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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung
eines dreidimensionalen laminierten Gegenstandes entsprechend dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Ein dreidimensional laminierter Gegenstand, wie
z.B. ein Modell oder ein Kern, der durch solch eine Vorrichtung
hergestellt wird, ist für
den Präzisionsguss
eines gewünschten Schmuckstücks nützlich.
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EP 0 597 114 A1 ,
auf dem der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert, zeigt eine lichthärtende Gussvorrichtung
und ein lichthärtendes
Gussverfahren. Es wird ein Abstand zwischen der unteren Oberfläche eines
Recoaters, der sich auf einer ausgehärteten Schicht bewegt, und
der oberen Oberfläche
der ausgehärteten
Schicht gebildet. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, dann wird eine nicht
ausgehärtete Flüssigkeit
aufgrund der Kraft der unteren Oberfläche des Recoaters die nicht
ausgehärtete
Flüssigkeit
anzuziehen als auch aufgrund der Natur der nicht ausgehärteten Flüssigkeit
in den Abstand einzudringen, gegeben. Wenn Ausnehmungen in der unteren
Oberfläche
des Recoaters vorhanden sind, dann wird die Flüssigkeit, die auf der Oberfläche absorbiert
wird, auch auf die nicht ausgehärtete
Schicht gegeben.
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US-A-5,238,614
bezieht sich auf einen Herstellungsprozess eines dreidimensionalen
Gegenstands aus einem lichthärtenden
flüssigen
Harz durch Bestrahlung einer Oberfläche des flüssigen Harzes mit Licht, um
sukzessive Querschnittschichten aus gehärtetem Harz herzustellen, die
einander überlagert
sind. Der Prozess benutzt ein Gefäß, das ein Volumen des flüssigen Harzes
enthält,
und eine Plattform, welche die Schichten trägt, und umfasst die Schritte
des a) Herstellens der Schicht des flüssigen Harzes auf einer Überlagerungsoberfläche der Plattform
oder vorher gehärteten
Schicht außerhalb des
flüssigen
Harzes in dem Gefäß; b) Eintauchen der
resultierenden Schicht in das flüssige
Harz in dem Gefäß, um eine
obere Oberfläche
der Schicht ungefähr
in der Höhe
eines Flüssigkeitsstandes
des Gefäßes zu platzieren,
dabei wird der Rand der Schicht durch das flüssige Harz in dem Gefäß umgeben;
c) es einem Teil des flüssigen
Harzes, das die Schicht umgibt, ermöglicht wird in Richtung des
Randes der Schicht zu fließen,
so dass die Schicht eine kontinuierliche obere Gussoberfläche über im wesentlichen
der gesamten Überlagerungsoberfläche hat;
und d) das Licht auf die Schicht strahlt, um es in der gehärteten Querschnittsschicht
zu härten.
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EP 0 492 953 A1 zeigt
ein Stereolithographieverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen
Gegenstands, das die Schritte des musterweisen Härtens von aufeinander folgenden
Schichten eines Bades nach einer Formel eines härtbaren flüssigen Harzes bis die Artikel
vollständig
aufgebaut sind, das Entfernen der Artikel aus dem flüssigen Harzbad
und dann das Nachhärten
der Artikel umfasst, worin das flüssige Harz eine "Thiol/Nene"-Rezeptur ist.
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EP 0 450 762 A1 zeigt
eine für
Festkörper bildgebende
Vorrichtung und ein Verfahren, das ein integrales dreidimensionales
Objekt aus einer Vielzahl von Querschnittsabschnitten des Objekts
durch wahlweises Aussetzen von sukzessiven Schichten einer flüssigen,
durch Belichtung herstellbaren Zusammensetzung mittels aktinischer
Bestrahlung herstellt. Die Vorrichtung enthält einen Behälter zur
Aufbewahrung der Mischung, um eine freie Oberfläche zu präsentieren, und eine bewegliche
Plattform, die in dem Behälter
unter der freien Oberfläche
angeordnet ist. Ein Teil der Mischung wird über die freie Oberfläche transferiert,
indem ein Spender auf vorgegebene Positionen, die von der Plattform
entfernt sind, abgesenkt und angehoben wird. Ein Abstreifmesser berührt die
Mischung, die über
die freie Oberfläche transferiert
wird, und bewegt sich dann über
die Plattform, um eine im wesentlichen gleichmäßige Schicht der Mischung zu
bilden.
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US-A-5,534,104
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen
Objektes durch sukzessive Erstarrung von überlagerten Schichten des Objekts,
wobei eine Beschädigung des
Objekts, die durch eine Schrumpfung während der Erstarrung verursacht
wird, reduziert werden soll. Zu diesem Zweck werden zuerst alle
jeweiligen Teilbereiche einer Schicht ausgehärtet und gleichzeitig mit darunter
liegenden Teilbereichen der früher
erstarrten Schicht verbunden, um Multischichtenzellen herzustellen
und danach werden benachbarte Teilbereiche derselben Schicht miteinander
verbunden, indem nahe beieinander liegende sich verbindende Bereiche
erstarren. Die Zwischenbereiche zwischen den einzelnen Teilbereichen
werden durch Nachhärten
ausgehärtet.
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US-A-5,258,146
bezieht sich auf eine Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung
einer Schicht oder Material über
einer Oberfläche
eines früher
hergestellten Querschnitts eines dreidimensionalen Objekts unter
Vorwegnahme der Herstellung eines nächsten Querschnitts des Objekts
außerhalb
der Schicht. Ein Volumen des Materials, das wenigstens ein überschüssiges Material
enthält,
wird über
der Oberfläche
platziert und das überschüssige Material wird
abgestrichen, indem das überschüssige Material in
dem vorher bestimmten Pfad eines Streichelementes platziert wird,
wobei sich der Pfad im wesentlichen in einer Ebene befindet, die
sich in einem Abstand von einer Arbeitsoberfläche des Materials befindet.
Das Element kann so ausgerichtet werden, um überschüssiges Material durch eine
aufeinander folgende Anzahl von Streichbewegung weg zu streichen.
Zusätzlich
kann sich der Abstand zwischen dem Element und der Oberfläche des
vorherigen Querschnitts bei jeder Streichbewegung variieren.
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Seit
den letzten Jahren ist es bekannt, ein dreidimensionales Produkt
herzustellen, indem sukzessive eine Anzahl von lichtgehärteten Schichten aus übereinander
geschichteten Querschichten des dreidimensionalen Produkts überlagert
werden. Im besonderen wird eine lichtgehärtete Schicht auf einer früher lichtgehärteten Schicht
hergestellt, indem eine vorgegebene Dicke einer Oberflächenschicht
einer lichthärtenden
Flüssigkeit
durch Laserenergie abgetastet und gehärtet wird, und dadurch das
dreidimensionale Produkt aufgebaut wird. Eines von solchen Verfahren
und Vorrichtungen zur Herstellung von dreidimensionalen Produkten
aus einer lichthärtenden
Flüssigkeit
ist z.B. aus der japanischen, nicht geprüften Patentveröffentlichung
Nr. 65-144478 bekannt.
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Um
eine frische Flüssigkeit
von einer Menge einzuleiten, die notwendig ist, um eine spezifizierte Dicke
der Oberflächenschicht
der lichthärtbaren Flüssigkeit
einzuleiten, die als eine lichtgehärtete Schicht auf der früher überlagerten
lichtgehärteten Schicht
hergestellt wird, muss das darunter aufgebaute Produkt präzise um
einen Abstand bewegt werden, der gleich ist der vorgegebenen Dicke
von Verarbeitungsschritten weg von der Arbeitsoberflächenhöhe der lichthärtenden
Flüssigkeit,
bei der eine Oberflächenschicht
der frischen Flüssigkeit
mit der Laserenergie bestrahlt wird. In der Praxis hat sich gezeigt,
dass dies schwierig ist. Zum Beispiel zur Herstellung der Oberflächenschicht
der lichthärtenden Flüssigkeit
mit einer präzise
gesteuerten Dicke, so wie dies z.B. in den europäischen Patenten 0 171 069 B1
und
EP 0 535 720 B1 beschrieben
wird, wird das darunter aufgebaute Produkt zuerst nach unten weg
von der spezifizierten Arbeitsoberfläche auf eine Höhe bewegt,
die unter der spezifizierten Arbeitsoberflächenhöhe liegt und dann zurück auf die
spezifizierte Arbeitsoberflächenhöhe bewegt,
um die jeweilige schrittweise Einstellung während dem Herstellungsprozess
zur Herstellung des Artikels zu erreichen. Alternativ, so wie dies
z.B. in den japanischen Patenten Nr. 26195445 und 2715649 beschrieben wird,
wird ein frischer Flüssigkeitsspraymechanismus zur
Verfügung
gestellt, um eine frische Flüssigkeit
zu versprühen,
um eine präzise
Dicke der Oberflächenschicht aus
einer lichthärtenden
Flüssigkeit
auf einem darunter aufgebauten Produkt herzustellen, nachdem das
darunter aufgebaute Produkt nach unten bewegt worden ist, weg von
der spezifizierten Arbeitsoberfläche
um einen Abstand, der gleich ist der vorgegebenen Dicke.
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Während ein
initiales Bewegungsinkrement der zuletzt hergestellten Schicht verwendet
wird, weg von der spezifizierten Arbeitsoberfläche zu einer Höhe unterhalb
der spezifizierten Arbeitsoberflächenhöhe ermöglicht es
der Vorrichtung, ein dreidimensionales Produkt aufzubauen, indem
das Lichthärten
einfach in der Konstruktion und in der Mechanik ist und kompakt
in der Gesamtgröße ist,
jedoch ein Problem des Verbrauchs einer langen Zeit verursacht,
bevor ein dreidimensionales Produkt vollständig aufgebaut ist. Das heißt, die
lichthärtende
Flüssigkeit
wird in ihrer Flüssigkeit
bestimmt durch seine relativ hohe Viskosität und Oberflächenspannung und
deshalb wird eine relativ lange Zeit benötigt, um eine präzise gesteuerte
Menge der frischen Flüssigkeit
einzuleiten, um eine spezifizierte Dicke der Oberflächenschicht
aus der lichthärtenden
Flüssigkeit
für den
nächsten
Verarbeitungsschritt bereitzustellen. Zusätzlich zu einer langen Zeit,
die benötigt
wird, bevor eine präzise
gesteuerte Menge der frischen Flüssigkeit
eingeleitet wird, wird eine Zeit benötigt, um die Arbeitsoberfläche auf
die spezifizierte Arbeitsoberflächenhöhe zu bewegen,
nach der Einleitung einer präzise
gesteuerten Menge von der frischen Flüssigkeit. Ferner muss auf die
Anwendung von Laserenergie auf einer Oberflächenschicht der lichthärtenden
Flüssigkeit
für eine
Zeit gewartet werden, bis die Oberflächenschicht völlig eben
ist. Folglich ist eine lange Arbeitszeit notwendig, um eine einzelne
lichthärtende Schicht
abzuschließen,
was einen Anstieg in den Herstellungskosten verursacht. Da die lichthärtende Flüssigkeit
von einer Flüssigkeit
in einen Festkörper transformiert
wird mittels einer fotochemischen Reaktion, wie z.B. einer Radikalreaktion
und einer kationischen Reaktion, hat die lichthärtende Flüssigkeit selbst eine beschränkte effektive
Lebenszeit, was eine große
Menge von lichthärtender
Flüssigkeit ohne
direkte Verwendung verursacht und führt folglich zu einem Anstieg
in den Herstellungskosten.
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Andererseits
während
eine frische Flüssigkeit
mittels des frischen Flüssigkeitsspraymechanismus
versprüht
wird, um eine präzise
Dicke der Oberflächenschicht
einer lichthärtenden
Flüssigkeit
auf einem darunter aufgebauten Produkt herzustellen, reduziert dies
eine Zeit, die benötigt
wird, um eine präzise
gesteuerte Menge der frischen Flüssigkeit
einzuleiten und eine Oberflächenschicht
einzuebnen und realisiert die Miniaturisierung eines Flüssigkeitsbehälters, in
welchem die lichthärtende
Flüssigkeit
untergebracht ist, wobei der frische Flüssigkeitsspraymechanismus nicht
nur mit verschiedenen damit verbundenen Teilen ausgestattet werden
muss, wie z.B. einer Öse,
einem Drahtgitter, einem Drehschaft, einer Bürste und einem Wasserrad, was
die Vorrichtung voluminös
macht, aber auch einen zweiten Flüssigkeitsbehälter, in
welchem eine nicht härtende Flüssigkeit,
die zu versprühen
ist, unterzubringen ist. Ferner gibt es die Notwendigkeit der Installation
eines Oberflächenhöheneinstellmechanismus
zum Einstellen einer Höhe
der Oberflächenschicht
nach dem Versprayen einer frischen Flüssigkeit. Solch ein Oberflächenhöheneinstellmechanismus
ist kompliziert in der Struktur und teuer, was zu einem Anstieg in
den Herstellungskosten führt.
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Es
ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu
stellen, um ein dreidimensional beschichtetes Produkt aus einer
lichthärtenden
Flüssigkeit
durch schrittweises Lichthärten der
Schicht herzustellen.
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Die
vorstehenden Aufgaben werden gelöst durch
Zurverfügungstellung
einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen geschichteten Produkts
nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Entsprechend
der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen
geschichteten Produkts zur Verfügung
gestellt, die mit einem Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät ausgestattet
ist, das als ein Kapillar arbeitet, das eine Reserve der lichthärtenden
Flüssigkeit
darin einzieht und es über
einem geschichteten Produkt abgibt, das aufgebaut wird, um eine
gleichmäßige Dicke
einer Oberflächenschicht
der lichthärtenden
Flüssigkeit
mit einer Arbeitsoberfläche,
die eben und glatt ist, aufzubauen.
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Entsprechend
der Vorrichtung eines dreidimensionalen festen Objekts, wird es
ermöglicht,
eine spezifizierte Dicke einer Oberflächenschicht aus einer lichthärtenden
Flüssigkeit über einem
dreidimensionalen Produkt, das teilweise aufgebaut wird, herzustellen.
Das Oberflächenschicht-Nivellierungsgerät umfasst
ein Paar von Oberflächeneinebnungsblättern mit
einem Einlass, der auf eine vorbestimmte Öffnung eingestellt ist, so
dass es darauf eingerichtet ist, als ein Kapillar zu wirken. Die
Struktur ist einfach und der davon entfernte Antriebsmechanismus
ist auch einfach und kostengünstig.
Als Ergebnis ist die Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen festen
Gegenstands in der Gesamtgröße klein
hergestellt, arbeitet schnell und wird zu geringen Kosten zur Verfügung gestellt.
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Die
vorhergehenden und anderen Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden
beim Lesen der folgenden Beschreibung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser verstanden
werden, in denen:
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1 eine
teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung
eines dreidimensionalen geschichteten Produkts in Übereinstimmung
mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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2A eine
Vorderansicht einer Flüssigkeitsoberflächenschicht-Nivellierungseinheit
ist, die in der Vorrichtung zur Herstellung des dreidimensional
geschichteten Produkts, das in 1 dargestellt ist,
installiert ist;
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2B eine
Seitenansicht der Flüssigkeitsoberflächenschicht-Nivellierungseinheit
ist, die in der Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensional geschichteten
Produkts, die in 1 dargestellt ist, installiert
ist;
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3 eine
Seitenansicht eines Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgeräts der Flüssigkeitsoberflächenschicht-Nivellierungseinheit
ist, die in den 2A und 2B dargestellt
ist;
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4A, 4B und 4C Front-,
Drauf- und Querschnittsansichten eines Ringmodells sind, die jeweils
mittels CAD entworfen wurden;
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5A und 5B beispielhafte
Drauf- und Querschnittsansichten eines Teils eines dreidimensional
geschichteten Produkts sind, das mittels Lichthärten aufgebaut wird; und
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6A–6C schematische
Seitenansichten sind, die verschiedene Varianten des Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgeräts, das
in 3 dargestellt wird, zeigen.
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Detaillierte
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Bezüglich der
Details in den Figuren, insbesondere 1, welches
eine computergesteuerte Vorrichtung 100 zum Gießen von
Schichten zeigt, die spezialisiert ist zur Herstellung eines dreidimensionalen
geschichteten Produkts, wie z.B. eines Prototyps von Schmuckringen,
aus einer lichthärtbaren
Flüssigkeit,
mittels Lichthärten.
Die computergesteuerte Vorrichtung 100 zum Gießen von
Schichten hat ein Gehäuse 2,
das mit einer stationären
Bodenplattform 4 ausgestattet ist, an der eine Herstellungseinheit 200A zur
Herstellung eines geschichteten dreidimensionalen Produkts installiert
ist, und eine stationäre obere
Plattform 6, auf der eine Lichthärteinheit 200B installiert
ist, wobei beide Plattformen fest an dem Gehäuse 2 befestigt sind.
Die Einheit 200 zur Herstellung des geschichteten Produkts
enthält
einen beweglichen Behältertisch 22,
auf dem ein Behälter, der
mit einer lichthärtenden
Flüssigkeit
PCL, wie z.B. einem lichthärtenden
Harz, befüllt
ist, platziert ist, ein beweglicher Produkttisch 24, auf
dem ein dreidimensionales geschichtetes Produkt aufgebaut wird aus der
lichthärtenden
Flüssigkeit
PCL in dem Behälter 26,
und eine Flüssigkeitsoberflächenschichtebnungseinheit 28,
die lösbar
an dem beweglichen Behältertisch 22 befestigt
ist. Der bewegliche Behältertisch 22 ist
an einem Führungsposten 22b geführt, der
fest an der stationären
Plattform 4 gelagert ist und nach oben und nach unten in
einer vertikalen Richtung durch den vertikalen Positionssteuermechanismus 22a bewegt
wird, um eine vertikale Position des Behälters 26 einzustellen
und folglich im Besonderen eine vertikale Position der oberen Oberfläche der
lichthärtenden
Flüssigkeit
PCL in dem Behälter 26,
wenn dies erforderlich ist, einzustellen. Der bewegliche Produkttisch 24 wird
am Führungsposten 24b geführt und
nach unten durch einen vertikalen Positionsverschiebungsmechanismus 24a bewegt, um
eine Arbeitsoberfläche
der oberen lichtgehärteten Schicht
in vertikaler Position zu verschieben. Der hier benutzte Begriff "Arbeitsoberfläche" bedeutet die Oberfläche der
Flüssigkeit,
auf die ein Spot der reaktiven Stimulation auf der lichthärtenden
Flüssigkeit fokussiert
ist, um die lichthärtende
Flüssigkeit
zu härten
und es in ein festes Material zu konvertieren. Die Arbeitsoberfläche wird
inkrementell auf eine spezifizierte Höhe eingestellt, indem der bewegliche
Produkttisch 24 in Schritten nach unten bewegt wird, um einen
vertikalen Abstand von vorzugsweise ungefähr 30 bis ungefähr 70 Mikrons,
d.h. ungefähr
gleich zu einer vorgegebenen Dicke der Oberflächenschicht der lichthärtbaren
Flüssigkeit,
die zu härten
und in eine feste Schicht über
einem festen Körper
zu konvertieren ist, der aus einer lichtgehärteten Schicht besteht, die
einen Teil eines gewünschten
dreidimensionalen geschichteten Endprodukts bildet. Die Flüssigkeitsoberflächenschicht-Nivellierungseinheit 28, die
später
in Verbindung mit 2 detailliert beschrieben
wird, entwickelt und bildet präzise
die spezifizierte Dicke der Oberflächenschicht der lichthärtbaren
Flüssigkeit über dem
Festkörper,
der aus lichtgehärteten
Schichten besteht, die einen Teil des gewünschten dreidimensionalen geschichteten
Produkts bilden, das aufgebaut wird von der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL.
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Das
lichthärtbare
Harz, das als die lichthärtbare
Flüssigkeit
PCL in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung benutzt wird, hat solch eine Zusammensetzung, dass
es durch ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 400 nm gehärtet werden
kann. Viele solche Zusammensetzungen sind dem Fachmann bekannt und
die Zusammensetzung kann z.B. aus Acrylatharzen und/oder Epoxyharzen
bestehen. Für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung muss die lichthärtbare Flüssigkeit PCL
ein spezifisches Gewicht von ungefähr 1,2, eine Viskosität von ungefähr 1,4 Pa · S und
ein molekulares Gewicht von ungefähr 200 bis ungefähr 700 haben.
Die Zusammensetzung kann auch einen Härter und/oder einen Lichthärtinitiator,
wie bekannt, enthalten, und im Allgemeinen eine niedrige Viskosität und ein
relativ hohes Schrumpfverhältnis
haben.
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Die
Lichthärteinheit 200B enthält einen Strahlfokussierungskopf 32 zur
Richtung eines Spots von reaktiver Stimulation, wie z.B. eines He-Cd-Lasers
mit einer Wellenlänge
von 320 nm auf die lichthärtbare
Flüssigkeit
PCL bei einer spezifizierten Arbeitsoberfläche, einen X-Y-Positionssteuermechanismus,
wie z.B. einen X-Y-Digitalplotter 34,
welcher den Strahlungskopf 32 in zwei horizontale Richtungen,
die sich miteinander schneiden, bewegt und eine Laserlichtquelle 36 enthält. In dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird ein mehrfach Modentyp eines Lasers benutzt, der eine Wellenlänge vom
325 nm hat und eine Ausgangsleistung von 5 bis 10 mW erzeugt. In
dem Fall, wenn ein dreidimensionales geschichtetes Produkt eine
winzige Form hat, so ist es vorzuziehen, einen Einzelmoden-Typ eines
Lasers mit 3 bis 10 mW Ausgangsleistung zu benutzten, der leichter
zu fokussieren ist, da keine Wellenformenordnung auftritt. Laserstrahlen,
die durch die Lichtquelle 36 erzeugt werden, werden durch
den Bestrahlungskopf 32 mittels einem Lichtführungsmittel 38 übertragen
und fokussiert als ein Lichtspott auf dem lichthärtbaren Lichtmedium PCL auf
der Arbeitsoberfläche.
Um die Laserstrahlen mit einer hohen Wirksamkeit und mit einem hohen
Grad an Sicherheit zu übertragen,
benutzt das Lichtführungsgerät einen
Stufenindextyp einer optischen Faser 38a und ein flexibles
Metallrohr 38b, in welchem die optische Faser 38a geschützt wird.
Da der Stufenindextyp der optischen Faser Anlass zur Befürchtung
gibt, dass er eine Wellenformunordnung infolge der wiederholten
internen Brechung der Laserstrahlen in der optischen Faser verursacht
und eine Diffusion der Laserstrahlen nach einem Austritt am Ende
der optischen Faser verursacht, kann in dem Fall eines winzigförmigen dreidimensionalen
geschichteten Produkts ein Einzelschrittindextyp der optischen Faser oder
andererseits ein vergitterter Indextyp der optischen Faser bevorzugt
verwendet werden. Um lichthärtende
Laserenergie, die von der Laserquelle 36 erzeugt wird,
auf eine Oberfläche
der lichthärtenden Flüssigkeit
PCL anzuwenden, wird die Lichtquelle 36 mit einer Vielzahl
von hochgeschwindigkeitsmechanischen Schließern (nicht dargestellt) versehen,
die im Betrieb durch Aktuatoren gesteuert werden, um es der Laserenergie
zu ermöglichen,
in die optische Faser einzutreten und sie nach dem Eintritt in die
optische Faser abzuschalten. Um einen Laserstrahl von ausreichender
Stärke
zur Verfügung
zu stellen oder um eine Oberflächenschicht
der lichthärtenden
Flüssigkeit
auszuhärten,
wird der Strahlungskopf 32 mit einer Fokussierungslinse
(nicht dargestellt) ausgestattet, die bedienbar ist, um einen spezifizierten Durchmesser
des Laserstrahls auf der Oberfläche der
lichthärtenden
Flüssigkeit
zu bilden. Der Laserstrahl hat einen Durchmesser von ungefähr 80 Mikrons
und eine Strahlungsstärke
von ungefähr
200 W/cm2 auf der Arbeitsoberfläche; was
ausreichend ist, um eine vorbestimmte Dicke der Oberfläche der lichthärtenden
Flüssigkeit
PCL zu härten.
Die Arbeitsoberflächenhöhe wird
durch Mittel oder einen Oberflächenhöhensensor 30 überwacht.
Entsprechend wird die Arbeitsoberflächenhöhe der Arbeitsoberfläche der
lichthärtenden
Flüssigkeit
PCL auf eine spezifizierte Höhe
mit Bezug zu dem Strahlungskopf 32 eingestellt, indem der
bewegliche Behältertisch 22 nach
oben oder nach unten bewegt wird.
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Bezüglich der 2A und 2B enthält die Oberflächenschicht-Nivellierungseinheit 28 ein Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50,
das in einer X-Richtung oder der umgekehrten Y-Richtung mittels
einem Antriebsmechanismus 60 angetrieben wird, um die Oberflächenschicht
der lichthärtbaren Flüssigkeit
PCL zu nivellieren, so wie dies detailliert später beschrieben wird. Das Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50 umfasst
ein Paar von Nivellierungsblättern 52 und
eine Befestigung 54, an welche die Nivellierungsblätter 52 lösbar auf
gegenüberliegenden
Seiten mittels einem Satz Schrauben 52a befestigt sind.
Die Befestigung 54 ist ein integraler Teil eines Blattbefestigungsträgers 56.
Der Antriebsmechanismus 60 enthält ein Paar von beweglichen
Blatthalterungen 62, auf denen der Blattbefestigungsträger 56 befestigt
ist. Jede Blatthalterung 62 umfasst einen Basisblock 64,
an dem ein Paar von L-förmigen
Halteelementen 66 durch einen Satz von Schrauben 66a befestigt
sind, um einen Raum 66b dazwischen zu bilden, um den Blattbefestigungsträger 56 aufzunehmen.
Die Blatthalterung 62 ist mit einer Blatteinstellschraube 65 ausgestattet,
um ein vertikales Niveau der Nivellierungsblätter 52 mit Bezug zu
der Arbeitsoberfläche
der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL einzustellen. Der Basisblock 64 ist an seinem unteren
Abschnitt mir einem Führungsgleiter 68 ausgestattet,
der auf einer Führungsschiene 70 gleitet,
die an einer aufrechten Seitenwand 72 befestigt ist, die
lösbar
an dem Behälterisch 22 gesichert
ist. Die Blatthalterung 62 ist integral mit einem Arm 63 ausgebildet,
der sich von dem Basisblock 64 nach innen erstreckt. Der
Antriebsmechanismus 60 enthält ferner einen reversiblen
Motor 80, der an dem Behältertisch 22 befestigt
ist. Wie in 2B dargestellt, stützt die
aufrechte Seitenwand 72 an ihren gegenüberliegenden Endabschnitten
einen Antriebsschaft 82a und einen leer laufenden Schaft 82b.
Der Motor 80 ist mit dem Antriebsschaft 82a über einen
Riemen 80a verbunden, um die Drehung des Motor 80 auf den
Antriebsschacht 82a zu übertragen.
Zwei Zahnriemen 82 und 84 sind zwischen dem Antriebsschacht 82a und
dem leer laufenden Schacht 82b mit geeigneter Spannung
montiert. Die Arme 63 der Blatthalterung 62 sind
jeweils an den Zahnriemen 84 befestigt. Wenn der Motor 80 wie
in 2B dargestellt in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn
betrieben wird, dann werden die Blatthalterungen 62 mit dem
Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50, das
daran befestigt ist, in einer X-Richtung entlang der Führungsschiene 70 bewegt.
Andererseits wenn der Motor 80 umgeschalten wird, um sich
in einer Richtung zu drehen im Sinne der Uhrzeiger, so wie dies
in 2B dargestellt ist, dann werden die Blatthalterungen 62 mit
dem Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50,
das daran befestigt ist, zurück
in einer umgekehrten Y-Richtung entlang der Führungsschiene 70 bewegt.
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Der
Antriebsmechanismus 60 enthält ferner Positionsbegrenzungsmittel 90,
die ein Beinelement 90a, das an dem Basisblock 64 der
Blatthalterung 62 befestigt ist, einen stationären Grenzsensor 90b,
der an der Führungsschiene 90d befestigt
ist, die an der aufrechten Seitenwand 72 installiert ist,
und einen beweglichen Grenzsensor 90c umfasst, der an der Führungsschiene 90d für die Gleitbewegung
befestigt ist. Jeder der Grenzsensoren 90b und 90c wird bedient,
um den Motor 80 zu stoppen, wenn das Beinelement 90a detektiert
wird. Durch das Gleiten des beweglichen Grenzsensors 90c wird
das Ausmaß der
Bewegung der Oberflächenschicht-Nivellierungseinheit 28 reguliert.
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3 zeigt
das Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50 beispielhaft
im Detail. Das Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50 enthält ein Paar
der Nivellierungsblätter 52,
die an der Befestigung 54 mittels dem Satz von Schrauben 54a befestigt
sind und an ihren distalen Kanten getrennt sind durch eine Trennung
von z.B. vorzugsweise ungefähr einem
(1) mm voneinander, um dazwischen eine 1mm enge Lücke 51 zu
bilden, welche die Nivellierungsblätter 52 mit einer
Kapillarwirkung ausstattet. Wenn das Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50 nach
unten bewegt wird, bis die Nivellierungsblätter 52 an ihren äußersten
distalen Kanten in Kontakt mit der Oberfläche der lichthärtenden
Flüssigkeit PCL
gebracht werden, dann wirken die Nivellierungsblätter 52, aufgrund
ihres Abstandes und ihrer Konstruktion als ein Kapillar, um die
lichthärtbare
Flüssigkeit
PCL in den Raum 51a mittels Hilfe der Oberflächenspannung
der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL einzuziehen, um eine kleine Reserve von PCL-Flüssigkeit über der
Lücke 51,
so wie dies in 3 gezeigt wird, zu erreichen.
Wenn der Produkttisch 24 nach unten bewegt wird unterhalb
die lichthärtbaren Flüssigkeit
um einen Abstand, der gleich ist zu der spezifizieren Dicke einer
Querschnittsschicht des dreidimensionalen festen Produkts, dann
fließt
die Oberfläche
der lichthärtenden
Flüssigkeit
nicht immer und deckt nicht gleichmäßig das dreidimensional geschichtete
Produkt ab, das aufgebaut wird, infolge der Oberflächenspannung,
Flüssigkeit
und Viskosität der
lichthärtenden
Flüssigkeit.
Wenn folglich das Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50 sich
in einer der Richtungen X und Y mit den Nivellierungsblättern 52 an
ihren unteren distalen Kanten bewegt und dabei in Berührung mit
der Flüssigkeitsoberfläche bleibt,
dann wird die gesammelte Reserve der lichthärtenden Flüssigkeit eingezogen und fließt von dem
Raum 51 aus zwischen den Nivellierungsblättern 52,
um über
das dreidimensionale geschichtete Produkt LP zu fließen und
abzudecken und dadurch sofort eine Oberflächenschicht der lichthärtenden Flüssigkeit
mit der spezifizierten Dicke zu bilden, die bereit ist, um durch
Licht ausgehärtet
zu werden. Während
sich das Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50 bewegt,
glätten
und ebnen die Nivellierungsblätter 52 an
ihren unteren distalen Kanten die Oberfläche der lichthärtenden
Flüssigkeit,
um eine gleichmäßige Dicke
einer Oberflächenschicht über dem
dreidimensionalen geschichteten Produkt zu bilden, um sofort zu
ermöglichen,
die Oberflächenschicht
auszuhärten
und eine Konversion zu einer festen Schicht mit der spezifizierten
Dicke zu ermöglichen.
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Die
dreidimensionale Festproduktaufbaueinheit 200A und Lichthärteinheit 200B werden
im Betrieb numerisch gesteuert in Übereinstimmung mit den dreidimensionalen
Daten eines Entwurfs eines dreidimensionalen festen Produkts, das
durch die Hilfe eines Computersystems 300 zur Verfügung gestellt
wird. Solche Systeme sind dem Fachmann wohl bekannt.
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Die
folgende Beschreibung ist auf den Prozess zur Herstellung eines
dreidimensionalen festen Produkts gerichtet, das durch das Verfahren
und die Vorrichtung der Erfindung hergestellt wird und als ein Modell
zur Herstellung eines Guss zur Herstellung von Ringen als Beispiel
benutzt wird.
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Bezüglich 4A bis 4C,
die Seiten-, Drauf- und Querschnittsansichten eines Modells M sind,
das dreidimensional durch das Computersystem 300 mittels
der Benutzung eines bekannten Modellierungsprogramms dreidimensional
entworfen worden ist, werden CAD-Daten in CAM-Daten übersetzt,
welche dreidimensionale numerische Daten von spezifizierten Winkelpositionen
von Punkten (P1, P2,... Px) von inneren und äußeren Konturen Ma und Mb sind.
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Wie
in 5A und 5B dargestellt,
wenn der dreidimensionale feste Gegenstandherstellungsprozess entsprechend
den CAM-Daten gestartet wird, wird der bewegliche Tisch 24 nach
unten bewegt, bis er in der lichthärtenden Flüssigkeit entfernt von der Arbeitsoberfläche WS um
einen Abstand versinkt, der gleich ist der spezifizierten Dicke
des Querschnitts der Schicht vom Modell T und dann der bewegliche
Behältertisch 22 nach
oben oder nach unten bewegt wird entsprechend zu einem Signal, das von
dem Oberflächenniveausensor 30 zur
Verfügung gestellt
wird, um die Position der Arbeitsoberfläche WS der lichthärtenden
Flüssigkeit
PCL bei dem spezifizieren Niveau mit Bezug zu dem Strahlungskopf 32 zu
positionieren und folglich wird die Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungseinheit 28 über der
Arbeitsoberfläche
WS der lichthärtenden
Flüssigkeit PCL
bewegt, um eine Oberflächenschicht
zu bilden und über
die Oberflächenschicht
zu glätten.
Folglich wird der X-Y-Digitalplotter 34 von dem Computer 300 gesteuert,
um den Strahlungskopf 32 entsprechend den CAM-Daten zu
bewegen. Sofort wenn der X-Y-Digitalplotter 34 sich bewegt,
um den Strahlungsspott Bs in einer Position P(1)1 auf der Arbeitsoberfläche WS zu
positionieren, wird die Blende geöffnet. Danach bewegt sich der
X-Y-Digitalplotter 34 linear, um durch die Positionen P(1)2
... P(1)X bei einer konstanten Geschwindigkeit zwischen ungefähr 300 mm/min
und 1.000 mm/min zu passieren, wobei eine konstante Geschwindigkeit
von 800 mm/min wünschenswert
ist, um die Oberfläche
der lichthärtenden
Flüssigkeit
PCL entlang einer polygonalen Spur abzutasten. Als Ergebnis wird
die Fläche
der Oberflächenschicht
der lichthärtbaren
Flüssigkeit PCL,
die von dem Strahl überquert
wird, progressiv in der Form eines Polygons gehärtet, was meistens ähnlich ist
zu einem Kreis mit einer Breite, die gleich ist dem Durchmesser
des Strahlspots Bs und in eine polygonförmige feste Schleife konvertiert
wird, die dieselbe Dicke hat, wie die spezifizierte Dicke der Querschnittschicht
L des Modells M. Die polygonale feste Schleife Lma-1 bildet eine
erste innere Kontur Ma für
die erste Querschnittsschicht L1 des Modells M. Sobald der Strahlungsspot
Bs die Startposition P(1)1 erreicht, passiert er durch eine Position
P-(1)X, wobei die Blende geschlossen wird. Folglich wird der X-Y-Digitalplotter 34 nach
außen
bewegt, um den Strahlungskopf 32 um einen Abstand gleich
zum Durchmesser des Strahlungsspots Bs auf der Arbeitsoberfläche Bs zu
verschieben und die Blende wird geöffnet. Danach bewegt sich der
X-Y-Plotter 34 linear, um durch die Positionen P(1)2 ...
P(1)X mit einer konstanten Geschwindigkeit zu passieren, um die
Arbeitsoberfläche
WS der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL abzutasten, um so dadurch progressiv die Oberflächenschicht
der lichthärtbaren
Flüssigkeit PCL
in der Form eines Polygons mit derselben Breite wie der Durchmesser
des Strahlspots BS zu härten und
es in eine polygonförmige
feste Schleife zu konvertieren, welche dieselbe Dicke hat, wie die
spezifizierte Dicke der Querschnittsschicht L des Modells M. Die
polygonale feste Schleife Lmb1 bildet eine erste äußere Kontur
Mb für
die erste Querschnittsschicht L1 des Modells M. Diese polygonalen
festen Schleifen Lma1 und Lmb1 konstituieren eine erste feste Schicht,
die äquivalent
ist zu der ersten Querschnittsschicht L1 des Modells M.
-
Wenn
der Strahlungsspott BS die Startposition P(1)1 erreicht und die
Blende geschlossen wird, dann wird der bewegliche Tisch 24 nach
unten bewegt, bis die obere Oberfläche der polygonalen festen
Schleife Lma1 und Lmb1 als eine feste Schicht in der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL weg von der Arbeitsoberfläche
WS um denselben Abstand wie die spezifizierte Dicke der Querschnittsschicht
des Modells T versinkt. Zu diesem Zeitpunkt kann der bewegliche
Behältertisch 22 nach
oben oder nach unten bewegt werden entsprechend zu einem Signal, das
von dem Oberflächenniveausensor 30 abgegeben
wird, um die Arbeitsoberfläche
WS der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL bei dem spezifizierten Niveau mit Bezug zu dem Strahlungskopf 32 zu
positionieren. Anschließend
wird die Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungseinheit 28 zurück über die
Arbeitsoberfläche
WS der lichthärtbaren
Flüssigkeit PCL
bewegt, um eine Oberflächenschicht über den polygonalen
festen Schleifen Lma1 und Lmb1 zu bilden und um über die Oberflächenschicht
zu glätten. In
derselben Art und Weise, wie oben beschrieben, wird der X-Y digitale
Plotter 34 bewegt, um den Strahlungsspot BS in einer Position
P(2)1 über
der Arbeitsoberfläche
WS der lichthärtbaren
Flüssigkeit PCL
zu bewegen und um über
die Oberflächenschicht
zu glätten
und die Oberfläche
der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL entlang einer polygonalen Spur abzutasten, um dadurch polygonale
feste Schleifen Lma2 zu bilden, die Lmb2 überlagert ist als zweite feste
Schicht, die äquivalent
ist zu der zweiten Querschnittsschicht L2 des Modells M über der
vorher hergestellten ersten festen Schicht. Derselbe Prozess wird
fortschreitend ausgeführt
entsprechend zu den CAM-Daten, um polygonale feste Schleifen LMan und
LMbn als feste Schicht äquivalent
zur Querschnittsschicht Ln des Modells M zu bilden.
-
Durch
Wiederholen des Prozesses gleich der Anzahl der Querschnittschichten
des Modells M um dieselbe Anzahl von polygonalen festen Schleifen
als die Anzahl der Querschnittschicht des Modells M eine über die
andere zu überlagern,
wird ein dreidimensionales geschichtetes Produkt als ein Guss für Ringe
auf dem Tisch 24 aufgebaut. Der gesamte Oberflächenraum
zwischen den inneren und äußeren Schleifen
wird alle 6 bis 10 Schichten verfestigt, um den Produkt die Struktur
zu geben.
-
Wenn
das Produkt vollständig
aufgebaut ist, dann wird es vom Tisch 24 entfernt und für ungefähr fünf Minuten
mittels einer Ultraschallreinigung abgewaschen, um das flüssige Harz
zu entfernen. Die Benutzung von Ethanol und einem Lösungsmittel
kann auch erforderlich sein, um das flüssige Harz zu entfernen. Als
nächstes
wird das Produkt oder Modell einer zweiten Härtung einer Ultraviolettstrahlung
unterworfen, um das gesamte Modell zu härten.
-
Verschiedene
Varianten des Flüssigkeitsoberflächen-Nivellienmgsgeräts 50 können verwendet werden,
so wie dies in den 6A bis 6C schematisch
dargestellt wird. Das Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50a,
das in 6A dargestellt wird, umfasst
ein Paar von doppelwandigen Nivellierungsblättern 52, die lösbar an
einer Befestigung 54a montiert sind. Jedes doppelwandige
Nivellierungsblatt 52a besteht aus äußeren und inneren Wandabschnitten,
die durch einen konstanten Abstand voneinander getrennt sind, um
einen Spalt oder eine Lücke 51b zu
erzeugen, die als ein zusätzlicher
Kapillar wirkt. Ferner werden die doppelwandigen Nivellierungsblätter 52a durch
Satzschrauben 54a an der Befestigung 54 befestigt
und sind an ihren distalen Kanten durch eine Trennung von z.B. vorzugsweise
ungefähr
1 mm voneinander getrennt, um dazwischen einen engen Spalt 51a zu
bilden, der als ein Hauptkapillar wirkt. Wenn die doppelwandigen
Nivellierungsblätter 52a in
Kontakt mit der Oberfläche der
lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL gebracht werden, dann zieht das Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50a die
lichthärtbare
Flüssigkeit
PCL in den Raum 51a und den Spalt 51b durch die
Hilfe ihrer eigenen Kapillarwirkung und der Oberflächenspannung
der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL ein. Diese Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierung
gleicht die spezifizierte Dicke der Querschnittsschicht T ab und
dann wird der bewegliche Behältertisch 22 nach oben
oder nach unten entsprechend einem Signal bewegt, das von dem Oberflächenniveausensor 30 abgegeben
wird, um die Arbeitsoberfläche
WS der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL bei dem spezifizierten Niveau mit Bezug zu dem Strahlungskopf 32 zu
positionieren und anschließend
die Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungseinheit 28 wird über die Arbeitsoberfläche WS der
lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL bewegt, um eine Oberflächenschicht
zu bilden und über die
Oberflächenschicht
zu glätten.
Anschließend
wird der X-Y digitale Plotter 34 durch den Computer 300 gesteuert,
um den Strahlungskopf 32 entsprechend den CAM-Daten zu
bewegen. Sofort, wenn der X-Y digitale Drucker 34 sich
bewegt, um den Strahlungsspot BS in einer Position P(1)1 auf der
Arbeitsoberfläche
WS zu positionieren, wird die Blende geöffnet. Danach bewegt sich der
X-Y Plotter linear, um durch die Positionen P(1)2 ... P(1)X mit
einer konstanten Geschwindigkeit zwischen ungefähr 300 mm/min und 1.000 mm/min
wünschenswert
bei einer konstanten Geschwindigkeit von 800 mm/min, zu passieren,
und um die Oberfläche
der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL entlang einer polygonalen Spur abzutasten. Als Ergebnis wird
die Fläche
der Oberflächenschicht
der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL, die von dem Strahl überquert
wird, progressiv in der Form eines Polygons gehärtet, was zumeist ähnlich ist
einem Kreis, der eine Breite hat, die gleich ist dem Durchmesser
des Strahlungsspots BS und in eine polygonförmige feste Schleife mit derselben
Dicke, wie die spezifizierte Dicke der Querschnittschicht L des
Modells konvertiert wird. Die polygonale feste Schleife Lma-1 bildet
eine erste innere Kontur Ma für
die erste Querschnittschicht L1 des Modells M. Sobald der Strahlungsspot
BS die Startposition P(1)1 erreicht und dabei durch eine Position
P-(1)X passiert, wird die Blende geschlossen. Anschließend wird
der digitale X-Y-Plotter 34 nach außen bewegt, um den Strahlungskopf
32 um einen Abstand gleich dem Durchmesser des Strahlungsspots BS
auf der Arbeitsoberfläche
WS zu verschieben und dann wird die Blende geöffnet. Danach bewegt sich der
X-Y Plotter 34 linear durch die Positionen P(1)2 ... P(1)X bei
der konstanten Geschwindigkeit, um die Arbeitsoberfläche WS der
lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL abzutasten, um dadurch stufenweise die Oberflächenschicht
der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL in der Form eines Polygons in derselben Breite wie der Durchmesser
des Strahlungsspots BS zu bilden und es in einer polygonförmigen festen
Schliefe mit derselben Dicke wie die spezifizierte Dicke der Querschnittsschicht
L des Modells M zu konvertieren. Die polygonale feste Schleife Lmb1
bildet eine äußere Kontur
Mb für
die erste Querschnittsschicht L1 des Modells M. Diese polygonalen
festen Schleifen Lma1 und Lmb1 bilden eine erste feste Schicht,
die äquivalent
ist zu der ersten Querschnittsschicht L1 des Modells M.
-
Wenn
der Strahlungsspot BS die Startposition P(1)1 erreicht und die Blende
geschlossen wird, dann wird der bewegliche Tisch 24 nach
unten bewegt, bis die obere Oberfläche der polygonalen festen
Schleifen Lma1 und Lmb1 als eine feste Schicht in der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL versinkt entfernt von der Arbeitsoberfläche WS um denselben Abstand
wie die spezifizierte Dicke der Querschnittschicht des Modells T.
Zu diesem Zeitpunkt kann der bewegliche Behältertisch 22 nach
oben oder unten bewegt werden entsprechend einem Signal, das von dem
Oberflächenniveausensor 30 ausgegeben
wird, um die Arbeitsoberfläche
WS der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL bei dem spezifizierten Niveau mit Bezug zu dem Strahlungskopf 32 zu
positionieren. Anschließend
wird die Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungseinheit 28 zurück bewegt über die
Arbeitsoberfläche WS
der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL, um eine Oberflächenschicht über den
polygonalen festen Schleifen Lma1 und Lmb1 zu bilden und um über die Oberflächenschicht
zu glätten.
Auf dieselbe Art und Weise wie oben beschrieben wird der digitale
X-Y Plotter 34 bewegt, um den Strahlungsspot BS in einer Position
P(2)1 über
der Arbeitsoberfläche
WS der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL zu lokalisieren und über
die Oberflächenschicht
zu glätten
und die Oberfläche
der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL entlang einer polygonalen Spur abzutasten, um dadurch polygonale
feste Schleifen Lma2 zu bilden, die Lmb2 als zweite feste Schicht überlagert,
die äquivalent
ist der zweiten Querschnittsschicht L2 des Modells M über der
vorher hergestellten ersten festen Schicht. Derselbe Prozess wird
stufenweise entsprechend den CAM-Daten ausgeführt, um polygonale feste Schleifen
LMan und LMbn als feste Schicht äquivalent
zur Querschnittschicht Ln des Modells M zu bilden.
-
Durch
Wiederholen des Prozesses so oft wie die Querschnittsschicht des
Modells M dieselbe Anzahl von polygonalen festen Schleifen überlagert
wie die Anzahl der Querschnittsschichten des Modells M wird ein
dreidimensional geschichtetes Produkt aufgebaut als ein Guss für Ringe
auf dem Tisch 24. Der gesamte Oberflächenabstand zwischen den inneren und äußeren Schleifen
wird alle 6 bis 10 Schichten gehärtet,
um dem Produkt die Struktur zu geben.
-
Wenn
das Produkt vollständig
aufgebaut worden ist, wird es von dem Tisch 24 entfernt
und mit einer Ultraschallreinigung für ungefähr 5 Minuten gewaschen, um
das flüssige
Harz zu entfernen. Die Benutzung von Ethanol und einem Lösungsmittel
kann auch gefordert werden, um das flüssige Harz zu entfernen. Als
nächstes
wird das Produkt oder Modell einem zweiten Härten unter ultravioletter Strahlung
unterworfen, um das gesamte Modell auszuhärten.
-
Zahlreiche
Varianten des Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgeräts 50 können benutzt
werden, so wie dies schematisch in den 6A bis 6C dargestellt
wird. Das Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50a,
das in 6A dargestellt wird, umfasst
ein Paar von doppelwandigen Nivellierungsblättern 52a, die lösbar an
einer Befestigung 54 montiert sind. Jedes doppelwandige
Nivellierungsblatt 52a besteht aus äußeren und inneren Wandabschnitten,
die durch einen konstanten Abstand voneinander getrennt sind, um
einen Spalt oder eine Lücke 51b zur
Verfügung
zu stellen, die als ein zusätzliches
Kapillar wirkt. Ferner sind die doppelwandigen Nivellierungsblätter 52a an
der Befestigung 54 mittels einem Satz Schrauben 54a befestigt und
an den distalen Kanten durch eine Trennung von z.B. vorzugsweise
ungefähr
1 mm voneinander getrennt, um dazwischen einen engen Spalt 51a zu
bilden, der als ein Hauptkapillar wirkt. Wenn die doppelwandigen
Nivellierungsblätter 52a in
Berührung
mit der Oberfläche
der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL gebracht werden, dann zieht das Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50a die
lichthärtbare
Flüssigkeit
PCL in den Raum 51a und den Spalt 51b mit Hilfe
seiner eigenen Kapillarwirkung und der Oberflächenspannung der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL ein. Dieses Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50a ist
vorzuziehen, um eine größere Menge
an lichthärtbarer
Flüssigkeit
PCL darin einzuziehen und zu halten.
-
6B zeigt
ein anderes Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50b,
das ein Paar von Oberflächennivellierungsblättern 52b umfasst,
die an einer Befestigung 54 mittels einem Satz von Schrauben 54a befestigt
sind und an ihren unteren distalen Kanten durch eine Trennung von
z.B. vorzugsweise ungefähr
1 mm voneinander getrennt sind, um dazwischen einen engen Spalt 51b zu
bilden, der als ein Hauptkapillar wirkt. Jedes Oberflächennivellierungsblatt 52b ist
mit gegenüberliegenden
Enderweiterungen 5 ausgebildet, die immer unterhalb der
Oberfläche
der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL positioniert sind, um die lichthärtbare Flüssigkeit PCL in den Raum 51b einzuziehen,
während
die Oberflächennivellierungsblätter 52b wenigstens
in Berührung
mit der Oberfläche
der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL sind. Dieses Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50b ist
vorzuziehen, um die lichthärtbare
Flüssigkeit
PCL aufzuziehen und schnell den Raum 51b damit aufzufüllen. Das
Gerät 50a ist
vorzuziehen, um eine größere Menge
an lichthärtbarer
Flüssigkeit PCL
darin aufzuziehen und zu halten.
-
6B zeigt
ein anderes Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50b,
das ein Paar von Oberflächennivellierungsblättern 52b umfasst,
die an einer Befestigung 54 mittels einem Satz von Schrauben 54a befestigt
sind und an ihren unteren distalen Kanten durch eine Trennung davon
von z.B. vorzugsweise ungefähr
1 mm voneinander getrennt sind, um dazwischen einen engen Spalt 51b zu
bilden, der als ein Hauptkapillar wirkt. Jedes Oberflächennivellierungsblatt 52b ist
mit gegenüberliegenden
Enderweiterungen 5 ausgebildet, das immer unterhalb der Oberfläche der
lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL positioniert ist, um die lichthärtbare Flüssigkeit PCL in den Raum 51b einzuziehen,
während
die Oberflächennivellierungsblätter 52b wenigstens
in Berührung
mit der Oberfläche
der lichthärtbaren
Flüssigkeit
PCL stehen. Dieses Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50b ist
vorzuziehen, um die lichthärtbare Flüssigkeit
PCL einzuziehen und den Raum 51b damit schnell zu füllen.
-
6C zeigt
noch ein anderes Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50c,
das ein Paar von Oberflächennivellierungsblättern 52c umfasst,
die mit einer vorgegebenen Trennung getrennt sind, um dazwischen
einen engen Spalt 51c und einen porösen Puffer 59, wie
z.B. einen Schwamm-Puffer und einen Schaum-Puffer zu bilden, der
zwischen den Oberflächennivellierungsblättern 52c positioniert
ist, mit der Auswirkung des aktiven Haltens oder Aufbewahrens der
lichthärtbaren Flüssigkeit,
die durch Kapillarwirkung eingezogen bleibt und es über einem
geschichteten Produkt abgibt, das aufgebaut wird. Ferner können die
Oberflächennivellierungsblätter 52c aus
porösen
Elementen hergestellt sein.
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Das
Flüssigkeitsoberflächen-Nivellierungsgerät 50/50a–50c kann
jede Form der Kombinationen der Nivellierungsblätter annehmen, die in den 3 und 6A bis 6C dargestellt
sind.
-
Während die
vorliegende Beschreibung mit Bezug auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann, dass die vorliegende
Erfindung mit verschiedenen Veränderungen
und Modifikationen ausgeführt
werden kann, ohne den Bereich der Ansprüche zu verlassen.