DE102020124546B4

DE102020124546B4 - 3D-Druckverfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines 3D-Bauteils

Info

Publication number: DE102020124546B4
Application number: DE102020124546.7A
Authority: DE
Inventors: Mark Bennemann; Tobias Moll
Original assignee: Audi AG; Volkswagen AG
Current assignee: Audi AG; Volkswagen AG
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2040-09-22
Also published as: DE102020124546A1

Abstract

3D-Druckverfahren in einer Prozessanordnung mit einem Behälter (7), der mit flüssigem Photopolymer (9) gefüllt ist sowie einen Behälterboden mit einer optischen Einheit (11) aufweist, die für Sauerstoff undurchlässig ist, und mit einer Lichtquelle (19), mittels der Licht (L1, L2) durch die im Behälterboden befindliche optische Einheit (11) geführt wird, wobei mit Hilfe der optischen Einheit (11) eine Projektion zumindest eines zu druckenden 2D-Bildes (25, 27) in zumindest eine Fokusebene (FE1, FE2) erfolgt, die über eine Fokuslänge (z1, z2) von der optischen Einheit (11) beabstandet ist, wobei in der Fokusebene (FE1, FE2) die Energiedichte des Lichts (L1, L2) ausreichend groß bemessen ist, um einen Polymerisationsprozess zu starten, bei dem das flüssige Photopolymer (9) in dem, in der Fokusebene (FE1, FE2) liegenden 2D-Bild (25, 27) polymerisiert, wobei während des Polymerisationsprozesses das polymerisierte Photopolymer (9) in einer Fertigungsrichtung (F) von der Fokusebene (FE1, FE2) kontinuierlich weggezogen wird, und zwar unter Bildung des 3D-Bauteils (1), so dass flüssiges Photopolymer (9) in einen polymerisationsfreien Flüssigkeitsspalt (29) zwischen dem sich bildenden 3D-Bauteil (1) und der optischen Einheit (11) nachfließt, wobei das flüssige Photopolymer (9) aus zumindest einer ersten Polymerkomponente und einer zweiten Polymerkomponente besteht, und wobei die erste Polymerkomponente bei Bestrahlung mit Licht (L1) einer ersten Wellenlänge polymerisiert sowie die zweite Polymerkomponente bei Bestrahlung mit Licht (L2) einer zweiten Wellenlänge polymerisiert, und wobei die optische Einheit (11) zumindest einen Wellenfrontmodulator aufweist, und wobei der Wellenfrontmodulator ein diffraktives optisches Element (DOE), und zwar ein holographisches optisches Element (HOE1, HOE2) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein 3D-Druckverfahren gemäß dem Anspruch 1 oder gemäß dem Anspruch 11 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen 3D-Druckverfahrens gemäß Anspruch 12.
Das CLIP-Verfahren ist ein spezielles 3D-Druckverfahren, das Photopolymerisation verwendet, um ein 3D-Bauteil in beliebiger Form herzustellen. Das CLIP-Verfahren ist beispielhaft aus der WO 2014/126837 A2 bekannt. In dem CLIP-Verfahren wird ein sich bildender Festkörper (nachfolgend als 3D-Bauteil bezeichnet) mittels eines Halters aus einer Polymerflüssigkeit nach oben gezogen. Die Polymerisation des Photopolymers geschieht bildweise bzw. schichtweise. Dabei wird ein 2D-Bild durch eine licht- und luftdurchlässige Membran von unten belichtet, wobei das Photopolymer an den belichteten Stellen aushärtet. Die Membran bildet den Behälterboden und ist speziell für Sauerstoff durchlässig. Dadurch kann sich eine sogenannte „dead zone“ bilden, in welcher keine Polymerisation stattfindet und dadurch kein Material an der Bodenfläche haften bleibt, so dass eine dünne Schicht nicht gehärtetes Harz zwischen der Membran und dem Objekt entsteht. Dies verhindert, dass das durch Licht aushärtende Photopolymer an der Membranoberfläche haftet, so dass ein „Herausziehen“ der gedruckten/belichteten/ausgehärteten Struktur aus dem flüssigen Photopolymer ermöglicht ist, Somit befindet sich zwischen dem sich bildenden 3D-Bauteil und der Membran der optischen Einheit ein polymerisationsfreies Sauerstoffkissen (d.h. ein polymerisationsfreier Flüssigkeitsspalt), der unabdingbar für die Funktionalität des CLIP-Verfahrens ist.
Aus der EP 3 508 330 A1 ist ein beispielhaftes 3D-Druckverfahren bekannt, das nach einem solchen CLIP-Prozess arbeitet. Das 3D-Druckverfahren wird in einer Prozessanordnung durchgeführt, die einen Behälter, der mit flüssigem, photosensitivem Photopolymer gefüllt ist und einen Behälterboden mit einer optischen Einheit aufweist. Die optische Einheit ist - im Gegensatz zur oben erwähnten sauerstoffdurchlässigen Membran - für Sauerstoff undurchlässig. Zudem weist die Prozessanordnung eine Lichtquelle auf, mittels der Lichtstrahlung durch die im Behälterboden gebildete optische Einheit geführt wird. Mit Hilfe der optischen Einheit erfolgt eine Projektion zumindest eines zu druckenden 2D-Bildes in einer Fokusebene, die über eine Fokuslänge von der optischen Einheit beabstandet ist. In der Fokusebene ist die Energiedichte der Lichtstrahlung ausreichend groß ausgelegt, um einen Polymerisationsprozess zu starten. Im Polymerisationsprozess wird das flüssige Photopolymer in der, in der Fokusebene liegenden 2D-Bildfläche polymerisiert. Zudem wird im Laufe des Polymerisationsprozesses das polymerisierte Photopolymer in einer Fertigungsrichtung von der Fokusebene kontinuierlich weggezogen, und zwar unter Bildung des 3D-Bauteils, so dass flüssiges Photopolymer in einen polymerisationsfreien Flüssigkeitsspalt zwischen dem sich bildenden 3D-Bauteil und der optischen Einheit nachfließt.
Aus der US 2020/0 171 740 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Multi-Material-Teilen in einem Behälter-Photopolymerisationsverfahren bekannt. Die US 2016/0 160 077 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten aus Materialien mit mehreren Härtungsmechanismen. Aus der WO 2020/028 431 A1 sind ein Verfahren und Systeme für dreidimensionales Drucken bekannt. Die US 2011/0 181 941 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schnellen Herstellung von Prototypen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein 3D-Druckverfahren bereitzustellen, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik die Funktionalität bei der Herstellung des 3D-Bauteils in einfacher Weise erhöht ist.
Die Aufgabe ist durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 oder durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 12 oder durch eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 13 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart
Kern der Erfindung ist die Verwendung eines diffraktiv optischen Elements (DOE), beispielsweise ein holographisch optisches Element (HOE), zur gezielten Steuerung von Licht zur Verwendung im CLIP-Verfahren (Continuous Liquid Interface Production) bzw. in einem DLS-Verfahren (Digital Light Synthesis). Durch Verwendung eines holographisch optischen Elements (HOE) kann nun die belichtete Fläche und vor allem die fixe Fokusebene im mit flüssigen Photopolymer gefüllten Behälter von der Membranoberfläche (nachfolgend auch als Grenzfläche der optischen Einheit bezeichnet) entfernt werden, so dass keine poröse, sauerstoffdurchlässige Membran mehr erforderlich ist. Die optische Funktion des holographisch optischen Elements (HOE) sorgt für eine Verschiebung der Fokusebene (weg von der Grenzfläche) in das flüssige Photopolymer hinein und sorgt dort für die erforderliche Energie-Intensität zum Aushärten. Der im Stand der Technik erforderliche Sauerstoff, der das Photopolymer am Aushärten unmittelbar an der Membranoberfläche hindert, wird daher nicht mehr benötigt. Erfindungsgemäß erfolgt vielmehr eine Projektion des zu druckenden 2D-Bildes über das holographisch optische Element (HOE) in das flüssige Photopolymer hinein.
Der allgemeine Erfindungsgedanke betrifft somit den Sachverhalt, dass anstelle der sauerstoffdurchlässigen Membran allgemein zum Beispiel zumindest ein diffraktives optisches Element (DOE) (oder allgemein ein Wellenfrontmodulator) verwendet wird. Dieses Element verschiebt über eine spezielle optische Funktion die Fokusebene in das flüssige Photopolymer hinein. Dadurch wird die notwendige Polymerisations-Intensität pro Fläche erst mit Abstand (nachfolgend auch als Fokuslänge bezeichnet) oberhalb des Behälterbodens erreicht, so dass kein polymerisiertes Photopolymer an der optischen Einheit kleben bleibt. Das zu verwendende diffraktive optische Element (DOE) wird typischerweise für den UV-Bereich ausgelegt. Die Fokusebene wird in der Regel nur um wenige Millimeter in das flüssige Polymer verschoben, um entsprechende Intensitäten zu realisieren. Eine spezielle Ausführung des diffraktiven optischen Elements (DOE) kann ein holographisch optisches Element (HOE) sein.
Gemäß einem ersten Erfindungsaspekt kann Licht mit zumindest zwei voneinander separaten Wellenlängen zur unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Polymerisation verwendet werden. Auf diese Weise kann ein 3D-Bauteil mit komplexer Bauteil-Geometrie hergestellt werden, das aus mindestens zwei unterschiedlichen Polymerkomponenten aufgebaut ist, deren Polymerisation über mindestens zwei optische Wellenlängen ausgelöst wird. Die in der optischen Einheit integrierten Wellenfrontmodulatoren können dabei unterschiedliche Auflösungen besitzen. Für die Fokussierung der unterschiedlichen Wellenlängen können unterschiedlich belichtete DOE verwendet werden, oder auch ein DOE mit Mehrfachbelichtung (multiplexing). in diesem DOE können neben der Wellenlängenselektivität auch zusätzliche Eigenschaften wie z.B. ein unterschiedliches Auflösungsverhalten festgelegt werden.
Die unterschiedlichen Polymerkomponenten können unterschiedliche Eigenschaften, etwa unterschiedliche Steifigkeit, aufweisen. Alternativ dazu können die unterschiedlichen Polymerkomponenten auch das gleiche Grundmaterial (etwa PMMA) aufweisen und in unterschiedlichen Ausführungsformen (z.B. eine Hartkomponente sowie eine Weichkomponente) ausgeprägt sein.
Alternativ oder zusätzlich zum obigen ersten Erfindungsaspekt ist der nachfolgende zweite Erfindungsaspekt hervorzuheben: Demnach können in der optischen Einheit spezielle Mikrolinsenarrays (MLA) mit Dias zur Lichtformung verwendet werden, welche in unterschiedlichen Abständen/Fokusebenen unterschiedliche 2D-Bilder entstehen lassen und so für eine optimierte Polymerisation sorgen. Dabei sind die mindestens zwei Fokusebenen fest im jeweiligen Mikrolinsenarray gespeichert. Wird das Dia getauscht (Einschublösung) können die Fokusebenen materialspezifisch angepasst werden. Eine gezielte Wellenfront/Ausleuchtung kann dabei in dem gewünschten Effekt resultieren. Somit können komplexere Belichtungskurven als „einfache“ Gradienten realisiert werden und so für eine optimale vollkontinuierliche bzw. definierte Schicht- und Strukturerzeugung sorgen.
In diesem Zusammenhang wird auf die EP 2 984 819 B1 verwiesen, in der die Möglichkeit von unterschiedlichen Bildinhalten in unterschiedlichen Positionen erwähnt ist. Demnach sind die Bildinhalte der einzelnen Objektstrukturen bzw. Einzelbilder kanalabhängig. Die Konstruktionsvorschrift derselben wird in der EP 2 984 819 B1 zwar zunächst anhand des Spezialfalls der erweiterten Schärfentiefe näher beschrieben. Jedoch erfolgt im Anschluss daran auch die Beschreibung und der Hinweis, dass verschiedene Bildinhalte an unterschiedlichen Projektionsentfernungen erzeugbar sind.
Bevorzugt kann das Gradientenprofil über mehrere Fokusebenen (zumindest zwei) definiert und dem auszuhärtenden Photopolymer direkt angepasst werden. So kann die Polymerisation in Qualität, Zeit und Prozessprofil definiert injiziert und durchgeführt werden. Auf diese Weise kann für jede Fokusebene die Intensität und Lichtform realisiert werden, was zusammen ein gemeinsames zur Polymerisation notwendiges Strahlprofil ergibt. Dadurch ergeben sich Vorteile in der Qualität und in der Prozess-Geschwindigkeit.
Nachfolgend werden weitere Aspekte der Erfindung nochmals einzeln hervorgehoben: So besteht gemäß dem Anspruch 1 das flüssige Photopolymer aus zumindest einer ersten Polymerkomponente und einer zweiten Polymerkomponente. Die erste Polymerkomponente kann bei Bestrahlung mit Licht einer ersten Wellenlänge polymerisieren, während die zweite Polymerkomponente bei Bestrahlung mit Licht einer zweiten Wellenlänge polymerisiert.
Die optische Einheit weist erfindungsgemäß zumindest einen Wellenfrontmodulator auf. Dieser ist erfindungsgemäß ein diffraktives optisches Element (DOE) sein. Und zwar gemäß dem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 ein holographisches optisches Element (HOE), In einer technischen Umsetzung kann die Lichtquelle, insbesondere zeitlich und/oder räumlich versetzt, Licht mit der ersten Wellenlänge sowie Licht mit der zweiten Wellenlänge generieren.
In einer Ausführungsvariante kann die Lichtquelle aus zumindest einer ersten Lichtquellen-Einheit und einer zweiten Lichtquellen-Einheit aufgebaut sein. Von diesen generiert die erste Lichtquellen-Einheit Licht mit der ersten Wellenlänge, während die zweite Lichtquellen-Einheit Licht mit der zweiten Wellenlänge generiert.
Im Hinblick auf die Herstellung eines geometrisch komplexen 3D-Bauteils ist es bevorzugt, wenn die erste Polymerkomponente bei Bestrahlung mit Licht der zweiten Wellenlänge nicht polymerisiert, während die zweite Polymerkomponente bei Bestrahlung mit Licht der ersten Wellenlänge nicht polymerisiert oder deren Polymerisation gehemmt wird.
Erfindungsgemäß kann im Polymerisationsprozess eine zeitlich und/oder räumlich unterschiedliche Polymerisation der ersten Polymerkomponente und der zweiten Polymerkomponente erfolgen.
Gemäß dem Verfahren gemäß dem Anspruch 12 weist die im Behälterboden ausgebildete optische Einheit zumindest zwei diffraktive optische Elemente auf. Die beiden diffraktiven optischen Elemente sind zueinander unterschiedlich oder besitzen zueinander eine unterschiedliche Auflösungen, wodurch ein geometrisch komplexes 3D-Bauteil herstellbar ist. Das 3D-Bauteil kann in einer exemplarischen Ausführungsvariante wie folgt aufgebaut sein, und zwar mit einer Bauteil-Traggeometrie, die in Grobstruktur realisiert ist, sowie mit einer Bauteil-Funktionsgeometrie, die in Feinstruktur realisiert ist. Die Bauteil-Traggeometrie kann aus der ersten Polymerkomponente sowie mit Hilfe des ersten Wellenfront-Modulators mit geringer Auflösung gebildet sein. Demgegenüber kann die Bauteil-Funktionsgeometrie aus der zweiten Polymerkomponente sowie mit Hilfe des zweiten Wellenfrontmodulators mit hoher Auflösung gebildet sein.
Die optische Einheit kann als Wellenfrontgenerator zumindest ein Mikrolinsenarray aufweisen, mittels dem das 2D-Bild generiert wird und in die Fokusebene projiziert wird. Zur Realisierung des oben erwähnten zweiten Erfindungsaspektes kann die optische Einheit zumindest zwei Mikrolinsenarrays aufweisen. Von diesen projiziert ein erstes Mikrolinsenarray ein erstes 2D-Bild in eine erste Fokusebene, während ein zweites Mikrolinsenarray ein zweites 2D-Bild in eine zweite Fokusebene projiziert. Alternativ dazu kann die optische Einheit auch nur genau ein Mikrolinsenarray mit - für jede Wellenlänge separat - zwei optischen Funktionen aufweisen.
Die erste Fokusebene und die zweite Fokusebene können über unterschiedliche Fokuslängen von der, mit dem flüssigen Photopolymer in Kontakt befindlichen Grenzfläche der optischen Einheit beabstandet sein. Beispielhaft kann die erste Polymerkomponente in der ersten Fokusebene polymerisieren, während die zweite Polymerkomponente in der zweiten Fokusebene polymerisiert.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 in einer grob schematischen Ansicht ein im 3D-Druckverfahren hergestelltes 3D-Bauteil;
2 und 3 jeweils Anlageskizzen, anhand derer das 3D-Druckverfahren zur Herstellung des 3D-Bauteils veranschaulicht ist; sowie
4 und 5 jeweils weitere Ausführungsvarianten einer Prozessanordnung.

In der 1 ist grob schematisch ein in einem CLIP-Verfahren erzeugtes 3D-Bauteil 1 gezeigt. Die Bauteilgeometrie des 3D-Bauteils 1 ist im Hinblick auf einfaches Verständnis der Erfindung grob vereinfacht dargestellt. Demnach weist das 3D-Bauteil 1 eine in Grobstruktur ausgebildete Traggeometrie 3 und eine in Feinstruktur ausgebildete Funktionsgeometrie 5 auf. Die Traggeometrie 3 besteht aus einer polymerisierten ersten Polymerkomponente, während die Funktionsgeometrie 5 des 3D-Bauteils 1 aus einer polymerisierten zweiten Polymerkomponente besteht. Die erste Polymerkomponente polymerisiert im nachfolgend beschriebenen CLIP-Verfahren bei Bestrahlung mit Licht L1 einer ersten Wellenlänge, während die zweite Polymerkomponente bei Bestrahlung mit Licht L2 einer zweiten Wellenlänge polymerisiert.
Nachfolgend wird anhand der 2 und 3 eine Prozessanordnung sowie das CLIP-Verfahren zur Herstellung des in der 1 gezeigten 3D-Bauteils 1 beschrieben: Demzufolge weist die Prozessanordnung in der 2 einen Behälter 7 auf, der mit flüssigem, photosensitivem Photopolymer 9 gefüllt ist. Am Behälterboden ist eine optische Einheit 11 angeordnet. Die optische Einheit 11 ist an seiner mit dem flüssigen Photopolymer 9 in Kontakt befindlichen Grenzfläche 20 für Sauerstoff undurchlässig.
Zudem weist die Prozessanordnung eine Lichtquelle 19 auf, mittels der Lichtstrahlung L1, L2 durch die im Behälterboden befindliche optische Einheit 11 geführt wird. In der 2 ist die optische Einheit 11 mit einem Lichtleiter 13 realisiert, der einen Einkoppelbereich 15 und einen Auskoppelbereich 17 aufweist. In den Einkoppelbereich 15 des Lichtleiters 13 ist Licht L1 einer ersten Wellenlänge (Pfeil mit durchgezogener Linie) sowie Licht L2 einer davon unterschiedlichen zweiten Wellenlänge (Pfeil mit gestrichelter Linie) von der Lichtquelle 19 einkoppelbar. Das eingekoppelte Licht L1, L2 wird über einen ersten Wellenfrontmodulator HOE1 (an der Einkoppelseite) und über einen zweiten Wellenfrontmodulator HOE2 am Auskoppelbereich 17 geführt und dort an der, mit dem flüssigen Photopolymer 9 in Kontakt befindlichen Grenzfläche 20 in das Behälter-Innere ausgekoppelt,
Die optische Einheit 11 weist eine optische Funktion auf, mittels der ein erstes 2D-Bild 25 ( 3) in eine erste Fokusebene FE1 und ein zweites 2D-Bild 27 in eine zweite Fokusebene FE2 projiziert wird. Die erste Fokusebene FE1 und die zweite Fokusebene FE2 sind in der 3 über unterschiedliche Fokuslängen z₁, z₂ von der Grenzfläche 20 der optischen Einheit 11 beabstandet.
In der ersten Fokusebene FE1 ist die Energiedichte des Lichts L1 ausreichend groß, um einen Polymerisationsprozess zu starten, bei dem die erste Polymerkomponente in der, in der ersten Fokusebene FE1 liegenden 2D-Bildfläche 25 polymerisiert. Entsprechend ist auch in der zweiten Fokusebene FE2 die Energiedichte des Lichts L2 ausreichend groß bemessen, um einen Polymerisationsprozess zu starten, bei dem die zweite Polymerkomponente in der, in der zweiten Fokusebene FE2 liegenden 2D-Bildfläche 27 polymerisiert.
Die Polymerisation der ersten Polymerkomponente und der zweiten Polymerkomponente kann gegebenenfalls gleichzeitig erfolgen. Alternativ kann die Polymerisation der ersten Polymerkomponente und der zweiten Polymerkomponente zeitlich und/oder räumlich versetzt stattfinden.
Das im Polymerisationsprozess sich bildende 3D-Bauteil 1 ist in der 2 an einem Halter 22 befestigt, mittels dem das 3D-Bauteil 1 in einer Fertigungsrichtung F von der jeweiligen Fokusebene FE1, FE2 kontinuierlich weggezogen wird. Auf diese Weise kann während des Polymerisationsprozesses flüssiges Photopolymer 9 in den polymerisationsfreien Flüssigkeitsspalt 29 (2) zwischen dem sich bildenden 3D-Bauteil 1 und der Grenzfläche 20 der optischen Einheit 11 nachfließen.
In der 4 ist eine Prozessanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Demzufolge ist die Lichtquelle 19 nicht mehr (wie in der 2) seitlich versetzt zum Behälter 7 angeordnet, sondern vielmehr direkt unterhalb des Behälters 7 angeordnet. Dadurch kann auf den Lichtleiter 13 verzichtet werden. Mittels der Lichtquelle 19 wird Licht L1 der ersten Wellenlänge sowie Licht L2 der zweiten Wellenlänge generiert.
In der 5 ist eine weitere Ausführungsvariante einer Prozessanordnung gezeigt, bei der die Lichtquelle 19 aus einer ersten Lichtquellen-Einheit 31 und einer zweiten Lichtquellen-Einheit 33 aufgebaut ist. In der ersten Lichtquellen-Einheit 31 wird Licht L1 der ersten Wellenlänge generiert, während in der zweiten Lichtquellen-Einheit 33 Licht der zweiten Wellenlänge L2 generiert wird. Wie aus der 5 hervorgeht, sind die beiden Lichtquellen-Einheiten 31, 33 über eine Umlenkeinheit 35 in optischer Verbindung mit der optischen Einheit 11, die am Behälterboden des Behälters 7 positioniert ist.
Bezugszeichenliste

1: 3D-Bauteil
3: Bauteil-Traggeometrie
5: Bauteil-Funktionsgeometrie
7: Behälter
9: Photopolymer
11: optische Einheit
13: Lichtleiter
15: Einkoppelbereich
17: Auskoppelbereich
18: Linse
19: Lichtquelle
20: Grenzfläche
22: Halter
25: erstes 2D-Bild
27: zweites 2D-Bild
29: polymerisationsfreier Flüssigkeitsspalt
31: erste Lichtquellen-Einheit
33: zweite Lichtquellen-Einheit
35: Umlenkeinheit
FE1, FE2: Fokusebenen
z1, z2: Fokuslängen
F: Fertigungsrichtung
L1: Licht einer ersten Wellenlänge
L2: Licht einer zweiten Wellenlänge
HOE1, HOE2: Wellenfrontmodulatoren

Claims

3D-Druckverfahren in einer Prozessanordnung mit einem Behälter (7), der mit flüssigem Photopolymer (9) gefüllt ist sowie einen Behälterboden mit einer optischen Einheit (11) aufweist, die für Sauerstoff undurchlässig ist, und mit einer Lichtquelle (19), mittels der Licht (L1, L2) durch die im Behälterboden befindliche optische Einheit (11) geführt wird, wobei mit Hilfe der optischen Einheit (11) eine Projektion zumindest eines zu druckenden 2D-Bildes (25, 27) in zumindest eine Fokusebene (FE1, FE2) erfolgt, die über eine Fokuslänge (z₁, z₂) von der optischen Einheit (11) beabstandet ist, wobei in der Fokusebene (FE1, FE2) die Energiedichte des Lichts (L1, L2) ausreichend groß bemessen ist, um einen Polymerisationsprozess zu starten, bei dem das flüssige Photopolymer (9) in dem, in der Fokusebene (FE1, FE2) liegenden 2D-Bild (25, 27) polymerisiert, wobei während des Polymerisationsprozesses das polymerisierte Photopolymer (9) in einer Fertigungsrichtung (F) von der Fokusebene (FE1, FE2) kontinuierlich weggezogen wird, und zwar unter Bildung des 3D-Bauteils (1), so dass flüssiges Photopolymer (9) in einen polymerisationsfreien Flüssigkeitsspalt (29) zwischen dem sich bildenden 3D-Bauteil (1) und der optischen Einheit (11) nachfließt, wobei das flüssige Photopolymer (9) aus zumindest einer ersten Polymerkomponente und einer zweiten Polymerkomponente besteht, und wobei die erste Polymerkomponente bei Bestrahlung mit Licht (L1) einer ersten Wellenlänge polymerisiert sowie die zweite Polymerkomponente bei Bestrahlung mit Licht (L2) einer zweiten Wellenlänge polymerisiert, und wobei die optische Einheit (11) zumindest einen Wellenfrontmodulator aufweist, und wobei der Wellenfrontmodulator ein diffraktives optisches Element (DOE), und zwar ein holographisches optisches Element (HOE1, HOE2) ist.
3D-Druckverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (19) zeitlich und/oder räumlich versetzt Licht (L1) mit der ersten Wellenlänge sowie Licht (L2) der zweiten Wellenlänge generiert.
3D-Druckverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (19) aus zumindest einer ersten Lichtquellen-Einheit (31) und einer zweiten Lichtquellen-Einheit (33) aufgebaut ist, von denen die erste Lichtquellen-Einheit (31) Licht der ersten Wellenlänge generiert und die zweite Lichtquellen-Einheit (33) Licht (L2) der zweiten Wellenlänge generiert.
3D-Druckverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Polymerkomponente bei Bestrahlung mit Licht (L2) der zweiten Wellenlänge nicht polymerisiert, und/oder dass die zweite Polymerkomponente bei Bestrahlung mit Licht (L1) der ersten Wellenlänge nicht polymerisiert.
3D-Druckverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Polymerisationsprozess eine zeitlich und/oder räumlich unterschiedliche Polymerisation der ersten Polymerkomponente und der zweiten Polymerkomponente erfolgt.
3D-Druckverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fertiggestellte 3D-Bauteil (1) eine Bauteil-Traggeometrie (3) in Grobstruktur sowie eine Bauteil-Funktionsgeometrie (5) in Feinstruktur aufweist, und dass die Bauteil-Traggeometrie (3) aus der ersten Polymerkomponente sowie unter Mitwirkung des ersten Wellenfrontmodulators gebildet ist, der eine geringe Auflösung besitzt, und/oder dass die Bauteil-Funktionsgeometrie (5) aus der zweiten Polymerkomponente sowie unter Mitwirkung des zweiten Wellenfrontmodulators gebildet ist, der eine hohe Auflösung besitzt.
3D-Druckverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einheit (11) zumindest ein Mikrolinsenarray aufweist, mittels dem das 2D-Bild (25, 27) generiert wird und in die Fokusebene (FE1, FE2) projiziert wird.
3D-Druckverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einheit (11) zumindest zwei Mikrolinsenarrays aufweist, von denen ein erstes Mikrolinsenarray ein erstes 2D-Bild (25) in eine erste Fokusebene (FE1) projiziert und ein zweites Mikrolinsenarray ein zweites 2D-Bild (27) in eine zweite Fokusebene (FE2) projiziert.
3D-Druckverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fokusebene (FE1) und die zweite Fokusebene (FE2) über unterschiedliche Fokuslängen (z₁, z₂) von der, mit dem flüssigen Photopolymer (9) in Kontakt befindlichen Grenzfläche (20) der optischen Einheit (11) beabstandet sind.
3D-Druckverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Polymerkomponente in der erste Fokusebene (FE1) polymerisiert, und/oder die zweite Polymerkomponente in der zweiten Fokusebene (FE2) polymerisiert.
3D-Druckverfahren zur Herstellung eines 3D-Bauteils (1) in einer Prozessanordnung mit einem Behälter (7), der mit flüssigem Photopolymer (9) gefüllt ist sowie einen Behälterboden mit einer optischen Einheit (11) aufweist, die für Sauerstoff undurchlässig ist, und mit einer Lichtquelle (19), mittels der Licht (L1, L2) durch die im Behälterboden befindliche optische Einheit (11) geführt wird, wobei mit Hilfe der optischen Einheit (11) eine Projektion zumindest eines zu druckenden 2D-Bildes (25, 27) in zumindest eine Fokusebene (FE1, FE2) erfolgt, die über eine Fokuslänge (z₁, z₂) von der optischen Einheit (11) beabstandet ist, wobei in der Fokusebene (FE1, FE2) die Energiedichte des Lichts (L1, L2) ausreichend groß bemessen ist, um einen Polymerisationsprozess zu starten, bei dem das flüssige Photopolymer (9) in dem, in der Fokusebene (FE1, FE2) liegenden 2D-Bild (25, 27) polymerisiert, wobei während des Polymerisationsprozesses das polymerisierte Photopolymer (9) in einer Fertigungsrichtung (F) von der Fokusebene (FE1, FE2) kontinuierlich weggezogen wird, und zwar unter Bildung des 3D-Bauteils (1), so dass flüssiges Photopolymer (9) in einen polymerisationsfreien Flüssigkeitsspalt (29) zwischen dem sich bildenden 3D-Bauteil (1) und der optischen Einheit (11) nachfließt, wobei das flüssige Photopolymer (9) aus zumindest einer ersten Polymerkomponente und einer zweiten Polymerkomponente besteht, und wobei die erste Polymerkomponente bei Bestrahlung mit Licht (L1) einer ersten Wellenlänge polymerisiert sowie die zweite Polymerkomponente bei Bestrahlung mit Licht (L2) einer zweiten Wellenlänge polymerisiert, und wobei vorgesehen ist, dass die im Behälterboden befindliche optische Einheit (11) zumindest zwei unterschiedliche diffraktive optische Elemente (DOE) aufweist, und/oder wobei vorgesehen ist, dass die im Behälterboden befindliche optische Einheit (11) zumindest zwei diffraktive optische Elemente (DOE) aufweist, und dass die Wellenfrontmodulatoren zueinander unterschiedliche Auflösungen besitzen.
Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung eines 3D-Druckverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.