zwischen den Balkenstrukturen der einzelnen Schichten wechselweise überschneiden und eine Fluidverbindung zwischen diesen Zwischenräumen durch die gesamte Basisplatte bereitgestellt wird. Zugleich ist die Basisplatte durch die zueinander verdrehte Ausrichtung der Balkenstrukturen in den vier einzelnen Schichtlagen mechanisch soweit stabil und belastbar in Bezug auf jegliche auftretende Belastungen in unterschiedlichen Raumrichtungen, dass eine zuverlässige Fertigung der dreidimensionalen Produkte auf der Basisplatte und ein zuverlässiges Handhaben der Basisplatte mit den darauf gefertigten Produkten bei Entnahme aus der Stereolithographievorrichtung und weiterer Nachbehandlungen möglich ist.
6–8 zeigen eine Variante einer Basisplatte, die als Reihenstruktur aufgebaut ist und in mehreren Schichtlagen erzeugt wird. 6a zeigt hierbei einen ersten Längsschnitt durch die Basisplatte mit insgesamt elf erzeugten Schichtlagen 150a–k. Es ist erkennbar, dass in diesem Längsschnitt jede Schichtlage mehrere voneinander beabstandete ausgehärtete Bereiche 150, 151, 152, ... aufweist, die jeweils als rechteckige, nahezu quadratische Struktur ausgebildet sind und zwischen den Strukturen jeweils ein Freiraum 160, 161, 162, ... vorliegt, der nicht ausgehärtet ist. Jede nachfolgende Schicht ist übereinstimmend dazu aufgebaut, jedoch um eine kleine Distanz in horizontaler Richtung versetzt. Hierdurch ergibt sich im Längsschnitt ein diagonales Aufbaumuster mit mehreren parallel zueinander verlaufenden, schräg stehenden Säulen.
Der in 6b) gezeigte Längsschnitt weist eine ebensolche Struktur auf, jedoch ist hier jede nachfolgende Schicht um eine geringe Distanz in der entgegengesetzten Richtung zu dem Längsschnitt gemäß 6a) versetzt. Es ergibt sich wiederum eine Struktur aus mehreren parallel zueinander verlaufenden schräg stehenden Säulen, die jedoch entgegengesetzt geneigt sind zu dem Längsschnitt gemäß 6a).
6c zeigt wiederum einen dritten Längsschnitt, der einen Verlauf der Schichtstrukturen gemäß 6a aufweist. Wie man 6a–c entnehmen kann, sind die Aufbaustrukturen in der Basisplatte alternierend angeordnet, sodass jeweils wechselweise eine Längsstruktur gemäß 6a) und eine Längsstruktur gemäß 6b) seitlich nebeneinander angeordnet wird, sodass sich hierdurch insgesamt ein matrixähnliches Muster ergibt, in dem die ausgehärteten rechteckigen Bereiche in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Die hieraus resultierende Basisplatte ist in einer Seitenansicht in 7 und in einer Draufsicht in 8 dargestellt. Wie hieraus erkennbar ist, ergibt sich eine sowohl in seitlicher Richtung als auch in vertikaler Richtung eine gute Durchlässigkeit für Flüssigkeit und somit ein leichtes Zulaufen von Flüssigkeit in den Bereich zwischen der zuletzt gebauten Schichtlage und dem Boden erzielt, durch den die Schichtlagen bestrahlt werden. Zugleich wird mit dieser Struktur eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit gegenüber den Beanspruchungen während des Herstellungsverfahrens und bei der Entfernung und Nachbearbeitung aus der Stereolithographievorrichtung erzielt.
9a)–c) zeigen drei unterschiedlich gestaltete Schichten 200a–c einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Basisplatte. Wie zu erkennen ist, werden die Schichten jeweils durch parallele, geradlinige Strukturen 210a, b, c gebildet, die zwischen sich nicht ausgehärtete Bereiche 220a, b, c aufweisen, durch welche Flüssigkeit hindurchtreten kann. Die Strukturen sind untereinander durch einen mittleren Steg 230a bei der Schicht gemäß 9a) verbunden, bei den Schichten gemäß 9b und c) sind die Strukturen durch randseitige Querbalken 230b, c miteinander verbunden, ähnlich eines seitlich geschlossenen Rostes. Dabei sind die Schichten 9b) und 9c) hinsichtlich ihres strukturellen Aufbaus übereinstimmend, jedoch ist die Erstreckungsrichtung der Längsstrukturen um 90° zueinander verdreht. Es ist zu verstehen, dass die Schichten gemäß 9a), b), c) als Basisplatte aufgebaut werden können, indem die Schichten in dieser Reihenfolge aufeinander geschichtet werden können, gegebenenfalls aber auch in anderer Reihenfolge zueinander angeordnet werden können, beispielsweise indem Schicht 9a) jeweils zwischen zwei Schichten 9b) und 9c) angeordnet wird, sodass die Schichten 9b) und 9c) niemals unmittelbar aufeinander platziert sind. Dafür können grundsätzlich drei Schichtlagen oder mehr als drei Schichtlagen zu einer Basisplatte zusammengesetzt werden. Bevorzugt liegt bei dieser Ausgestaltung eine Schicht gemäß 9a unmittelbar auf der Plattform auf, das heißt, die Fertigung der Basisplatte beginnt mit Schicht 9a). Hierdurch wird bereits initial über diese Schicht ein seitlicher Eintritt von Flüssigkeit ermöglicht.
10a, b zeigen zwei Schichten 300a, b einer Basisplatte und es ist zu verstehen, dass diese zwei gezeigten Schichten übereinander angeordnet eine Basisplatte mit genau zwei solchen Schichten bilden können. Die in 10a gezeigte erste Schicht 300a besteht aus mehreren parallel zueinander verlaufenden ausgehärteten Anteilen 310a, die Stege bilden. Zwischen diesen Stegen sind Zwischenräume 320a vorhanden, in denen die aushärtbare Flüssigkeit fließen kann. Diese erste Schicht ist dazu ausgebildet, um unmittelbar auf der Plattform aufgebaut zu werden und ermöglicht den Durchtritt von Flüssigkeit durch diese Schicht sowie den seitlichen Eintritt von Flüssigkeit in diese Schicht.
Die in 10b gezeigte zweite Schicht 300b wird auf der ersten Schicht 300a aufgebaut. Die zweite Schicht besteht aus einem Gittermuster, das durch zwei in einer übereinstimmenden Ebene angeordnete, sich kreuzende Stegstrukturen 310b, 311b gebildet wird. Eine dieser beiden Stegstrukturen 311b entspricht der Stegstruktur der ersten Schicht, die andere Stegstruktur 310b entspricht einer hierzu um 90° gewinkelt verlaufenden Stegstruktur. Die zweite Schicht stellt daher eine Art Lochplatte mit einer Vielzahl von rechteckigen Öffnungen 320b dar.
Die in 10b gezeigte zweite Schicht weist daher insgesamt eine größere Dichte auf und eignet sich daher gut dafür, um Produkte, also Formteile und deren Stützen, darauf aufzubauen und sicher zu verankern. Die zweite Schicht ermöglicht den Durchtritt von Flüssigkeit durch die Schicht, ist jedoch aufgrund der sich kreuzenden Stegstrukturen an den Rändern geschlossen, sodass ein seitlicher Eintritt von Flüssigkeit in die zweite Schicht nicht möglich ist. Flüssigkeit, die in die zweite Schicht während dessen Aufbauvorgangs eindringen soll oder die als neue Schicht unterhalb der zweiten Schicht sich verteilen soll, um den Aufbau der zweiten Schicht oder eines darauf aufbauenden Produkts zu ermöglichen, muss daher einen Weg nehmen, der einen seitlichen Eintritt durch die erste Schicht und einen Durchtritt durch die erste Schicht in die zweite Schicht enthält oder aber einen direkten seitlichen Zugang in den sich bildenden Spalt unterhalb der zweiten Schicht nehmen.

Claims

Verfahren zur stereolithographischen Herstellung von dreidimensionalen Produkten, mit den Schritten: a) Füllen einer durch Bestrahlung aushärtbaren Flüssigkeit in einen Behälter b) Selektives Bestrahlen der Flüssigkeit durch einen strahlungsdurchlässigen Boden und hierdurch Erzeugen einer Schichtlage der Basisplatte, in der durch die selektive Bestrahlung vorbestimmte Bereiche ausgehärtet sind, die der Querschnittsgeometrie der Basisplatte in einer der Schichtlage entsprechenden Basisplattenebene entsprechen, c) Verfahren der in Schritt b) erzeugten Schichtlage, d) Schichtweises Herstellen des Basisplatte durch mehrfaches Wiederholen der Schritte b) und c), gefolgt von einem Herstellen des Produkts auf der Basisplatte durch e) Selektives Bestrahlen der Flüssigkeit durch einen strahlungsdurchlässigen Boden und hierdurch Erzeugen einer Schicht des dreidimensionalen Produkts, in der durch die selektive Bestrahlung vorbestimmte Bereiche ausgehärtet sind, die der Querschnittsgeometrie des Produkts in einer der Schicht entsprechenden Produktebene entsprechen, f) Verfahren der in Schritt e) erzeugten Schicht, g) Schichtweises Herstellen des Produkts durch mehrfaches Wiederholen der Schritte e) und f) dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte als fluiddurchlässige Struktur hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte als offenporöse Struktur hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte aus dem gleichen Material wie das Produkt hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte an einer verfahrbaren Plattform hergestellt wird und das Verfahren der Schicht in Schritt c) und f) durch Verfahren der Plattform erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Schicht der Basisplatte durch selektives Bestrahlen mehrerer voneinander beabstandeter Bereiche, die ein erstes Muster definieren, hergestellt wird, und eine zweite Schicht der Basisplatte durch selektives Bestrahlen mehrerer voneinander beabstandeter Bereiche, die ein zweites, von dem ersten verschiedenes Muster definieren, hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Muster durch mehrere sich in einer ersten Längsrichtung erstreckende verfestigte Bereiche gebildet wird, zwischen denen fluiddurchlässige Freiräume ausgebildet werden und das zweite Muster durch mehrere sich in einer zweiten, von der ersten verschiedenen Längsrichtung erstreckende verfestigte Bereiche gebildet wird, zwischen denen fluiddurchlässige Freiräume ausgebildet werden, wobei die fluiddurchlässigen Bereiche der ersten Schicht in Fluidverbindung mit den fluiddurchlässigen Bereichen der zweiten Schicht sind.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die verfestigten Bereiche des ersten und/oder des zweiten Musters parallel nebeneinander liegen und voneinander beabstandet sind.
Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte aus mehreren übereinanderliegenden Schichten ausgebildet wird, die wechselweise gemäß der ersten und zweiten Schicht ausgebildet sind oder wechselweise aus mehr als zwei unterschiedlichen Schichten ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schicht aus mehreren stereolithographisch hergestellten Schichtlagen aufgebaut wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dreidimensionale Produkt schichtweise aufgebaut wird, indem mehrere Schichten zeitlich aufeinanderfolgend selektiv ausgehärtet werden und dabei eine nachfolgend selektiv ausgehärtete Schicht unterhalb einer vorangehend ausgehärteten Schicht angeordnet wird.
Stereolithographievorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Produkten, umfassend: h) einen Behälter zur Aufnahme einer durch Bestrahlung aushärtbaren Flüssigkeit, der Behälter umfassend einen Boden, der für die zur Aushärtung eingesetzte Strahlung durchlässig ist, i) eine Strahlungsquelle, die mit einer Steuerungseinheit signaltechnisch gekoppelt und angeordnet ist, um zumindest einen Teilbereich des Innenraums des Behälters durch den Boden zu bestrahlen, j) eine mit der Steuerungseinheit signaltechnisch gekoppelte Verfahreinrichtung mit einem Aufbauabschnitt und einer Verfahreinheit, die mit dem Aufbauabschnitt und dem Boden mechanisch verbunden ist und ausgebildet ist, um den Aufbauabschnitt relativ zum Boden zu verfahren, k) wobei die Steuerungseinheit ausgebildet ist, um ein dreidimensionales Produkt in dem Behälter zu erzeugen, indem wiederholend eine Schichtlage selektiv mittels der Strahlungsquelle in vorbestimmten Bereichen der Schichtlage bestrahlt und dadurch verfestigt wird und die Verfahreinrichtung nach erfolgter selektiver Bestrahlung einer Schichtlage angesteuert wird, um den Aufbauabschnitt zu verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit ausgebildet ist, um durch selektive Bestrahlung eine als fluiddurchlässige Struktur ausgebildete Basisplatte herzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit ausgebildet ist, um die Basisplatte nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 6–9 herzustellen.