-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Lichtverfestigungsformgebungsvorrichtung zum Bilden eines verfestigten
Abbildes durch Belichten einer Flüssigkeit, die auf den
Empfang van Licht verfestigt werden kann, nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
In den vergangenen Jahren wurde bereits in weitem
Umfang das dreidimensionale rechnergestützte Konstruieren zum
Entwerfen einer dreidimensionalen Form unter Benutzung eines
Rechners und eines dreidimensionalen Meßinstrumentes wie
beispielsweise eines fortlaufenden topographischen Systems
verwandt. Es besteht ein steigender Bedarf, die
dreidimensionale Form auf der Grundlage von Daten bezüglich der
dreidimensionalen Form, die durch diese Systeme erzeugt oder
gemessen wurden, direkt sichtbar zu bestätigen. Es besteht
gleichfalls ein zunehmender Bedarf, in einfacher Weise ein
Modell mit der dreidimensionalen Form in kurzer Zeit auf der
Grundlage der obigen Daten zu fertigen.
-
Einige bemerkenswerte technische Verfahren, die diese
Anforderungen erfüllen, sind im US Patent Nr. 2795758 und in
der JP-OS 56-144474 beschrieben.
-
Bei den bekannten technischen Verfahren ist eine
Lichtverfestigungsformgebungsvorrichtung zum Bilden eines
verfestigten Bildes mit einer gewünschten Modellform durch
Belichten einer Flüssigkeit vorgesehen, die auf den Empfang
von Licht in einem Bereich verfestigt werden kann, der der
gewünschten Modellform entspricht.
-
Bei jedem technischen Verfahren wird das verfestigte
Abbild in der folgenden Weise geformt:
-
1. Eine Oberfläche der Flüssigkeit wird in einem
Bereich belichtet, der einem Teilbereich der gewünschten
Modellform entspricht, um dadurch ein verfestigtes
Teilbereichsabbild zu formen, das diesem einen Teilbereich
entspricht.
-
2. Die Flüssigkeit, die einem weiteren Teilbereich
entspricht, wird auf das vorher verfestigte Abbild geleitet.
-
3. Eine neue Oberfläche der Flüssigkeit wird in einem
Bereich belichtet, der diesem weiteren einen Teilbereich
entspricht, um dadurch ein neues verfestigtes
Teilbereichsabbild auf dem vorher verfestigten Abbild zu erzeugen.
-
4. Die obigen Verfahrensschritte werden für alle
anderen Teilbereiche wiederholt, um dadurch ein
dreidimensionales verfestigtes Abbild in Form eines aus
Teilbereichsschichten gebildeten verfestigten Abbildes zu erzeugen.
-
Als ein weiteres technisches Verfahren ist in der JP-OS
60-247515 ein Verfahren beschrieben, bei dem die Spitze
einer optischen Faser in die Flüssigkeit eingetaucht und die
Spitze in der Flüssigkeit in die Richtungen XYZ bewegt wird,
um dadurch einen Bereich zu belichten, der der gewünschten
Modellform entspricht.
-
Bei diesem technischen Verfahren tritt jedoch eine
volumetrische Änderungen bei der Verfestigung der
Flüssigkeit durch die Belichtung auf, was eine Verzerrung der
gewünschten Modellform zur Folge hat.
-
Um dieses Problem zu meistern, hat der vorliegende
Anmelder in der japanischen Patentanmeldung Nr. 63-252795
ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Verzerrung der
gewünschten Modellform dadurch verhindert wird, daß eine
Stützrippe gleichzeitig mit der Herstellung des Modelles
geformt wird.
-
Bei diesem technischen Verfahren kann eine Verzerrung
der gewünschten Modellform während der Formgebung in
erheblichem Maße vermieden werden. Die Bedienungsperson muß
jedoch über die Position der Ausbildung der Stützrippe
entscheiden und dann einen Belichtungsbereich festlegen, der
dieser Position entspricht, was den Arbeitsvorgang aufwendig
macht.
-
Die WO-A-89/10254 bildet die Grundlage für den
Oberbegriff des zugehörigen Anspruchs 1 und beschreibt ein
Lichtverfestigungssystem, das einen großen Behälter eines unter
Licht härtbaren Harzes, einen Laser, der auf die Oberfläche
des Harzes fokussiert ist, um selektiv das Harz zu härten,
eine Hebeeinrichtung, die vertikal im Harz zum Stützen des
verfestigten Harzes bewegbar ist, und eine Steuervorrichtung
zum Steuern des Lasers und der Hebeeinrichtung umfaßt.
-
Bei der Benutzung entwirft ein rechnergestützt
arbeitender Konstrukteur eine dreidimensionale Modellform. Die
dadurch festgelegten Daten der dreidimensionalen Form, die
durch den Konstrukteur entworfen wird, werden in einer
Teiledatei gespeichert.
-
Als nächstes entwirft der rechnergestützt arbeitende
Konstrukteur eine Stütze. Die Daten, die die entworfene
Stütze bestimmen, werden in einer Stützendatei gespeichert.
-
Die Daten der Teiledatei und der Stützendatei werden
auf das Lichtverfestigungssystem übertragen.
-
Die Daten in der Teiledatei und in der Stützendatei
werden in dem Lichtverfestigungssystem gemischt und auf der
Grundlage der gemischten Daten wird ein Umriß einer
Schnittfläche berechnet.
-
Die WO-A-89/10256 beschreibt ein Lichtverfestigungs-
System, wie es in der WO-A-89/10254 dargestellt ist sowie
Verfahren zu seiner Benutzung, die dazu bestimmt sind, die
Endbearbeitung eines durch dieses System hergestellten
Gegenstandes zu verbessern. Algorithmen zum Glätten der
Oberfläche und zum Kompensieren von Ausdehnungen während des
Härtungsvorganges werden gegeben.
-
Die FR-A-2583334 beschreibt eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung, welche Vorrichtung
einen Injektor, der eine erste unter Licht härtbare
Flüssigkeit in einen großen Behälter spritzen kann, der eine zweite
Flüssigkeit enthält, eine Einrichtung zum Verschieben des
Injektors, eine Einrichtung zum Beleuchten des großen
Behälters, um die erste Flüssigkeit beim Einspritzen auszuhärten
und eine Einrichtung zum Steuern jedes der oben
beschriebenen
Bauteile umfaßt.
-
Die US-A-4801477 beschreibt eine Vorrichtung, die einen
großen Behälter, der eine unter Licht aushärtbare
Flüssigkeit enthält, und eine bewegliche Strahlungsleitung,
beispielsweise ein faseroptisches Kabel oder ein Bündel daraus
umfaßt, durch die eine Strahlung in die Flüssigkeit
übertragen wird, so daß durch eine Bewegung der Spitze der
Strahlungsleitung ein Aushärten der Flüssigkeit in gewählten
Bereichen erzielt werden kann.
-
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
Lichtverfestigungsformgebungsvorrichtung zu liefern, die die
Bildung von Verzerrungen eines Modelles während des
Formgebungsprozesses dadurch verhindert, daß eine
Stützkonstruktion in verbesserter Weise vorgesehen wird.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine
Lichtverfestigungsformgebungsvorrichtung zum Bilden eines verfestigten
Abbildes durch Belichten einer Flüssigkeit geschaffen, die
auf den Empfang von Licht verfestigbar ist, wobei das
verfestigte Abbild eine Modellform hat, die durch
dreidimensionale Daten bestimmt ist, die von einem äußeren System der
Vorrichtung geliefert werden, welche Vorrichtung
Einrichtungen zum Berechnen von Umrißdaten aufweist, die den Umriß
eines Scheibenquerschnitts der Modellform auf der Grundlage
der dreidimensionalen Daten bestimmen, dadurch
gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Berechnen von Daten vorgesehen
sind, die regelmäßig beabstandete Stützen und entsprechende
zu belichtende Bereiche bestimmen, Einrichtungen vorgesehen
sind, die die Daten, die den Umriß bestimmen, und die Daten
mischen, die die Stützen bestimmen, und Einrichtungen zum
Steuern der Position des Lichtes aufgrund der Daten, die
durch die Mischeinrichtungen gemischt sind, vorgesehen sind.
-
Besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in
den Ansprüchen 2 bis 7 beschrieben.
-
Bei einem derartigen Aufbau wird eine verfestigte
Konstruktion,
d.h. eine Stützkonstruktion in regelmäßigen
Intervallen in einem gegebenen Raum angeordnet und wird ein
Modell in dem gegebenen Raum gebildet, wodurch die
Verzerrung des Modells während des Formgebungsvorganges aufgrund
der Stützkonstruktion vermieden wird. Es kann weiterhin ohne
Probleme eine Form wie beispielsweise eine überstehende Form
modelliert werden, die bei dem herkömmlichen Verfahren
schwierig zu modellieren ist.
-
Es ist bevorzugt, daß das regelmäßige Belichtungsmuster
zum Bilden der Stützkonstruktion aus mehreren Arten
bestimmter Muster wählbar ist. In diesem Fall können verschiedene
Muster der Anordnung der Stützkonstruktion vorgegeben sein,
um dadurch verschiedene Formen des Modells zu erhalten.
-
Es ist gleichfalls bevorzugt, daß ein Raum festgelegt
werden kann, in dem die Stützkonstruktion zu bilden ist. In
diesem Fall wird die Bildung einer übermäßigen
Stützkonstruktion verhindert.
-
Es ist insbesondere bevorzugt, den oben erwähnten Raum
in Bezug auf das Modell festzulegen. Das heißt, daß es
bevorzugt ist, daß der räumliche Bereich aus einem
Gesamtbereich an der Außenseite der gewünschten Modellform, einem
Gesamtbereich unter der gewünschten Modellform und einem
Gesamtbereich innen und außen von der gewünschten Modellform
gewählt werden kann. In diesem Fall kann die
Stützkonstruktion nach Abschluß der Formgebung leicht entfernt werden.
-
Die Erfindung wird sich deutlicher aus der folgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und den zugehörigen
Zeichnungen ergeben, in denen
-
Fig. 1A bis 1C in Blockdiagrammen das System gemäß
eines bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigen,
-
Fig. 2A und 2B die Flußdiagramme des wesentlichen
Arbeitsvorganges des Systems zeigen,
-
Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht einer
dreieckigen Teilflächenform der dreidimensionalen Formdaten
zeigt,
-
Fig. 4 die Datenstruktur der dreieckigen Teilflächen-
Datendarstellung zeigt,
-
Fig. 5A eine perspektivische Ansicht einer extrahierten
horizontalen Ebene zeigt,
-
Fig. 5B eine schematische Darstellung der Extraktion
einer horizontalen Ebene zeigt,
-
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Extraktion
eines Umrisses zeigt,
-
Fig. 7 eine Draufsicht auf den extrahierten Umriß
zeigt,
-
Fig. 8A in einer Draufsicht ein herkömmliches
Versetzungsverfahren zeigt,
-
Fig. 8B eine dreidimensionale Ansicht von Fig. 8A
zeigt,
-
Fig. 8C eine perspektivische Ansicht eines verfestigten
Bereiches zeigt, der durch Belichtung mit einem Lichtstrahl
gebildet ist,
-
Fig. 9A in einer dreidimensionalen Ansicht ein
Versetzungswertberechnungsverfahren zeigt,
-
Fig. 9B eine vertikale Schnittansicht von Fig. 9A
zeigt,
-
Fig. 9C und 9D vertikale Schnittansichten eines
verfestigten Bereiches zeigen, der unter Berücksichtigung des
Versetzungswertes für den Fall gebildet wurde, daß ein
Lichtstrahl nach dem Stand der Technik und nach der
vorliegenden Erfindung jeweils verwandt wurde,
-
Fig. 9E und 9F in Fig. 9C und 9D ähnlichen Ansichten
den Fall der Verwendung eines Maskenfilms zeigen,
-
Fig. 10a eine perspektivische Ansicht eines Umrisses
einer gewünschten Modellform zeigt,
-
Fig. 10b bis 10F horizontale Schnittansichten zeigen,
die die verschiedenen Belichtungsarten zum Belichten eines
Innenbereiches wiedergeben, der von dem in Fig. 10A
dargestellten Umriß umgeben ist,
-
Fig. 10G in einer Draufsicht ein Versetzungsverfahren
für den Belichtungsbereich zeigt, der im Inneren des
Umrisses zu bilden ist,
-
Fig. 10H eine Querschnittsansicht längs der Linie H-H
in Fig. 10G zeigt,
-
Fig. 11H eine perspektivische Ansicht von Schenkein
zeigt,
-
Fig. 11B bis 11E Draufsichten auf die verschiedenen
Muster der Schenkel zeigen,
-
Fig. 12A eine perspektivische Ansicht eines Rahmens
zeigt,
-
Fig. 12B eine perspektivische Ansicht einer
Stützkonstruktion zeigt, die durch den Rahmen und eine Stütze
gebildet ist,
-
Fig. 13A bis 13C in verschiedenen Schnittansichten die
verschiedenen Arten der Festlegung eines eine Stütze
bildenden Bereiches zeigen,
-
Fig. 14A in einer perspektivischen Ansicht das Problem
bei der Bildung eines hohlen Modells mit einer leichten
Schrägfläche zeigt,
-
Fig. 14B eine Horizontalschnittansicht von Fig. 14A
zeigt,
-
Fig. 15A eine perspektivische Ansicht einer Bürste
zeigt, und
-
Fig. 15B eine vergrößerte Seitenansicht der Bürste
zeigt.
-
Die Fig. 1A bis 1C zeigen ein Beispiel des
Systemaufbaus der Lichtverfestigungsformgebungsvorrichtung, die
dadurch verbessert wurde, daß die vorliegende Erfindung
verwandt wird. Fig. 2A und 2B zeigen den wesentlichen
Arbeitsablauf des Systems, das in Fig. 1A bis 1C dargestellt ist.
-
Gemäß Fig. 1C bezeichnet 1-46 einen geschlossenen
Behälter zum Aufnehmen einer Flüssigkeit, die die Eigenschaft
der Verfestigung bei einer Belichtung hat. Der Behälter 1-46
weist eine transparente obere Außenfläche auf. Die
Flüssigkeit ist vorzugsweise ein lichtempfindliches Harz. Es ist
besonders bevorzugt, daß die Flüssigkeit aus einem Gemisch
aus einem, zwei oder mehr Bestandteilen deformierten
Polyurethanmethacrylats, Oligoesteracrylats, Urethanacrylats
Epoxiacrylats, lichtempfindlichem Polyamids und Aminoalkyds
besteht.
-
Weiterhin können ein Sensibilisator, ein Trübungsstoff
usw. der Flüssigkeit zugemischt sein, um die
Lichtabsorptionseigenschaften oder ähnliches einzustellen. Darüber
hinaus können ein Pigment, Keramikpulver, Füllstoffe,
Metallpulver usw. der Flüssigkeit zugemischt sein, um die
Farbe, Festigkeit, Verzerrung, Formgebungsgenauigkeit usw.
eines Modells einzustellen.
-
Ein Unterbau 1-45 ist vertikal (Richtung Z) bewegbar
unter einer Flüssigkeitsoberfläche 1-43 im Behälter 1-46
vorgesehen.
-
Eine Lichtquelle (vorzugsweise ein Laser) 1-38 ist über
dem Behälter 1-46 vorgesehen. Das Licht von der Lichtquelle
1-38 wird in eine optische Faser 1-40 über ein Filter 1-39
eingeführt, das sowohl eine Lichtverschlußfunktion als auch
eine Funktion der Einstellung der Stärke der Belichtung hat.
Eine Spitze 1-40a der optischen Faser 1-40 ist durch einen
XY-Antriebsmechanismus 1-41 in zwei orthogonale Richtungen
(Richtungen XY) bewegbar.
-
Eine Bürste 1-42, die die Flüssigkeitsoberfläche 1-43
überstreichen kann, ist in der dargestellten Y-Richtung
bewegbar.
-
Ein Verfestigungsformgebungsteil der vorliegenden
Erfindung ist durch die obige Konstruktion gebildet und wird
in der folgenden Weise durch ein System gesteuert, das im
folgenden beschrieben wird.
-
Zunächst wird der Unterbau 1-45 von der
Flüssigkeitsoberfläche 1-43 um eine Stärkeneinheit ΔZ eines Modells
abgesenkt. Unter diesen Umständen tastet die Spitze 1-40a
der optischen Faser 1-40 in XY-Richtung einen Bereich ab,
der dem untersten Teilbereich einer gewünschten Modellform
entspricht. Das hat zur Folge, daß die Flüssigkeit in dem
belichteten Bereich verfestigt wird, so daß ein verfestigtes
Teilabbild 1-44a, das dem untersten Teilbereich der
gewünschten Modellform entspricht, auf dem Unterbau 1-45
gebildet wird.
-
Anschließend wird der Unterbau 1-45 erneut um ΔZ
abgesenkt. Das hat zur Folge, daß auch das unterste verfestigte
Teilabbild 1-44a zusammen mit dem Unterbau 1-45 abgesenkt
wird und gleichzeitig die Flüssigkeit am Außenumfang auf das
unterste verfestigte Teilbereichsabbild 1-44a fließen kann.
-
Da die Flüssigkeit eine hohe Viskosität hat, fließt die
Flüssigkeit nur schwer auf das verfestigte Abbild 1-44a,
wenn der Unterbau 1-45 lediglich um ΔZ abgesenkt wird. Um
diesen Nachteil zu beheben, wird die Bürste 1-42 betrieben,
um die Flüssigkeitsoberfläche 1-43 zu überstreichen und
dadurch sicher für das Einführen der Flüssigkeit auf das
verfestigte Abbild 1-44a zu sorgen.
-
Anschließend tastet die Spitze 1-40a der optischen
Faser 1-40 in XY-Richtungen ab, um das nächste verfestigte
Teilbereichsabbild 1-44b auf dem verfestigten Abbild 1-44a
zu bilden.
-
Der obige Arbeitsvorgang wird wiederholt, bis
schließlich ein schichtweise aufgebautes verfestigtes Abbild mit
der gewünschten Modellform in der Flüssigkeit gebildet ist.
-
Eine weiter ins einzelne gehende Beschreibung erübrigt
sich, da das obige Grundkonzept im Prinzip in der JP-OS 56-
144478 beschrieben ist.
-
Das Bezugszeichen 1-28 in Fig. 1C bezeichnet ein
äußeres System, das mit dem vorliegenden System über eine On-
Line- oder eine Off-Line-Verbindung verbunden ist. Ein
derartiges äußeres System kann aus einem dreidimensionalen CAD-
System, einem dreidimensionalen Meßinstrument, einem
fortlaufenden tomographischen System usw. gewählt sein. Dieses
sind lediglich Beispiele und es reicht für das äußere System
aus, daß es Daten liefert, die zu einer dreidimensionalen
Form des Modells in Beziehung stehen.
-
Wenn die Form der Daten im äußeren System 1-28 von der
Art dreieckiger Teilflächen ist, werden die Daten direkt in
einer Speichereinrichtung 1-7 im vorliegenden System für die
Daten der gewünschten Modellform in Form dreieckiger
Teilflächen gespeichert.
-
Wenn die Form der Daten im äußeren System 1-28 von
einem anderen Typ als dem der dreieckigen Teilflächen ist,
werden die Daten durch eine Wandlereinrichtung 1-31 für die
dreieckige Teilflächenform im vorliegenden System in den
dreieckigen Teilflächentyp zunächst umgewandelt und dann in
der Speichereinrichtung 1-7 gespeichert.
-
Der schematische Aufbau der dreieckigen Teilflächenform
ist in Fig. 3 und 4 dargestellt.
-
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die dreidimensionale
Form in Form einer Gruppe von mehreren dreieckigen
Teilflächen PI, PJ, PK usw. bei der dreieckigen Teilflächenform
bestimmt ist. In Fig. 3 ist ein Teil der Gruppe dieser
dreieckigen Teilflächen lediglich zum Zweck der Verständlichkeit
der Darstellung gezeigt.
-
Jede dreieckige Teilfläche ist in ihrer Position und
Form durch die XY-Koordinaten von drei Scheitelpunkten
bestimmt. Die Teilfläche PI ist beispielsweise durch die XY-
Koordinaten der drei Scheitelpunkte I&sub1;, I&sub2; und I&sub3; gegeben.
-
Dementsprechend haben die Daten der dreidimensionalen
Form vom Typ der dreieckigen Teilflächen den Aufbau, der in
Fig. 4 dargestellt ist. Die Daten mit dem in Fig. 4
dargestellten Aufbau, die in der Speicherrichtung 1-7 gespeichert
sind, können von einer Datenaufbereitungseinrichtung 1-8
aufbereitet werden, wie es in Fig. 1B dargestellt ist (siehe
Schritt 2-8 in Fig. 2A). Bei dieser Aufbereitung können die
Daten der gewünschten Modellform expandiert, kontrahiert
gedreht oder korrigiert werden. Insbesondere beim
Korrigieren werden Stützendaten zum Stützen der gewünschten
Modellform zugefügt. Weiterhin können unter Verwendung dieser
Korrekturfunktion neue Daten für die dreidimensionale Form
erzeugt werden.
-
Wenn der Benutzer dieses Systems eine Dickeneinheit und
einen Strahldurchmesser unter Verwendung einer
Dickeneinheitsfestlegungseinrichtung 1-1 und einer
Strahldurchmesserfestlegungseinrichtung 1-2 festlegt, wie es in Fig. 1A
dargestellt ist (siehe Schritt 2-1 in Fig. 2A), dann wird eine
perspektivische Ansicht der aufbereiteten gewünschten
Modellform in Scheiben geschnitten mit der Einheitsdicke an
einer zweidimensionalen Anzeige 1-32 angezeigt (siehe
Simulationsschritt 2-50 und Anzeigeschritt 2-32 in Fig. 2A)
Dann bestätigt der Benutzer, ob die Formgebung unter der
obigen Bedingung zu beginnen ist oder nicht. Wenn die
Antwort im Schritt 2-51 negativ ist, dann setzt der Benutzer
die Bedingung zurück (siehe Schleife ausgehend vom Schritt
2-51). Wenn die Bedingung erfüllt ist, dann wird im
vorliegenden System der folgende Arbeitsablauf ausgeführt.
-
Zunächst berechnet eine Recheneinrichtung 1-9 für die
Strahlabtastgeschwindigkeit gemäß Fig. 1B eine optimale
Abtastgeschwindigkeit zum Verfestigen der Dickeneinheit, die
durch die Einrichtung 1-1 festgelegt ist, mit einem
Strahldurchmesser, der durch die Einrichtung 1-2 festgelegt ist.
-
Dann wird im Schritt 2-10 eine
Horizontalebenenextraktionseinrichtung 1-10 aktiviert, um eine Horizontalebene von
der gewünschten Modellform zu extrahieren.
-
Bei dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird die Dickeneinheit ΔZ verwandt, die durch die
Einrichtung
1-1 festgelegt ist, und werden gemäß Fig. 5B dreieckige
Teilflächen jeweils mit drei Scheitelpunkten, die alle
innerhalb des Höhenbereiches von ΔZ liegen, gesucht, um den
äußeren Umriß 5-1 der Gruppe dieser dreieckigen Teilflächen
zu berechnen.
-
Fig. 5B zeigt eine virtuelle Seitenansicht dieser
dreieckigen Teilflächen, wobei die drei Scheitelpunkte jeder
Teilfläche P&sub1; im Inneren der Abmessung der Einheitsdicke ΔZ
liegen und wenigstens einer dieser drei Scheitelpunkte jeder
Teilfläche P&sub0; außerhalb der Abmessung der Einheitsdicke ΔZ
liegt. In dieser Weise wird der Umriß 5-1 der
Horizontalebene extrahiert und von der äußersten Linie der Gruppe von
Teilflächen P&sub1; berechnet.
-
Das Innere, das von dem Umriß 5-1 der Horizontalebene
umgeben ist, die oben extrahiert wurde, wird gleichmäßig
belichtet, um verfestigt zu werden. Fig. 5A zeigt eine
virtuelle Ansicht der Horizontalebenen 5-1a und 5-1b, die von
den Daten der dreieckigen Teilflächen extrahiert wurden, die
in Fig. 3 dargestellt sind.
-
Anschließend führt das vorliegende System eine
Berechnung eines Umrisses unter Verwendung einer
Umrißrecheneinrichtung 1-11 gemäß Fig. 1B aus (siehe Schritt 2-11 in Fig.
2A).
-
Fig. 6 zeigt schematisch die Umrißberechnung, bei der
jede nicht horizontale dreieckige Teilfläche (die
Teilflächen S und T sind beispielsweise in Fig. 6 dargestellt) eine
horizontale Ebene Z schneidet, die mit der Dickeneinheit ΔZ
aufgeschnitten ist, wobei zwei Schnittpunkte zwischen jeder
Teilfläche und der Ebene Z berechnet werden.
-
Wie es in Fig. 6 dargestellt ist, sind die zwei
Schnittpunkte zwischen der Teilfläche S und der Ebene Z mit
(XL, YL)S und (XR, YR)S bezeichnet, während die beiden
Schnittpunkte zwischen der Teilfläche T und der Ebene Z mit
(XL, YL)T und (XR, YR)T bezeichnet sind. Da beide Teilflächen
S und T nebeneinander liegen, befindet sich ein gemeinsamer
Schnittpunkte auf der Stoßlinie. Das heißt, daß der
Schnittpunkt (XR, YR)S gleich dem Schnittpunkt (XL, YL)T ist.
-
Anschließend werden auf der Grundlage der in der obigen
Weise berechneten Schnittpunktkoordinaten mehrere Umrisse 7-
1, 7-2, 7-3 usw. in einem gegebenen Teilbereich ausgeführt
und berechnet, wie es in Fig. 7 dargestellt ist.
-
Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, kann es vorkommen,
daß die dreieckigen Teilflächen in einigen Teilbereichen
nicht ineinander übergehen und dazwischen einen Zwischenraum
G bilden. Das heißt, daß die extrahierten Umrisse 7-1 und
7-2 keine geschlossene Kurve bilden. In diesem Fall werden
die nächstliegenden Schnittpunkte aufgesucht und werden
diese anschließend miteinander verbunden, um dadurch eine
geschlossene Kurve zu erhalten. Wie es in Fig. 7 dargestellt
ist, werden die in dieser Weise berechneten Umrisse in eine
Gruppe zum Bilden der gewünschten Modellform im Inneren des
Umrisses (beispielsweise 7-1) und in eine Gruppe zum Bilden
der gewünschten Modellform außerhalb des Umrisses
(beispielsweise 7-2) klassifiziert. Eine derartige
Klassifizierung erfolgt dadurch, daß die Umrisse längs einer Suchlinie
7-4 von der linken Seite beispielsweise aus aufgesucht
werden und ein die Innenseite angebendes Kennzeichen für den
Umriß 7-1 gegeben wird, der die Suchlinie 7-4 zuerst
schneidet und ein die Außenseite angebendes Kennzeichen für den
Umriß 7-2 gegeben wird, der als zweiter die Suchlinie 7-4
schneidet.
-
Gemäß Fig. 1B weist das vorliegende System eine
Einrichtung 1-12 zum Berechnen und Speichern von dem Strahl
entsprechenden Verfestigungsbereichsdaten auf. Die
Einrichtung 1-12 berechnet und speichert eine Teilschnittform eines
zu verfestigenden Bereiches, wenn ein Strahl mit dem
Strahldurchmesser, der durch die Einrichtung 1-2 festgelegt ist,
mit der Geschwindigkeit abtastet, die durch die Einrichtung
1-9 berechnet ist. Das heißt gemäß Fig. 8C, daß die
Einrichtung 1-12 eine Schnittform F2 eines zu verfestigenden
Bereiches F1 berechnet und speichert, wenn mit einem Lichtstrahl
8-12 abgetastet wird, wie es durch einen Pfeil 8-10
dargestellt ist. Dann berechnet eine einen dreidimensionalen
Versetzungswert berechnende Einrichtung 1-13 gemäß Fig. 1B
einen dreidimensionalen Versetzungswert für die Daten der
Horizontallinie, die durch die Einrichtung 1-10 extrahiert
wurden, und für die Umrißdaten, die durch die Einrichtung 1-
11 berechnet wurden, und zwar unter Verwendung von
Verfestigungsbereichsdaten, die durch die Einrichtung 1-12 berechnet
werden.
-
Die Berechnung eines derartigen dreidimensionalen
Versetzungswertes wird im folgenden anhand der Fig. 8A bis 8C
und 9A bis 9F beschrieben.
-
In Fig. 8A, die eine Draufsicht auf die
Flüssigkeitsoberfläche zeigt, bezeichnet 8-2 einen Belichtungsbereich
des Lichtstrahles. In dem Fall, in dem ein Mittelpunkt 8-3
des Belichtungsbereiches 8-2 entlang eines Umrisses 8-1
(berechnet durch die Einrichtung 1-11) abtastet, wie es
durch einen Pfeil 8-4 dargestellt ist, wird ein Umriß 8-5
eines zu verfestigenden Bereiches in unerwünschter Weise an
der Außenseite des Umrisses 8-1 gebildet.
-
Fig. 8B zeigt eine stereoskope Ansicht von Fig. 8A. Wie
es in Fig. 8B dargestellt ist, werden in dem Fall, in dem
der Mittelpunkt des Lichtstrahles auf dem Umriß des Modells
liegt, Bereiche 8-5a, 8-5b, 8-5c usw. verfestigt und stimmt
der Umriß des tatsächlich verfestigten Bereiches, der
dadurch gebildet werden soll, daß fortlaufend die äußersten
Flächen der Bereiche 8-5a, 8-5b, 8-5c usw. miteinander
verbunden werden, nicht mit dem Umriß 8-1 überein.
-
Um das obige Problem zu vermeiden, ist die herkömmliche
Lichtverfestigungsformgebungsvorrichtung, die gegenwärtig in
der Praxis benutzt wird, so ausgebildet, daß der Mittelpunkt
des Lichtstrahles entlang einer Linie abtastet, die nach
innen vom Umriß um den Radius des Strahles versetzt ist, wie
es im linken unteren Bereich von Fig. 8A dargestellt ist.
-
Wie es im linken unteren Bereich von Fig. 8A
dargestellt ist, fällt in dem Fall, in dem der Mittelpunkt 8-6
des Lichtstrahles zum Inneren des Belichtungsbereiches 8-2
um den Radius d des Lichtstrahles versetzt ist, der Umriß
des verfestigten Bereiches mit dem Umriß 8-1 in einer
Draufsicht zusammen.
-
Aus Fig. 8B ergibt es sich jedoch, daß vom stereoskopen
Standpunkt ein Problem bleibt. Wie es in Fig. 8B dargestellt
ist, bezeichnet 8-8 einen Bereich, der durch den nach innen
um den Radius d versetzten Lichtstrahl verfestigt werden
soll. Da die gewünschte Modellform zur untersten Fläche
allmählich schmaler wird, versteht es sich, daß ein
schraffierter Teil des Bereiches 8-8 übermäßig verfestigt wird.
Der Umriß 8-9 der tatsächlichen Modellform verläuft
dementsprechend außerhalb des Umrisses 8-1 der gewünschten
Modellform.
-
Die Fig. 9A bis 9F zeigen ein Verfahren der
dreidimensionalen Versetzung des Belichtungsbereiches des
Lichtstrahles, um das obige Problem zu beseitigen.
-
Fig. 9A zeigt ein dreidimensionales Koordinatensystem,
dessen Ursprungspunkt mit einem der Schnittpunkte zwischen
der dreieckigen Teilfläche und der horizontalen Ebene Z in
Fig. 6 zusammenfällt. Bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel fällt der Ursprungspunkt des Koordinatensystems in
Fig. 9A mit dem Schnittpunkt (XR, YR)S oder (XL, YL)T
zusammen.
-
In Fig. 9A bezeichnen F2A bis F2D eine gemeinsame
dreidimensionale Form, die durch Drehen der Schnittform F2 in
Fig. 8C um die Mitte des Strahles zu bilden ist und
bezeichnet einen normalen Einheitsvektor am Ursprungspunkt, d.h.
am Schnittpunkt (XR, YR)S oder (XL, YL)T. Der normale
Einheitsvektor
wird als Vektorsumme der normalen
Einheitsvektoren S und T bezüglich benachbarter Teilflächen in Fig.
6 berechnet. Die Richtung jedes der normalen
Einheitsvektoren S und T wird aus den Scheitelpunktkoordinaten jeder
Teilfläche berechnet und der Sinn jedes Vektors wird unter
Bezug auf die die Innenseite und die Außenseite anzeigenden
Kennzeichen bestimmt, wie es im Vorhergehenden unter Bezug
auf die Suchlinie 7-4 in Fig. 7 beschrieben wurde. Bei dem
vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Sinn
jedes Vektors so definiert, daß jeder Vektor von der
Innenseite zur Außenseite der gewünschten Modellform gerichtet
ist. Der normale Einheitsvektor , der in dieser Weise
berechnet wird, hat die Vektorkomponenten nx, ny und nz.
-
In Fig. 9A bezeichnet nR einen Vektor mit den
Komponenten nx und ny in der XY-Ebene und ist eine R-Achse in der
Richtung des Vektors nR gegeben. Fig. 9B zeigt eine RZ-Ebene
in Fig. 9A.
-
Wie es in den Fig. 9A und 9B dargestellt ist,
bezeichnet F2A einen verfestigten Bereich, der erhalten wird, wenn
der Strahlmittelpunkt mit dem Schnittpunkt (d.h. in diesem
Fall dem Ursprungspunkt) zusammenfällt. Es ist ersichtlich,
daß ein großer Anteil des verfestigten Bereiches F2A
außerhalb des Umrisses 8-1 gebildet wird. F2B bezeichnet einen
verfestigten Bereich, der dann erhalten wird, wenn der
Mittelpunkt des Strahles zur Innenseite des Umrisses 8-1 längs
der Achse R um den Radius d versetzt ist. Es versteht sich,
daß ein schraff ierter Teil des verfestigten Bereiches F2B
außerhalb des Umrisses 8-1 gebildet wird. Im Gegensatz dazu
bezeichnet F2C einen verfestigten Bereich, der dann erhalten
wird, wenn der Strahlmittelpunkt C1 zum Inneren des Umrisses
8-1 so versetzt ist, daß ein dreidimensionaler Umriß 9-2c
des verfestigten Bereiches F2C durch den Schnittpunkt (den
Ursprungspunkt) geht und ein Normalvektor für den Umriß 9-2c
mit dem Normalvektor für den Umriß 8-1 am Ursprungspunkt
zusammenfällt. Das heißt mit anderen Worten, daß der
verfestigte Bereich F2C zum Inneren des Umrisses 8-1 versetzt
ist, so daß der Umriß 9-2c des verfestigten Bereiches F2C
den Umriß 8-1 am Ursprungspunkt berührt.
-
Wenn in diesem Fall angenommen wird, daß der
verfestigte Bereich F2C ein Sphäroid mit einer kleineren Achse d und
einer größeren Achse h ist, dann kann die obige Beziehung
dadurch erfüllt werden, daß der Strahlmittelpunkt um eine
Strecke R1 längs der R-Achse und um eine Strecke Z1 längs
der Z-Achse versetzt wird, wobei R1 und Z1 gegeben sind als:
-
R&sub1; = d²nR/(h²nz² + d²nR²)1/2
-
Z&sub1; = h²nz/(h²nz² + d²nR²)1/2
-
wobei nR = (nx² + ny²)1/2 ist.
-
F2D bezeichnet andererseits einen verfestigten Bereich,
der dadurch erhalten wird, daß der verfestigte Bereich F2C
in eine Richtung senkrecht zum normalen Vektor N in der RZ-
Ebene bewegt wird, so daß die Z-Koordinate des
Strahlmittelpunktes C0 gleich Null wird.
-
Aus Fig. 9B ist ersichtlich, daß der Teil des
verfestigten Bereiches F2D außerhalb des Umrisses 8-1 im
wesentlichen gleich Null wird.
-
Der verfestigte Bereich F2D kann dadurch erhalten
werden, daß der Strahlmittelpunkt um eine Strecke x&sub0; längs der
X-Achse und eine Strecke Y&sub0; längs der Y-Achse versetzt wird,
wobei X&sub0; und Y&sub0; gegeben sind als:
-
X&sub0; = nx(d²nx² + d²ny² + h²nz²)1/2(nx² + ny²)
-
Y&sub0; = ny(d²nx² + d²ny² + h²nz²)1/2(nx² + ny²)
-
In diesem Fall kann dafür gesorgt werden, daß der Umriß
des dreidimensionalen verfestigten Bereiches im wesentlichen
mit dem Umriß der gewünschten Modellform zusammenfällt, ohne
die Höhe des Strahlmittelpunktes zu ändern.
-
Unter Verwendung entweder des zuerst genannten
Verfahrens oder des zuletzt genannten Verfahrens berechnet die
Einrichtung 1-13 einen Versetzungswert des
Strahlmittelpunktes.
-
Wenn der Belichtungsbereich in jedem Horizontalschnitt
gesteuert wird, wie es bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Fall ist, wird zweckmäßigerweise das zuletzt
genannte Verfahren angewandt. Bei der Steuerung des
Belichtungsbereiches durch Eintauchen der Spitze der optischen
Faser in die Flüssigkeit und durch Bewegen der Spitze in die
XYZ-Richtungen kann das zuerst genannte Verfahren verwandt
werden, um den Strahlmittelpunkt dreidimensional zu
versetzen.
-
Fig. 9C zeigt einen Vertikalschnitt eines verfestigten
Schichtbereiches für den Fall, daß der Strahlmittelpunkt um
den Radius d versetzt ist. Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 9D
einen Vertikalschnitt eines verfestigten Schichtbereiches
für den Fall, daß der Strahlmittelpunkt um die Strecken X&sub0;
und Y&sub0; versetzt ist, wie es oben erwähnt wurde. Aus den Fig.
9C und 9D ergibt sich, daß der Umriß 9-12 des verfestigten
Schichtbereiches gemäß dem Versetzungsverfahren der
vorliegenden Erfindung in der in Fig. 9D dargestellten Weise im
wesentlichen mit einem Umriß 9-1 der gewünschten Modellform
zusammenfällt.
-
Das oben erwähnte Problem tritt nicht nur in dem Fall,
in dem ein Lichtstrahl verwandt wird, sondern auch in dem
Fall auf, in dem ein Maskenfilm oder ein Projektor verwandt
wird, um die Flüssigkeitsoberfläche gleichmäßig zu bel
ichten, wie es in Fig. 9E dargestellt ist.
-
Fig. 9E zeigt den Fall, in dem dafür gesorgt ist, daß
der Umriß jedes Belichtungsbereiches mit dem Umriß 9-1 der
gewünschten Modellform zusammenfällt. Aus Fig. 9E ergibt
sich, daß schraffierte Bereich 9-6a, 9-6b, 9-6c, 9-6d usw.
der Belichtungsbereiche übermäßig verfestigt werden, so daß
sie außerhalb des Umrisses 9-1 auftreten.
-
Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 9F eine Verbesserung
gegenüber Fig. 9E, bei der die Umrisse 9-11a, 9-11b, 9-11c
usw. der verfestigten Bereiche nach innen um R&sub0; versetzt
sind, so daß sie den Umriß 9-1 berühren. Bei diesem
Verfahren kann ein Umriß 9-12 des verfestigten Abbildes dazu
gebracht werden, daß er im wesentlichen mit dem Umriß 9-1 der
gewünschten Modellform zusammenfällt.
-
Nachdem die Einrichtung 1-13 den optimalen
Versetzungswert berechnet hat, wie es oben erwähnt wurde, berechnet und
speichert die Einrichtung 1-14 zum Berechnen und Speichern
der Belichtungsbereichsdaten auf eine Abtastposition des
Strahlmittelpunktes bezogene Daten, um den
Belichtungsbereich durch den berechneten Versetzungswert zu versetzen und
den Belichtungsbereich entsprechend der Horizontallinie, die
durch die Einrichtung 1-10 extrahiert wurde, oder des
Umrisses zu verfestigen, der durch die Einrichtung 1-11 berechnet
wurde.
-
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das
vorliegende System weiterhin eine Einrichtung 1-3 zum Festlegen
der Belichtungsart für einen Innenbereich 7-5, der von den
Umrissen 7-1 und 7-2 umgeben ist, oder einen Innenbereich 7-
6, der durch den Umriß 7-3 umgeben ist, auf, wie es
beispielsweise in Fig. 7 dargestellt ist (siehe Schritt 2-3 in
Fig. 2A).
-
Diese Belichtungsart wird in eine Nichtbelichtung, eine
Ganzbereichsbelichtung und eine Abstandsbelichtung
klassifiziert.
-
Im ersten Fall der Festlegung der Nichtbelichtung unter
Verwendung einer Einrichtung 1-3a wird ein Hohlmodell
verfestigt, das gemäß Fig. 10F nur am Umriß verfestigt ist. Bei
dieser Belichtungsart wird eine Außenfläche 10-2a in Fig.
10F, die einem Umriß 10-2 in Fig. 10A entspricht, verfestigt
und wird gleichfalls eine Innenfläche 10-3a in Fig. 10F, die
einem Umriß 10-3 in Fig. 10A entspricht, verfestigt. Der
Innenbereich zwischen den Umrissen 10-2 und 10-3 wird jedoch
nicht verfestigt, um einen hohlen Teilbereich 10-8 zu bilden
und dadurch ein Hohlmodell herzustellen.
-
Diese Arbeitsweise ist in dem Fall wirksam, in dem nur
die Modellform wichtig ist und die Festigkeit nicht so sehr
gefordert wird. Da der Belichtungsbereich klein ist, kann
die Formgebungszeit verkürzt werden.
-
Im zweiten Fall der Festlegung der
Gesamtbereichsbelichtung unter Verwendung der Einrichtung 1-3b wird der
Innenbereich zwischen den Umrissen 10-2 und 10-3 vollständig
verfestigt, um ein massives Modell herzustellen, wie es in
Fig. 10B dargestellt ist. Diese Arbeitsweise eignet sich
dann, wenn die Festigkeit des Modells gefordert ist.
-
Im dritten Fall der Festlegung der Abstandsbelichtung
unter Verwendung der Einrichtung 1-3c kann der Benutzer ein
normales Kreuzmuster (Fig. 10C), ein Wechselkreuzmuster
(Fig. 10D1 und 10D2) und ein Streifenmuster (Fig. 10E)
wählen.
-
Bei dem Streifenmuster, das in Fig. 10E dargestellt
ist, wird der Innenbereich in Abständen in einer Richtung
belichtet. Beim normalen Kreuzmuster, das in Fig. 10C
dargestellt ist, wird der Innenbereich in Abständen in zwei
verschiedenen Richtungen im selben Teilbereich belichtet. Beim
Wechselkreuzmuster, das in Fig. 10D1 und 10D2 dargestellt
ist, wird der Innenbereich in Abständen dadurch belichtet,
daß die Abtastrichtung im Streifenmusterbetrieb in jedem
Teilbereich geändert wird.
-
Im Fall der Festlegung der Abstandsbelichtung kann der
Benutzer unter Verwendung der Einrichtung 1-3c&sub1; ein
gewünschtes Muster (d.h. das normale Kreuz-, das Wechselkreuz- oder
das Streifenmuster) die Ganghöhe und die Belichtungsbreite
festlegen. Die Belichtungsbreite kann so gewählt werden, daß
sie vom Strahldurchmesser verschieden ist, der durch die
Einrichtung 1-2 festgelegt ist.
-
Bei der Abstandsbelichtung kann eine wabenförmige
Struktur zusätzlich im Hohlmodell gebildet werden, um ein
Wabenmodell zu erzeugen.
-
Nach der in dieser Weise erfolgten Festlegung der Art
der Belichtung für den Innenbereich wird eine
Versetzungseinrichtung 1-17 aktiviert. Die Versetzungseinrichtung 1-17
berechnet einen Versetzungswert, wie es in Fig. 10G und 10A
dargestellt ist. In Fig. 10G bezeichnet 10-14 einen
Lichtstrahl zum Belichten des Umrisses. Der Lichtstrahl 10-14
tastet längs eines Pfeiles 10-16 ab, wobei der
Strahlmittelpunkt zur Innenseite des Umrisses auf eine position 10-15
versetzt ist. Andererseits bezeichnet 10-10 einen
Lichtstrahl zum Belichten des Innenbereiches. Wenn das Abtasten
des Lichtstrahles 10-10 an einer Stelle angehalten wird, an
der das vordere Ende 10-11a des Lichtstrahles 10-10 den
Umfang des Lichtstrahles 10-14 kontaktiert, ist der Umriß,
der dem verfestigten Bereich 10-14a entspricht, nicht
ausreichend mit dem Innenbereich verbunden, der dem
verfestigten Bereich 10-10A entspricht, wie es in Fig. 10H (1)
dargestellt ist, was zur Folge hat, daß ein geeigneter
Stützeffekt durch die Wabenstruktur nicht erzielt werden kann.
-
Wenn im Gegensatz dazu die Abtastung des Lichtstrahles
10-10 an einer Position angehalten wird, an der der Strahl
mittelpunkt 10-13 des Lichtstrahles 10-10 mit dem
Strahlmittelpunkt 10-15 des Lichtstrahles 10-14 zusammenfällt,
dann wird ein zusätzlicher verfestigter Bereich 10-18 durch
den Strahl 10-10 außerhalb des Umfanges des Umrisses
gebildet, der dem verfestigten Bereich 10-14a entspricht, wie es
in Fig. 10H (3) dargestellt ist, was zur Folge hat, daß die
gewünschte Modellform nicht genau erzielt werden kann.
-
Unter Berücksichtigung dieser Probleme berechnet die
Versetzungseinrichtung 1-17 einen optimalen Versetzungswert
des Lichtstrahles 10-10 derart, daß die Abtastung des
Lichtstrahles 10-10 an einer Position beendet wird, an der das
vordere Ende 10-12a des Lichtstrahles 10-10 den
Strahlmittelpunkt 10-15 des Lichtstrahles 10-14 berührt, d.h. der
Strahlmittelpunkt 10-12 des Lichtstrahles 10-10 zum Inneren
des Umfangs des Lichtstrahles 10-14 um den Radius des
Lichtstrahles 10-10 versetzt ist (siehe Fig. 10H (2)). Der
Belichtungsbereich im Innenbereich wird durch eine Einrichtung
1-18 zum Berechnen und Speichern von
Belichtungsbereichsdaten, die dem Innenbereich entsprechen, nach Maßgabe der
Information von der Einrichtung 1-3 und des
Versetzungswertes berechnet und gespeichert, der durch die Einrichtung 1-
17 berechnet ist (siehe Schritt 2-18 in Fig. 2A).
-
Ein derartiger Überlappungsbereich zwischen dem dem
Umriß entsprechenden Belichtungsbereich und dem dem
Innenbereich entsprechenden Belichtungsbereich kann in geeigneter
Weise innerhalb des Bereiches zwischen den Fig. 10H (1) und
Fig. 10H (3) durch den Benutzer festgelegt werden.
-
Der Benutzer kann weiterhin Schenkeldaten unter
Verwendung einer Einrichtung 1-4 festlegen, die im vorliegenden
System enthalten ist. In Fig. 11A bezeichnet 11-9 eine
Vielzahl von Schenkeln, die auf dem Unterbau 1-45 ausgebildet
werden. Eine gewünschte Modellform 11-1 wird auf den
Schenkeln 11-9 gebildet. Wenn das verfestigte Abbild des Modells
direkt auf den Unterbau 114 ohne die Schenkel 11-9
geschichtet wird, dann wird das verfestigte Abbild zerbrochen oder
beschädigt, wenn es vom Unterbau 1-45 abgenommen wird. Die
Schenkel 11-9 sind somit dazu vorgesehen, dieses Problem zu
vermeiden.
-
Wie es in Fig. 11A dargestellt ist, werden die Schenkel
11-9 in Raumbereichen 11-4a und 11-4b gebildet, die den
untersten Teilbereichen 11-3a und 11-3b entsprechen, die
unter Verwendung einer Einrichtung 1-19 gesucht werden. Die
Schenkel 11-9 werden gleichfalls in einem Rahmensetzbereich
11-2 ausgebildet, der später beschrieben wird.
-
Die Schenkeldaten schließen Daten über die
Schenkelhöhe, Ganghöhe, Linienbreite und das Muster (Streifen,
normales Kreuz oder Wechselkreuz) ein. Diese Daten werden unter
Verwendung der Einrichtungen 1-4a und 1-4b festgelegt. Die
Schenkeldaten schließen weiterhin Daten darüber ein, ob eine
Außenlinie vorhanden ist oder nicht. Diese Daten werden
unter Verwendung einer Einrichtung 1-4c festgelegt.
-
Die Schenkelhöhe bedeutet die Höhe jedes zu
verfestigenden Schenkels vor der Formgebung der gewünschten
Modellform. Das Muster, die Ganghöhe und die Linienbreite sind die
gleichen, wie es im Vorhergehenden erwähnt wurde. Die
Außenlinie bedeutet eine entlang eines Randes eines
Schenkelbildungsbereiches zu formende Außenlinie.
-
In dem Fall, in dem das Vorhandensein der Außenlinie
durch die Einrichtung 1-4c festgelegt ist, wird ein
Umfangsschenkel 11-7 (siehe Fig. 11D) oder ein Umfangsschenkel 11-8
(siehe Fig. 11E) längs des Außenrandes des
Schenkelbildungsbereiches 11-4a gebildet.
-
In dem Fall, in dem das Fehlen der Außenlinie durch die
Einrichtung 1-4c festgelegt ist, wird kein Umfangsschenkel
gebildet, wie es in Fig. 11B und 11C dargestellt ist.
-
Die Fig. 11b und 11d zeigen den Fall, in dem die
Streifenform gewählt ist, um Streifenschenkel 11-5 zu bilden. Die
Fig. 11c und 11e zeigen den Fall, in dem ein normales
Kreuzmuster gewählt ist, um normale kreuzmusterförmige Schenkel
11-6 zu bilden.
-
Nachdem die Schenkeldaten durch die Einrichtung 1-4
festgelegt sind (siehe Schritt 2-4 in Fig. 2B), berechnet
und speichert eine Einrichtung 1-12 zum Berechnen und
Speichern von Belichtungsbereichsdaten, die einem Schenkel
entsprechenden Belichtungsbereichsdaten für die Ausbildung der
Schenkel unter Bezug auf die oben festgelegten
Schenkeldaten, die Information über den untersten Teilbereich und
Daten, die einen Rahmensetzbereich betreffen, was später
beschrieben wird (siehe Schritt 2-20 in Fig. 2B).
-
Der Benutzer kann den Rahmensetzbereich unter
Verwendung einer Einrichtung 1-5 im vorliegenden System festlegen.
In diesem Fall kann der Benutzer unter Verwendung einer
Einrichtung 1-5a wählen, ob der gesamte Raum zu besetzen ist
oder unter Verwendung einer Einrichtung 1-5b wählen, ob ein
bestimmter Raum zu besetzen ist.
-
Bei der Festlegung des gesamten Raumes wird eine
Recheneinrichtung 1-21 für den maximalen Umrißbereich
aktiviert, um ein rechteckiges Parallelepiped 12-2 zu berechnen,
das eine gewünschte Modellform 12-1 vollständig abdeckt, wie
es in Fig. 12A dargestellt ist. Dann berechnet und speichert
eine Einrichtung 1-12 zum Berechnen und Speichern von
Belichtungsbereichsdaten, die einem Rahmen entsprechen,
Belichtungsbereichsdaten für die Bildung eines zu
verfestigenden Rahmens an vier Seitenwänden des rechtwinkligen
Parallelepipeds 12-2.
-
Im Fall der Festlegung eines bestimmten Raumes wird ein
derartiger bestimmter Raum durch die Koordinatendaten (X&sub1;,
Y&sub1;) und (X&sub2;, Y&sub2;) einer Diagonale in Fig. 12A spezifiziert und
berechnet und speichert die Einrichtung 1-22
Belichtungsbereichsdaten zur Bildung eines zu verfestigenden Rahmens an
vier Seitenwänden eines rechtwinkligen Parallelepipeds 12-3
mit einer rechtwinkligen Bodenfläche, die durch die obige
Diagonale bestimmt ist.
-
Der Rahmen wirkt als Halteeinrichtung für die
Modellform zusammen mit einer Stütze, die im Inneren des Rahmens
zu bilden ist, wie es im folgenden beschrieben wird
Der Benutzer kann weiterhin Stützendaten unter
Verwendung einer Einrichtung 1-6 festlegen.
-
Die Stützendaten werden dadurch festgelegt, daß unter
Verwendung einer Einrichtung 1-6a eine Ganghöhe, eine
Linienbreite und ein Muster (Streifen, normales Kreuz oder
Wechselkreuz) einer Stütze spezifiziert werden, die im
Rahmenraum für jede gegebene Höhe zu bilden ist.
-
Nachdem in dieser Weise die Stützendaten festgelegt
sind, werden Belichtungsbereichsdaten berechnet, um die
Stütze im Rahmenraum nach Maßgabe der in der oben
beschriebenen Weise festgelegten Stützendaten zu bilden.
-
Insbesondere werden Musterdaten vorher in einer
Einrichtung 1-23 zum Berechnen und Speichern von regelmäßigen
Bereichs (Muster) daten gespeichert und werden Musterdaten,
d.h. Daten eines Streifen, eines normalen Kreuzes oder eines
Wechselkreuzes von der Einrichtung 1-23 ausgegeben. Eine
Einrichtung 1-26 zum Berechnen und Speichern von
Belichtungsbereichsdaten, die einer Stütze entsprechen, berechnet
und speichert dann Belichtungsbereichsdaten zur Bildung der
Stütze unter Verwendung der in der obigen Weise
spezifizierten Musterdaten sowie der Ganghöhendaten und der
Linienbreitendaten.
-
Fig. 12B zeigt einen Komplex von Rahmen 12-4a, 12-4b
und 12-4c und Stützen 12-4b&sub1; und 12-4c&sub1;, die im Inneren der
Rahmen 12-4b und 12-4c jeweils im Rahmenraum 12-13 in Form
eines rechtwinkligen Parallelepipeds ausgebildet sind, das
in Fig. 12A dargestellt ist. Der Komplex besteht aus einem
ersten Element, das durch den Rahmen 12-4a nur in einem
Höhenbereich 0 bis H&sub1; gebildet ist, einem zweiten Element,
das durch den Rahmen 12-4b und die Streifenstützen 12-4b&sub1; im
Höhenbereich H&sub1; - H&sub2; gebildet ist, und einem dritten Element,
daß durch den Rahmen 12-4c und die normalkreuzförmigen
Stützen 12-4c&sub1; in einem Höhenbereich H&sub2; - H&sub3; gebildet ist.
-
Beim Festlegen der Stützendaten unter der Bedingung,
daß der gesamte Rahmenraum festgelegt ist, kann der Benutzer
den unteren Gesamtbereich, den äußeren Gesamtbereich und den
Innen- und Außengesamtbereich unter Verwendung einer
Bereichsfestlegungseinrichtung 1-6b festlegen.
-
Wenn insbesondere der untere Gesamtbereich durch die
Einrichtung 1-6b&sub1; festgelegt ist, dann wird die Stütze in
einem unteren Bereich 12A des Rahmenraumes 12-2 unter der
gewünschten Modellform ausgebildet, wie es in Fig. 13A
dargestellt ist (Vertikalschnitt). In diesem Fall wird die
unterste Fläche 12-5 der gewünschten Modellform durch eine
Einrichtung 1-24 zum Aufsuchen der untersten Umrißfläche
aufgesucht.
-
Wenn der äußere Gesamtbereich durch die Einrichtung 1-
6b&sub2; festgelegt ist, dann wird die Stütze in einem
Gesamtbereich 12b des Rahmenraumes 12-2 an der Außenseite der
gewünschten Modellform ausgebildet, wie es in Fig. 13B
dargestellt ist. In diesem Fall werden die obere Außenfläche 12-3
und die untere Außenfläche 12-4 der gewünschten Modellform
durch eine Einrichtung 1-15 zum Suchen der oberen und
unteren Umrißflächen aufgesucht.
-
Wenn der Innen- und Außenbereich durch eine Einrichtung
1-6b&sub3; festgelegt ist, dann wird die Stütze im gesamten
Rahmenraum 12-2 ausgebildet.
-
Das vorliegende System enthält weiterhin eine
Einrichtung 1-15 zum Bestimmen der Kontinuität eines Umrisses, der
dem verfestigten Bereich entspricht.
-
Wie es beispielsweise in Fig. 14A dargestellt ist,
bestimmt die Einrichtung 1-15, ob die Umrisse, die den
verfestigten Bereichen 14-1 und 14-2 in vertikal benachbarten
Teilbereichen Z&sub1; und Z&sub0; entsprechen, ineinander übergehen. In
dem Fall, daß die Teilbereiche Z&sub1; und Z&sub2; stark
unterschiedliche Größe haben, wie es in Fig. 14A und 14B dargestellt ist,
wird der Verfestigungsbereich 14-1 gegenüber dem
Verfestigungsbereich 14-2 diskontinuierlich. Im Fall der Bildung
eines Hohlmodells käme dann der Verfestigungsbereich 14-1 in
einen schwimmenden Zustand. Um dieses Problem zu beseitigen,
wird die Festlegung der Arbeitsweise des Hohlmodells
zwangsweise in die Festlegung der Arbeitsweise des massiven
Modells durch die Einrichtung 1-16 umgewandelt, um dadurch den
gesamten Innenbereich des Teilbereichs Z&sub0; in diesem Fall mit
dem Lichtstrahl zu belichten. Das hat zur Folge, daß selbst
dann, wenn die gewünschte Modellform eine leichte
Schrägfläche hat, ein Hohlmodell mit durchgehender Umfangsfläche
hergestellt werden kann.
-
Wie es oben beschrieben wurde, werden in den jeweiligen
Rechen- und Speichereinrichtungen 1-14, 1-18, 1-20, 1-22 und
1-26 Belichtungsbereichsdaten berechnet und gespeichert, die
dem Umriß, dem Innenbereich, dem Schenkel, dem Rahmen und
der Stütze entsprechen. Danach wird mit der Formgebung
tatsächlich begonnen. Zunächst wird der Schenkel durch eine
Belichtung nach Maßgabe der Belichtungsbereichsdaten
gebildet, die dem Schenkel entsprechen. Nachdem die Höhe des
Schenkels einen bestimmten Wert erhalten hat, werden der
Rahmen, die Stütze und der Innenbereich im untersten
Teilbereich durch eine Belichtung nach Maßgabe der
Belichtungsbereichsdaten gebildet, die dem Rahmen, der Stütze und dem
Innenbereich entsprechen. Schließlich wird der Umriß durch
eine Belichtung gebildet, die den Belichtungsbereichsdaten
entspricht, die dem Umriß entsprechen.
-
Durch die abschließende Bildung des Umrisses in der
oben beschriebenen Weise kann eine örtliche Anderung im
Flüssigkeitspegel aufgrund der Tatsache, daß die Flüssigkeit
von einem verfestigten Abbild umgeben ist, unterdrückt
werden, um dadurch eine Verzerrung der Modellform während der
Formgebung so klein wie möglich zu halten. Bei der
tatsächlichen Steuerung der Belichtung wird das Filter 1-29 durch
eine Steuereinrichtung 1-33 für die Belichtungsstärke
gesteuert und wird der XY-Antriebsmechanismus 1-41 zum Bewegen
der Spitze 1-40a der optischen Faser 1-40 in die
XY-Richtungen durch eine Einrichtung 1-34 zum Steuern der horizontalen
Belichtungsposition gesteuert. Die Abtastgeschwindigkeit
wird weiterhin durch eine
Abtastgeschwindigkeitssteuereinrichtung 1-35 gesteuert. Das Filter 1-29 und die
Abtastgeschwindigkeit werden koordiniert zueinander gesteuert.
-
Die Absenkung des Unterbaus 1-45 um eine Dickeneinheit
ΔZ nach der Belichtung eines Teilbereiches wird über eine
Höhensteuereinrichtung 1-37 bewirkt.
-
Nach dem Absenken des Unterbaus 1-45 um eine
Dickeneinheit ΔZ wird die Bürste 1-42 in eine Richtung
(Y-Richtung) senkrecht zur Längsrichtung (X-Richtung) der Bürste 1-
42 durch eine Einrichtung 1-36 zum Steuern der
Bürstenbewegung bewegt.
-
Wie es in Fig. 15A dargestellt ist, besteht die Bürste
aus einem ersten Bürstenteil 15A und einem zweiten
Bürstenteil 15B, die parallel zueinander in einem gegebenen Abstand
angeordnet sind und gemeinsam bewegt werden können. Der
erste Bürstenteil 15A ist mit einer Vielzahl von
Bürstenelementen 15A&sub1;, 15A&sub2;, 15A&sub3; usw. versehen, die in regelmäßigen
Abständen in Längsrichtung des ersten Bürstenteils 15A
beabstandet sind. In ähnlicher Weise ist der zweite
Bürstenteil 15B mit einer Vielzahl von Bürstenelementen 15B&sub1;1, 158&sub2;,
15B&sub3; usw. versehen&sub1; die in regelmäßigen Abständen in
Längsrichtung des zweiten Bürstenteils 15B so beabstandet sind,
daß das Bürstenelement 15B&sub1; an einer Stelle angeordnet ist,
die einem Zwischenraum zwischen den Bürstenelementen 15A&sub1; und
15A&sub2; des ersten Bürstenteils 15A gegenüberliegt und die
anderen Bürstenelemente des zweiten Bürstenteils 15B gleichfalls
in der gleichen Weise angeordnet sind, wie es oben angegeben
ist. Bei Verwendung einer derartigen Bürste kann die
Flüssigkeit mit gleichmäßiger Höhe selbst über eine große
verfestigte Schicht einer Modellform geschichtet werden, wie es
bei der Herstellung eines massiven Modells der Fall ist.
-
Was die Anordnung der Bürstenelemente anbetrifft, so
wurde das beste Ergebnis der Schichtung der Flüssigkeit dann
erhalten, wenn die Breite L2 jedes Bürstenelementes 2 mm
beträgt und der Abstand L1 zwischen benachbarten
Bürstenelementen auf 1 mm gewählt wurde. Wie es in Fig. 15B
dargestellt ist, wird die Flüssigkeit in Form einer Welle 15D auf
das verfestigte Abbild 15E durch die Bürste befördert. Wenn
der Abstand L1 zu groß ist, kann dementsprechend eine gute
Wellenfunktion nicht erzielt werden. Wenn umgekehrt der
Abstand L1 zu gering ist, wird die Stärke der Wellenbewegung
15D zu groß und kann dementsprechend eine Überzugsschicht
15C der Flüssigkeit nicht in der gewünschten Weise gebildet
werden. Wenn weiterhin die Länge jedes Bürstenelementes zu
klein ist, kann die Wellenbewegung 15D nicht ausreichend
gebildet werden und ist die Menge an Flüssigkeit, die unter
den Fasern des Bürstenelementes festgehalten wird, nicht
ausreichend, was eine mangelhafte Beschichtung zur Folge
hat. Wenn andererseits die Länge jeden Bürstenelementes zu
groß ist, wird das Maß an Wellenbildung 15D zu groß, was zu
einer fehlerhaften Beschichtung führt.
-
Weiterhin sind das Material, die Dicke und die
Bewegungsgeschwindigkeit des Bürstenelementes wichtig. Wenn das
Bürstenelement zu hart ist, wird das verfestigte Abbild
durch das Bürstenelement zerbrochen. Wenn das Bürstenelement
zu weich ist oder die Laufgeschwindigkeit zu langsam ist,
dann kann der Welleneffekt nicht erzielt werden. Unter
diesen Umständen sollten diese Faktoren in geeigneter Weise
unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Flüssigkeit und
des verfestigten Bildes gewählt werden. In einigen Fällen
ist es wesentlich, daß die Bürstenelemente in regelmäßigen
Abständen in Längsrichtung der Bürste beabstandet sind, um
eine gute Beschichtung zu erzielen.
-
Da weiterhin der erste Bürstenteil 15A und der zweite
Bürstenteil 15B parallel angeordnet sind, wie es in Fig. 15A
dargestellt ist, kann die Stärke der Beschichtungsschicht
lsc selbst dann gleichmäßig gemacht werden, wenn eine breite
Oberfläche des verfestigten Abbildes 15E überstrichen wird.
-
Bei dem obigen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
über die Belichtungsbereichsdaten, die dem Umriß
entsprechen, unter Berücksichtigung eines dreidimensionalen
Versetzungswertes bezüglich des Umrisses der gewünschten
Modellform entschieden. Der dreidimensionale Versetzungswert ist
ein Wert zum Versetzen eines Umrisses eines verfestigten
Bereiches, damit dieser den Umriß der gewünschten Modellform
kontaktiert. Es kann daher erreicht werden, daß der Umriß
des verfestigten Bereiches genau mit dem Umriß der
gewünschten Modellform zusammenfällt, indem die Belichtung nach
Maßgabe von Daten erfolgt, die unter Berücksichtigung des
Versetzungswertes festgelegt wurden. Die Genauigkeit der
gewünschten Modellform kann in dieser Weise stark verbessert
werden.
-
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es
weiterhin möglich, in gewünschter Weise ein massives, ein hohles
oder ein Wabenmodell je nach der beabsichtigten Benutzung
des Modells zu wählen. Dementsprechend kann die
beabsichtigte Benutzung selbst erweitert werden (beispielsweise kann
das Hohlmodell bei einer Gießkokille verwandt werden) und
kann die Formgebungszeit je nach der beabsichtigten
Benutzung des Modells verkürzt werden, um dadurch gleichfalls die
beabsichtigte Benutzung des Systems zu erweitern.
-
Wenn weiterhin eine Stützkonstruktion (Stützen und
Rahmen) bei der Formgebung der gewünschten Modellform
gebildet wird, kann die Genauigkeit der gewünschten Modellform in
starkem Maße beibehalten werden. Im Zusammenhang damit kann
ein Durchmesser des Lichtstrahls zur Bildung dieser
Stützkonstruktion unabhängig von dem zur Bildung der gewünschten
Modellform festgelegt werden. Dementsprechend kann die
Stützkonstruktion nach Beendigung der Formgebung leicht
entfernt werden.
-
Da weiterhin die Art und der Belichtungsbereich der
Stützkonstruktion vorgegeben werden können, kann die
Stützkonstruktion nur am notwendigen Teil ausgebildet werden, was
die Formgebungszeit verringert.
-
Da der Rahmen weiterhin unter Bezug auf die Stütze
festgelegt werden kann, können die Art, die Höhe usw. der
Stütze auf jeder Höhe des Rahmens modifiziert werden, was
die Formgebungszeit verringert.
-
Darüber hinaus wird die Flüssigkeit auf das verfestigte
Abbild unter Verwendung der Bürste mit einer Vielzahl von
Bürstenelementen geschichtet, die in regelmäßigen
Intervallen beabstandet sind. Die Flüssigkeit kann daher mit
gleichmäßiger Stärke in kurzer Zeit aufgebracht werden, was die
Formgebungsgenauigkeit erhöht und die Formgebungszeit
verringert.
-
Zusammenfassend heißt das, daß das System des
bevorzugten Ausführungsbeispiels verschiedene Verbesserungen in
einer Kombination einschließt, die dem herkömmlichen System
überlegen ist.
-
Während die Erfindung unter Bezug auf ein bestimmtes
Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, versteht es sich, daß
die Beschreibung nur als erläuternd und nicht als den
Bereich der Erfindung begrenzend anzusehen ist. Verschiedene
Abwandlungen und Änderungen können sich für den Fachmann
ergeben, ohne daß er den Bereich der Erfindung verläßt, der
durch die zugehörigen Ansprüche gegeben ist.