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 PDFInfo
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 230000005284 excitation Effects 0.000 title description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 29
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 6
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 description 4
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 229920001746 electroactive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
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)
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)
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)
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 |