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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stereolithographiesystem, das einen Behälter, der geeignet ist, eine lichtempfindliche flüssige Substanz zu enthalten, und ein Stereolithographiegerät umfasst, wobei das Stereolithographiesystem es ermöglicht, die zur Herstellung dreidimensionaler Objekte angewandten Stereolithographieverfahren zu beschleunigen und zu vereinfachen.
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Übersetzung PCT-Anmeldungdreidimensionaler Objekte eingesetzt, ausgehend von einer lichtempfindlichen flüssigen Substanz, vorzugsweise einem lichtempfindlichen Harz, das mittels eines Lichtstrahls schichtweise polymerisiert wird. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird von nun an der Einfachheit halber der Begriff „Harz“ verwendet, um ein lichtempfindliches Harz oder eine andere lichtempfindliche flüssige Substanz zu bezeichnen, die einem lichtempfindlichen Harz entspricht, das in einem Stereolithographieverfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte verwendet wird.
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Es ist auch bekannt, dass ein Stereolithographiegerät aus einem Behälter besteht, der dazu geeignet ist, das Harz zu enthalten, und eine Modellierplatte, die dem Boden des Behälters in einer im Wesentlichen parallelen Position zugewandt ist, und das zu formende dreidimensionale Objekt trägt. Die Modellierplatte ist mit einer beweglichen Einheit verbunden, die ausgebildet ist, die Platte selbst gemäß einer Bewegungsrichtung zu bewegen, die im Wesentlichen orthogonal zum Boden des Behälters verläuft. Um jeweils eine Schicht des Objekts herzustellen, wird die Oberfläche der vorhergehenden Schicht bzw. die Modellierfläche der Modellierplatte im Falle der ersten Schicht in das Harz eingetaucht, bis sie eine Position erreicht, in der ihr Abstand vom Boden des Behälters gleich der Dicke der zu erzielenden Schicht ist, so dass eine entsprechende Schicht aus flüssigem Harz definiert wird. Nacheinander wird diese Harzschicht durch Bestrahlung mittels eines Lichtstrahls, der von dem transparenten Boden des Behälters ausgeht, polymerisiert.
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Insbesondere wird nach der Stereolithographie-Methode zwischen der Polymerisation einer Schicht und der Polymerisation der nachfolgenden Schicht die Modellierplatte vom Boden wegbewegt, so dass die erstarrte Schicht aus dem flüssigen Harz herausragt und so die für die Bearbeitung der nachfolgenden Schicht erforderliche Dicke der flüssigen Harzschicht wiederhergestellt werden kann.
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Tatsächlich bleibt beim Anheben der Modellierplatte und der erstarrten Schicht eine Vertiefung im flüssigen Harz zurück, die durch den spontanen Fluss des Harzes selbst gefüllt wird.
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Dieser Nivelliervorgang stellt die Dicke der flüssigen Harzschicht wieder her, die für die Verfestigung einer neuen Schicht des Objekts nötig ist, und verhindert darüber hinaus, dass Luftblasen, die die Integrität der nachfolgenden Schicht des dreidimensionalen Objekts beeinträchtigen könnten, während des sukzessiven Absenkens der Modellierplatte in dem flüssigen Harz eingeschlossen bleiben.
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Sobald diese Vertiefung spontan ausgeglichen wurde, wird die Modellierplatte, wie bereits erläutert, wieder in das flüssige Harz eingetaucht, und eine weitere Schicht des Objekts wird verfestigt.
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Die zuvor beschriebene Methode hat den Nachteil, dass sich der gesamte Verarbeitungszyklus zur Herstellung des dreidimensionalen Objekts durch die Wartezeiten, die für die Nivellierung des flüssigen Harzes nach der Verfestigung jeder Schicht des Objekts erforderlich sind, erheblich verlängert.
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Da die Anzahl der Schichten, die ein durch Stereolithographie erhaltenes Objekt bilden, mehrere hundert betragen kann, ist es verständlich, dass die Wartezeiten eine wesentlich längere Dauer des Bearbeitungszyklus mit sich bringen.
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Es ist offensichtlich, dass die Wartezeiten proportional zur Viskosität des verwendeten Flüssigharzes sind.
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Um den zuvor erwähnten Nachteil zu überwinden, wurden Stereolithographiegeräte konstruiert, die Nivellierungsmittel, vorzugsweise einen Spatel, in Kontakt mit dem Harz aufweisen und so ausgestaltet sind, dass sie beim Anheben der Modellierplatte eingreifen, um das Harz in Richtung der Vertiefung zu treiben.
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Genauer gesagt sind die Nivellierungsmittel mit Motorisierungsmitteln verbunden, die so ausgestaltet sind, dass sie die Nivellierungsmittel in Bezug auf den Boden des Behälters so bewegen, dass sie es neu verteilen und seine obere Fläche nivellieren.
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Es ist klar, dass diese Arbeitsweise es im Vergleich zu der oben beschriebenen spontanen Umverteilung des Harzes ermöglicht, die Vertiefung schneller zu füllen. Folglich sind die für die Herstellung eines dreidimensionalen Objekts erforderlichen Gesamtbearbeitungszeiten reduziert im Vergleich zu den Zeiten, die bei der Verwendung von Stereolithographiegeräten erforderlich sind, die nicht mit den genannten Nivellierungsmitteln ausgestattet sind.
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Diese letzte im Stand der Technik bekannte Lösung beinhaltet jedoch einen komplexeren Aufbau des Stereolithographiegerätes selbst, da es notwendig ist, ein zusätzliches Element und das dazugehörige Bewegungssystem vorzusehen, die in den zuvor beschriebenen Stereolithographiegeräten nicht vorhanden sind. Darüber hinaus ist als Nachteil bekannt, dass die Nivellierungsmittel erst eingreifen, nachdem die Modellierplatte auf eine Höhe angehoben wurde, die ausreicht, um die Nivellierungsmittel selbst durch den zwischen der Platte und dem darunter liegenden Behälter definierten Raum gleiten zu lassen. Selbst wenn also die Stereolithographiegeräte, die diese Nivellierungsmittel umfassen, es ermöglichen, die Produktionszeiten der dreidimensionalen Objekte im Vergleich zu den Stereolithographiegeräten, die nicht mit diesen Nivellierungsmitteln versehen sind, zu verkürzen, hat in jedem Fall die oben beschriebene exakte Abfolge der Arbeitsgänge nachteiligerweise nicht zu vernachlässigende Verarbeitungszeiten zur Folge.
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Durch die vorliegende Erfindung sollen alle zuvor beschriebenen und mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile überwunden werden.
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Genauer gesagt ist es ein Gegenstand der Erfindung, ein Stereolithographiesystem zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, ein dreidimensionales Objekt durch die schichtweise Verfestigung eines flüssigen Harzes im Vergleich zu den im Stand der Technik bekannten Stereolithographiegeräten schneller herzustellen, obwohl es die gleiche strukturelle Komplexität aufweist wie einige Arten von Stereolithographiegeräten, die aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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Zugleich ist es ein weiterer Gegenstand der Erfindung, ein Stereolithographiegerät zur Verfügung zu stellen, das eine einfachere Struktur im Vergleich zu einigen aus dem Stand der Technik bekannten Stereolithographiegerätetypen aufweist, jedoch die gleiche Verarbeitungszeit zur Herstellung desselben dreidimensionalen Objekts benötigt.
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Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, ein Stereolithographiegerät zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, eine geringere Menge Harz zu verwenden im Vergleich zu der Menge Harz, die beim Einsatz von Stereolithographiegeräten aus dem Stand der Technik benötigt wird.
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Die oben erläuterten Gegenstände werden mit einem Stereolithographiesystem zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts in Schichten nach Anspruch 1 verwirklicht.
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Weitere detaillierte Merkmale der Erfindung sind in den zugehörigen abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Vorteilhafterweise ermöglicht es das Stereolithographie-System der Erfindung, die Rezirkulation des Harzes im Inneren des Behälters zu erreichen. Folglich ermöglicht es das erfindungsgemäße Stereolithographiegerät ebenso vorteilhafterweise, die Farbe des Harzes in schneller und progressiver Weise zu variieren, indem zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten Pigmente in verschiedenen Schattierungen oder Harze verschiedener Farben eingebracht werden, die schnell und homogen vermischt und mit dem bereits in dem Behälter vorhandenen Harz verschmolzen werden. Auf diese Weise ist es daher möglich, mit dem Stereolithographiegerät nach der Erfindung auf einfache und schnelle Weise dreidimensionale Objekte herzustellen, die verschiedenfarbige Schichten aufweisen, wobei jede Schicht eine homogene Farbe aufweist.
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Ein weiterer Vorteil des Stereolithographiesystems, das Gegenstand der Erfindung ist, besteht darin, dass es mit der Funktion der Rezirkulation des Harzes im Inneren des Behälters möglich ist, einen Reinigungsvorgang zur Reinigung des Behälters zwischen einem Stereolithographiezyklus und dem darauffolgenden durchzuführen, ohne dass das Eingreifen eines Bedieners nötig ist.
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Ein weiterer Vorteil, der durch das Stereolithographiesystem der Erfindung erzielt wird, ist das vereinfachte Einführen des Behälters in das Stereolithographiegerät.
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Die oben dargelegten Gegenstände und Vorteile werden zusammen mit anderen, die im Folgenden erläutert werden, in der Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung hervorgehoben, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen als nicht einschränkende Beispiele angeführt werden, wobei
- - 1 eine axonometrische Ansicht des Stereolithographiesystems zeigt, das Gegenstand der Erfindung ist;
- - 2 eine Seitenansicht des Stereolithographiesystems zeigt, das Gegenstand der Erfindung ist;
- - 3 eine axonometrische Ansicht des zu dem in den 1 und 2 dargestellten Stereolithographiesystem gehörenden Auffangbehälters zeigt;
- - 4 eine Draufsicht des zu dem in den 1 und 2 dargestellten Stereolithographiesystem gehörenden Auffangbehälters zeigt;
- -Fig. 5a und 5b schematisch die Stützstruktur des Stereolithographiegeräts und den Auffangbehälter zeigen, die zu dem Stereolithographiesystem der Erfindung gehören, jeweils in axonometrischer Ansicht und in Seitenansicht, in einer ersten Konfiguration, in der der Behälter nicht in das Gerät eingeführt ist;
- - 6a und 6b schematisch die Stützstruktur des Stereolithographiegeräts und den Auffangbehälter zeigen, die zu dem Stereolithographiesystem der Erfindung gehören, jeweils in axonometrischer Ansicht und in Seitenansicht in einer zweiten Einführkonfiguration, und beide in einer ersten Position in Bezug auf die entgegenwirkenden Mittel des Stützrahmens angeordnet;
- - 7a und 7b schematisch die Stützstruktur des Stereolithographiegeräts und den Auffangbehälter zeigen, die zu dem Stereolithographiesystem der Erfindung gehören, jeweils in axonometrischer Ansicht und in Seitenansicht in einer zweiten Einführkonfiguration, und beide in einer zweiten Position in Bezug auf die entgegenwirkenden Mittel des Stützrahmens angeordnet;
- - 8a und 8b schematisch, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die Stützstruktur des zu dem Stereolithographiesystem nach der Erfindung gehörenden Stereolithographiegeräts, jeweils in einer axonometrischen Ansicht und in einer Seitenansicht zeigen.
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Das Stereolithographiesystem nach der Erfindung, das in den 1 und 2, in denen es mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist, als Ganzes dargestellt ist, umfasst einen Auffangbehälter 100 und ein Stereolithographiegerät 200.
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Unter anderem ist hervorzuheben, dass die folgende Beschreibung und der mit dieser Anmeldung ersuchte Schutzumfang das Stereolithographiesystem 1 als Ganzes betreffen, das, wie zuvor beschrieben, einen Auffangbehälter 100 und ein Stereolithographiegerät 200 umfasst.
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Es kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass der Anmelder den Schutz sowohl nur für den Behälter 100 als auch nur für das Stereolithographiegerät 200 beansprucht, wie im Folgenden beschrieben, ohne dass die beiden notwendigerweise miteinander in Verbindung gebracht werden müssen. Tatsächlich ermöglichen der Behälter 100 und das Stereolithographiegerät 200 einzeln die Erzielung einiger technischer Vorteile, die im Folgenden beschrieben werden.
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Unter erneutem Hinweis auf die Beschreibung der Merkmale des erfindungsgemäßen Stereolithographiesystems 1, das speziell den Behälter 100 betrifft, ist dieser eindeutig so ausgestaltet, dass er eine lichtempfindliche flüssige Substanz enthält, insbesondere ein Harz, und mit einem, vorzugsweise durchsichtigen, Boden 101 versehen ist, der von Seitenwänden 102 begrenzt wird. Es ist offensichtlich, dass der transparente Boden notwendig ist, wenn der Behälter 100 mit einem Stereolithographiegerät verbunden ist, wie z.B. dem Stereolithographiegerät 200, bei der die Strahlungsemissionsquelle, die in den Figuren nicht dargestellt ist, unter dem Behälter 100 selbst angeordnet ist.
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Was das Stereolithographiegerät 200 anbelangt, das zu dem Stereolithographiesystem 1 nach der Erfindung gehört, so ist dieses, wie in den 1 und 2 dargestellt, mit einem Stützrahmen 201 versehen, der geeignet ist, auf einer Auflageebene π aufzuliegen, die gewöhnlich horizontal ist, wie z.B. die obere Fläche eines Werkstatttisches.
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Das Stereolithographiegerät 200 umfasst des Weiteren eine Stützstruktur 202, die mit dem Stützrahmen 201 in Wirkverbindung steht und ein Gehäuse 203 definiert, das so ausgestaltet ist, dass es den Behälter 100 in einer reversiblen Weise aufnimmt.
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Genauer gesagt, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird, ermöglicht es die Stützstruktur 202 dem Bediener, den Behälter 100 auf vereinfachte Weise in das Gehäuse 203 einzusetzen bzw. ihn aus diesem herauszunehmen.
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Das Stereolithographiegerät 200 umfasst auch eine Modellierplatte 204, die dem Boden 101 in einer im Wesentlichen parallelen Position zugewandt ist, wenn der Behälter 100 in das Gehäuse 203 eingeführt wird. Wie in Kürze klar werden wird, muss diese Bedingung so verstanden werden, dass auch für eine einzelne Position gilt, die der Behälter 100 in Bezug auf das Stereolithographiegerät 200 annehmen kann.
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Darüber hinaus weist das Stereolithographiegerät 200 eine Bewegungseinheit 205 auf, die mit dem Stützrahmen 201 gekoppelt und so ausgestaltet ist, dass sie die Modellierplatte 204 über dem Behälter 100 gemäß einer Bewegungsrichtung Z bewegt, die im Wesentlichen senkrecht zu dem Boden 101 ist, wenn der Behälter 100 selbst in das Gehäuse 203 eingeführt wird, und zwar zumindest in der einzelnen Position. Darüber hinaus umfasst das Stereolithographiegerät 200 die in den Figuren nicht dargestellte Strahlungsemissionsquelle, die unter der Stützstruktur 202 und somit unter dem in das Gehäuse 203 eingeführten Behälter 100 angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß weist das Stereolithographiesystem 1 eine Reihe weiterer Merkmale auf, die im Folgenden beschrieben werden.
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Was den Behälter 100 anbelangt, so umfasst er, wie in den 3 und 4 dargestellt, eine Leitung 103 aus verformbarem Material, die eine erste Mündung 103a und eine zweite Mündung 103b jeweils in fluiddynamischer Verbindung mit einem ersten Ende 100a und mit einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende 100b des Behälters 100 aufweist. Vorzugsweise ist die Leitung 103 in einem verformbaren Material aus einem elastomeren Material hergestellt.
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Die Leitung 103 definiert vorteilhafterweise einen Zirkulationskreislauf für das in dem Behälter 100 vorhandene Harz. Vorzugsweise wird die Leitung 103 in ein im Behälter 100 definiertes Gehäuse eingesetzt. Es kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass die Leitung 103 vollständig außerhalb der Seitenwände 102 des Behälters 100 verläuft. In beiden Fällen muss jedoch in der Leitung 103 zumindest ein Abschnitt 103c vorhanden sein, der von der Außenseite des Behälters 100 erreichbar ist und gleichzeitig gegen eine entgegenwirkende Wand 104, die an dem Behälter 100 identifiziert werden kann, wie in 3 zu sehen ist, angeordnet ist.
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Was wiederum die zu dem Stereolithographiegerät 200 gehörende Stützstruktur 202 betrifft, so ist diese so ausgestaltet, dass sie in Bezug auf den Stützrahmen 201 zumindest eine erste Position einnehmen kann, die in den 6a und 6b dargestellt und hier im Folgenden auch als Einführposition definiert ist und die dazu gedacht ist, ein vereinfachtes Einführen des Behälters 100 in das Gehäuse 203 zu ermöglichen, und zumindest eine zweite Position, die in den 7a und 7b dargestellt und hier im Folgenden auch als Betriebsposition definiert ist, in der der Behälter 100 in Bezug auf die Auflageebene π geneigt ist.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Strahlungsemissionsquelle und die Bewegungseinheit 205 fest mit der Stützstruktur 202 verbunden. Daher sind auch die Strahlungsemissionsquelle und die Bewegungseinheit 205 so ausgestaltet, dass sie zusammen mit der Stützstruktur 202 diese beiden Positionen einnehmen können.
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In diesem Zusammenhang ist die Bewegungseinheit 205 so ausgestaltet, dass sie die Modellierplatte 204 in der Richtung Z senkrecht zu dem Boden 101 des Behälters 100 verschiebt, wenn dieser für beide Positionen in das Gehäuse 203 eingeführt wird.
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Gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass die Strahlungsemissionsquelle und die Bewegungseinheit 205 nicht fest mit der Stützstruktur 202 verbunden sind und jeweils so ausgestaltet sind, dass sie die Lichtstrahlung in Richtung des Bodens 101 des Behälters 100 emittieren und die Modellierplatte 204 nur dann in der Richtung Z senkrecht zu dem Boden 101 verschieben, wenn sich die Stützstruktur 202 selbst in der zweiten Betriebsposition befindet.
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Darüber hinaus umfasst das Stereolithographiegerät 200 erfindungsgemäß auch entgegenwirkende Mittel 206, die so ausgestaltet sind, dass sie sich um ihre Drehachse Y1 drehen und mit dem Stützrahmen 201 verbunden sind, so dass sie beim Einführen des Behälters 100 in das Gehäuse 203 auf Höhe der ersten Position aus dem Abschnitt 103c der Leitung 103 freigegeben werden, wie in den 6a und 6b dargestellt, und dass sie im Gegensatz dazu in der zweiten Position in Kontakt mit dem Abschnitt 103c auf der gegenüberliegenden Seite der entgegenwirkenden Wand 104 sind, wie in den 7a und 7b dargestellt.
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Mit anderen Worten ermöglichen vorteilhafterweise in der zweiten Position die Verbindung zwischen dem Abschnitt 103c und den entgegenwirkenden Mitteln 206 und die sukzessive Drehung der letzteren um die Drehachse Y1, dass ein peristaltisches System für die Rezirkulation des Harzes im Inneren des Behälters 100 definiert wird. Noch genauer gesagt ermöglicht es die Drehung der entgegenwirkenden Mittel 206 in Kontakt mit dem Abschnitt 103c, den Abschnitt 103c durch Zusammenwirken mit der entgegenwirkenden Wand 104 für einen vorgegebenen Winkelabstand β zu verengen und somit das Prinzip der Peristaltik auf die Leitung103 anzuwenden.
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An dieser Stelle, bevor mit der Beschreibung der Merkmale des Stereolithographiesystems 1 der Erfindung entsprechend der bevorzugten Ausführungsform fortgefahren wird, ist es angebracht, die technischen Vorteile hervorzuheben, die sich aus der Kombination der drei soeben vorgestellten Merkmale des Stereolithographiesystems 1 der Erfindung ergeben.
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Zunächst einmal ermöglicht es die geneigte Konfiguration des Bodens 101 des Behälters 100 in Bezug auf die Auflageebene π in der zweiten Betriebsposition, die offensichtlich die Position ist, in der das dreidimensionale Objekt tatsächlich gedruckt wird, die Schwerkraft für das Fließen des Harzes auszunutzen, das auf der Höhe des ersten Endes 101a des Behälters 100 eingebracht wird, welches in einer höheren Position angeordnet ist als das zweite Ende 101b.
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Vorteilhafterweise ermöglicht es die von der Erfindung vorgeschlagene Lösung daher, die Vertiefung, die durch das Anheben der Modellierplatte 204 nach Fertigstellung einer Schicht, wie oben beschrieben, entsteht, schnell zu füllen, auch wenn das Stereolithographiegerät 200 nicht mit den Nivellierungsmitteln ausgestattet ist. Andererseits ist die Zeit, die für das Fließen des Harzes aufgrund der Schwerkraft erforderlich ist, vergleichbar, wenn nicht sogar kürzer als die Zeit, die für den durch die Nivellierungsmittel ausgeführten Nivellierungsvorgang erforderlich ist.
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In diesem Hinsicht neigt in der Tat in dem Moment, in dem sich die Modellierplatte 204 in einer abgesenkten Position befindet und während der Herstellung einer Schicht des dreidimensionalen Objekts in das Harz eingetaucht wird, das Harz auf Höhe des ersten Endes 101a des Behälters 100 dazu, sich aufgrund der Schwerkraft nach unten zu bewegen und mit der Oberkante der Modellierplatte 204 in Kontakt zu kommen und sich dort zu sammeln. Diese Situation bleibt stabil, solange die Modellierplatte 204 während der Erzeugung einer bestimmten Schicht des Objekts abgesenkt bleibt. Nach dem Anheben der Modellierplatte 204, nach der Erzeugung dieser Schicht und folglich nach der Erzeugung dieser Vertiefung, kann vorteilhafterweise das Harz, das sich auf Höhe der Oberkante der Modellierplatte 204 angesammelt hat, aufgrund der Schwerkraft sofort nach unten fließen und so die zuvor entstandene Vertiefung schnell ausfüllen.
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Darüber hinaus ermöglicht es die Tatsache, dass ein peristaltisches System auf der Ebene der zweiten Betriebsposition definiert ist, wie bereits erwähnt, das Harz während des Druckvorgangs im Inneren des Behälters 100 zu rezirkulieren, so dass es möglich ist, dass während des gesamten Stereolithographieprozesses auf dem Boden 101 des Behälters 100 eine Menge an Harz verteilt ist, die ausreicht, um die einzelnen Schichten zu erzeugen, aus denen das herzustellende dreidimensionale Objekt besteht.
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Außerdem ermöglicht das Vorhandensein dieses peristaltischen Systems, das Harz im Inneren des Behälters 100 selbst ständig gemischt und somit homogen zu halten.
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Schließlich ermöglicht es, in ebenso vorteilhafter Weise, das Vorhandensein der beiden Positionen - der ersten Einführposition, in der sich die Stützstruktur 202 und das zugeordnete Gehäuse 203 im Wesentlichen in horizontaler Lage befinden und von den entgegenwirkenden Mitteln 206 gelöst sind, und der zweiten Betriebsposition, in der stattdessen die gleiche Stützstruktur 202 und somit der Behälter 100 in einer in Bezug auf die Auflageebene π geneigten Position angeordnet sind und in der darüber hinaus der Abschnitt 103c der Leitung 103 auf die entgegenwirkenden Mittel 206 beschränkt ist - einerseits, dass die zuvor dargestellten Vorteile während des Verarbeitungszyklus erreicht werden und andererseits, dass dem Bediener das Einführen des Behälters 100 in das Gehäuse 203 in der ersten Position erleichtert wird.
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Tatsächlich ist, wie in den 5a und 5b dargestellt, das Gehäuse 203 in der ersten Einführstellung in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung zugänglich, wodurch der Zugang zu dem Behälter 100 bequemer ist als in der zweiten Betriebsposition.
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Betrachtet man nun eine bevorzugte, aber nicht einschränkende Ausführungsform des Stereolithographiesystems 1 nach der Erfindung, ist zunächst in dieser Ausführungsform der Neigungswinkel der Stützstruktur 202 und somit des Behälters 100 in Bezug auf die Auflageebene π in der zweiten Betriebsposition als größer oder gleich 20°, vorzugsweise 35°, definiert.
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Was den Behälter 100 anbelangt, so ist, wie in der Detailansicht von 5b zu sehen, in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Abschnitt 103c der Leitung 103 entlang einer Bahn a1 in Form eines Bogens eines Kreises Crf1 definiert. Genauer gesagt ist die bogenförmige Bahn a1 des Abschnitts 103c so definiert, dass beim Einführen des Behälters 100 in das Gehäuse 203 und in beiden Positionen sein konkaver Teil den entgegenwirkenden Mitteln 206 zugewandt ist, wie sowohl in 6b als auch in 7b dargestellt.
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Was die entgegenwirkenden Mittel 206 betrifft, so umfassen sie in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, einen Rotor 207, der mit einem Hauptkörper 207a versehen ist, in dessen Mittelpunkt die Drehachse Y1 definiert ist und dessen Umfang mit zumindest einem Gegenelement 207b gekoppelt ist, das mit dem Abschnitt 103c auf der gegenüberliegenden Seite der entgegenwirkenden Wand 104 in Kontakt gebracht werden kann, wenn der Behälter 100 in das Gehäuse 203 eingeführt wird und sich auf der Höhe der zweiten Betriebsposition befindet. Dadurch wird es dem Gegenelement 207b ermöglicht, durch Zusammenwirken mit der entgegenwirkenden Wand 104 den Abschnitt 103c über einen bestimmten Winkelabstand β während der Drehung des Rotors 207 zu verengen.
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Genauer gesagt verläuft bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wenn die Stützstruktur 202 und damit der Behälters 100 sich in der zweiten Betriebsposition befinden, die Drehachse Y1 des Rotors 207 im Wesentlichen durch den Mittelpunkt des Kreises Crf1, wie in der Detailansicht von 7b dargestellt.
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Damit die Position des Behälters 100 geändert werden kann, wobei er von der ersten Einführposition in die zweite Betriebsposition übergeht und umgekehrt, steht bei dem Stereolithographiegerät 200 je nach bevorzugter Ausführungsform die Stützstruktur 202 in Wirkverbindung mit dem Stützrahmen 201 durch Neigungsmittel 208, die vorzugsweise durch ein mit einem Aktuator verbundenes Scharniersystem gebildet sind, wodurch eine im Wesentlichen zu der Auflageebene π parallele Drehachse Y2 definiert wird.
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Wiederum sind vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, die Drehachse Y2 der Neigungsmittel 208 und die Drehachse Y1 der entgegenwirkenden Mittel 206 so definiert, dass sie im Wesentlichen parallel zueinander und zu der Auflageebene π sind, wie in den 1 und 2 dargestellt.
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Darüber hinaus sind, wie in den 6b und 7b zu sehen ist, nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Stützstruktur 202 und die entgegenwirkenden Mittel 206 mit dem Stützrahmen 201 so verbunden, dass beim Einführen des Behälters 100 in das Gehäuse 203 der Abschnitt 103c der Leitung 103 und die Drehachse Y1 der gegenwirkenden Mittel 206 im Wesentlichen auf demselben Kreis Crf2 liegen, dessen Mittelpunkt C2 einer der Punkte der Rotationsachse Y2 der Neigungsmittel 208 ist. Dies erlaubt es vorteilhafterweise den entgegenwirkenden Mitteln 206, den Abschnitt 103a zu erreichen und mit ihm in Kontakt zu kommen, wenn die Stützstruktur 202 und damit der Behälter 100 von der ersten Position in die zweite Position bewegt werden.
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Wie zuvor erläutert, sind nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Strahlungsemissionsquelle und die Bewegungseinheit 205 fest mit der Stützstruktur 202 verbunden. Daher sind auch die Strahlungsemissionsquelle und die Bewegungseinheit 205 so ausgestaltet, dass sie durch die Neigungsmittel 208 die beiden Positionen zusammen mit der Stützstruktur 202 einnehmen können.
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Was im Besonderen die Stützstruktur 202 betrifft, so umfasst diese entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie in den 8a und 8b dargestellt, eine kastenförmigen Struktur 209, in der das Gehäuse 203 definiert ist. Dieses Gehäuse 203 wird insbesondere durch ein Oberteil 210, das zumindest teilweise offen ist, damit die Modellierplatte 204 von oben in das Innere des Behälters 100 gelangen kann, durch zumindest zwei Seitenwände 211, die von der Unterseite des Oberteils 210 vorstehen, und durch einen Boden 212 definiert. Noch genauer gesagt, gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht der Boden 212 mit den Seitenwänden 211 in Wirkverbindung, und zwar auf solche Weise, dass ersterer sich in Bezug auf die Seitenwände 211 gemäß einer Translationsrichtung X, die im Wesentlichen orthogonal zu dem Oberteil 210 ist, verschieben kann. Mit anderen Worten kann der Boden 212, wenn er einer äußeren Kraft ausgesetzt ist, wie nachstehend erläutert werden wird, entlang der Translationsrichtung X in Bezug auf das Oberteil 210 bewegt werden.
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Darüber hinaus umfasst bei dem Stereolithographiegerät 200, das Gegenstand der Erfindung ist, die kastenförmige Struktur 209 zumindest eine Öffnung 213, die so gestaltet ist, dass der Behälter 100 in das Gehäuse 203 eingeführt werden kann, zumindest in dieser ersten Einführposition. Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, ist die Öffnung 213 auf der Höhe der Seite 209a der kastenförmigen Struktur 209 gegenüber der Seite 209b, der die Neigungsmittel 208 zugeordnet sind, in einer solchen Weise eingebracht, dass der Behälter 100 von der Vorderseite des Stereolithographiegeräts 200 in das Gehäuse 203 eingeführt werden kann.
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In Kombination mit der Konfiguration der kastenförmigen Struktur 209 verfügt das Stereolithographiegerät 200, das Gegenstand der Erfindung ist, auch über eine Schubeinheit 214, die an dem Stützrahmen 201 unter der kastenförmigen Struktur 209 befestigt ist.
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Insbesondere ist, wie in den 7a und 7b dargestellt, die Schubeinheit 214 so ausgestaltet, dass sie der Unterseite des Bodens 212 entgegenwirkt und somit die Verschiebung des letzteren während der Bewegung der kastenförmigen Struktur 209 von der ersten Einführposition in die zweite Betriebsposition begrenzt. Dadurch wird somit eine relative Annäherungsbewegung zwischen dem Boden 212 und dem Oberteil 210 bestimmt, die wiederum den Behälter 100, der im Inneren des Gehäuses 203 angeordnet ist, zwischen dem Boden 212 und dem Oberteil 210 verriegelt.
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Mit anderen Worten ermöglicht es die letztgenannte Kombination von Merkmalen, ein Klemmsystem zu definieren, das geeignet ist, den Behälter 100 in einer genau definierten und unveränderlichen Position in Bezug auf die darunterliegende Strahlungsquelle und die darüberliegende Modellierplatte 204 zu halten, wenn der Behälter 100 in der zweiten Betriebsposition angeordnet ist.
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Vom Gesichtspunkt des Betriebs her wird deshalb im Stereolithographiesystem 1 die Stützstruktur 202 in die erste Einführposition gebracht, so dass ein Bediener den Behälter 100 auf vereinfachte Weise in das Gehäuse 203 einführen kann, wie in den 5a und 5b dargestellt.
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Nach dem Einführen des Behälters 100, wie in den 6a und 6b dargestellt, beinhaltet das Stereolithographiesystem 1 den Vorgang des Verschiebens der Stützstruktur 202 von der ersten Position in die zweite Betriebsposition in einer solchen Weise, dass der Behälter 100 in einer Position angeordnet wird, die für die Durchführung des eigentlichen Stereolithographieverfahrens geeignet ist, wie in den 7a und 7b dargestellt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform umfasst dieser Vorgang auch die Verschiebung der Strahlungsemissionsquelle und der Bewegungseinheit 205.
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Beim Bewegen der Stützstruktur 202 und damit des Behälters 100 von der ersten in die zweite Position nach der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kommt die Schubeinheit 214 mit dem Boden 212 der Stützstruktur 202 in Kontakt und wirkt deren Vorwärtsbewegung entgegen, wodurch der Behälter 100 zwischen dem Boden 212 und dem Oberteil 210 verriegelt wird.
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Sobald diese stabile Position des Behälters 100 erreicht ist, kann das Stereolithographiesystem 1 nach der Erfindung aktiviert werden, um das eigentliche Stereolithographieverfahren der bekannten Art durchzuführen.
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Demnach erreicht also das Stereolithographiesystem, das Gegenstand der Erfindung ist, alle gesetzten Ziele.
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Insbesondere wird durch die Erfindung das Ziel erreicht, dass ein Stereolithographiesystem zur Verfügung gestellt wird, das es ermöglicht, ein dreidimensionales Objekt durch die schichtweise Verfestigung eines flüssigen Harzes schneller herzustellen als die aus dem Stand der Technik bekannten Stereolithographiegeräte, obwohl es die gleiche strukturelle Komplexität wie einige Typen von Stereolithographiegeräten des bekannten Stands der Technik aufweist.
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Zugleich wird mit der Erfindung auch das Ziel erreicht, dass ein Stereolithographiegerät zur Verfügung gestellt wird, das einen einfacheren Aufbau hat als einige Typen von Stereolithographiegeräten, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, obwohl sie die gleichen Verarbeitungszeiten für die Herstellung desselben dreidimensionalen Objekts benötigen.
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Mit der Erfindung wird das weitere Ziel erreicht, ein Stereolithographiegerät zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, eine geringere Menge Harz einzusetzen, als bei der Verwendung von Stereolithographiegeräten der bekannten Art erforderlich ist.
