DE60115136T2

DE60115136T2 - Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen durch kontrollierte Photohärtung

Info

Publication number: DE60115136T2
Application number: DE60115136T
Authority: DE
Inventors: Stephen D. Los Angeles Hanna; Khalil M. Stevenson Ranch Moussa
Original assignee: 3D Systems Inc
Current assignee: 3D Systems Inc
Priority date: 2000-05-05
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2021-04-25
Also published as: EP1151849B1; EP1151849A1; JP3556923B2; DE60115136D1; US6574523B1; JP2002001827A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines dreidimensionalen Objekts auf einer Schicht-für-Schicht-Basis und ist anwendbar auf ein Verfahren zur Steuerung der mechanischen Eigenschaften von Teilen für stereolithografische und anderer dreidimensionaler lichtausgehärteter Objekte durch Aushärten des lichtaushärtbaren Mediums oder der fotopolymeren Flüssigkeit, aus welcher das dreidimensional aufgebaute Objekt erzeugt wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In den vergangenen Jahren wurden viele verschiedene Techniken für die schnelle Produktion von dreidimensionalen Modellen für industrielle Anwendungen entwickelt. Diese werden manchmal als Rapid Prototyping und Herstellungs- Techniken (Rapid Prototyping & Manufacturing: "RP&M") bezeichnet. Im Allgemeinen bilden Rapid Prototyping und Herstellungstechniken dreidimensionale Objekte Schicht für Schicht aus einem Arbeitsmedium, unter Verwendung eines in Scheiben geschnittenen Datensatzes, der Querschnitte des zu bildenden Objekts repräsentiert. Typischerweise wird eine Objektdarstellung zuerst durch ein Computer Aided Design (CAD) System bereitgestellt.
Stereolithografie, z. Z. die am häufigsten verwendete RP&M-Technik, kann als eine Technik für die automatische Herstellung von dreidimensionalen Objekten aus einem fluidähnlichen Material definiert werden, unter Verwendung einer selektiven Aussetzung bzw. Bestrahlung von Schichten des Materials an einer Arbeitsoberfläche, um aufeinander folgende Schichten des Objekts auszuhärten und anzuhaften (d. h. Lagen). In der Stereolithografie werden Daten, die das dreidimensionale Objekt repräsentieren, als zweidimensionale Schichtdaten eingegeben, bzw. in diese konvertiert, die Querschnitte des Objekts repräsentieren. Schichten von Material werden nacheinander unter Verwendung eines Computer gesteuerten Laserstrahls oder ultraviolettem Licht (UV) in aufeinander folgende Lagen gemäß den zweidimensionalen Schichtdaten gebildet und selektiv transformiert oder verfestigt (d. h. ausgehärtet). Während der Transformation werden die aufeinander folgenden Lagen mit zuvor geformten Schichten verbunden, um eine integrale Bildung des dreidmensionalen Objekts zu ermöglichen.
Die übliche stereolithografische Vorgehensweise, um dreidimensionale Objekte zu bilden ist im US-Patent Nr. 4,575,330 beschrieben (C. W. Hull), erteilt am 11. März 1986 und später nachgeprüft (erteilt am 19. Dezember 1989). Dieses Patent beschreibt ein System zur Erzeugung von dreidimensionalen Objekten durch Erzeugen von Querschnittsmustern, wie oben beschrieben.
Die Stereolithografie bietet eine noch nie da gewesene Möglichkeit, um schnell komplexe oder einfache Teile ohne Werkzeugbearbeitung herzustellen. Da diese Technologie auf der Verwendung eines Computers basiert, um die Querschnittsmuster zu erzeugen, besteht eine natürliche Datenverbindung zu CAD/CAM. Derartige Systeme sind allerdings auf Schwierigkeiten gestoßen, die mit Schrumpfung, Kräuseln und anderen Verzerrungen zu tun haben, wie auch mit der Auflösung, Genauigkeit und mit Schwierigkeiten beim Produzieren von bestimmten Objektformen. Zusätzlich waren diese Systeme bis zum heutigen Zeitpunkt nicht in der Lage, Teile zu erzeugen mit verschiedenen Eigenschaften in verschiedenen Bereichen des Objekts.
Obwohl sich die Stereolithografie als eine effektive Technik zur Bildung von dreidimensionalen Objekten erwiesen hat, waren verschiedene Verbesserungen bezüglich der Schwierigkeiten der Technologie seit einiger Zeit gewünscht. Viele Verbesserungen betrafen die oben erwähnten Schwierigkeiten und wurden bezüg lich der Objektgenauigkeit, der Geschwindigkeit und dem Aussehen des gebildeten Objekts über die Jahre gemacht. Es besteht allerdings immer noch ein Bedarf um das Aussehen der gebildeten Objekte zu verbessern und um die Herstellung bestimmter Objektformen zu vereinfachen, die unterschiedliche Objekteigenschaften in unterschiedlichen Bereichen desselben Teils aufweisen. Verschiedene Aspekte des stereolithograsischen Aufbauverfahrens können das Aussehen des gebildeten Objekts beeinflussen, die Einfachheit der Herstellung und die Eigenschaften des dreidimensionalen Objekts. Zum Beispiel sind zwei Aspekte und Bereiche, bei denen eine Verbesserung notwendig ist, die Fähigkeit, die Wärmebeständigkeit zu steuern und die Dehnfähigkeit oder Haltbarkeit bzw. Festigkeit eines Teils, welches unter Verwendung von Stereolithografie gebildet wurde oder von einem Bereich, der innerhalb eines Teils gebildet wurde.
Das Problem, ein stereolithografisches Teil mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften aus einem einzelnen fotopolymerischen Material ausbauen zu können, war bisher nicht lösbar. Vorhergehende Versuche haben Modelle oder Teile aus unterschiedlichen fotopolymerischen Materialien erzeugt und diese zusammengeklebt. Seit kurzem hat man bei der Herstellung mit Trägern, welche wie die Befestigungsmittel bei der konventionellen mechanischen Bearbeitung funktionieren und das zu bildende Objekt oder einen Teil davon während des Aufbauprozesses in Position halten, ein unterschiedliches Aushärten verwendet, um schwache Bereiche an dem Befestigungspunkt des zu bildenden Objekts zu erzeugen, um die Teilentfernung vom Träger zu vereinfachen. Diese unterschiedliche Aushärtung setzt die Träger dem Laser für unterschiedliche Zeitlängen aus, um unterschiedliche Aushärtetiefen des Polymermaterials an unterschiedlichen Stellen zu erreichen. Die weniger ausgehärteten Bereiche sind an den Schwachpunkten. Dies wird ebenfalls in unserer anhängigen europäischen Anmeldung 01300160.7, angemeldet am 9. Januar 2001, beschrieben. Diese Träger werden vor der Nachbearbeitung und Aushärtung von dem Grünkörper entfernt. Es war allerdings bisher nicht möglich, ein zu bildendes Objekt, oder einen Teil davon, aus einem einzigen fotopolymerischen Material zu erzeugen, welches bestimmte mechanische Eigenschaften in unterschiedlichen Bereichen hat.
Eine Form der dreidimensionalen Objektmodellierung, welche das Problem der Erzeugung von wünschenswerten Charakteristiken in aufgebauten Teilen durch Steuerung der Eindringtiefe der wirkenden Strahlung in einer Wanne mit einem Fotopolymer anspricht, verwendet eine Technik, die als Strahlprofilierung bekannt ist. Die US-Patente Nr. 5,058,988 und 5,182,056 befassen sich mit der Steuerung der Tiefe und Breite von Fotopolymeren, welche durch einen Laserstrahl ausgehärtet werden, der durch einen Computer gesteuert wird. Das '988 Patent offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung, welche die Nettoaussetzung bzw. Belichtung des Fotopolymers, durch Erfassen der Intensität des Laserstrahls und anschließender Berechnung der Aushärteparameter oder Tiefe bestimmt, basierend auf der bestimmten Nettobelichtung und den Eigenschaften des Fotopolymers. Das '056-Patent offenbart die Verwendung von zwei Belichtungsstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge, um das Fotopolymer auf unterschiedliche Aushärtetiefen auszuhärten. Keines der Patente lehrt die Bildung eines stereolithografischen Teils mit diskreten mechanischen Eigenschaften in unterschiedlichen Bereichen.
Die WO 92/08200 ist eine der früheren Anmeldungen des Anmelders, und offenbart Verfahren zur Bildung von dreidimensionalen Objekten durch Stereolithografie. Die Anmeldung offenbart die Verwendung einer Stimulation unter Verwendung von Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen, die unterschiedliche Eindringtiefen bieten, um die gewünschte Anhaftung zwischen den Schichten und die benötigte Dicke sicherzustellen. Die Verwendung von Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen soll dazu dienen, gleichförmige mechanische Eigenschaften in unterschiedlichen Bereichen zu erzielen und nicht, um unterschiedliche mechanische Eigenschaften in unterschiedlichen Bereichen zu erzielen.
Die US 5,985,204 betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Form für das Gießen einer Metalllegierung, insbesondere durch selektives Bestrahlen einer Schicht aus Sand, welche mit einem heißhärtenden Harz beschichtet ist, welches aushärtet, wenn es bestrahlt wird. Der Sand wird mit Laserstrahlung von unterschiedlichen Dicken bestrahlt, abhängig davon, ob das Teil ein internes Teil oder ein Hautbereich ist.
Die US 5,897,825 ist ein weiteres der frühen Patente des Anmelders und betrifft ein Verfahren zur Bildung eines dreidimensionalen Objekts aus einer Flüssigkeit oder einem Pulver in einem Schicht-für-Schicht-Aufbau, und insbesondere eine Tragstruktur für ein Objekt, welches auf diese Weise geformt wird, wobei die Träger einen inneren Kern und eine äußere Haut (Skin) enthalten. Die JP 02 095830 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, bei welchem die äußere Oberfläche unabhängig von dem inneren Kern gebildet wird und bei welchem die äußere Oberfläche aus dünneren Schichten als der innere Kern gebildet wird. Die JP 10 119136 betrifft ein Herstellungsverfahren, welches eine Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet, um unterschiedliche Bereiche des Artikels mit unterschiedlichen Tiefen zu bestrahlen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Bildung eines dreidimensionalen Objekts unter Verwendung eines Lichtaushärteprozesses, um ein lichtaushärtbares Medium zu stimulieren, um selektiv seinen Zustand zu einem Festkörper zu ändern, um das dreidimensionale Objekt zu bilden, die folgenden Schritte:

(a) Bereitstellen einer Quelle eines lichtaushärtbaren Mediums, welches geeignet ist, eine Transformation in einen festen Zustand durchzuführen, aufgrund der selektiven Aufbringung von Energie, um eine Zustandsänderung zu stimulieren;
(b) Empfangen einer Datenbeschreibung eines zu bildenden Objekts;
(c) Manipulieren der Daten, um selektiv Energie aufzubringen, um die Änderung des Zustand des Mediums zu stimulieren, um ein Objekt zu formen; und
(d) Selektives Aufbringen der Energie auf das Medium, um das dreidimensionale Objekt Schicht für Schicht zu formen, wobei auf das Objekt in unterschiedlichen Bereichen selektiv unterschiedliche Energieaufbringungsverfahren angewandt werden, um dadurch in dem transformierten Medium wenigstens eine ausgewählte Region mit unterschiedlicher Aushärtung zu erzeugen, verglichen mit einer benachbarten Region, um unterschiedliche mechanische Eigenschaften in diskreten Bereichen des Objekts zu erzeugen, wobei die Wärmeformbeständigkeit von ausgewählten Bereichen durch Unteraushärten des Materials gesteuert wird, und wobei die Beständigkeit von ausgewählten Bereichen durch Reduzieren der Energieleistung und Spotgröße mit verringertem Schraffurabstand gesteuert wird.

Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung kann es ermöglichen, das zu bildende Objekt oder Teil mit maßgeschneideiter Haltbarkeit zu erzeugen, welche wie benötigt eine größere Dehnverlängerung oder Haltbarkeit in bestimmten Bereichen des Teils hat, während insgesamt schnellere Aufbaugeschwindigkeiten erhalten bleiben.
Ein Vorteil der Anwendung der vorliegenden Erfindung ist es, dass ein zu bildendes Objekt oder Teil erreichbar ist, das abgestufte mechanische Eigenschaften haben kann.
Ein Vorteil der Anwendung der vorliegenden Erfindung ist es, dass ein zu bildendes Objekt oder Teil erreichbar ist, das abgestufte mechanische Eigenschaften haben kann.
Es ist ein weiterer Vorteil der Anwendung der vorliegenden Erfindung, dass feinere zu bildende Objekte oder Teile erreicht werden können.
Es ist noch ein weiterer Vorteil der Anwendung der vorliegenden Erfindung, dass die Wärmeverformungstemperatur unter Belastung (Heat Deflection Temperature HDT) selektiv in ausgewählten Teilbereichen, wie benötigt, erhöht werden kann.
Die vorliegende Erfindung kann so verwirklicht werden, dass das gesamte Teil oder das zu bildende Objekt in dem grünen oder nicht gehärteten Nachverarbeitungszustand nicht erweicht ist, um einen hohen Wärmeverformungswiderstand in einem oder mehreren gewünschten Bereichen des Teils zu erreichen.
Diese und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden durch die vorliegende Erfindung und ihre bevorzugte Anwendung erreicht, indem ein Verfahren verwendet wird des differenziellen Aushärtens des lichtaushärtbaren Mediums, welches das Teil oder das zu bildende Objekt bildet, während der Bildung des Objekts, um die mechanischen Eigenschaften von diskreten Bereichen innerhalb des Teils zu steuern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung und ihre Anwendung werden nun in der folgenden detaillierten Offenbarung derselben beschrieben, die in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen steht, wobei:
1 eine schematische Darstellung eines stereolithografischen Systems ist;
2 eine schematische Darstellung eines Teils oder eines zu bildenden Objekts ist, welches unter Verwendung der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, um einen hohen Wärmewiderstand in einem ausgewählten vertikalen Bereich des Teils zu haben;
3 eine schematische Darstellung eines Teils oder eines zu bildenden Objekts ist, welches unter Verwendung der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, um einen hohen Wärmewiderstand in einem ausgewählten lateralen Bereich des Teils zu haben;
4 eine schematische Darstellung eines Teils mit einem Schnappverschlussmerkmal in einem ausgewählten vertikalen Bereich des Teils ist, der eine erhöhte Haltbarkeit verlangt;
5 eine schematische Darstellung eines Teils mit einem Schnappverschlussmerkmal in einem ausgewählten lateralen Bereich des Teils ist, der eine erhöhte Haltbarkeit verlangt; und
6 ein allgemeines Flussdiagramm einer Softwareimplementierung ist, um die Erfindung automatisch in einem stereolithografischen System mittels eines Computers anzuwenden, um ein stereolithografisches Teil unter Verwendung der grafischen Daten, welche von einem CAD-Programm bereitgestellt werden, zu erzeugen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Während die vorliegende Erfindung hauptsächlich im Zusammenhang mit einem stereolithografischen System beschrieben wird, sollte es klar sein, dass die Prinzipien genauso gut auf andere dreidimensionale Licht aushärtende Systeme angewandt werden können. Diese können Systeme umfassen, die Schicht für Schicht aufbauen und eine Festgrundaushärtung verwenden, UV-Tintenstrahl fotopolymeres Festkörperformen oder andere UV-aushärtbare Formverfahren. Das stereolithografische System, mit welchem die vorliegende Erfindung verwendet wird, erzeugt dreidimensionale Objekte durch Erzeugen eines Querschnittsmusters des zu formenden Objekts an einer ausgewählten Oberfläche eines fluiden Mediums. Eine UV-aushärtbare Flüssigkeit o. Ä. wird verwendet, welche in der Lage ist, ihren physikalischen Zustand in Antwort auf geeignete synergistische Stimulation zu ändern, wie z. B. auftreffende elektromagnetische Strahlung, Elektronen oder anderer Partikelstrahlbeschuss. Es könnten z. B. Pulver verwendet werden, die durch Strahlung verfestigbar sind. Kunststoffpulver und sinterfähige Metallpulver sind geeignete Pulver. Aufeinander folgende benachbarte Schichten, welche entsprechende aufeinander folgende benachbarte Querschnitte des Objekts repräsentieren, werden automatisch in Antwort auf die synergistische Stimulation geformt und werden zusammen integriert, um einen schrittweisen Schicht- oder Dünnschichtaufbau des Objekts zu bieten. Auf diese Weise wird ein dreidimensionales Objekt auf einer im Wesentlichen ebenen oder blattförmigen Oberfläche des flüssigen Mediums während des Bildungsprozesses geformt.
1 zeigt ein bevorzugtes stereolithografisches System in einer Aufrissansicht des Querschnitts. Ein Behälter 21 ist mit einem UV-aushärtbaren Fotopolymer 22 o. Ä. gefüllt, um eine designierte Arbeitsoberfläche 23 bereit zu stellen. Eine programmierbare Quelle von ultraviolettem Licht 26 o. A. erzeugt einen Spot 27 von ultraviolettem Licht auf der Ebene der Oberfläche 23. Der Spot 27 ist über die Oberfläche 23 durch die Bewegung von Spiegeln oder anderen optischen oder mechanischen Elementen (in 1 nicht abgebildet) bewegbar, welche mit der Lichtquelle 26 verwendet werden. Die Position des Spots 27 auf der Oberfläche 23 wird durch ein Computersteuerungssystem 28 gesteuert. Das System 28 kann die Bildung von Querschnitten basierend auf CAD-Daten steuern, die durch einen Generator 20 in einem CAD-Designsystem o. Ä. erzeugt werden und im .STL-Datenformat über eine Netzwerkkommunikation, wie z. B. ETHERNET o. Ä., zu einem computerisierten Umwandlungssystem 19 zu lenken, wo Informationen, die das Objekt definieren, speziell in Scheiben geschnitten und verarbeitet werden. Die .STL-Datei ist eine tessilierte Objektbeschreibung bestehend aus den X-, Y-, und Z-Koordinaten der drei Eckpunkte eines jeden Oberflächenpolygons und einem Index, der die Orientierung der Oberflächennormalen beschreibt. Die Oberflächenpolygone sind vorzugsweise Dreiecke. Die Objektdaten werden manipuliert, um die Daten zu optimieren und Ausgabevektoren bereit zu stellen. Die manipulierten Daten werden außerdem Belastungen, Kräusel und Verzerrungen reduzieren und die Auflösung, Stärke, Genauigkeit, Geschwindigkeit und Okonomie der Herstellung verbessern, selbst für relativ schwierige und komplexe Objektformen in dem zu bildenden Teil. Der Interface-Computer erzeugt Schichtdaten durch in Scheiben scheiden (Slicing), Variieren der Schichtdicke, dem Abrunden von Polygonecken, Füllen, Skalieren, Schraffieren, dem Versetzen von Vektoren, dem Ordnen von Vektoren und dem Erzeugen von flachen Hautelementen, beinahe flachen Hautelementen, nach oben weisenden und nach unten weisenden Hautelementen.
Eine bewegliche Aufzugsplattform 29 innerhalb des Behälters 21 kann selektiv nach oben und nach unten bewegt werden. Die Position der Plattform 29 wird durch das System 28 gesteuert. Während das Gerät arbeitet, erzeugt es ein dreidimensionales Teil 30 durch einen schrittweisen Aufbau von integrierten Lagen oder Schichten, wie z. B. 30c, 30b und 30a.
Die Oberfläche der UV-aushärtbaren Flüssigkeit 22 wird in dem Behälter 21 auf einem konstanten Niveau gehalten. Der Spot 27 von UV-Licht oder eine andere geeignete Form einer reaktiven Stimulation ist von ausreichender Intensität, um die Belichtung zu bieten, um die Flüssigkeit auszuhärten und sie in ein festes Material zu konvertieren, während er in einer programmierten Weise über die Arbeitsoberfläche 23 bewegt wird. Während die Flüssigkeit 22 aushärtet und ein festes Material bildet, wird die Aufzugsplattform 29, die ursprünglich gerade unterhalb der Oberfläche 23 war, in einer programmierten Weise durch ein geeignetes Stellmittel von der Oberfläche nach unten bewegt. Auf diese Weise wird das zuerst geformte Festmaterial unter die Oberfläche 23 gebracht in Vorbereitung der Wiederbeschichtung mit neuer Flüssigkeit 22 über die zuvor ausgehärteten Schichten, um eine neue Oberfläche 23 zu bilden. Der Abstand zwischen der neuen Oberfläche 23 und der oberen Oberfläche der zuvor ausgehärteten Schicht ist gleich der Schichtdicke der nächsten zu formenden Schicht. Alternativ kann eine neue Beschichtung eines UV-aushärtbaren Materials oder Fotopolymers mittels eines Streichmessers erfolgen, wie es im US-Patent Nr. 5,174,931 beschrieben ist, welches Patent dem Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen ist, welche ausdrücklich durch Bezugnahme auf zur Sache gehörende Teile hier aufgenommen wird. Ein Teil dieser neuen Flüssigkeit wird wiederum durch den programmierten UV-Lichtspot 27 zu festem Material konvertiert, und das neu verfestigte Material verbindet sich anhaftend mit dem darunter liegenden Material. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis das gesamte dreidimensionale Teil 30 gebildet ist. Das Teil 30 wird dann aus dem Behälter 21 entfernt und die Vorrichtung ist bereit, ein weiteres Teil herzustellen. Ein weiteres Teil kann dann produziert werden oder irgendein neues Teil kann hergestellt werden, indem das Design, die Daten oder das Programm in dem Computer 28 oder dem CAD-Generator 20 geändert wird.
Die Lichtquelle 26 emes Stereolithografiesystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist typischerweise ein Festkörper-Ultraviolettlaser. Andere Ausführungsformen können einen Argonionen- oder einen Helium-Kadmium-Ultraviolettlaser oder jede andere UV-Lichtquelle verwenden.
Ein kommerzielles Stereolithografiesystem wird neben denen in Verbindung mit den schematisch dargestellten Systemen in 1 gezeigten, zusätzliche Komponenten und Untersysteme haben. Zum Beispiel würde das kommerzielle System auch einen Rahmen und ein Gehäuse und ein Steuerpanel haben. Es sollte Mittel haben, um den Anwender von übermäßigem UV-Licht abzuschirmen, und es kann außerdem Mittel haben, um eine Betrachtung des Teils 30 zu ermöglichen, während dieses gebildet wird. Kommerzielle Einheiten werden Sicherheitsmittel aufweisen zur Steuerung von Ozon und giftigen Dämpfen als auch konventionelle Hochspannungs-Sicherheitsschutzmaßnamen und Sperren. Einige kommerzielle Emheiten können außerdem Mittel aufweisen, um effektiv die sensiblen Elektronikbauteile vor Elelctrosmogquellen abzuschirmen. Die kommerzialisierte stereolithografische Einheit ist ein geschlossenes System, welches ein CAD-System enthält oder über Schnittstellen direkt mit dem CAD-System des Anwenders kommuniziert. Derartige kommerzielle Einheiten sind als SLA^®-Systeme von 3D Systems, Inc. of Valencia, Kalifornien, erhältlich.
Die Vektordaten und Parameter von dem Computersteuerungssystem 28 werden zu einem Steuersubsystem (nicht abgebildet) gerichtet, um den Stereolithografie-Laser, Spiegel, Aufzug u. Ä. des Systems zu betreiben. Diese erlauben es, die festen individuellen Lagen, welche Querschnitte des zu bildenden Objekts oder Teils repräsentieren, zu erzeugen und die Lagen erfolgreich zu kombinieren, um das dreidimensionale Teil zu bilden. Das Teil wird durch die Aufbringung einer geeigneten Energiestimulationsform als ein grafisches Muster gemäß dieser Vektordaten und Parameter an der Oberfläche des Fluidmediums erzeugt, um die dünnen individuellen Lagen oder Schichten zu bilden. Jede feste Schicht oder individuelle Lage repräsentiert einen benachbarten Querschnitt des dreidimensionalen zu bildenden Objekts. Aufeinander folgende benachbarte Schichten oder Lagen werden übereinander gelagert während sie gebildet werden, um das dreidimensionale Objekt oder Teil zu erzeugen.
Stereolithografische Teile werden bevorzugt an Strukturen aufgebaut, die als Träger bzw. Stützelemente bekannt sind, anstatt direkt an der Aufzugsplattform, welche das zu bildende Objekt oder dass Teil nach oben und nach unten bewegt, während aufeinander folgende Lagen oder Schichten in dem Licht aushärtenden Verfahren geformt werden. Ein Grund für die Verwendung von Trägern ist es, das Teil von der Plattform zu trennen. Ein weiterer Grund für die Verwendung von Trägern ist die Verbesserung des Flüssigkeitsflusses um das Teil. Dies erlaubt die Verwendung einer kürzeren Eintauch- oder Wiederbeschichtungszeit, da sich die Oberfläche der Flüssigkeit mit einer verbesserten Strömung schneller setzen wird. Zusätzlich wird überschüssiges Harz schneller von dem vervollständigten Teil abfließen, um die Nachbearbeitungszeit zu reduzieren.
Träger werden außerdem verwendet, um Bereiche eines Teils zu verankern, welche ansonsten eine Tendenz haben würden, sich zu bewegen und um Bereiche zu stärken, die anfällig für Kräuselungen oder Beschädigung während der Teilerzeugung sind. Trägerstrukturen werden benötigt, um hohle Teile zu erzeugen oder Teile mit einem nicht gestützten Überhang. Trägerstrukturen werden von dem Grünkörper nach dem Aufbau entfernt und vor der Nachverarbeitungsaushärtung.
Jedes geeignete Fluidmedium, welches in der Lage ist, in Antwort auf die Aufbringung einer geeigneten Form von Energiestimulation auszuhärten, kann in der Anwendung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Es sind viele Chemikalien mit flüssigem Zustand bekannt, welche angeregt werden können, um zu einem Polymerkunststoff mit festem Zustand zu wechseln, durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht oder einer Aussetzung zu anderen Arten von Stimulationen, wie z. B. Elektronenstrahlen, sichtbarem oder nicht sichtbarem Licht oder reaktiven Chemikalien, welche über Tintenstrahl oder über eine geeignete Maske aufgebracht werden. Geeignete Fotopolymere, die in der Anwendung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfaasen jegliche kommerziell erhältliche Fotopolymere die von Ciba Specialty Chemicals, Inc. of Los Angeles, Kalifornien hergestellt und von 3D Systems, Inc. of Valencia, Kalifornien, verkauft werden. Diese umfassen, sind darauf jedoch nicht begrenzt, SL 7540, SL 5170, SL 5180, SL 5195, SL 5530 und SL 5510 zur Verwendung in allen kommerziell erhältlichen SLA^® Systemen von 3D Systems.
Die vorliegende Erfindung kann an jeder stereolithografischen Vorrichtung ausgeübt werden, sie soll jedoch in Zusammenhang mit der Verwendung von SLA^® 3500, 5000 und 7000 Systemen beschrieben werden, welche kommerziell bei 3D Systems, Inc., dem Anmelder der vorliegenden Erfindung, erhältlich sind.
Wir haben festgestellt, dass die selektive Steuerung von Prozessparametern, welche die mechanischen Eigenschaften während des Aufbauprozesses beeinflussen, verwendet werden kann, um Teile mit gewünschtem thermischen Widerstand und Haltbarkeit in diskreten Bereichen des Teils zu erzielen.
Der erste Schritt beim Aufbau eines Teils, das diskrete Bereiche hat, ist es zu bestimmen, welche Variabilität in den mechanischen Eigenschaften von einer gegebenen Stereolithografiesystem/Harz -Kombination erreicht werden kann. Beispiele werden unten für das oben erwähnte SL 5530 Material gegeben.
Es wurde durch eine Reihe von mechanischen Tests festgestellt, dass die Wärmeformbeständigkeitstemperatur von Teilen, welche mit SL 5530 Material hergestellt wurden, wesentlich erhöht werden kann, durch Aufbringung eines zwischenoptimierten Laseraussetzungsniveaus für die Wärmeformbeständigkeit des Materials. Die unten aufgeführte Tabelle zeigt die Belichtung bzw. Aussetzung, welche verwendet wurde, um eine Teststange in SL 5530 unter Verwendung eines SLA 7000 Systems zu erzeugen. Die resultierende Wärmeformbeständigkeitstemperatur unter Belastung (Heat Deflection Temperature HDT) wurde in Übereinstimmung mit ASTM D648 gemessen.
TABELLE 1
Das Herstellungsverfahren, welches in der höchstmöglichen HDT resultiert, ist allerdings nicht immer das beste Verfahren zur Erzeugung von Modellen. In diesem Fall umfasst das Verfahren die Unteraushältung des Materials in dem gebildeten Teil unter die empfohlenen Werte, wie beispielhaft durch die Bauweise 5 in der obigen Tabelle 1 gezeigt. Dies wird in Teilen resultieren, die eine spezielle Handhabung benötigen, da das Material nach der Produktion weich sein wird und in seiner Härte im Laufe der Zeit zunehmen wird. Zusätzlich ist es nicht empfehlenswert, ein gesamtes Modell unter Verwendung dieses Verfahrens herzustellen, sondern nur den Bereich, der zusätzliche Wärmebeständigkeit benötigt.
2 zeigt, wie eine schichtweise Modifikation von Eigenschaften erreicht werden kann. Es kann ein Teil erzeugt werden, welches die Hochtemperatureigenschaft nur dort aufweist, wo sie benötigt ist (dem Kernbereich eines Spritzgusswerkzeugeinsatzes), während der Rest des Teils nach dem Standardverfahren hergestellt wird, das ein festes und einfach zu handhabendes Teil sicherstellt. In dem Fall eines Teils dieses Typs werden während des Aufbaus einfache Änderungen an der Bauweise an einer geeigneten Z-Höhe vorgenommen. In diesem Fall würde Bauweise 5 verwendet werden für die Basis des Teils, während Bauweise 4 ver wendet werden würde, um den oberen Bereich zu bilden, welcher eine höhere Temperaturbeständigkeit benötigt, wie es für den Kernbereich eines Spritzgusseinsatzes z. B. notwendig ist. In diesem Fall wird Bauweise 4 gewählt, um die maximale Wärmebeständigkeit in einem speziellen Bereich bereit zu stellen, welcher im Allgemeinen durch die Nummer 33 in 2 als Schichten 11 bis 19 bezeichnet ist. Im Gegensatz dazu wird die Bauweise 5 gewählt, um das festeste Muster in den verbleibenden Bereichen herzustellen, welche als Schichten 1 bis 10 dargestellt sind, welche als eine stabile Basis für das Teil dienen. Die Bauweise 5 maximiert die Festigkeit in belichteten Harz, indem sie ein hohes Niveau an Belichtung relativ zu den anderen Bauweisen vorsieht. Dieses Verfahren kann wie folgt zusammengefasst werden:

1. Eine .STL-Datei wird in eine 3D Lightyear Software oder Maestro Software eingeladen, oder in ein anderes Softwarepaket, welches die Zuordnung von Bauweisen zu individuellen .STL-Dateien oder anderen geeigneten Dateien erlaubt.
2. Die Bauweise 5 wird der .STL-Datei zugewiesen für den Z-Bereich oder den Bereich, der keine hohe Wärmebeständigkeit benötigt, aber von einer Bauweise profitiert, die einen robusten Aufbau bietet.
3. Die Bauweise 4 wird der .STL-Datei zugewiesen für den Z-Bereich oder für den Bereich, der eine hohe Wärmebeständigkeit benötigt.
4. Die Teile werden in Scheiben geschnitten und eine Aufbaudatei (wie z. B. eine .BFF-Datei) wird vorbereitet.
5. Die resultierende Aufbaudatei wird auf einer stereolithografischen Maschine, wie z. B. einem SLA^® 5000 oder 7000 System, oder einer anderen dreidimensionalen fotoaushärtenden Vorrichtung ausgeformt und das resultierende Modell herausgenommen, gesäubert und nachbearbeitet.
6. Damit das SL 5530 Harz die Hochtemperatur-Charakteristiken entwickelt, muss das Teil in einem Ofen bei 160°C für zwei Stunden erwärmt werden. Nach dieser Zeit werden die Schichten in Region 33, die unter Verwendung der speziellen Bauweise 4 geformt wurden, eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisen, während die Schichten, die unter Verwendung von Bauweise 5 geformt wurden, eine wesentlich geringere Wärmebeständigkeit haben werden.

3 zeigt, wie eine Modifikation von mechanischen Eigenschaften innerhalb einer gegebenen Schicht erreicht werden kann. Unter Verwendung des oben mit SL 5530 Harz beschriebenen Falls, kann ein Teil produziert werden, das innerhalb eines Teils einer gegebenen Schicht die Hochtemperatureigenschaft nur dort wo gewünscht aufweist. Hier kann der Bereich, welcher eine hohe Wärmebeständigkeit benötigt, ein Merkmal sein, das von dem Körper eines Modells hervorsteht. Um dies durchzuführen, werden die folgenden Schritte verwendet:

1. Eine .STL-Datei eines Modells, das mit selektiven mechanischen Eigenschaften gebaut werden muss, wird in ein CAD-Paket importiert, wie z. B. ein IronCAD von Visionary Design Systems, welches .STL-Dateien akzeptiert. Alternativ kann der Prozess mit einer CAD-Datei oder einer anderen geeigneten CAD-Darstellung begonnen werden.
2. Die .STL-Datei wird in Bereiche unterteilt. Jeder Bereich des Modells, der eine spezielle Eigenschaft benötigt, wird in seine eigene einzigartige .STL-Datei aussortiert und gespeichert. Wenn von einer CAD-Datei gestartet wird, kann die Datei unterteilt werden und mehrere .STL-Dateien können exportiert werden, so dass jeder Bereich von einer entsprechenden .STL-Datei repräsentiert wird.
3. Die Komponenten .STL-Dateien, welche das komplette Modell ausmachen, werden in einer 3D Lightyear Sofware oder Maestro Software eingeladen, oder in ein anderes Softwarepaket, welches die Zuordnung von Bauweisen zu individuellen .STL-Dateien erlaubt. Die Komponenten werden benachbart zueinander angeordnet, so dass sie zu einem Ganzen zusammengesetzt werden.
4. Die Bauweise 4 wird zu den Komponentenbereichen oder Teilen von Schichten 11 bis 19 zugewiesen, welche allgemein durch die Nummer 35 in 3 bezeichnet sind, die eine hohe Wärmebeständigkeit benötigen, und Bauweise 5 wird zu den verbleibenden Komponentenbereichen oder Teilen von Schichten 11 bis 19 und allen Schichten 1 bis 10 und 20 bis 28 zugewiesen, um für die Haltbarkeit in einem robusten Aufbau zu sorgen.
5. Die Teile werden in Scheiben geschnitten und eine Aufbaudatei (wie z. B. eine .BFF-Datei) wird vorbereitet.
6. Die resultierende Aufbaudatei wird auf einer stereolithografischen Maschine aufgebaut, wie z. B. einem SLA^® 5000 oder 7000 System, oder einer anderen dreidimensionalen Lichtaushärtvorrichtung und das resultierende Modell wird entnommen, gesäubert und nachbearbeitet.
7. Damit das SL 5530 Harz die Hochtemperaturcharakteristik entwickelt, muss das Teil in einem Ofen bei 160°C für zwei Stunden erwärmt werden. Nach dieser Zeit werden die Teile von Schichten 11 bis 19 in Region 35, die unter Verwendung der speziellen Bauweise 4 geformt wurden, eine hohe Wärmebeständigkeit haben, während die Schichten und Teile, die unter Verwendung von Bauweise 5 geformt wurden, eine erheblich niedrigere Wärmebeständigkeit haben werden.

2 zeigt ein Werkzeug, das eine hohe Wärmebeständigkeit nur an dem Teil benötigt, gegen welches geschmolzener Kunststoff geformt werden soll. In dieser Fig. benötigt nur die obere Region 33 des Teils diese Wärmebeständigkeit. Da es von dem übrigen Teil des Teils in der Z-Richtung getrennt ist, kann eine Änderung in der Bauweise an der geeigneten Z-Höhe verwendet werden, um eine stabile Basis für den unteren Z-Bereich zur erzeugen und eine wärmebeständige Formoberfläche für den oberen Bereich.
3 zeigt ebenfalls ein Werkzeug, das eine hohe Wärmebeständigkeit nur an dem Teil benötigt, gegen welches geschmolzener Kunststoff geformt werden soll. In dieser Fig. benötigt im Gegensatz nur die Region 35 zu der Rechten des Teils diese Wärmebeständigkeit. Da diese nicht getrennt von dem verbleibenden Teil ist und auf derselben Schicht gezeichnet werden muss, muss eine unterschiedliche Strategie verwendet werden. In diesem Fall muss die Datei in zwei Dateien aufgeteilt werden, von denen eine den Bereich oder die Region 35 enthält, die die hohe Wärmebeständigkeit benötigt, und eine, die diese nicht enthält. Dann werden jeder der Dateien zwei unterschiedliche Bauweisen separat zugewiesen, um eine feste Basis für die linke Seite des Werkzeugs zu erzeugen, und eine wärmebeständige Formoberfläche für die rechte Seite des Werkzeugs. In einigen lichtaushärtbaren Materialien kann die selektive Steuerung von mechanischen Eigenschaften auch verwendet werden, um Änderungen in der Haltbarkeit zu erreichen. Dies wird auf die folgende Weise erreicht.
Der erste Schritt beim Aufbauen eines Teils, das diskrete Regionen hat, ist es wiederum zu bestimmen, welche Variabilität in mechanischen Eigenschaften von einer gegebenen Material-/Maschinenkombination erreichbar sein wird. Beispiele werden unten für das Material SL 7510 gegeben, welches ebenfalls kommerziell von Ciba Specialty Chemicals, Inc. of Los Angeles, Kalifornien, erhältlich ist.
Es wurde durch eine Reihe von mechanischen Tests festgestellt, dass die Haltbarkeit von SL 7510 Teilen durch Ändern der Weise, in welcher die Laserbelichtung auf das Material aufgebracht wird, wesentlich erhöht werden könnte. Die unten aufgerührte Tabelle II zeigt die besonderen Belichtungsarten, die verwendet wurden, um unterschiedliche Niveaus an Haltbarkeit innerhalb eines SL 7510 Proben teils zu erzeugen. Diese Tests konzentrieren sich auf die Fähigkeit, die Haltbarkeit innerhalb einer Probe zu erhöhen. In diesem Fall ist Haltbarkeit ein qualitativer Begriff, der numerisch mit zwei wohlbekannten mechanischen Eigenschaften korreliert: Dehnlängung bei Bruch und Schlagfestigkeit. Dehnlängung ist ein Maß, wie weit eine Probe gedehnt werden kann, bevor sie bricht. Schlagfestigkeit ist ein Maß der Schlagkraft, die benötigt wird, um eine Probe zu zerstören. Die Daten für die Bauweisen 1, 2 und 3 werden unter jeweiliger Verwendung eines SLA 7000 Systems, eines SLA 3500 Systems und eines SLA 5000 Systems erhalten. Alle Testresultate werden in Übereinstimmung mit den Methoden von ASTM D638 bzw. ASTM D256 gemessen.
TABELLE 2
Manchmal ist es wünschenswert, einen Bereich eines Modells zu haben, der haltbar ist, während ein anderer Bereich es nicht ist. Allerdings ist das Herstellungsverfahren, welches in der größtmöglichsten Haltbarkeit resultiert, nicht immer das beste Verfahren zur Erzeugung von Modellen oder Teilen. In diesem Fall, wie durch Bauweisen 2 und 3 beispielhaft dargestellt, umfasst das Verfahren die Verwendung von langsamen Belichtungsroutinen, welche in einer längeren Dauer zur Erzeugung eines Modells resultieren. Bauweise 1 in Tabelle II verwendet höhere Laserleistungen, eine größere Laserspotgröße und einen breiteren Schraffurabstand, um schnellere Aufbauzeiten zu erreichen. Die Bauweisen 2 und 3 verwenden niedrigere Laserleistungen mit einer kleineren Laserspotgröße und mit dichteren Schraffurabständen. Somit resultiert dies in längeren Aufbauzeiten. Die Laserspotgröße in den Bauweisen 2 und 3 ist um ein Drittel klemer als die Laserspot größe in Bauweise 1. Daher ist es nicht immer ratsam, ein gesamtes Modell oder Teil unter Verwendung des Verfahrens mit erhöhter Haltbarkeit zu erzeugen. Es ist eher ratsam, diese Bauweisen bei den Bereichen anzuwenden, die eine zusätzliche Haltbarkeit benötigen. Zusätzlich können neue Anwendungsmöglichkeiten entwickelt werden, da neue Materialien verfügbar sind, die eine Lasermaßgeschneiderte Haltbarkeit und diskrete mechanische Eigenschaften haben.
4 zeigt, wie eine schichtweise Modifikation der Haltbarkeitseigenschaften erreicht werden kann. Es kann ein Teil erzeugt werden, das die erhöhte Haltbarkeit nur dort hat, wo sie benötigt wird, z. B. an einer Lasche für ein Schnappverschlussmerkmal, während der Rest des Teils nach dem Standardverfahren hergestellt wird, welches sicherstellt, das ein Teil in der geringst möglichen Zeit produziert wird. In dem Fall eines Teils dieses Typs, werden während des Aufbaus einfache Änderungen an der Bauweise an einer geeigneten Z-Höhe vorgenommen. In diesem Fall wird Bauweise 1 für die Basis verwendet, welche allgemein durch das Bezugszeichen 35 angezeigt ist, d. h., während die Bauweise 2 oder 3 zum Aufbau des oberen Bereichs verwendet wird, welcher allgemein durch das Bezugszeichen 37 bezeichnet ist, und welcher die erhöhte Haltbarkeit für die Lasche benötigt. In diesem Fall wird Bauweise 1 gewählt, um die maximale Aufbaurate der Modellproduktion zu bieten, während die Bauweise 2 oder 3 ausgewählt wird, um eine hohe Haltbarkeit bereit zu stellen. Ein Wechsel zwischen den Bauweisen ist allerdings nicht trivial. Die stereolithografische Maschine muss angehalten werden, und der Laser muss neu konfiguriert werden, um die gewünschte Spotgröße, Leistung und Wiederholungsrate zu bieten. Dies kann momentan manuell erfolgen, aber es kann auch unter Verwendung von Software automatisiert werden, wie es in dem Flussdiagramm in 6 dargestellt ist. Dieses Verfahren kann wie folgt zusammengefasst werden:

1. Eine .STL-Datei wird in eine 3D Lightyear Software oder Maestro Software eingeladen, oder in ein anderes Softwarepaket, welches eine Zuordnung von Bauweisen zu individuellen .STL-Dateien erlaubt.
2. Die Bauweise 1 wird der .STL-Datei für den Z-Bereich zugewiesen oder für den Bereich, der keine hohe Haltbarkeit erfordert, aber von einer Bauweise profitiert, die schneller aufbaut.
3. Die Bauweise 2 oder 3 wird der .STL-Datei für den Z-Bereich zugewiesen oder für den Bereich, der eine hohe Haltbarkeit erfordert.
4. Die Teile werden in Scheiben geschnitten und eine Aufbaudatei (wie z. B. eine .BFF-Datei) wird erstellt.
5. Die resultierende Aufbaudatei (.BFF-Datei) wird in die Steuerungssoftware (wie z. B. Buildstation 5.0) einer stereolithografischen Maschine eingeladen, wie z. B. einem SLA^® 7000 System.
6. Der Laser wird konfiguriert, wie es für Bauweise 1 sachgemäß ist.
7. Die Steuerungssoftware der stereolithografischen Maschine wird eingerichtet, um einen speziellen Z-Bereich der Aufbaudatei aufzubauen.
8. Die Aufbaudatei wird an der stereolithografischen Vorrichtung gestartet.
9. Nachdem der vorgeschriebene Z-Bereich für die Basis 36 unter Verwendung von Bauweise 1 aufgebaut wurde, stoppt die Maschine automatisch und der Laser wird rekonfiguriert, wie es für die Bauweise 2 oder 3 sachgemäß ist, wie sie in der Aufbaudatei in Schritt 4 verwendet wurde.
10. Die Steuerungssoftware der stereolithografischen Maschme wird eingerichtet, um einen Z-Bereich der Afbaudatei aufzubauen entsprechend dem verbleibenden oder oberen Bereich 37 des Teils, das den haltbaren Bereich darstellen soll.
11. Der Aufbau wird wieder gestartet.
12. Der resultierende Modellaufbau wird vervollständigt.
13. Das Modell kann dann entnommen, gesäubert und nachbearbeitet werden, wie erwünscht.

4 zeigt ein Teil, bei dem Haltbarkeit nur in einem speziellen Z-Bereich 37 benötigt wird. In diesem Fall müssen die oberen Schnappverschlussmerkmale haltbar sein, während der untere Bereich diese Anforderungen nicht erfüllen muss. Da die Bereiche, die eine Haltbarkeit erfordern, an vollständig unterschiedlichen Schichten existieren als diese, die keine Haltbarkeit erfordern, muss der Laser nicht auf einer Zwischenschicht-Basis gesteuert werden.
Eine Modifikation der mechanischen Eigenschaften der Haltbarkeit innerhalb einer gegebenen Schicht kann auch wie in 5 dargestellt erreicht werden. Unter Verwendung des Falls, welcher oben mit dem SL 7510 Harz beschrieben wurde, könnte ein Teil produziert werden, das die hohe Haltbarkeit an diskreten Stellen auch innerhalb einer gegebenen Schicht hat. Damit dies korrekt funktioniert, müssen die Bauweisen, die in der Datei-Erstellungssoftware (d. h. Lightyear oder eine andere Software) zugeordnet werden, Befehle beinhalten, die den Laser der stereolithografischen Maschme oder der Belichtungsquelle in anderen dreidimensionalen Lichtaushärtevorrichtungen ansteuert. Die Anderungen in Bauweisen-Dateien werden verwendet, um Anderungen im den Laser vorzunehmen. Ein Beispiel, wie dies erreicht wird, ist unten beschrieben. Hier ist der Bereich der die hohe Haltbarkeit erfordert wieder ein Merkmal mit einer Schnellverschlusslasche, das von einem Körper eines Modells hervorsteht. Um dies durchzuführen, werden die folgende Schritte vorgenommen:

1. Eine .STL-Datei eines Modells oder eines Teils, das mit selektiven mechanischen Eigenschaften aufgebaut werden muss, wird in ein CAD-Paket importiert, wie. z. B. IronCAD von Visionary Design Systems, welches .STL-Dateien akzeptiert. Alternativ kann dieser Prozess mit einer CAD-Datei gestartet werden.
2. Die .STL-Datei wird in Bereiche aufgeteilt. Jeder Bereich des Modells, der eine spezifische Eigenschaft benötigt, wird in seine eigene einzigartige .STL-Datei getrennt und abgespeichert. Wenn von einer CAD-Datei gestartet wird, wird die Datei sektioniert und mehrere .STL-Dateien werden exportiert, so dass jeder Bereich von emer entsprechenden .STL-Datei präsentiert wird.
3. Die Komponenten .STL-Dateien, die das komplette Modell ausmachen, werden in einer 3D Lightyear Software oder Maestro Software eingeladen, oder in ein anderes Softwarepaket, welches die Zuordnung von Bauweisen zu individuellen .STL-Dateien erlaubt. Die Komponenten werden benachbart zueinander angeordnet, so dass sie zu einem Ganzen zusammengesetzt sind.
4. Die Bauweise 2 oder 3 wird den Komponentenbereichen zugewiesen, die allgemein durch das Bezugszeichen 38 angezeigt sind und die eine hohe Haltbarkeit benötigen, und die Bauweise 1 wird den verbleibenden Komponentenbereichen zugeordnet, die allgemein durch das Bezugszeichen 39 angezeigt sind, um einen robusten Aufbau zu schaffen. In diesem Fall trägt jede Bauweise auch Anweisungen, um den Laser einzustellen, so dass seine Spotgröße, Leistungen und Pulsfrequenz zu dem oben Beschriebenen korrespondieren.
5. Die Teile werden aufgeteilt und eine Aufbaudatei, wie z. B. eine .BFF-Datei wird erstellt. Die Aufbaudatei kann nicht das traditionelle .BFF-Dateiformat haben, da dieses Format die Informationen über die Lasereinstellungen tragen muss, welche für jeden Bereich des Teils verwendet werden, und die Aufbaustation oder die äquivalente Software muss diese Befehle erkennen.
6. Die resultierende Aufbaudatei wird an einem SLA^® 7000 System aufgebaut oder an einem anderen geeigneten dreidimensionalen Lichtaushärtesystem, und das resultierende Modell wird entnommen, gesäubert und nachbearbeitet.

5 zeigt ein Teil, wo Haltbarkeit in einem speziellen Bereich 38 innerhalb einer gegebenen Schicht benötigt wird (d. h. in der XY-Ebene). In diesem Fall müssen die Schnappverschlussmerkmale zur Rechten haltbar sein, während der Bereich 39 zur Linken diese Anforderung nicht erfüllen muss. Da beide Bereiche innerhalb einer gegebenen Schicht existieren, muss der Laser auf einer Zwischenschicht-Basis gesteuert werden.
Während die Erfindung oben unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen derselben beschrieben wurde, ist es klar, dass viele Änderungen, Modifikationen und Variationen in den Materialien, den Anordnungen von Teilen und Schritten vorgenommen werden können, ohne von dem Rahmen der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Zum Beispiel kann bei Ausübung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung um ein Teil zu bilden, eine Software verwendet werden, die es erlaubt, Bauweisen speziellen Dreiecken einer .STL-Datei oder CAD-Repräsentation zuzuweisen, so dass die Datei nicht in individuelle Komponenten aufgeteilt werden muss. Während der Mechanismus nicht vollständig verstanden ist, wird theoretisiert, dass eine Änderung von physikalischen Eigenschaften auch durch andere Maßnahmen als durch Anwendung einer Strahlungsaussetzung und von Verarbeitungsschritten effektiv sein könnte, um unterschiedliche mechanische Eigenschaften in dem fertigen dreidimensionalen Teil zu erhalten. Die physikalischen Eigenschaften, die geändert werden können, enthalten die Wärmebeständigkeit, Halt barkeit, Farbe, Kristallinität und variable Schichtdicke. Die Verarbeitungsschritte, die geändert werden können, enthalten thermische Nachbearbeitung, Nachaushärtung, und Variieren der Belichtung durch Verwendung von unterschiedlichen Wellenlängen der Belichtungsquelle.

Claims

Verfahren zum Bilden eines dreidimensionalen Objekts unter Verwendung eines Lichtaushärteprozesses, um ein lichtaushärtbares Medium (22) zu stimulieren, selektiv seinen Zustand in einen Festkörper zu ändern, um ein dreidimensionales Objekt (30) zu bilden, aufweisend: a) Bereitstellen einer Quelle eines lichtaushärtbaren Mediums (22), welches geeignet ist, eine Transformation zu einem festen Zustand durchzuführen, aufgrund der selektiven Aufbringung von Energie, um einen Wechsel des Zustands zu stimulieren; b) Empfangen einer Datenbeschreibung des zu formenden Objekts; c) Manipulieren der Daten, um selektiv Energie aufzubringen, um den Wechsel des Zustands des Mediums zu stimulieren, um ein Objekt (30) zu formen; und d) selektives Aufbringen der Energie auf das Medium, um das dreidimensionale Objekt (30) Schicht für Schicht zu formen, wobei auf das Objekt (30) in unterschiedlichen Regionen selektiv unterschiedliche Energie-Aufbringungsverfahren angewandt werden, um damit in dem transformierten Medium zumindest eine ausgewählte Region (33, 35) mit unterschiedlicher Verfestigung zu erzeugen, verglichen mit einer benachbarten Region, um unterschiedliche mechanische Eigenschaften in diskreten Bereichen des Objekts zu erzeugen, wobei die Wärmeformbeständigkeitstemperatur von ausgewählten Bereichen gesteuert wird durch Unter-Aushärtung des Materials und wobei die Beständigkeit von ausgewählten Bereichen gesteuert wird durch die Verringerung der Energieleistung und Spotgröße mit verringertem Schraffurabstand.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das lichtaushärtbare Medium (22) ein Photopolymerharz umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Photopolymerharz ein Photopolymerharz ist, das nützlich ist für die Festgrundaushärtung, UV-Tintenstrahl-Festkörperbildung oder Stereolithographie, um ein festes dreidimensionales Objekt zu bilden.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Strahlungsquelle (26) verwendet wird, um selektiv Energie auf das flüssige Medium (22) aufzubringen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Strahlungsquelle (26) einen Laser umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei der Prozess zum Stimulieren des selektiven Wechsels des Zustands des flüssigen Mediums ein stereolithographischer Prozess ist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die auf das Medium (22) aufgebrachte Energie in ausgewählten Bereichen gesteuert wird, durch Steuern des Niveaus der aufgebrachten Strahlung.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei ein niedrigeres Niveau der Strahlungsstärke verwendet wird in zumindest einem Bereich (33, 35) des Objekts gegenüber einem zweiten Bereich.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Niveau der aufgebrachten Strahlung gesteuert wird durch die Verwendung eines breiteren Schraffurabstands.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Niveau der aufgebrachten Strahlung gesteuert wird, um die Schraffur Uber-Aushärtung in einem ausgewählten Bereich zu erhöhen oder zu verringern.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Niveau der aufgebrachten Strahlung gesteuert wird, um dünnere Schraffurschichten zu erhalten.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Niveau der aufgebrachten Strahlung gesteuert wird durch Vergrößern oder Verringern des auf das Medium in einem ersten Bereich aufgebrachten Energieniveaus gegenüber einem zweiten Bereich.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Belichtung gesteuert wird unter Verwendung einer kleineren Größe eines Belichtungsspots in zumindest einem ausgewählten Bereich gegenüber einem zweiten Bereich.
Das Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die kleinere Größe des Belichtungsspots ungefähr ein Drittel kleiner ist als die Größe des größeren Belichtungsspots.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schritt des selektiven Aufbringens von Energie auf das Medium automatisch durchgeführt wird mittels einer Software-Datei.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das flüssige Medium (22) in einem Behälter (21) enthalten ist.