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Die digitale dreidimensionale Fertigung, auch als digitale additive Fertigung bekannt, ist ein Prozess zur Herstellung eines dreidimensionalen festen Objekts mit nahezu jeder Form aus einem digitalen Modell. Bei einigen additiven Fertigungssystem werden Ausstoßvorrichtungen verwendet, die Tropfen von flüssigem Photopolymermaterial in Schichten ausstoßen, um dreidimensionale Objekte zu bilden, welche von Zeit zu Zeit mit einem ultravioletten Licht gehärtet werden. Andere Systeme verwenden die Stereolithographie, bei der es sich um eine additive Fertigungstechnik handelt, bei der ein ultravioletter Laser in einen Behälter mit flüssigem Photopolymer gerichtet wird, um Schichten eines flüssigen Photopolymers zu härten und ein dreidimensionales festes Objekt zu produzieren. Der Stereolithographieprozess schließt das Erzeugen von digitalen Bilddaten des zu fertigenden Objekts mit einem Programm zur dreidimensionalen mathematischen Simulation bzw. zum rechnergestützten Entwerfen (Computer-Aided Drafting, CAD) ein. Das digitale Bilddatenmodell wird dann in extrem dünne Schichten aufgeteilt, deren Dicke für gewöhnlich in der Größenordnung von 0,1 Millimeter liegt. Die Daten für jedes Bild werden verwendet, um den Behälter mit flüssigem Photopolymer zu positionieren, den Laser zu fokussieren und den Laserstrahl aus dem Laser durch den Behälter hindurch zu richten, um das Objekt schichtweise aufzubauen. Ein Bestandteil der Behälterpositionierung ist die Absenkung der Plattform, auf der sich ein Tank des flüssigen Photopolymers befindet, um jede gebildete Schicht unter eine dünne Lage des flüssigen Polymers abzutauchen, die dann dem ultravioletten Laser ausgesetzt wird, um eine weitere Schicht des Objekts zu härten. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis alle Schichten des Objekts gehärtet sind und der Stapel der gehärteten Schichten das dreidimensionale Objekt definiert.
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Aktuelle dreidimensionale bzw. 3D-Drucker, welche die Stereolithographie verwenden, weisen signifikante Einschränkungen sowohl in Bezug auf die verwendeten Photopolymermaterialien als auch auf die Geschwindigkeit und Präzision auf, mit der das Teil gefertigt werden kann. Die begrenzte Auswahl an Materialien und die begrenzte Präzision können dazu führen, dass die gefertigten Objekte eine geringe Festigkeit und Haltbarkeit haben. Demzufolge können einige Teile nicht mit Stereolithographietechniken hergestellt werden, sodass die Teile unter Verwendung von traditionellen Verfahren produziert werden. Deshalb wäre ein Stereolithographiesystem voreilhaft, das in der Lage ist, haltbare Objekte schnell zu produzieren.
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Ein verbessertes Verfahren bildet ein dreidimensionales Objekt aus einem flüssigen Photopolymer mithilfe der Stereolithographie und erhöht die Festigkeit und Haltbarkeit des gefertigten Objekts, während auch die Geschwindigkeit des Stereolithographieprozesses erhöht wird. Das Verfahren umfasst das Betätigen von mindestens einem Stellglied mit einer Steuervorrichtung, um eine Plattform im Inneren eines Tanks zu bewegen, der flüssiges Photopolymer enthält, das Betätigen des mindestens einen Stellglieds, das operativ mit einer Quelle ultravioletter (UV-)Strahlung verbunden ist, mit der Steuervorrichtung, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung betätigt, um UV-Strahlung zu emittieren und einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten, um eine Schicht der dreidimensionalen Struktur zu bilden, wobei die Steuervorrichtung das mindestens eine Stellglied in Bezug auf Bilddaten der Schicht betätigt, das Betätigen des mindestens einen Stellglieds mit der Steuervorrichtung, um die Plattform in den Tank abzusenken, um die gebildete Schicht innerhalb des flüssigen Photopolymers um eine vorgegebene Tiefe abzutauchen, das Betätigen des mindestens einen Stellglieds mit der Steuervorrichtung, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung betätigt, um UV-Strahlung zu emittieren und einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten, um eine nächste Schicht des dreidimensionalen Objekts zu bilden und einen ungehärteten Abschnitt der nächsten Schicht zu belassen, der einem Abschnitt eines Querschnitts eines Objekts entspricht, wobei die Steuervorrichtung das mindestens eine Stellglied in Bezug auf Bilddaten der nächsten Schicht betätigt, das Betätigen des mindestens einen Stellglieds mit der Steuervorrichtung, um das Objekt in dem ungehärteten Abschnitt der nächsten Schicht zu platzieren, wobei das Objekt einen exponierten Bereich aufweist, der aus dem flüssigen Photopolymer herausragt, das Betätigen des ersten Stellglieds mit der Steuervorrichtung, um die Plattform weiter in den Tank des flüssigen Photopolymers abzusenken, um zu ermöglichen, dass das flüssige Photopolymer das Objekt an einer äußeren Oberfläche des Objekts umgibt, das Identifizieren eines Meniskus, der sich an einer Grenzfläche zwischen dem flüssigen Photopolymer, welches die äußere Oberfläche des Objekts umgibt, und der äußeren Oberfläche des Objekts bildet, mit der Steuervorrichtung, und das Betätigen des mindestens einen Stellglieds mit der Steuervorrichtung, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung in Bezug auf den identifizierten Meniskus betätigt, um einen Abschnitt des umgebenden flüssigen Photopolymers zu härten und den gehärteten Abschnitt des umgebenden flüssigen Photopolymers an die äußere Oberfläche des Objekts und der dreidimensionalen Struktur anzubinden.
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Ein verbessertes Stereolithographiesystem bildet dreidimensionale Objekte aus flüssigem Photopolymer, die eine erhöhte Haltbarkeit aufweisen, während es auch die Geschwindigkeit des Stereolithographieprozesses erhöht. Das System enthält einen Tank, der ein Volumen von flüssigem Photopolymer enthält, eine Quelle ultravioletter (UV-)Strahlung, die konfiguriert ist, um Strahlung auszusenden, um einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten, welcher der UV-Strahlung ausgesetzt ist, ein Objekt, das konfiguriert ist, um in einem ungehärteten Abschnitt einer nächsten Schicht des flüssigen Photopolymers platziert zu werden, wobei das Objekt einen exponierten Bereich aufweist, der aus dem flüssigen Photopolymer herausragt, einen mechanischen Arm, mindestens ein Stellglied, das mit einer Plattform innerhalb des Tanks, welcher das flüssige Photopolymer enthält, der Quelle der UV-Strahlung und dem mechanischen Arm operativ verbunden ist, wobei das mindestens eine Stellglied konfiguriert ist, um die Plattform innerhalb des Tanks zu bewegen, welcher das flüssige Photopolymer enthält, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen und um den mechanischen Arm zu bewegen, um das Objekt in dem ungehärteten Abschnitt der nächsten Schicht des flüssigen Photopolymers zu platzieren, und eine Steuervorrichtung, die mit dem mindestens einen Stellglied und der Quelle der UV-Strahlung operativ verbunden ist. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert zum: Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Plattform im Inneren des Tanks mit flüssigem Photopolymer zu bewegen, Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung betätigt, um einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten und eine Schicht der dreidimensionalen Struktur zu bilden, Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Plattform in den Tank abzusenken, um die gebildete Schicht in dem flüssigen Photopolymer um eine vorgegebene Tiefe abzutauchen, Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Quelle der UV-Strahlung mit der Steuervorrichtung betätigt wird, um einen Abschnitt einer nächsten Schicht des flüssigen Photopolymers zu härten und einen ungehärteten Abschnitt der nächsten Schicht zu belassen, der einem Abschnitt eines Querschnitts eines Objekts entspricht, Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um den mechanischen Arm zu bewegen, um das Objekt in dem ungehärteten Abschnitt der nächsten Schicht zu platzieren, Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Plattform in den Tank abzusenken, um zu ermöglichen, dass das flüssige Photopolymer eine äußere Oberfläche des Objekts umgibt, Identifizieren eines Meniskus, der sich an einer Grenzfläche zwischen der äußeren Oberfläche des Objekts und dem flüssigen Photopolymer bildet, welches die äußere Oberfläche des Objekts umgibt, und Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung betätigt, um einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten, der die äußere Oberfläche des Objekts umgibt, um den gehärteten Abschnitt des flüssigen Photopolymers an die äußere Oberfläche des Objekts anzubinden.
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Die zuvor genannten Aspekte und anderen Merkmale eines Stereolithographiesystems, das dreidimensionale Objekte bildet, indem ein vorgefertigtes Objekt im Inneren des gebildeten Objekts eingebettet wird, werden in der folgenden Beschreibung erläutert, wobei Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen wird.
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1A zeigt ein System, das die Stereolithographie verwendet, um eine dreidimensionale Struktur zu bilden, die eingebettete Objekte aufnehmen kann.
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1B zeigt das System aus 1A beim Platzieren des Objekts, das in die gebildete Struktur eingebettet werden soll, und beim Anbinden des Objekts an die Struktur.
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2 ist eine vergrößerte Ansicht der Grenzfläche zwischen dem Objekt, das eingebettet werden soll, und der in 1 gezeigten Struktur mit Darstellung eines Meniskus in dem flüssigen Photopolymer an der Grenzfläche.
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3 zeigt das System aus 1A und 1B mit zusätzlichen Komponenten zur Unterstützung der Positionierung des Objekts, das in der Struktur eingebettet werden soll.
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4 zeigt Komponenten des in 1A und 1B gezeigten Systems mit zusätzlichen Komponenten zum Bilden einer Struktur im Inneren einer Öffnung des Objekts.
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5 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Bildung einer dreidimensionalen Struktur mit einem eingebetteten Objekt unter Verwendung der Stereolithographie.
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6A bis 6D zeigen die Verwendung des Systems aus 3 zum Bilden einer Struktur auf einem Objekt und zum anschließenden Neuorientieren des Objekts, bevor die Struktur um das Objekt herum fertiggestellt wird.
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Für ein allgemeines Verständnis des Umfelds für das hier offenbarte System und Verfahren sowie der Details des Systems und des Verfahrens wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Elemente verwendet.
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Ein System zur Bildung einer dreidimensionalen Struktur aus Photopolymermaterial, in die ein vorgefertigtes Objekt eingebettet wird, um die Festigkeit und Haltbarkeit zu verbessern, ist in 1A dargestellt. Das System 10 enthält mindestens ein Stellglied 34, das operativ verbunden ist mit einer Plattform 14 und einer Quelle ultravioletter (UV-)Strahlung 18, eine Steuervorrichtung 26, die operativ verbunden ist mit dem mindestens einen Stellglied 34 und der Quelle der UV-Strahlung 18, und einen Tank 38. Die Plattform 14 ist im Inneren des Tanks 38 positioniert, welcher flüssiges Photopolymer 12 enthält, und ist konfiguriert, um durch das mindestens eine Stellglied 34 im Inneren des Tanks 38 vertikal bewegt zu werden. Die Steuervorrichtung 26 erzeugt Signale, welche die Quelle der UV-Strahlung betätigen, um UV-Strahlung zu emittieren. Die Steuervorrichtung 26 erzeugt auch Signale, welche das mindestens eine Stellglied 34 betätigen, um die Plattform 14 im Inneren des Tanks 38 zu bewegen und um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, um einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers an der oder in der Nähe der Oberfläche des flüssigen Photopolymers in dem Tank zu exponieren. Flüssiges Photopolymer, das der UV-Strahlung exponiert wird, härtet und bildet ein hartes Material. Wie in 1A gezeigt, wurden Abschnitte des flüssigen Photopolymers 12 exponiert, um eine dreidimensionale Struktur 20 in dem Tank 38 zu bilden. Wenn die Steuervorrichtung 26 das mindestens eine Stellglied betätigt, um die Plattform 14 abzusenken, wird die Struktur 20, die auf der horizontalen Oberfläche 16 der Plattform 14 ruht, in das flüssige Photopolymer untergetaucht, damit eine dünne Schicht des flüssigen Photopolymers die Struktur bedecken kann. Wenn diese dünne Schicht des flüssigen Photopolymers der UV-Strahlung durch die UV-Quelle 18 exponiert wird, haftet der gehärtete Abschnitt an dem zuvor gebildeten Abschnitt der Struktur 20. Bei dem mindestens einen Stellglied 34 handelt es sich um ein oder mehrere Stellglieder, die operativ mit den Komponenten des Systems 10 verbunden sind und konfiguriert sind, um die Komponenten als Reaktion auf Signale von der Steuervorrichtung 26 zu bewegen. Die Stellglieder 34 können Schrittmotoren, motorisierte Nocken, Schneckengetriebe und dergleichen umfassen, um die gesteuerte Bewegung der Komponenten zu ermöglichen, mit denen die Stellglieder verbunden sind.
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Wie in 1BA gezeigt, wurde die Struktur 20 mit einem U-förmigen Querschnitt gebildet. Diese Form wird durch die Steuervorrichtung 26 gebildet, welche Bilddaten der Struktur aus einer CAD/CAM-Datei oder dergleichen verwendet, um das mindestens eine Stellglied 34 zu betätigen, um die Plattform 34 zu bewegen und selektiv Abschnitte des flüssigen Photopolymers zu exponieren, um die Struktur 20 zu bilden. Wenn die Struktur eine vorgegebene Form und Größe erreicht, betätigt die Steuervorrichtung 26 das mindestens eine Stellglied 34, um einen mechanischen Arm zu bewegen, um ein Objekt 22 zu ergreifen, das vorgefertigt wurde, um in das Innere der Struktur 20 zu passen. Der in diesem Dokument beschriebene mechanische Arm ist eine Komponente, die zum Bewegen und zum Greifen und Manipulieren eines Artikels als Reaktion auf die Ansteuerung des Arms durch ein Stellglied konfiguriert ist. Die Steuervorrichtung 26 betätigt das mindestens eine Stellglied 34 auch, um das Objekt in Eingriff mit dem Inneren der Struktur 20 zu bringen. Während dieser Bewegung des Objekts 22 kann die Steuervorrichtung 26 das mindestens eine Stellglied 34 betätigen, um dem Objekt 22 die Ausrichtung der Oberfläche des Objekts 22 an der komplementären Struktur des Inneren der Struktur 20 zu erleichtern. In einigen Ausführungsformen besteht das Objekt 22 aus einem Material, das haltbarer ist oder eine höhere Festigkeit besitzt als das gehärtete Photopolymer. Das Objekt 22 könnte mit anderen Merkmalen gebildet werden, um die endgültige Form der Struktur 20 zu erweitern. Die Vorerwärmung des Objekts 22 vor dem Einfügen des Objekts in die Struktur 20 verbessert die Bindung zwischen dem Objekt 22 und der Struktur 20. Die Wärme erweicht die Struktur 20, um einen besseren Kontakt zwischen dem Objekt 22 und der Struktur 20 zu ermöglichen. Zusätzlich kann die höhere Temperatur auch die dünne Schicht des Photopolymers zwischen dem Objekt und der Struktur teilweise härten, um die Bindungen zwischen ihnen zu verstärken. Sobald sich das Objekt 22 an der vorgesehenen Stelle befindet, betätigt die Steuervorrichtung 26 das mindestens eine Stellglied 34, um die Struktur 20 und das Objekt 22 abzusenken, sodass eine dünne Schicht des flüssigen Photopolymers an der Grenzfläche der Struktur 20 und des Objekts 22 vorhanden ist. Die Steuervorrichtung 26 kann dann das mindestens eine Stellglied 34 betätigen, um die Quelle der UV-Strahlung über dem Tank 38 zu bewegen, während die Quelle 18 betätigt wird, um das flüssige Photopolymer an dieser Grenzfläche der UV-Strahlung zu exponieren. Das gehärtete Photopolymer bindet das Objekt 22 an die Struktur 20 an. Sobald das Objekt 22 an die Struktur 20 angebunden ist, fährt die Steuervorrichtung damit fort, das mindestens eine Stellglied 34 und die Quelle der UV-Strahlung 18 zu betätigen, um zusätzliche Schichten von gehärtetem Photopolymermaterial an das Objekt 22 anzubinden, um die Struktur 20 fertigzustellen.
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Ein Problem, das während der Fertigstellung der Struktur 20 auftritt, ist die Bildung eines Meniskus durch das flüssige Photopolymer an der Grenzfläche zwischen der Struktur 20 und dem Objekt 22. Eine derartiger Meniskus 30 ist in 2 dargestellt. Die Krümmung des Meniskus 30 in der Nähe der Oberfläche des Objekts ist in Abhängigkeit vom Kontaktwinkel, von der Orientierung der Oberfläche des Objekts 22, vom Abstand zwischen der UV-Quelle 18 und dem Objekt 22 und der lokalen Geometrie der Objektoberfläche höher oder niedriger. Die Probleme hinsichtlich der Härtung des flüssigen Photopolymers bei dem Meniskus können gelöst werden, indem eine Form des Meniskus identifiziert wird, wenn die Geometrie und die Kontaktwinkel bekannt sind. Diese Informationen können von der Steuervorrichtung 26 verwendet werden, um die Bilddaten zu justieren, die zum Bewegen und Betätigen der UV-Quelle 18 verwendet werden.
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Ein anderer Ansatz zur Lösung des Meniskusproblems ist die Einbeziehung eines optischen Sensors 40, der Bilddaten des Meniskus an der Grenzfläche der Struktur 20 und des Objekts 22 erzeugt. Ein solches System 300 ist in 3 dargestellt. Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Komponenten ist das System 300 mit vielen der Komponenten dargestellt, die oben für das System 10 beschrieben wurden. Zusätzlich zu diesen Komponenten enthält das System 300 einen zweiten mechanischen Arm 50 und einen optischen Sensor 40. Die durch den optischen Sensor 40 erzeugten Bilddaten werden durch die Steuervorrichtung 26 verarbeitet, um den Meniskus 30 zu messen. Diese Informationen können von der Steuervorrichtung 26 verwendet werden, um die Bilddaten zu justieren, die zum Bewegen und Betätigen der UV-Quelle 18 verwendet werden. Die Steuervorrichtung 26 betätigt das mindestens eine Stellglied 34, um den zweiten mechanischen Arm 50 zu bewegen, um die Position des Objekts 22 im Inneren der Struktur 20 zu drehen oder anderweitig zu justieren, wenn der mechanische Arm 52 nicht in der Lage ist, das zu bewerkstelligen.
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Eine weitere Möglichkeit zur Lösung der Probleme, die sich aus dem Meniskus 30 ergeben, ist die Behandlung des Objekts 22 oder die Gestaltung seiner Oberflächenkonfiguration in einer Weise, welche die Bildung eines Kontaktwinkels von ungefähr 90 Grad an der Grenzfläche 22 und der Flüssigkeit 12 ermöglicht. Eine Möglichkeit zur Optimierung der Gestaltung der Oberfläche des Objekts 22 ist die Ausbildung der Oberfläche des Objekts 22 mit kleinen Krümmungen. Kleine Krümmungen tragen zur Abschwächung des Meniskus an der Grenzfläche des Objekts 22 und der Flüssigkeit 12 bei. Zu anderen Oberflächenbehandlungen, die zur Abschwächung des Meniskus 30 beitragen, zählen das Aufrauen der Oberfläche und das Behandeln der Objektoberfläche mit Chemikalien oder einer Plasma-/Koronaentladung, welche die Oberflächenenergie des Objekts 22 verändert. Zu den chemischen Behandlungen zählt das Auftragen einer Grundierungsbeschichtung mithilfe einer Sprühvorrichtung oder eines Walzenapplikators.
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Ein anderes Problem, das während der Fertigstellung der Struktur 20 auftaucht, ist ein Schatten, der durch den Abschnitt des Objekts 22 gebildet wird, der sich über der Grenzfläche des flüssigen Photopolymers und des Objekts 22 erstreckt. Dieser Schatten kann sich negativ auf die Härtung des Photopolymers im Inneren des Schattens auswirken. Um dieses Problem zu lösen, kann die Steuervorrichtung das Stellglied 34 betätigen, um die UV-Quelle 18 in verschiedene Positionen zu bewegen, um die Schatten zu eliminieren, da nach einer ordnungsgemäßen Neupositionierung der UV-Quelle eine Sichtlinie für eine vorherige Schattenregion eingerichtet werden kann. Alternativ können mehrere UV-Quellen 18 um die Struktur 20 und das Objekt 22 herum positioniert werden, um das Photopolymer aus verschiedenen Winkeln zu beleuchten und zu härten, um die Bildung des Schattens durch den Abschnitt des Objekts 22 zu verhindern, der sich über der Photopolymeroberfläche erstreckt. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung 26 das Stellglied 34 betätigen, um die Plattform 14 zu drehen, damit der Schatten in andere bereits gehärtete Bereiche verlagert wird, sodass das ungehärtete Photopolymer, das sich vorher im Inneren des Schattens befunden hat, durch das Betätigen der UV-Quelle 18 gehärtet werden kann.
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Einige Objekte 22 können mit einer Öffnung 70 gebildet werden, wie das in 4 dargestellt ist. Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Komponenten in Bezug auf 1A ist in 4 ein System 400 dargestellt. In diesem System ist die Steuervorrichtung 26 operativ mit einer UV-Quelle 18, einer Einspritzvorrichtung 60 und einem Element 62 verbunden, das in einem Spiegel 64 endet. Die Steuervorrichtung betätigt das mindestens eine Stellglied 34, um die Einspritzvorrichtung 60 zu bewegen, um flüssiges Photopolymer in die Öffnung 70 abzugeben. Die Steuervorrichtung 26 kann dann das mindestens eine Stellglied 34 betätigen, um das Element 62 zu bewegen, um den Spiegel 64 in den Hohlraum einzuführen, der mit der Öffnung 70 kommuniziert. Die Steuervorrichtung 26 kann das mindestens eine Stellglied 34 betätigen, um die UV-Quelle 18 in eine Position zu bewegen, die es der durch die Quelle 18 emittierten UV-Strahlung ermöglicht, in Richtung des Spiegels 64 vorzudringen und auf diesen aufzutreffen. Der Spiegel 64 reflektiert die UV-Strahlung, um zu ermöglichen, dass das flüssige Photopolymer in dem Hohlraum der UV-Strahlung exponiert und gehärtet wird. Alternativ können anstelle des Spiegels 64 faseroptische Elemente verwendet werden, um das UV-Licht an die gewünschte Stelle im Inneren des Objekts 22 zu leiten. Damit kann das Objekt 22, das in die Struktur 20 eingebettet werden kann, für eine Reihe unterschiedlicher Zwecke und Anwendungen konfiguriert werden.
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Ein Verfahren 200 zum Einbetten eines Objekts in eine dreidimensionale Struktur ist in 5 dargestellt. In der Beschreibung dieses Verfahrens beziehen sich Aussagen, dass ein Prozess eine Aufgabe oder Funktion durchführt, darauf, dass eine Steuervorrichtung oder ein Allzweck-Prozessor programmierte Anweisungen ausführt, die in einem operativ mit der Steuervorrichtung oder dem Prozessor verbundenen Speicher gespeichert sind, um Daten zu manipulieren oder um eine oder mehrere Komponenten in dem Drucker so zu betätigen, dass sie die Aufgabe oder Funktion durchführen. Die oben erwähnte Steuervorrichtung 26 kann eine solche Steuervorrichtung oder ein solcher Prozessor sein. Alternativ kann die Steuervorrichtung 26 mit mehr als einem Prozessor und zugehörigen Schaltungen und Komponenten implementiert sein, von denen jede dazu konfiguriert ist, eine oder mehrere der hier beschriebenen Aufgaben oder Funktionen durchzuführen.
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Der Prozess 200 beginnt mit dem Absenken einer Plattform im Inneren eines Tanks mit flüssigem Photopolymer auf ein vorgegebenes Niveau für die Bildung einer gehärteten Photopolymerschicht (Block 204). Der Prozess ermittelt, ob ein Abschnitt des flüssigen Photopolymers ungehärtet belassen werden soll (Block 208), und wenn das nicht der Fall ist, wird die Schicht gehärtet (Block 212). Wenn die gehärtete Schicht die letzte Schicht für die Struktur ist (Block 216), ist damit der Prozess abgeschlossen (Block 268). Andernfalls wird der Prozess fortgesetzt, indem die Plattform abgesenkt wird, um flüssiges Photopolymer über der gehärteten Schicht zu positionieren, damit eine nächste Schicht gebildet werden kann.
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Wenn ein Abschnitt einer Schicht ungehärtet belassen werden soll (Block 208), dann wird die gebildete Schicht selektiv der UV-Strahlung exponiert, um gehärtete und ungehärtete Bereiche zu bilden, die der Querschnittsform eines Objekts entsprechen, das eingebettet werden soll (Block 220). Der Prozess ermittelt, ob die Struktur ausreichend fertiggestellt wurde, um das Objekt einzufügen (Block 224), und wenn das nicht der Fall ist, wird die Bildung der Struktur zur Aufnahme des Objekts fortgesetzt (Blöcke 204 bis 224). Sobald die Struktur bereit zur Aufnahme des Objekts ist, wird das Objekt in die Struktur eingefügt, und die Plattform wird abgesenkt, um zu ermöglichen, dass eine Schicht flüssigen Photopolymers die Grenzfläche zwischen dem Objekt und der Struktur bedeckt (Block 228). Der Prozess ermittelt, ob das Objekt gedreht werden muss, um es ordnungsgemäß einzupassen (Block 232), und ein oder mehrere mechanische Arme werden betätigt, um das Objekt zu drehen oder anderweitig im Inneren der Struktur zu positionieren (Block 236). Der Prozess härtet dann das Photopolymer an der Grenzfläche des Objekts und der Struktur (Block 244), um das Objekt an die Struktur anzubinden. Wenn das Objekt eine Öffnung aufweist (Block 248), wird die Einspritzvorrichtung betätigt, um flüssiges Photopolymer in die Öffnung abzugeben (Block 252), das Element wird bewegt, um den Spiegel im Inneren des Hohlraums zu positionieren, der mit der Öffnung kommuniziert (Block 256), und die UV-Quelle wird betätigt, um UV-Strahlung vom Spiegel zu reflektieren, damit das flüssige Photopolymer exponiert und gehärtet wird (Block 260). Wenn das Objekt keine Öffnung aufweist, ermittelt der Prozess, ob die Strukturbildung um das Objekt herum abgeschlossen ist (Block 264), und wenn das der Fall ist, ermittelt der Prozess, ob zusätzliche Struktur gebildet werden muss (Blöcke 204 bis 216). Wenn keine weitere Struktur gebildet werden muss, ist die Struktur abgeschlossen (Block 268). Andernfalls wird der Prozess mit der Bildung der Struktur um das Objekt herum fortgesetzt (Blöcke 204 bis 216).
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Das System aus 3 kann auch verwendet werden, um Teile mit eingebetteten vorgefertigten Objekten in einer Weise zu bilden, wie sie in 6A bis 6D dargestellt ist. Wie in 6A gezeigt, kann das vorgefertigte Objekt 22 auf der Plattform 14 positioniert werden, und die Steuervorrichtung 26 betätigt das Stellglied 34, um das Objekt in das Photopolymer im Inneren des Tanks 38 abzusenken. Die Steuervorrichtung 26 kann die UV-Quelle 18 iterativ betätigen, um das Photopolymer angrenzend an das Objekt 22 zu härten, und das Stellglied 34 betätigen, um die Plattform 14 abzusenken, bis eine Struktur 20 auf dem oberen Ende des Objekts 22 gebildet wurde. Dieser Prozess führt dazu, dass das Objekt 22 eine Kappe hat, wie das in 6B dargestellt ist. Die Steuervorrichtung 26 betätigt dann das Stellglied 34, um das Objekt 22 und die Struktur 20 aus dem Tank 38 zu heben, sodass ein oder beide mechanische Arme 50 und 52 durch die Steuervorrichtung betätigt werden können, um das Objekt 22 und die Struktur 20 neu zu orientieren und auf der Plattform 14 zu platzieren, wie das in 6C dargestellt ist. Im dargestellten Beispiel ist die Neuorientierung des Objekts ein Umdrehen des Objekts, aber es könnten auch andere Neuorientierungen durchgeführt werden. Die Steuervorrichtung 26 betätigt die UV-Quelle 18 und das Stellglied 34, um die zuvor gebildete Struktur 20 zu erweitern. Die Betätigung des Stellglieds zum Absenken der Plattform und zum Bewegen der Quelle der UV-Strahlung kann iterativ durchgeführt werden, bis das Objekt 22 in der Struktur 20 eingekapselt ist, wie das in 6D dargestellt ist. Natürlich kann die Steuervorrichtung 26 die UV-Quelle 18 und das Stellglied 34 auch betätigen, um eine Struktur um das Objekt 22 herum in einer selektiven Art und Weise zu bilden. Sobald der letzte Teil der Struktur 20 um das Objekt 22 herum gebildet wurde, können die mechanischen Arme 50 und 52 betätigt werden, um das Objekt 22 und die Struktur 20 von der Plattform 14 zu heben.
