DE4308189C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung sind aus der EP-A-0 171 069 bekannt. Hierbei wird der Träger in ein Bad aus flüssigem, polymerisierbarem Kunststoff abge­ senkt, bis sich eine Schicht des flüssigen Kunststoffs mit einer definierten Schichtdicke auf dem Träger gebildet hat. Diese Schicht wird danach durch Bestrahlen mit einem Laser entsprechend der Form des Objekts verfestigt.

Aufgrund der Zähigkeit des flüssigen Kunststoffmaterials kann die Einstellung einer gleichmäßigen Schichtdicke, die für eine genaue Herstellung unerläßlich ist, eine erhebliche Zeit in Anspruch nehmen; darüber hinaus wird insbesondere bei ge­ ringen Schichtdicken an der Stelle, an der die vorhergehende Schicht verfestigt wurde, die Einstellung der Schichtdicke der nachfolgenden Flüssigkeit gestört; als Folge davon wird der Herstellungsvorgang stark verlangsamt, bzw. eine gerin­ gere Genauigkeit bei der Herstellung erreicht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Herstellungsgeschwindigkeit bzw. -genauigkeit bei einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das im An­ spruch 1 gekennzeichnete Verfahren bzw. durch die im Anspruch 5, gekennzeichnete Vorrichtung.

Weiterbildungen der Erfindung sind in der Unteransprüchen ge­ kennzeichnet.

Die Erfindung wird im weiteren anhand eines Ausführungsbei­ spiels im Zusammenhang mit den Figuren beschrieben. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrich­ tung; und

Fig. 2 einen Schnitt durch die Ausführungsform nach Fig. 1 entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform weist einen Hohlzylinder 1 auf, dessen Mantelfläche 2 als Träger für das zu bildende Objekt dient. Die Mantel­ fläche 2 ist an ihren Stirnseiten von jeweils einer radial nach innen ragenden Stirnplatte 3, 4 begrenzt, so daß sich ein von der Innenseite der Mantelfläche 2 und den Innenseiten der Stirnplatten 3, 4 begrenzter Ringraum ergibt, in dem in der weiter unten beschriebenen Weise das Objekt gebildet wird. Der Hohlzylinder 1 ist um eine im wesentlichen horizontal an­ geordnete Achse 5 drehbar gelagert und mit einem Antrieb 6 zur Drehung um die Achse 5 verbunden.

Die eine Stirnplatte 3 ist als Ringplatte mit einer mittigen Ausnehmung 7 ausgebildet, so daß der Innenraum 8 des Hohlzylinders 1 durch diese Ausnehmung zugänglich ist. In diesem Innenraum sind beispielsweise als Flüssigkeitsspender ausgebildete Vorrichtung 9 zum Aufbringen von verfestigbarem Material, eine Bestrahlungsvorrichtung 10 und eine Niveaumeßeinheit 11 in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Achse 5 derart angeordnet, daß sie jeweils für sich oder ge­ meinsam in einer X-Richtung parallel zur Achse 5 und in der gemeinsamen Ebene in einer Z-Richtung senkrecht zur Achse 5 und in Radialrichtung des Hohlzylinders 1 relativ zu diesem bewegbar sind, aber nicht mitgedreht werden. Die Bestrah­ lungsvorrichtung 10 ist über ein Lichtleiterkabel 13 und einen Modulator 14 mit einer Strahlungsquelle 15, beispiels­ weise einem Laser, verbunden und derart ausgebildet, daß sie über den Modulator 14 gesteuert einen gerichteten Lichtstrahl 16 im wesentlichen senkrecht auf die Innenseite der Mantel­ fläche 2 abgibt. Die Steuerung des Modulators 14 erfolgt von einer Steuereinheit 17, die auch einen Antrieb 18 zur Positionierung der Elemente 9, 10 und 11 in X- und Z-Richtung steuert.

Unterhalb der Hohlzylinders 1 ist ferner an der Mantelfläche 2 oder einer der Stirnflächen 3, 4 eine Ablaßvorrichtung 19 zur Aufnahme von überschüssigem Material angeordnet.

Im Betrieb wird zunächst der Hohlzylinder in Drehung versetzt und mittels der Aufbringvorrichtung 9 eine für die vorgese­ hene Schichtdicke der ersten Schicht 20 angemessene Menge ei­ nes flüssigen, durch Einwirkung von Strahlung verfestigbaren Materials auf die Innenseite der Mantelfläche 2 zwischen die Stirnplatten 3, 4 aufgebracht. Die Rotationsgeschwindigkeit des Hohlzylinders wird derart eingestellt, daß die auftreten­ den Zentrifugalkräfte jeweils abhängig von der Viskosität des Materials eine gleichmäßige Verteilung des Materials in X-Richtung und in Umfangsrichtung bewirken; diese Gleichmä­ ßigkeit wird von der Niveaumeßeinheit 11 durch Abtasten der inneren Oberfläche der Schicht 20 während der Rotation durch Verfahren in X-Richtung gemessen. Wenn die Unterschiede in der Dicke der Schicht 20 innerhalb eines vorgegebenen Tole­ ranzbereichs liegen, wird die Verfestigung der ersten Schicht 20 freigegeben.

Diese Verfestigung erfolgt dadurch, daß die Bestrahlungsvor­ richtung 10 an eine erste X-Position verschoben wird und dort bei einer Umdrehung des Hohlzylinders 1 durch Bestrahlung der Schicht 20 an dem Objekt entsprechenden Stellen die Schicht 20 entlang einer Linie in der Ebene 12 verfestigt, danach um einen Schritt, der im wesentlichen der Breite der verfestigten Linie entspricht, in X-Richtung verschoben wird und eine Bestrahlung entlang der nächsten Linie durchführt usw., bis die Schicht 20 in der in Fig. 2 schraffiert ange­ deuteten Weise an allen erforderlichen Stellen verfestigt ist.

Danach wird die Verfestigung der nächsten Schichten 21 . . . 26 in analoger Weise durch Aufbringen einer abgemessenen Flüs­ sigkeitsmenge, Abtasten der flüssigen Oberfläche und Verfestigen durchgeführt, wobei die Elemente 9, 10 und 11 je­ weils um eine Schichtdicke in Z-Richtung verschoben werden und dadurch der Abstand von der flüssigen Innenoberfläche der Schichten konstant gehalten wird. Der Aufbau des Objekts 27 erfolgt also Schicht um Schicht von außen nach innen.

Nach Fertigstellen aller Schichten wird das restliche flüs­ sige Material aus dem Hohlzylinder, gegebenenfalls unter "Trockenschleudern" des Objekts 27, in die Ablaßvorrichtung 19 abgelassen, der Hohlzylinder 1 zum Stillstand gebracht und das fertiggestellte Objekt 27 aus dem Hohlzylinder 1 heraus­ genommen. Anschließend kann der Zylinder 1 durch Einbringen von Reinigungsmittel gereinigt und das Objekt 27 durch Wa­ schen von restlichem flüssigem Material befreit werden.

Die Verschiebung der Bauteile 9, 10 und 11 kann gemeinsam oder einzeln gesteuert erfolgen. Eine besonders einfach Ausführung ergibt sich aber, wenn diese Bauteile auf einem gemeinsamen Schlitten montiert sind, der von der Steuereinheit 17 in X- und Z-Richtung verschiebbar und positionierbar ist.

Anstelle von flüssigem Material ist auch die Verwendung von pulverförmigem Material möglich, das unter Einwirkung des Lichtstrahls 16 gesintert wird. Das Aufbringen des Pulvers erfolgt vorzugsweise durch Aufblasen von Pulverstaub, der durch die Zentrifugalkräfte bei der Rotation des Zylinders 1 nicht nur gleichmäßig verteilt, sondern auch verdichtet wird. Zusätzlich zu den Bauteilen 9, 10, 11 ist dann im Innenraum 8 ein Erhitzer zum Vorwärmen des Materials vorgesehen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen eines Objekts durch aufeinan­ derfolgendes Verfestigen von einzelner Schichten, bei dem ein mittels elektromagnetischer Strahlung verfestigbares Material auf einen Träger oder eine be­ reits verfestigte Schicht mit einer definierten Schicht­ dicke aufgetragen wird und danach an den dem Objekt entsprechenden Stellen durch Einwirkung einer elektromagnetischen Strahlung verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke durch Ver­ teilen des Materials unter Einwirkung von Zentrifugal­ kräften eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der definierten Schichtdicke entsprechende Menge des Materials aufgetra­ gen wird und durch Rotation des Trägers gleichmäßig ver­ teilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke bzw. die Gleich­ mäßigkeit der Schicht gemessen wird und die Verfestigung erst durchgeführt wird, wenn die Dicke bzw. die Gleich­ mäßigkeit innerhalb eines Toleranzbereichs liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger ein Hohlzylinder verwendet wird, der um seine Achse in Rotation versetzt wird, und daß das Material auf die zylindrische Innen­ fläche des Hohlzylinders aufgebracht wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, mit einem Träger (2) zur Aufnahme des Objekts, einer Vorrichtung (9) zum Aufbringen von durch Einwir­ kung elektromagnetischer Strahlung verfestigbarem Material auf den Träger (2) und einer Bestrahlungsvor­ richtung (10) zum Verfestigen des Materials, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) drehbar gela­ gert ist und daß eine Vorrichtung (5, 6) zum Rotieren des Trägers vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) derart ausge­ bildet und gelagert ist, daß die bei der Rotation auf­ tretenden Zentrifugalkräfte im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Trägers wirken.

7.Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger als Mantelfläche (1) eines um seine Achse (5) drehbaren Hohlzylinders (1) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (9) zum Auf­ bringen des Materials im Innenraum (8) des Hohlzylinders (1) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum (8) des Hohlzylinders (1) eine Niveaumeßvorrichtung (11) zum Ab­ tasten der Oberfläche der Schicht (20 . . . 26) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruchs 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (9) zum Auf­ bringen des Materials bzw. die Niveaumeßvorrichtung (11) und die Bestrahlungsvorrichtung (10) in Achsrichtung und vorzugsweise auch in Radialrichtung des Hohlzylinders (1) verschiebbar ausgebildet sind.