EP3448662A1 - Vorrichtung zur bildung formstabiler objekte - Google Patents

Vorrichtung zur bildung formstabiler objekte

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Publication number
EP3448662A1
EP3448662A1 EP17721966.4A EP17721966A EP3448662A1 EP 3448662 A1 EP3448662 A1 EP 3448662A1 EP 17721966 A EP17721966 A EP 17721966A EP 3448662 A1 EP3448662 A1 EP 3448662A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
tub
light source
substance
trough
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17721966.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas MICHALICA
Simon Gruber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Way To Production GmbH
Original Assignee
Way To Production GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Way To Production GmbH filed Critical Way To Production GmbH
Publication of EP3448662A1 publication Critical patent/EP3448662A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/245—Platforms or substrates
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing

Definitions

  • the invention relates to a device for forming dimensionally stable objects by partially solidifying a non-dimensionally stable, in particular light-curable, substance by irradiation with a particular electromagnetic radiator, comprising a trough for receiving the substance and a arranged over the tub and lowered over this and liftable build platform for adhering and lifting hardened substance layers.
  • the non-rigid substance for example, a plastic monomer
  • the construction platform is arranged parallel to the bottom of the tub and can be moved in a plane that is normal to the bottom of the tub.
  • the build platform is aligned so that there is a gap between the build platform and the bottom of the tub, which has the height of the desired layer thickness of the first substance layer.
  • the radiation source is switched off.
  • a gap having the height of the desired layer thickness of the next substance layer between the bottom of the trough and the already existing substance layer on the construction platform has to be generated again.
  • the build platform is moved in a plane that is normal to the bottom of the tub by a predetermined, mostly experience based, value in the range of 6 - 12mm, so as to completely replace the
  • Adjust substance layer Thereafter, the next substance layer can be generated.
  • the number of substance layers depends on the desired layer thickness and on the height of the dimensionally stable object to be generated, but is usually in the range of 50 to 5,000.
  • the bottom of the tub made of flexible or partially flexible materials such as silicone layers, PTFE films, or the like.
  • the bottom of the tub can deform elastically during the detachment process.
  • the substance layer can easily peel off, the necessary force for detachment is reduced and thus the detachment process is improved.
  • the floors of these generic devices are usually made transparent.
  • the build platform for detachment of the substance layer from the bottom of the tub must always by a, mostly based on experience, preset value, for example 6 mm to 12 mm in a plane, which is normal to the bottom of the tub, be moved.
  • Construction platform several millimeters unnecessarily empty moves. This unnecessarily lengthens the detachment process by several seconds.
  • the invention is therefore inter alia the object to monitor the detachment process, so optimized by the accurate detection of the Ablensezeitrelatess the necessary shift of the build platform and thus the construction time of a dimensionally stable object can be greatly reduced.
  • Other objects of the invention include the level of non-dimensionally stable substance in the tub, the deformation of the tub by the lowering of the platform, the deformation of the tub by the capillary forces between the platform and the bottom of the tub, the sag of the tub, the state the tub, and / or that
  • the problems are solved by at least one light source and at least one, the light of the light source detecting, the light sensor are arranged in the region of the bottom of the tub, that a deformation of the tub is detected by changing the light detected by the light sensor intensity of the light source.
  • the term light source in this context includes any emitter of electromagnetic radiation, and the term light sensor any type of receiver which is adapted to detect this radiation.
  • the light beam emitted by the light source passes at least partially through the bottom of the trough.
  • the bottom of the tub thus forms a light guide, so that changes in the mechanical configuration of the bottom of the tub, the light guided therein is deflected or scattered. Upon deformation of the bottom of the tub thus changes the
  • Incident angle of the incident light so that a larger part of the incident light leaves the tub, as in the case of the non-deformed, so straight-line
  • This effect which is known from optical waveguide technology, can thus be used to detect the mechanical deformation of the trough bottom by using the trough bottom as a light guide or comprising a light guide.
  • Detection time can be determined exactly. Thus, it can be ensured that the construction platform is lowered again immediately after the detected detachment of the substance layer from the bottom of the tub. At conventional take-off speeds of about 1 mm per second, the detachment process is thereby reduced by a few seconds and so the construction time of a dimensionally stable object in the device, which
  • Withdrawal force can be calculated. If this is not the case, a detachment of the substance layer from the build platform can be concluded.
  • the zero position of the build platform can be determined and adjusted.
  • the generated layer thickness of the substance layer also coincides more precisely with the set layer thickness.
  • the level of the non-dimensionally stable substance in the tub can be determined and monitored.
  • Objects are automatically paused.
  • the deformation can be detected by the lowering of the construction platform.
  • Substance layer has lowered the build platform again to set the desired layer thickness (25 - 200 ⁇ ) of the next substance layer.
  • the time required to lower the build platform is called the reset time. Due to this reduction and thus the displacement of non-dimensionally stable substance between the building platform and the bottom of the tub, the bottom of the tub is elastically deformed. The degree of deformation depends inter alia on the filling quantity and the viscosity of the dimensionally stable substance and the lowering speed of the building platform.
  • Solidification reduced and the entire construction period of a dimensionally stable object can be greatly reduced. From the required recovery time and the viscosity of the non-dimensionally stable substance can be determined at any time.
  • the deformation due to capillary forces between the building platform and the bottom of the tub can be detected.
  • the sag of the tub which comes about as a result of the aging and the wear of these, can be detected.
  • the problems caused thereby such as different layer thicknesses and adhesion problems of the substance layer, can be avoided by, for example, replacing the tub with too much sag.
  • the state of the trough can be detected. Due to the diffusion of various ingredients of not
  • the quality of the tub is changed. Since the substances diffusing into the tub often cause turbidity of the tub, the quality of the tub can be monitored with the device according to the invention.
  • At least the bottom of the tub is made partially or wholly of a light-conducting material.
  • a light guide which guides the light beam of the light source to be provided, for example in the form of a glass fiber line, and is preferably arranged in the bottom of the tub.
  • the light source is designed as a laser, LED or the like or comprises such elements.
  • the light sensor has at least one photosensitive element, in particular a photodiode with a
  • Transimpedance converter as amplifier, which detects the intensity of the emitted light from the light source and an electrical signal
  • At least one optical element preferably a mirror, a prism or the like, is provided. This allows the
  • Light sensor and the light source can be easily installed in the machine, without disturbing the appearance of this and without changing the dimensions of the machine.
  • At least one optical element preferably a convex lens, is provided for focusing the light emitted by the light source, preferably on at least one light sensor.
  • the device is set up to detect the detachment process of the substance layer from the bottom of the trough and / or from the construction platform.
  • the bottom of the tub made of flexible and / or partially solid materials, preferably made of silicone layers, PTFE films or the like, whereby the tub can deform elastically when lifting hardened substance layers. Due to this flexibility of the tub, the substance layer can be more easily detached from the bottom of the tub, the necessary force for detachment is reduced and thus the detachment process is improved.
  • the bottom of the trough may in particular comprise combinations of substantially rigid and elastic or viscous materials, for example in the form of a sandwich construction: glass plate on silicone foil, acrylic glass plate on silicone foil, glass plate on silicone plate, glass on highly viscous gel or other combinations.
  • the deformation of the trough can not be measured exclusively in the particularly elastic layer, but also, for example, in the deformation of the essentially rigid material,
  • Plexiglas plate for example, a Plexiglas plate.
  • the bottom of the trough is at least partially transparent in the spectrum of the light emitted by the light source.
  • the device comprises at least one analog-to-digital converter, whereby the signal can be processed computer-assisted.
  • the construction platform is displaceable in a plane that is normally on the floor of the tub.
  • the invention further extends to a method for the detection of
  • dimensionally stable objects wherein according to the invention emitted by a light source and passed through the tub or an arranged in the tub light guide light is detected by a light sensor.
  • the detachment process can be monitored and it can be determined when the substance layer separates from the tub.
  • the viscosity of the material located in the tub is determined by the reset time of the building platform.
  • FIG. 1 a shows a schematic representation of a first embodiment of a device according to the invention in a two-dimensional sectional representation.
  • the bottom of the tub 2 serves as a light guide, which the
  • Light beam 9 of the light source 6 passes.
  • the tub 2 contains the non-dimensionally stable substance 3, for example a resin.
  • the building platform 1 is arranged parallel to the bottom of the tub 2 and displaceable in a plane which is normal to the bottom of the tub 2. In this figure is shown as out of the non-dimensionally stable substance 3 by electromagnetic
  • a substance layer 5 is formed.
  • a light source 6 and a light sensor 7 detecting the light of the light source 6 are arranged such that a deformation of the tub 2 causes a change in the light intensity of the light source 6 detected by the light sensor 7.
  • the light source 6 is arranged on one side of the trough bottom, and the light sensor 7 on the other side of the trough bottom.
  • Fig. 1 b shows the situation when the curing of the substance layer 5 is completed by the radiator 4.
  • the construction platform 1 In order to be able to detach the substance layer 5 from the bottom of the trough 2, the construction platform 1 is displaced upwards in a plane which is normal to the bottom of the trough 2. Due to the formation of the substance layer 5 cohesive forces between the building platform 1 and the substance layer 5 and between the bottom of the tub 2 and the
  • Substance layer 5 the tub 2 is elastically deformed during displacement of the construction platform 1. Due to the elastic deformation of the trough 2, a part of the light beam directed through the trough bottom is deflected and the light sensor 7 receives a lower light intensity than in the undeformed state of the trough 2.
  • Fig. 1 c shows the situation when the detachment process of the substance layer 5 from the bottom of the tub 2 is completed. There is no electromagnetic
  • the construction platform 1, which contains the various substance layers 5, is lowered in order to set the desired layer thickness for the next substance layer 5 in a plane perpendicular to the bottom of the trough 2 and remains at the desired distance from the trough bottom.
  • FIG. 2 schematically shows a diagram which represents the voltage U [V] measured at the light sensor 7 over the time t [s] of the preceding FIGS. 1 a to c.
  • section a of the diagram the signal at the light sensor 7 of Fig. 1a is shown. It can be seen here that if the trough 2 is not elastically deformed, the light intensity of the light source 6 detected by the light sensor 7 lies in a constant target value range.
  • section b it can be seen that a change in the light intensity detected by the light sensor 7 of the light source 6 and thus the measured voltage is effected by the elastic deformation of the trough 2. Due to the deformation of the trough 2, the light intensity of the light source 6 detected by the light sensor 7 increases until
  • 3a shows a schematic illustration of a second embodiment of a device according to the invention in a two-dimensional sectional view.
  • a flexible optical fiber 8 which guides the light beam 9 of the light source 6, arranged in the bottom of the tub 2.
  • the light guide 8 is an optical waveguide, for example a glass fiber line.
  • the tub 2 contains the non-dimensionally stable substance.
  • the construction platform 1 is in turn arranged parallel to the bottom of the tub 2 and in a plane which is normal to the bottom of the tub 2, displaced. From the non-dimensionally stable substance 3, a substance layer 5 is generated by the electromagnetic radiation through the radiator 4. In the region of the bottom of the trough 2, a light source 6 is arranged on one side and a light sensor 7 detecting the light of the light source 6 on the opposite side, so that a deformation of the trough 2 detects a change in that detected by the light sensor 7
  • Light intensity of the light source 6 causes.
  • the light source 6 and / or the light sensor 7 are arranged immediately adjacent to the bottom of the tub 2.
  • the light source 6 and / or the light sensor 7 are integrated in the bottom of the tub 2.
  • FIG. 3 b again shows the situation when the formation of the substance layer 5 is completed by electromagnetic radiation through the radiator 4.
  • Construction platform 1 moved in a normal to the bottom of the tub 2 level. Due to the emergence of the substance layer 5
  • Light guide 8 also elastically deformed.
  • the angle of incidence of the incident light changes, so that part of the incident light leaves the light guide 8.
  • the light intensity measured at the light sensor 7 is thus lower than in the undeformed state.
  • FIG. 3c again shows the situation when the detachment process of the substance layer 5 from the bottom of the tub 2 is completed. There is no electromagnetic radiation through the radiator 4. The construction platform 1 is again to the
  • optical elements are provided for deflecting the light emitted by the light source
  • prisms or mirrors In other not shown
  • Light sensors provided and arranged such that a deformation of the trough causes a change of the light sensors detected by the light intensity of the light sources.
  • the bottom of the tub itself serves as a light guide and in addition one or more optical waveguides are arranged in the bottom of the tub.
  • optical elements for focusing the light emitted by the light source are provided on a light sensor, for example optical lenses.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Bildung formstabiler Objekte durch bereichsweises Verfestigen einer nicht formstabilen, insbesondere lichtaushärtbaren, Substanz (3) durch Bestrahlung mit einem insbesondere elektromagnetischen Strahler (4), umfassend eine Wanne (2) zur Aufnahme der Substanz (3) sowie eine über der Wanne (2) angeordnete und gegenüber dieser absenkbare und anhebbare Bauplattform (1) zum Anhaften und Abheben ausgehärteter Substanzschichten (5), wobei zumindest eine Lichtquelle (6) und zumindest ein, das Licht der Lichtquelle (6) detektierender, Lichtsensor (7) derart im Bereich des Bodens der Wanne (2) angeordnet sind, dass eine Verformung der Wanne (2) durch Änderung der vom Lichtsensor (7) detektierten Lichtstärke der Lichtquelle (6) detektierbar ist.

Description

Vorrichtung zur Bildung formstabiler Objekte
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bildung formstabiler Objekte durch bereichsweises Verfestigen einer nicht formstabilen, insbesondere lichtaushärtbaren, Substanz durch Bestrahlung mit einem insbesondere elektromagnetischen Strahler, umfassend eine Wanne zur Aufnahme der Substanz sowie eine über der Wanne angeordnete und gegenüber dieser absenkbare und anhebbare Bauplattform zum Anhaften und Abheben ausgehärteter Substanzschichten.
Derartige Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die nicht formstabile Substanz (zum Beispiel ein Kunststoffmonomer) befindet sich in einer Wanne mit einem transparenten Boden. Die Bauplattform ist parallel zum Boden der Wanne angeordnet und kann in einer normal auf den Boden der Wanne stehenden Ebene verschoben werden.
Zu Beginn des Herstellungsverfahrens wird die Bauplattform so ausgerichtet, dass sich zwischen der Bauplattform und dem Boden der Wanne ein Spalt, welcher die Höhe der gewünschten Schichtdicke der ersten Substanzschicht aufweist, befindet.
Anschließend wird die nicht formstabile Substanz in diesem Spalt einer
elektromagnetischen Strahlung, welche von einer Strahlungsquelle ausgesandt wird, ausgesetzt. Diese elektromagnetische Strahlung trifft durch den transparenten Boden auf die nicht formstabile Substanz und startet die bereichsweise Verfestigung durch Polymerisation. Dadurch„wächst" eine aus polymerisierter Masse bestehende Schicht, die Substanzschicht, vom Boden der Wanne bis zur Bauplattform.
l Nach Abschluss der bereichsweisen Verfestigung wird die Strahlungsquelle ausgeschaltet. Um eine weitere Substanzschicht auf einer bereits vorhandenen Substanzschicht generieren zu können, muss erneut ein Spalt mit der Höhe der gewünschten Schichtdicke der nächsten Substanzschicht zwischen dem Boden der Wanne und der bereits vorhandenen Substanzschicht auf der Bauplattform erzeugt werden.
Dafür wird die Bauplattform in einer normal auf den Boden der Wanne stehenden Ebene um einen vorab festgelegten, meist auf Erfahrung basierenden, Wert im Bereich von 6 - 12mm verschoben, um so eine vollständige Ablösung der
Substanzschicht vom Boden der Wanne zu gewährleisten.
Nachdem die Bauplattform um den vorab festgelegten Wert verschoben worden ist wird diese wieder abgesenkt um die gewünschte Schichtdicke der nächsten
Substanzschicht einzustellen. Danach kann die nächste Substanzschicht generiert werden. Die Anzahl der Substanzschichten hängt von der gewünschten Schichtdicke und von der Höhe des zu generierenden formstabilen Objekts ab, liegt aber üblicherweise im Bereich von 50 bis 5000.
Ein Problem dieser gattungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass beim
Ablösevorgang durch die Kohäsionskräfte zwischen der Bauplattform und der Substanzschicht und zwischen dem Boden der Wanne und der Substanzschicht, große Kräfte entstehen können und dadurch das formstabile Objekt von der
Bauplattform gerissen oder es auf andere Weise beschädigt werden kann.
Um diese entstehenden Kräfte zu minieren, ist aus dem Stand der Technik bekannt, den Boden der Wanne aus flexiblen oder teilflexiblen Materialien wie Silikon- Schichten, PTFE-Folien, oder dergleichen auszuführen. Dadurch kann sich der Boden der Wanne beim Ablösevorgang elastisch verformen. Durch diese elastische Verformung des Bodens der Wanne kann sich die Substanzschicht leichter ablösen, die notwendige Kraft zum Ablösen wird verringert und somit wird der Ablösevorgang verbessert. Die Böden dieser gattungsgemäßen Vorrichtungen sind meist transparent ausgeführt. Da bei gattungsgemäßen Vorrichtung der Ablösevorgang nicht überwacht und so der Ablösezeitpunkt nicht detektierbar ist, muss die Bauplattform zum Ablösen der Substanzschicht vom Boden der Wanne immer um einen, meist auf Erfahrung basierenden, vorab eingestellten Wert, beispielsweise 6 mm bis 12 mm in einer Ebene, welche normal auf den Boden der Wanne steht, verschoben werden.
Dadurch soll sichergestellt werden, dass sich die Substanzschicht am Ende des Ablösevorgangs sicher vom Boden der Wanne abgelöst hat.
Da die Einzelschichten unterschiedliche Konturen aufweisen, variieren die
Adhäsionskräfte sehr stark. Es kann weder fest- noch sichergestellt werden, wann und ob sich die Substanzschicht vom Boden der Wanne abgelöst hat. Dadurch kann es vorkommen, dass sich die Substanzschicht bereits nach z.B. der Hälfte des vorab eingestellten Wertes vollständig vom Boden der Wanne abgelöst hat und die
Bauplattform etliche Millimeter unnotwendigerweise leer verfährt. Dadurch wird der Ablösevorgang um mehrere Sekunden unnötig verlängert.
Der Erfindung liegt somit unter anderem die Aufgabe zugrunde, den Ablösevorgang zu überwachen, sodass durch die genaue Detektion des Ablösezeitpunktes die notwendige Verschiebung der Bauplattform optimiert und somit die Bauzeit eines formstabilen Objektes stark verkürzt werden kann. Weitere Aufgaben der Erfindung sind unter anderem den Füllstand der nicht formstabilen Substanz in der Wanne, die Verformung der Wanne durch die Absenkung der Bauplattform, die Verformung der Wanne durch die Kapillarkräfte zwischen der Bauplattform und dem Boden der Wanne, den Durchhang der Wanne, den Zustand der Wanne, und/oder das
Wannenmaterial festzustellen und die Nullposition der Bauplattform einstellen zu können.
Erfindungsgemäß werden die Probleme gelöst, indem zumindest eine Lichtquelle und zumindest ein, das Licht der Lichtquelle detektierender, Lichtsensor derart im Bereich des Bodens der Wanne angeordnet sind, dass eine Verformung der Wanne durch Änderung der vom Lichtsensor detektierten Lichtstärke der Lichtquelle detektierbar ist. Der Begriff Lichtquelle umfasst in diesem Zusammenhang jeden Emitter elektromagnetischer Strahlung, und der Begriff Lichtsensor jede Art von Empfänger, der dazu eingerichtet ist, diese Strahlung zu detektieren. Bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung tritt der von der Lichtquelle ausgestrahlte Lichtstrahl zumindest bereichsweise durch den Boden der Wanne. Der Boden der Wanne bildet also einen Lichtleiter, sodass bei Änderungen der mechanischen Konfiguration des Bodens der Wanne das darin geleitete Licht abgelenkt oder gestreut wird. Bei Verformung des Bodens der Wanne ändert sich somit der
Eintrittswinkel des eingestrahlten Lichts, sodass ein größerer Teil des eingestrahlten Lichts die Wanne verlässt, als im Fall des nicht verformten, also geradlinigen
Bodens. Dieser Effekt, der aus der Lichtwellenleitertechnik bekannt ist, lässt sich somit dazu nützen, die mechanische Verformung des Wannenbodens zu detektieren, indem der Wannenboden als Lichtleiter benutzt wird oder einen Lichtleiter umfasst.
Dadurch kann mit dieser Vorrichtung der Ablösevorgang überwacht und der
Ablösezeitpunkt genau bestimmt werden. Somit kann sichergestellt werden, dass die Bauplattform gleich nach der detektierten Ablösung der Substanzschicht vom Boden der Wanne wieder abgesenkt wird. Bei üblichen Abzugsgeschwindigkeiten von rund 1 mm pro Sekunde wird der Ablösevorgang dadurch um einige Sekunden verringert und so die Bauzeit eines formstabilen Objektes in der Vorrichtung, welches
üblicherweise aus 50 bis 5000 Schichten besteht, stark verkürzt.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiters eine zu erwartende
Abzugskraft berechnet werden. Bleibt diese aus, kann auf eine Ablösung der der Substanzschicht von der Bauplattform geschlossen werden.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiters die derzeit meist beim
Kalibrieren der Maschine manuell eingestellte Nullpostion der Bauplattform
wiederholgenau bestimmt und dadurch eingestellt werden. Dafür wird die
Bauplattform abgesenkt und drückt bei Kontakt mit dem Boden der Wanne diesen nach unten.
Dadurch, dass die Vorrichtung diese erzeugte Verformung der Wanne erkennen kann, kann die Nullpostion der Bauplattform bestimmt und eingestellt werden. Durch die genaue Einstellung der Nullposition der Bauplattform stimmt auch die erzeugte Schichtdicke der Substanzschicht mit der eingestellten Schichtdicke präziser überein. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiters der Füllstand der nicht formstabilen Substanz in der Wanne bestimmt und überwacht werden. Die
Überwachung und Bestimmung des Füllstandes ist möglich da sich die flexible Wanne durch die Schwerkraft in Abhängigkeit vom Füllstand verformt und diese Verformung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung detektiert werden kann. So kann bei zu geringem Füllstand die Bildung eines oder mehrerer formstabilen
Objekte automatisch pausiert werden.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiters die Verformung durch die Absenkung der Bauplattform detektiert werden. Nach der Ablösung einer
Substanzschicht muss die Bauplattform wieder abgesenkt um die gewünschte Schichtdicke (25 - 200 μητι) der nächsten Substanzschicht einzustellen. Die Zeit, welche zur Absenkung der Bauplattform benötigt wird, wird als Rückstellzeit bezeichnet. Durch diese Absenkung und damit der Verdrängung von nicht formstabiler Substanz zwischen der Bauplattform und dem Boden der Wanne, wird der Boden der Wanne elastisch verformt. Der Grad der Verformung ist unter anderem abhängig von der Füllmenge und der Viskosität der formstabilen Substanz und der Absenkgeschwindigkeit der Bauplattform.
Derzeit wird die Dauer, wie lange der Boden der Wanne benötigt um wieder seine ursprüngliche, nicht verformte, Form zu erreichen, bei gattungsgemäßen
Vorrichtungen erfahrungsbasiert festgelegt. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann die Verformung nun genau überwacht werden und somit kann auch die
Wartezeit zwischen der Absenkung der Bauplattform und dem Beginn der
Verfestigung verringert und die gesamte Bauzeit eines formstabilen Objektes stark verkürzt werden. Aus der benötigten Rückstellzeit kann auch die Viskosität der nicht formstabilen Substanz jederzeit bestimmt werden.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiters die Verformung aufgrund von Kapillarkräften zwischen der Bauplattform und dem Boden der Wanne detektiert werden. Somit ist es möglich, die Verformung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu detektieren und dadurch die Wartezeit zwischen der Absenkung der Bauplattform und dem Beginn der Verfestigung zu verringern und somit die gesamte Bauzeit eines formstabilen Objektes zu verkürzen.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiters der Durchhang der Wanne, welcher durch die Alterung und die Abnutzung dieser zustande kommt, detektiert werden. Somit können die dadurch verursachten Probleme, wie zum Beispiel unterschiedliche Schichtdicken und Anhaftungsprobleme der Substanzschicht, durch zum Beispiel den Austausch der Wanne bei zu großem Durchhang, vermieden werden.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiters der Zustand der Wanne detektiert werden. Durch die Diffusion verschiedener Inhaltstoffe der nicht
formstabilen Substanz in die Wanne, wird die Qualität der Wanne verändert. Da die in die Wanne diffundierenden Stoffe oftmals eine Trübung der Wanne bewirken, kann die Qualität der Wanne mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung überwacht werden.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiters das eingesetzte
Wannenmaterial erkannt werden, da unterschiedliche Wannenmaterialien meist unterschiedliche optische Dichten haben und dadurch unterschiedliche
Totalreflexionswinkel an der Grenzfläche entstehen.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zumindest der Boden der Wanne teilweise oder zur Gänze aus einem lichtleitenden Material ausgeführt ist.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass ein den Lichtstrahl der Lichtquelle leitender Lichtleiter, beispielsweise in Form einer Glasfaserleitung, vorgesehen und vorzugsweise im Boden der Wanne angeordnet ist.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Lichtquelle als Laser, LED oder dergleichen ausgeführt ist oder derartige Elemente umfasst. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Lichtsensor zumindest ein fotosensitives Element, insbesondere eine Fotodiode mit einem
Transimpedanzwandler als Verstärker, umfasst, welches die Intensität des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes detektiert und in ein elektrisches Signal
umwandelt.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zur Umlenkung des von der
Lichtquelle ausgesandten Lichtes zumindest ein optisches Element, vorzugsweise ein Spiegel, ein Prisma oder dergleichen, vorgesehen ist. Dadurch kann der
Lichtsensor und die Lichtquelle in der Maschine leicht verbaut werden, ohne das äußere Erscheinungsbild dieser zu stören und ohne die Ausmaße der Maschine zu ändern.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zur Fokussierung des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes vorzugsweise auf zumindest einem Lichtsensor zumindest ein optisches Element, vorzugsweise eine Konvexlinse, vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, den Ablösevorgang der Substanzschicht vom Boden der Wanne und/oder von der Bauplattform zu detektieren.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Boden der Wanne aus flexiblen und/oder teilfesten Materialien, vorzugsweise aus Silikon-Schichten, aus PTFE- Folien oder dergleichen, ausgeführt ist, wodurch sich die Wanne beim Abheben ausgehärteter Substanzschichten elastisch verformen kann. Durch diese Flexibilität der Wanne kann sich die Substanzschicht leichter vom Boden der Wanne lösen, die notwendige Kraft zum Ablösen wird verringert und somit wird der Ablösevorgang verbessert.
Der Boden der Wanne kann insbesondere Kombinationen aus im Wesentlichen starren und elastischen oder viskosen Materialien umfassen, beispielsweise in Form einer Sandwich-Bauweise: Glasplatte auf Silikonfolie, Acrylglasplatte auf Silikonfolie, Glasplatte auf Silikonplatte, Glas auf hochviskosem Gel oder andere Kombinationen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Verformung der Wanne nicht ausschließlich in der besonders elastischen Schicht messbar ist, sondern auch beispielsweise in der Verformung des im Wesentlichen starren Materials,
beispielsweise einer Plexiglasplatte.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Boden der Wanne im Spektrum des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichts zumindest teilweise transparent ausgeführt ist.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zumindest einen Analog-Digital-Wandler umfasst, wodurch das Signal computerunterstützt verarbeitet werden kann.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Bauplattform in einer normal auf den Boden der Wanne stehenden Ebene verschiebbar ist.
Die Erfindung erstreckt sich weiters auf ein Verfahren zur Detektion der
mechanischen Verformung einer Wanne zur Aufnahme einer nicht formstabilen, insbesondere lichtaushärtbaren, Substanz in einer Vorrichtung zur Bildung
formstabiler Objekte, wobei erfindungsgemäß ein von einer Lichtquelle ausgesandtes und durch die Wanne oder einen in der Wanne angeordneten Lichtleiter geleitetes Licht durch einen Lichtsensor detektiert wird.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass beim Abweichen der detektierten Lichtstärke von einem Zielwert die mechanische Verformung der Wanne festgestellt wird. Daraus kann erfindungsgemäß auch geschlossen werden, ob sich überhaupt Material in der Wanne befindet, bzw. welches Material sich in der Wanne befindet. Weiters kann erfindungsgemäß der Ablösevorgang überwacht werden, und festgestellt werden, wann sich die Substanzschicht von der Wanne ablöst.
Weiters kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass über die Rückstellzeit der Bauplattform die Viskosität des in der Wanne befindlichen Materials bestimmt wird. Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Die Erfindung wird nun am Beispiel exemplarischer, nicht ausschließlicher Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 a zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in zweidimensionaler Schnittdarstellung. In dieser Ausführungsform dient der Boden der Wanne 2 als Lichtleiter, welcher den
Lichtstrahl 9 der Lichtquelle 6 leitet.
Die Wanne 2 enthält die nicht formstabile Substanz 3, beispielsweise ein Harz. Die Bauplattform 1 ist parallel zum Boden der Wanne 2 angeordnet und in einer Ebene, welche normal auf den Boden der Wanne 2 ist, verschiebbar. In dieser Figur ist gezeigt wie aus der nicht formstabilen Substanz 3 durch elektromagnetische
Bestrahlung durch den Strahler 4 eine Substanzschicht 5 entsteht. Im Bereich des Bodens der Wanne 2 ist eine Lichtquelle 6 und ein das Licht der Lichtquelle 6 detektierender Lichtsensor 7 derart angeordnet, dass eine Verformung der Wanne 2 eine Änderung der vom Lichtsensor 7 detektierten Lichtstärke der Lichtquelle 6 bewirkt. Die Lichtquelle 6 ist auf einer Seite des Wannenbodens, und der Lichtsensor 7 auf der anderen Seite des Wannenbodens angeordnet.
Fig. 1 b zeigt die Situation, wenn die die Aushärtung der Substanzschicht 5 durch den Strahler 4 abgeschlossen ist. Um die Substanzschicht 5 vom Boden der Wanne 2 ablösen zu können, wird die Bauplattform 1 in einer normal auf den Boden der Wanne 2 stehenden Ebene nach oben verschoben. Durch die beim Entstehen der Substanzschicht 5 entstandenen Kohäsionskräfte zwischen der Bauplattform 1 und der Substanzschicht 5 sowie zwischen dem Boden der Wanne 2 und der
Substanzschicht 5, wird die Wanne 2 beim Verschieben der Bauplattform 1 elastisch verformt. Durch die elastische Verformung der Wanne 2 wird ein Teil des durch den Wannenboden gelenkten Lichtstrahls abgelenkt und der Lichtsensor 7 empfängt eine geringere Lichtintensität als im nicht verformten Zustand der Wanne 2.
Fig. 1 c zeigt die Situation, wenn der Ablösevorgang der Substanzschicht 5 vom Boden der Wanne 2 abgeschlossen ist. Es erfolgt keine elektromagnetische
Bestrahlung durch den Strahler 4. Die Bauplattform 1 , welche die verschiedenen Substanzschichten 5 enthält, wird, um die gewünschte Schichtdicke für die nächste Substanzschicht 5 einzustellen, in einer normal auf den Boden der Wanne 2 stehenden Ebene abgesenkt und bleibt im gewünschten Abstand zum Wannenboden stehen.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Diagramm, welches die am Lichtsensor 7 gemessene Spannung U [V] über der Zeit t [s] der vorangegangenen Figuren 1 a bis c darstellt. Im Teilabschnitt a des Diagramms ist das Signal am Lichtsensor 7 der Fig. 1 a dargestellt. Hierbei ist ersichtlich, dass, wenn die Wanne 2 nicht elastisch verformt wird, die vom Lichtsensor 7 detektierte Lichtstärke der Lichtquelle 6 in einem konstanten Zielwertbereich liegt.
Im Teilabschnitt b ist ersichtlich, dass durch die elastische Verformung der Wanne 2 eine Änderung der vom Lichtsensor 7 detektierten Lichtstärke der Lichtquelle 6 und somit der gemessenen Spannung bewirkt wird. Durch die Verformung der Wanne 2 nimmt die vom Lichtsensor 7 detektierte Lichtstärke der Lichtquelle 6 bis zum
Zeitpunkt der Ablösung (d) immer weiter ab. Nachdem sich die Substanzschicht 5 vom Boden der Wanne 2 abgelöst hat, steigt die am Lichtsensor 7 detektierte
Lichtstärke der Lichtquelle 6 wieder auf ihren ursprünglichen Wert an und liegt wieder im Zielwertbereich. Im Teilbereich c hat sich die Substanzschicht 5 wieder vom Boden der Wanne 2 abgelöst und die Wanne 2 ist nicht elastisch verformt ist, sodass die vom Lichtsensor 7 detektierte Lichtstärke der Lichtquelle 6 wieder in einem Zielwertebereich liegt.
Fig. 3a zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in zweidimensionaler Schnittdarstellung. In dieser Ausführungsform ist ein biegsamer Lichtleiter 8, welcher den Lichtstrahl 9 der Lichtquelle 6 leitet, im Boden der Wanne 2 angeordnet. Beim Lichtleiter 8 handelt es sich um einen Lichtwellenleiter, beispielsweise eine Glasfaserleitung. Die Wanne 2 enthält die nicht formstabile Substanz 3.
Die Bauplattform 1 ist wiederum parallel zum Boden der Wanne 2 angeordnet und in einer Ebene, welche normal auf den Boden der Wanne 2 ist, verschiebbar. Aus der nicht formstabilen Substanz 3 wird durch elektromagnetische Bestrahlung durch den Strahler 4 eine Substanzschicht 5 erzeugt. Im Bereich des Bodens der Wanne 2 ist an einer Seite eine Lichtquelle 6 und an der gegenüberliegenden Seite ein das Licht der Lichtquelle 6 detektierender Lichtsensor 7 angeordnet, sodass eine Verformung der Wanne 2 eine Änderung der vom Lichtsensor 7 detektierten
Lichtstärke der Lichtquelle 6 bewirkt.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform sind die Lichtquelle 6 und/oder der Lichtsensor 7 unmittelbar anschließend an den Boden der Wanne 2 angeordnet.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform sind die Lichtquelle 6 und/oder der Lichtsensor 7 in den Boden der Wanne 2 integriert.
Fig. 3b zeigt wiederum die Situation, wenn die Bildung der Substanzschicht 5 durch elektromagnetische Bestrahlung durch den Strahler 4 abgeschlossen ist. Um die Substanzschicht 5 vom Boden der Wanne 2, ablösen zu können, wird die
Bauplattform 1 in einer normal auf den Boden der Wanne 2 stehenden Ebene verschoben. Durch die beim Entstehen der Substanzschicht 5 entstandenen
Kohäsionskräfte zwischen der Bauplattform 1 und der Substanzschicht 5 und zwischen dem Boden der Wanne 2 und der Substanzschicht 5, wird die Wanne 2, welche die nicht formstabile Substanz 3 enthält, beim Verschieben der Bauplattform 1 , elastisch verformt. Dadurch wird der in den Boden der Wanne 2 integrierte
Lichtleiter 8 ebenfalls elastisch verformt.
Durch die Biegung des Lichtleiters 8 ändert sich der Einfallswinkel des eingestrahlten Lichts, sodass ein Teil des eingestrahlten Lichts den Lichtleiter 8 verlässt. Die am Lichtsensor 7 gemessene Lichtintensität ist somit geringer als im nicht verformten Zustand.
Fig. 3c zeigt wiederum die Situation, wenn der Ablösevorgang der Substanzschicht 5 vom Boden der Wanne 2 abgeschlossen ist. Es erfolgt keine elektromagnetische Bestrahlung durch den Strahler 4. Die Bauplattform 1 wird wieder, um die
gewünschte Schichtdicke für die nächste Substanzschicht 5 einzustellen, in einer normal auf den Boden der Wanne 2 stehenden Ebene abgesenkt. In nicht dargestellten Ausführungsformen der Erfindung sind optische Elemente zur Umlenkung des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes vorgesehen,
beispielsweise Prismen oder Spiegel. In weiteren nicht dargestellten
Ausführungsformen der Erfindung sind mehrere Lichtquellen und mehrere
Lichtsensoren vorgesehen und derart angeordnet, dass eine Verformung der Wanne eine Änderung der von den Lichtsensoren detektierten Lichtstärken der Lichtquellen bewirkt.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform dient der Boden der Wanne selbst als Lichtleiter und es sind zusätzlich ein oder mehrere Lichtwellenleiter im Boden der Wanne angeordnet.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform sind optische Elemente zur Fokussierung des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes auf einem Lichtsensor vorgesehen, beispielsweise optische Linsen.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsformen, sondern umfasst sämtliche Vorrichtungen und Verfahren im Rahmen der
nachfolgenden Patentansprüche.
Bezugszeichenliste
1 Bauplattform
2 Wanne
3 nicht formstabile Substanz
4 Strahler
5 Substanzschicht
6 Lichtquelle
7 Lichtsensor
8 Lichtleiter
9 Lichtstrahl

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zur Bildung formstabiler Objekte durch bereichsweises Verfestigen einer nicht formstabilen, insbesondere lichtaushärtbaren, Substanz (3) durch Bestrahlung mit einem insbesondere elektromagnetischen Strahler (4), umfassend eine Wanne (2) zur Aufnahme der Substanz (3) sowie eine über der Wanne (2) angeordnete und gegenüber dieser absenkbare und anhebbare Bauplattform (1 ) zum Anhaften und Abheben ausgehärteter Substanzschichten (5),
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine Lichtquelle (6) und zumindest ein, das Licht der Lichtquelle (6) detektierender, Lichtsensor (7) derart im Bereich des Bodens der Wanne (2) angeordnet sind, dass eine Verformung der Wanne (2) durch Änderung der vom Lichtsensor (7) detektierten Lichtstärke der Lichtquelle (6) detektierbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Boden der Wanne (2) teilweise oder zur Gänze aus einem lichtleitenden
Material ausgeführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein den Lichtstrahl (9) der Lichtquelle (6) leitender Lichtleiter (8), beispielsweise in Form einer Glasfaserleitung, vorgesehen und vorzugsweise im Boden der Wanne (2) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (6) als Laser, LED oder dergleichen ausgeführt ist oder derartige Elemente umfasst.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (7) zumindest ein fotosensitives Element, insbesondere eine Fotodiode mit einem Transimpedanzwandler als Verstärker, umfasst, welches die Intensität des von der Lichtquelle (6) ausgesandten Lichtes detektiert und in ein elektrisches Signal umwandelt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umlenkung des von der Lichtquelle (6) ausgesandten Lichtes zumindest ein optisches Element, vorzugsweise ein Spiegel, ein Prisma oder dergleichen, vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fokussierung des von der Lichtquelle (6) ausgesandten Lichtes
vorzugsweise auf zumindest einem Lichtsensor (7) zumindest ein optisches Element, vorzugsweise eine Konvexlinse, vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, den Ablösevorgang der Substanzschicht (5) vom Boden der Wanne (2) und/oder von der Bauplattform (1 ) zu detektieren.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden der Wanne (2) aus flexiblen und/oder teilfesten Materialien, vorzugsweise aus Silikon-Schichten, aus PTFE-Folien oder dergleichen, ausgeführt ist, wodurch sich die Wanne (2) beim Abheben ausgehärteter Substanzschichten elastisch verformen kann.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden der Wanne (2) im Spektrum des von der Lichtquelle (6)
ausgestrahlten Lichts zumindest teilweise transparent ausgeführt ist.
1 1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest einen Analog-Digital-Wandler umfasst, wodurch das Signal computerunterstützt verarbeitet werden kann.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bauplattform (1 ) in einer normal auf den Boden der Wanne (2) stehenden Ebene verschiebbar ist.
13. Verfahren zur Detektion der mechanischen Verformung einer Wanne (2) zur Aufnahme einer nicht formstabilen, insbesondere lichtaushärtbaren, Substanz (3) in einer Vorrichtung zur Bildung formstabiler Objekte, dadurch
gekennzeichnet, dass ein von einer Lichtquelle (6) ausgesandtes und durch die Wanne (2) geleitetes Licht durch einen Lichtsensor (7) detektiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abweichen der detektierten Lichtstärke von einem vorab definierten Zielwert die
mechanische Verformung der Wanne (2) festgestellt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus der detektierten Lichtstärke neben der mechanischen Verformung die Art und/oder Menge der in der Wanne befindlichen Substanz (3) bestimmt wird.
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