RU2809581C2 - Method of operating stereolithographic device to prevent sticking of 3d object to container using vibrational excitations - Google Patents

Method of operating stereolithographic device to prevent sticking of 3d object to container using vibrational excitations Download PDF

Info

Publication number
RU2809581C2
RU2809581C2 RU2021112552A RU2021112552A RU2809581C2 RU 2809581 C2 RU2809581 C2 RU 2809581C2 RU 2021112552 A RU2021112552 A RU 2021112552A RU 2021112552 A RU2021112552 A RU 2021112552A RU 2809581 C2 RU2809581 C2 RU 2809581C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
container
dimensional object
photocurable substance
images
platform
Prior art date
Application number
RU2021112552A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021112552A (en
Inventor
Томас ХАЗЕНЦАЛЬ
Original Assignee
Дентсплай Сирона Инк.
Зирона Денталь Системз Гмбх
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 Дентсплай Сирона Инк., Зирона Денталь Системз Гмбх filed Critical Дентсплай Сирона Инк.
Publication of RU2021112552A publication Critical patent/RU2021112552A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2809581C2 publication Critical patent/RU2809581C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: stereolithographic devices.
SUBSTANCE: invention is related to a method for operating a stereolithographic device for creating a three-dimensional object from a photocurable substance. The stereolithographic device contains: a container; a platform; an optical block; and an oscillating block. The method includes the stages of storing the photocurable substance in the container; supporting the three-dimensional object using a platform that is movable relative to the container; sequentially projecting multi-layer images onto the photocurable substance using the optical unit in order to cure the photocurable substance deposited between the three-dimensional object and the bottom of the container. The method additionally includes the stage of horizontal oscillations of the container using an oscillating unit simultaneously with the projection of multilayer images. The horizontal oscillation of the container is produced with an amplitude that is smaller than the pixel size of the multi-layer images.
EFFECT: preventing the three-dimensional object from sticking to the bottom of the container and reucing the blurring of the three-dimensional object.
4 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Настоящее изобретение относится к стереолитографическому устройству для создания трехмерных объектов из фотоотверждаемого вещества в емкости. Настоящее изобретение, в частности, относится к средствам предотвращения прилипания трехмерного объекта к дну емкости.The present invention relates to a stereolithography device for creating three-dimensional objects from a photocurable substance in a container. The present invention particularly relates to means for preventing a three-dimensional object from sticking to the bottom of a container.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

Стереолитографическое устройство используется для изготовления 3D объекта желаемой формы путем экспонирования, поэтапного или непрерывного, на фотоотверждаемое вещество, например, жидкий мономер в емкости, с помощью многослойных изображений, которые могут быть созданы, например, с помощью цифровых масок или сканированием лазерным лучом в ультрафиолетовой области. Основной принцип стереолитографии также обычно называют быстрым прототипированием или 3D-печатью. Для стереолитографического производства в качестве альтернативы можно использовать пиксельные дисплеи, которые создают цифровые маски, или лазерные лучи в сочетании с управляемыми микрозеркалами для проецирования многослойных изображений, в частности, пиксельных многослойных изображений, на базовую поверхность в фотоотверждаемом веществе для его поэтапного или непрерывного отверждения. Базовая поверхность определяется как фокальный слой, в котором происходит отверждение фотоотверждаемого вещества и формируется отвержденный слой. В зависимости от применения отвержденный слой может иметь твердую или мягкую консистенцию и обычно располагается на дне емкости в пределах объема текучего фотоотверждаемого вещества. Отвержденный слой изначально переходит благодаря прилипанию в процессе полимеризации на платформу, которая является сравнительно подвижной относительно емкости. Во время экспонирования затвердевший слой также прилипает к дну емкости. После экспонирования отвердевший слой необходимо отделить от дна емкости, чтобы свежее фотоотверждаемое вещество могло течь между последним отвержденным слоем, то есть фронтом полимеризации и дном емкости. Отвержденный слой обычно отделяется от дна емкости путем наклона или перемещения емкости относительно платформы, на которую опирается 3D объект. После этого поступающее фотоотверждаемое вещество отверждается путем последующего подвергания его экспонированию. Эти этапы повторяются до тех пор, пока в соответствии с проецируемыми многослойными изображениями не будет создан 3D объект. В общеизвестной технике дно емкости покрывают эластичной пленкой, от которой 3D объект легче отлепляется при наклоне или перемещении емкости. В другом широко известном методе на дне емкости, используются специальные материалы, проницаемые для кислорода, и можно предотвратить прилипание 3D модели объекта к дну емкости. Однако такие проницаемые для кислорода емкости сравнительно дороги.A stereolithography device is used to produce a 3D object of the desired shape by exposing, stepwise or continuously, to a photocurable substance, such as a liquid monomer in a container, using multi-layer images that can be created, for example, using digital masks or ultraviolet laser beam scanning . The basic principle of stereolithography is also commonly referred to as rapid prototyping or 3D printing. For stereolithographic manufacturing, an alternative can be the use of pixel displays that create digital masks, or laser beams in combination with controllable micromirrors to project multilayer images, in particular pixel multilayer images, onto a base surface in the photocurable substance for its gradual or continuous curing. The base surface is defined as the focal layer in which the photocurable substance cures and forms the cured layer. Depending on the application, the cured layer may have a hard or soft consistency and is usually located at the bottom of the container within the volume of the flowable photocurable substance. The cured layer initially transfers due to adhesion during the polymerization process to a platform that is relatively mobile relative to the container. During exposure, the hardened layer also adheres to the bottom of the container. After exposure, the cured layer must be separated from the bottom of the container so that fresh photocurable material can flow between the last cured layer, that is, the polymerization front and the bottom of the container. The cured layer is typically released from the bottom of the container by tilting or moving the container relative to the platform on which the 3D object rests. The incoming photocurable substance is then cured by subsequent exposure to it. These steps are repeated until a 3D object is created according to the projected multi-layer images. In a well-known technique, the bottom of the container is covered with an elastic film, from which the 3D object is more easily peeled off when the container is tilted or moved. Another well-known method at the bottom of the container uses special oxygen-permeable materials and can prevent the 3D model of the object from sticking to the bottom of the container. However, such oxygen-permeable containers are relatively expensive.

В US 2017/0210072 A1 раскрывается система для аддитивного производства однородного оптического элемента с уменьшенными эффектами рассеяния и дифракции за счет псевдослучайных поперечных колебаний цифрового проектора для печати и резервуара для смолы. Случайная амплитуда имела размер 1,5 пикселя.US 2017/0210072 A1 discloses a system for the additive manufacturing of a homogeneous optical element with reduced scattering and diffraction effects through pseudo-random lateral vibration of a digital print projector and resin reservoir. The random amplitude had a size of 1.5 pixels.

В WO 2016/172788 A1 раскрывается стереолитографическая система, имеющая резервуар для смолы с парой ультразвуковых преобразователей, выгибающихся наружу и внутрь при вибрации, для наклона резервуара для смолы после экспонирования с целью отслаивания изготовленного объекта.WO 2016/172788 A1 discloses a stereolithography system having a resin reservoir with a pair of ultrasonic transducers flexing outward and inward when vibrating to tilt the resin reservoir after exposure to peel off a manufactured object.

В US 2018/0243987 A1 раскрывается система аддитивного производства, имеющая ультразвуковой вибратор, подсоединенный к емкости, который вибрирует для отделения изготовленного объекта от окна емкости после завершения фрагмента.US 2018/0243987 A1 discloses an additive manufacturing system having an ultrasonic vibrator connected to a container that vibrates to separate the manufactured object from the container window upon completion of the fragment.

В WO 2018/187874 A1 раскрывается стереолитографическая система, имеющая тактические преобразователи, расположенные по углам емкости для смолы, чтобы помочь высвободить отвержденный объект из емкости, используя амплитуду вибрации в направлении толщины напечатанного слоя.WO 2018/187874 A1 discloses a stereolithography system having tactical transducers located at the corners of a resin reservoir to help release a cured object from the reservoir using vibration amplitude in the direction of the thickness of the printed layer.

В EP 3205484 A1 раскрывается машина для трехмерной печати, имеющая вибрирующие средства, способствующие отделению после печати напечатанного объекта от дна резервуара для смолы.EP 3205484 A1 discloses a three-dimensional printing machine having vibrating means to promote separation of the printed object from the bottom of a resin reservoir after printing.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF INVENTION

Целью настоящего изобретения является преодоление недостатков предшествующего уровня техники и предложение способа эксплуатации стереолитографического устройства, в котором прилипание 3D объекта к дну емкости можно эффективно предотвращать во время экспонирования менее сложным способом.An object of the present invention is to overcome the shortcomings of the prior art and to provide a method for operating a stereolithography device in which sticking of a 3D object to the bottom of a container can be effectively prevented during exposure in a less complicated manner.

Эта цель была достигнута с помощью способа, который определен в пункте 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к дальнейшим разработкам.This goal was achieved using the method that is defined in paragraph 1 of the claims. Dependent claims relate to further developments.

Настоящее стереолитографическое устройство по настоящему изобретению подходит для создания трехмерного объекта из фотоотверждаемого вещества и содержит емкость для хранения фотоотверждаемого вещества; платформу для поддержки трехмерного объекта, причем платформа является подвижной относительно емкости; оптический блок для последовательного проецирования многослойных изображений на фотоотверждаемое вещество для отверждения фотоотверждаемого вещества, осаждаемого между трехмерным объектом и дном емкости; и колебательный блок, который выполнен с возможностью производить горизонтальные колебания емкости одновременно с проецированием многослойных изображений по существу с постоянной амплитудой, которая меньше, чем размер пикселя многослойных изображений в горизонтальном направлении, - для предотвращения прилипания трехмерного объекта к дну емкости и для уменьшения размытости трехмерного объекта.The present stereolithography device of the present invention is suitable for creating a three-dimensional object from a photocurable substance, and includes a capacity for storing the photocurable substance; a platform for supporting a three-dimensional object, the platform being movable relative to the container; an optical unit for sequentially projecting multi-layer images onto a photocurable substance for curing the photocurable substance deposited between the three-dimensional object and the bottom of the container; and an oscillating unit that is configured to produce horizontal oscillations of the container while projecting the layered images at a substantially constant amplitude that is smaller than the pixel size of the layered images in the horizontal direction to prevent the three-dimensional object from sticking to the bottom of the container and to reduce blurriness of the three-dimensional object .

Основным полезным эффектом настоящего изобретения является то, что можно предотвратить прилипание 3D объекта к дну емкости во время экспонирования за счет сопутствующих колебательных возбуждений. Таким образом, можно избежать необходимости наклонять или перемещать емкость после экспонирования, и, таким образом, можно дополнительно ускорить процесс изготовления. Кроме того, можно исключить необходимость использования кислородопроницаемых емкостей, эластичных пленок и сравнительно снизить производственные затраты.The main advantageous effect of the present invention is that the 3D object can be prevented from sticking to the bottom of the container during exposure due to the accompanying oscillatory excitations. In this way, the need to tilt or move the container after exposure can be avoided, and thus the manufacturing process can be further accelerated. In addition, the need to use oxygen-permeable containers, elastic films can be eliminated and production costs can be comparatively reduced.

В соответствии с настоящим изобретением емкость также может постоянно колебаться между последовательными экспонированиями, то есть во время пауз при производстве чтобы текучее фотоотверждаемое вещество, а именно смола, быстрее заполняло зазор между последним отвержденным слоем и дном емкости. Таким образом, периоды паузы при производстве могут быть сравнительно сокращены, а производственный процесс может быть дополнительно ускорен.In accordance with the present invention, the container can also be continuously oscillated between successive exposures, that is, during pauses in production, so that the flowable photocurable substance, namely the resin, quickly fills the gap between the last cured layer and the bottom of the container. In this way, pause periods during production can be comparatively shortened and the production process can be further accelerated.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения колебательный блок производит колебания емкости по горизонтали во время процесса производства и/или во время пауз при производстве. Таким образом можно более эффективно предотвратить прилипание текучего фотоотверждаемого вещества к емкости. Также зазор можно более эффективно заполнить текучим фотоотверждаемым веществом.According to one embodiment of the present invention, the oscillating unit oscillates the capacitance horizontally during the production process and/or during pauses in production. In this way, the flowable photocurable substance can be more effectively prevented from sticking to the container. Also, the gap can be more effectively filled with a flowable photocurable substance.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения колебательный блок производит колебания емкости с амплитудой, меньшей, чем размер пикселя многослойных изображений, и частотой, которая выше, чем частота экспонирования многослойных изображений. Таким образом, можно эффективно уменьшить размытость трехмерного объекта.In accordance with one embodiment of the present invention, the oscillator unit produces capacitance oscillations with an amplitude that is smaller than the pixel size of the multilayer images and a frequency that is higher than the exposure frequency of the multilayer images. In this way, the blur of a three-dimensional object can be effectively reduced.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения колебательный блок имеет, по меньшей мере, один привод, который производит колебания емкости. Привод может быть непосредственно соединен с емкостью или опорой емкости. Предпочтительно, чтобы емкость была установлена на опоре с возможностью замены. Приводом управляет блок управления стереолитографического устройства на основе многослойных изображений, размера пикселя, времени экспонирования, вязкости фотоотверждаемого вещества и т.п. Привод может быть пьезоэлектрическим. Альтернативно, можно использовать приводы другого типа, известные специалистам в данной области техники.In accordance with one embodiment of the present invention, the oscillating unit has at least one drive that produces oscillations of the capacitance. The drive may be directly connected to the container or container support. Preferably, the container is mounted on a support and can be replaced. The drive is controlled by the control unit of the stereolithography device based on multilayer images, pixel size, exposure time, viscosity of the photocurable substance, etc. The actuator may be piezoelectric. Alternatively, other types of actuators known to those skilled in the art may be used.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

В последующем описании дополнительные аспекты и полезные эффекты настоящего изобретения будут описаны более подробно с использованием примерных вариантов осуществления и со ссылкой на чертежи, на которыхIn the following description, additional aspects and beneficial effects of the present invention will be described in more detail using exemplary embodiments and with reference to the drawings, in which

на Фиг.1 показано стереолитографическое устройство в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.Figure 1 shows a stereolithography device in accordance with one embodiment of the present invention.

Номера ссылочных позиций, показанные на чертежах, обозначают элементы, перечисленные ниже, и будут указываться в последующем описании примерных вариантов осуществления:Reference numerals shown in the drawings indicate the elements listed below and will be indicated in the following description of exemplary embodiments:

1. Стереолитографическое устройство1. Stereolithographic device

2. 3D объект2. 3D object

3. Фотоотверждаемое вещество3. Photocurable substance

4. Емкость4. Capacity

5. Платформа5. Platform

6. Оптический блок6. Optical block

7. Колебательный блок7. Oscillatory block

8. привод8. drive

9. Блок управления9. Control unit

10. Приводной блок10. Drive unit

На Фиг.1 показано стереолитографическое устройство (1) для создания трехмерного объекта (2) из фотоотверждаемого вещества (3). Всеми процессами в стереолитографическом устройстве (1) управляет блок (9) управления. Фотоотверждаемое вещество (3) хранится в емкости (4). Емкость (4) размещена на опоре. Оптический блок (6) последовательно проецирует многослойные изображения на фотоотверждаемое вещество (3) для отверждения фотоотверждаемого вещества (3), осаждаемого между трехмерным объектом (2) и дном емкости (4). Колебательный блок (7) производит колебания емкости (4) одновременно с проецированием многослойных изображений для предотвращения прилипания трехмерного объекта (2) к дну емкости (4). Трехмерный объект (2) поддерживается платформой (5). Платформа (5) может перемещаться относительно емкости (4) посредством приводного блока (10).Figure 1 shows a stereolithography device (1) for creating a three-dimensional object (2) from a photocurable substance (3). All processes in the stereolithographic device (1) are controlled by the control unit (9). The photocurable substance (3) is stored in a container (4). The container (4) is placed on the support. The optical unit (6) sequentially projects multi-layer images onto the photocurable substance (3) to cure the photocurable substance (3) deposited between the three-dimensional object (2) and the bottom of the container (4). The oscillating unit (7) oscillates the container (4) simultaneously with the projection of multi-layer images to prevent the three-dimensional object (2) from sticking to the bottom of the container (4). The three-dimensional object (2) is supported by the platform (5). The platform (5) can be moved relative to the container (4) by means of a drive unit (10).

Колебательный блок (7) производит колебания емкости (4) в горизонтальном направлении, предпочтительно в направлении X и/или Y. Амплитудой и частотой колебаний управляет блок (9) управления в зависимости от типа фотоотверждаемого вещества (3) и многослойных изображений, в частности, размера пикселя и частоты экспонирования. Предпочтительно, чтобы амплитуда колебаний была меньше размера пикселя многослойных изображений. Предпочтительно, чтобы частота колебаний была выше частоты экспонирования многослойных изображений. Частота экспонирования обратно пропорциональна времени экспонирования каждого слоя изображения.The oscillating unit (7) oscillates the container (4) in the horizontal direction, preferably in the X and/or Y direction. The amplitude and frequency of oscillations are controlled by the control unit (9) depending on the type of photocurable substance (3) and multilayer images, in particular pixel size and exposure frequency. It is preferable that the vibration amplitude be smaller than the pixel size of multilayer images. It is preferable that the oscillation frequency be higher than the exposure frequency of multilayer images. The exposure frequency is inversely proportional to the exposure time of each image layer.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения колебательный блок (7) содержит по меньшей мере привод (8), который производит колебания емкости (4). Привод (8) может быть соединен непосредственно с емкостью (4). Альтернативно, привод (8) может быть соединен с опорой емкости (4).In accordance with one of the embodiments of the present invention, the oscillating unit (7) contains at least a drive (8), which produces oscillations of the capacitance (4). The drive (8) can be connected directly to the container (4). Alternatively, the drive (8) can be connected to the container support (4).

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения привод (8) может содержать электромеханический привод. Можно использовать пьезоэлектрический привод. Альтернативно, можно использовать электроактивный полимерный привод. Альтернативно, можно магниторестрикционный привод.According to one embodiment of the present invention, the drive (8) may comprise an electromechanical drive. A piezoelectric actuator can be used. Alternatively, an electroactive polymer actuator can be used. Alternatively, a magnetic restriction drive is possible.

Claims (10)

1. Способ эксплуатации стереолитографического устройства (1) для создания трехмерного объекта (2) из фотоотверждаемого вещества (3), где стереолитографическое устройство (1) содержит: емкость (4); платформу (5); оптический блок (6); и колебательный блок (7), при этом способ включает этапы:1. A method of operating a stereolithography device (1) to create a three-dimensional object (2) from a photocurable substance (3), where the stereolithography device (1) contains: a container (4); platform (5); optical block (6); and an oscillating unit (7), wherein the method includes the steps: хранения фотоотверждаемого вещества (3) в емкости (4);storing the photocurable substance (3) in a container (4); поддержки трехмерного объекта (2) с помощью платформы (5), которая является подвижной относительно емкости (4);supporting a three-dimensional object (2) using a platform (5), which is movable relative to the container (4); последовательного проецирования многослойных изображений на фотоотверждаемое вещество (3) с помощью оптического блока (6) для того, чтобы отверждать фотоотверждаемое вещество (3), осаждаемое между трехмерным объектом (2) и дном емкости (4); иsequentially projecting multilayer images onto the photocurable substance (3) using an optical unit (6) in order to cure the photocurable substance (3) deposited between the three-dimensional object (2) and the bottom of the container (4); And дополнительно включает этап:additionally includes the stage: горизонтальных колебаний емкости (4) с помощью колебательного блока (7) одновременно с проецированием многослойных изображений,horizontal oscillations of the capacitance (4) using an oscillating unit (7) simultaneously with the projection of multilayer images, отличающийся тем, что горизонтальные колебания емкости (4) производят с амплитудой, которая меньше, чем размер пикселя многослойных изображений, для предотвращения прилипания трехмерного объекта (2) к дну емкости (4) и для уменьшения размытости трехмерного объекта (2).characterized in that the horizontal oscillation of the container (4) is produced with an amplitude that is smaller than the pixel size of the multi-layer images to prevent the three-dimensional object (2) from sticking to the bottom of the container (4) and to reduce the blur of the three-dimensional object (2). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что колебания емкости (4) с помощью колебательного блока (7) производят с частотой, превышающей частоту экспонирования многослойных изображений.2. The method according to claim 1, characterized in that the capacitance (4) oscillates with the help of an oscillating unit (7) at a frequency exceeding the exposure frequency of multilayer images. 3. Способ по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что колебательный блок (7) содержит по меньшей мере один привод (8), выполненный с возможностью производить колебания емкости (4), причем привод (8) либо напрямую соединен с емкостью (4), либо с опорой емкости.3. Method according to any one of claims 1, 2, characterized in that the oscillating unit (7) contains at least one drive (8) configured to produce oscillations of the capacitance (4), and the drive (8) is either directly connected to container (4), or with container support. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что привод (8) является пьезоэлектрическим.4. Method according to claim 3, characterized in that the drive (8) is piezoelectric.
RU2021112552A 2019-03-14 2020-03-11 Method of operating stereolithographic device to prevent sticking of 3d object to container using vibrational excitations RU2809581C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19020125.1 2019-03-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021112552A RU2021112552A (en) 2023-04-14
RU2809581C2 true RU2809581C2 (en) 2023-12-13

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU38969U1 (en) * 2004-02-17 2004-07-10 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана LASER STEREOLITOGRAPHIC INSTALLATION
RU2515311C2 (en) * 2010-01-12 2014-05-10 Двс С.Р.Л. Stereolithographic machine
EP3205484A1 (en) * 2016-02-11 2017-08-16 Sisma S.p.A. Three-dimensional printing machine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU38969U1 (en) * 2004-02-17 2004-07-10 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана LASER STEREOLITOGRAPHIC INSTALLATION
RU2515311C2 (en) * 2010-01-12 2014-05-10 Двс С.Р.Л. Stereolithographic machine
EP3205484A1 (en) * 2016-02-11 2017-08-16 Sisma S.p.A. Three-dimensional printing machine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10987869B2 (en) Continuous pull three-dimensional printing
RU2671740C1 (en) Stereolithographic device with improved optical unit
CN114179361B (en) 3D printing of intraocular lenses with smooth curved surfaces
US20020155189A1 (en) Apparatus for manufacturing a three-dimensional object
US12064918B2 (en) Stereolithography apparatus for preventing adhesion of a 3D-object to the vat through oscillatory excitations
JP2010509090A (en) Continuous generation method for 3D object manufacturing
CN113498382B (en) Method and system for manufacturing optical volume elements from curable materials using additive manufacturing techniques
RU2809581C2 (en) Method of operating stereolithographic device to prevent sticking of 3d object to container using vibrational excitations
JP7199456B2 (en) Stereolithography method and machine for manufacturing three-dimensional objects
WO2018122712A1 (en) A stereolithography method and machine for the production of a three-dimensional object
CN113601846A (en) DMD-based piezoelectric vibration type rapid photocuring 3D printing system and application thereof
CN2544298Y (en) Optical stereo formation device