WO2001040866A2 - Verfahren und vorrichtung zum beschichten eines substrates - Google Patents

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    • B29K2995/0073—Roughness, e.g. anti-slip smooth

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for coating a substrate with one or more thin layers using a radiation source.
  • a layer raw material is changed in some way by the radiation introduced therein by the radiation source, so that the changed layer raw material then adheres as a layer to the substrate or a previously applied layer.
  • a pattern of some kind can be generated.
  • the layer thickness can also be adjusted.
  • Such a coating method can be used in particular for the production of three-dimensional bodies in that several thin, individually designed layers are produced in succession.
  • Corresponding methods for producing models are generally known under the term rapid prototyping. Stereolithography is also included here.
  • a layer with a predetermined thickness is successively produced on an opposite substrate by a radiation source introduced into the liquid plastic.
  • a radiation source introduced into the liquid plastic.
  • the radiation source can be adjusted with respect to the substrate both in height and in the XY direction, so that a three-dimensional body can be built up by producing many small solidified plastic sections.
  • the liquid photopolymer plastic on the free surface of the plastic bath, the hardening caused below the surface of the plastic - for example radical polymerization for acrylate resins, cationic polymerization for epoxy and vinyl ether resins - which is often the case with
  • No. 5,164,128 discloses a stereolithography machine in which, in one embodiment, a curable liquid floats on an immiscible, heavy liquid. Through the heavy liquid, energy is introduced into the curable liquid by means of a UV light source and this is thereby hardened in the desired pattern. Different layers of a substrate to be produced, which adhere to one another, are thus produced in succession. After each exposure process, the substrate is pulled up, which is intended to detach the hardened layer parts from the heavy liquid. On the one hand, it should be emphasized that, according to this view, this embodiment cannot be put into practice in practice.
  • a defined curing with a liquid as an intermediate layer cannot take place with sufficient accuracy and, when the substrate is pulled up, there should be no flat surface for the next exposure process, at least for a long time. If a solution that can be put into practice is possible at all, longer calming phases are required in order to achieve a perfect stratification of the hardenable liquid and the heavy liquid again, but this is extremely uneconomical.
  • the adhesion problem explained above also occurs here between the rigid base surface and the substrate or a layer already applied thereon.
  • the solution is to produce only very small areas of a layer and to effect a separation after each irradiation process by increasing the distance between the bottom surface and the layer just produced.
  • it is proposed to tilt the base surface as a whole relative to the substrate by a certain angular amount.
  • the first supposed alternative solution if it can be put into practice at all, has the problem that it takes a very long time to build up one or more layers, which greatly increases the production costs for a multilayer body.
  • the second supposed alternative solution is fraught with the problem that large mechanical forces continue to exert on the substrate and the adhering to it
  • Layers work, which on the one hand can damage the layers and on the other hand can influence the accuracy of a component to be manufactured.
  • the technical problem on which the invention is based is to improve a method and a device of the type mentioned at the outset in such a way that an easier separation process between the layer produced and an adjacent, opposite surface can be carried out.
  • the layer raw material is located between the substrate or a layer already applied to the substrate and a shape-changing surface of a solid body opposite the substrate.
  • the layer raw material is changed, as a result of which it then adheres to the substrate or to the previously applied layer.
  • This is followed by a separation of the substrate with the layer that has just been produced and adheres to it from the shape-changing solid surface, for example by pulling the substrate away from the shape-changing solid surface or twisting it with respect to it.
  • the layer raw material can be a liquid, solid or gaseous material.
  • the corresponding processes are referred to under the generic term rapid prototyping as among others stereolithography, selective laser sintering, fused deposition modeling and laminated object manufacturing. All of these known methods are expressly mentioned here referred. In order to avoid unnecessary repetitions, however, a detailed explanation of these known methods is dispensed with.
  • a changeable solid surface To provide the opposite side to the substrate, to use a changeable solid surface.
  • the changeable shape or geometry of the solid surface in particular a flexible layer element with a correspondingly changeable surface shape, makes it possible for the first time to more easily detach a newly produced layer from the solid surface used to determine the layer thickness and / or the layer shape of the layer to be produced.
  • a flexible solid surface enables a problem-free separation process.
  • the layer shape - in other words its cross-sectional geometry or generally the relief of a new layer - in advance by appropriate
  • the relief design of the shape-changeable solid surface This means that a layer with different thicknesses can be produced for the first time.
  • the energy of the radiation source is advantageously varied depending on the thickness of the respective layer area. For example, when using a laser for a larger layer thickness, the energy should be increased, and correspondingly the energy should be reduced for a smaller layer thickness of the layer region to be produced. It should be emphasized here again that for the first time not only plane layers with a uniform thickness can be produced, but also layers with any surface geometry. In the event that areas in the layer to be produced are to be empty, ie not to be filled with layer material, this can be easily achieved with the new method.
  • boards or the like can also be processed or produced by creating the corresponding patterns with the required depths.
  • the invention also permits the use of layered raw materials which are composed of different substances, which in turn can be changed, in particular hardened, under different conditions.
  • layered raw materials which are composed of different substances, which in turn can be changed, in particular hardened, under different conditions.
  • thermoplastic components thermoplastic components
  • the different substances can then be created in different areas of the layer to be produced using different radiation sources.
  • a film or a membrane can be used for a method according to the invention, which can be deflected flexibly and / or elastically from its original position as it was assumed during the production of the layer and thereby changes its original surface shape.
  • a film can, for example, be made of silicone,
  • the core of the present invention is therefore the special choice of the solid surface which lies opposite the substrate and which, together with the substrate or a layer which has already been created, determines the layer thickness and / or the layer surface geometry of the layer to be produced from layer raw material.
  • the surface of the solid body takes a different shape for a short time during the separation process that differs from the original. Seen in cross-section, for example, a film is deflected by a certain amount and thereby gradually detaches from the layer just adhering to it, but will advantageously return to its original position and shape after the layer has been completely detached.
  • the method according to the invention as well as the device according to the invention basically work according to the methods as are already known in the prior art and in particular have been explained above. However, all of these known methods have been modified in such a way that there is no rigid surface to be removed, but instead a solid surface that can be changed or its geometry is used.
  • the method according to the invention can be carried out with a film which is stretched without wrinkles and is deflected from its original plane by a certain amount during the separation process.
  • this film is of course also coated, as in the prior art mentioned at the outset, in order to further reduce the adhesion.
  • a film coated with silicone is particularly suitable, which without the coating has a thickness of 50 ⁇ .
  • thinner or thicker foils are also suitable.
  • the silicone coating itself is applied to the film with lg / m 2 .
  • PE-HD or PE-LD films are used as film material.
  • the method according to the invention can also be carried out using a laser, the laser beam of which is deflected in a known manner by mirrors or the like, but other radiation sources can also be used.
  • the respective radiation source naturally depends on the layer raw material used.
  • the layer raw material itself can thus be liquid, powder, wax or gas.
  • the method according to the invention has the advantage that not only low-viscosity but also high-viscosity materials can now be used.
  • a so-called dewetting effect occurs the thinner a liquid is distributed; ie the thinly distributed liquid contracts again, so that areas arise that are not covered with layered raw material. This is exactly what happens when wiping on the free surface, as is necessary in the known stereolithography. If one were to use a highly viscous liquid to counteract the dewetting effect, the problem would arise that due to the If speed professionals were to develop, there would be an unacceptable ripple, which would have an extremely disadvantageous effect on the accuracy of the construction.
  • Plastics is extremely important in terms of the necessary deployment costs. This also greatly increases the flexibility of the process. Different materials can now be used for different layers. It is also possible to mix different materials, such as paints or reinforcing fibers, into liquid plastics at low cost, which was not economically feasible due to the high costs for the large amounts of plastic or resin that were previously required. Since for the first time the amount of layer raw material required for the construction of a multilayer body is far less than for the methods that work with a free surface (stereolithography), it is also not necessary for the first time that the layer raw material has a chemical
  • a device for coating a substrate with one or more thin layers using a radiation source are a substrate carrier to which the substrate to be coated can be attached, a solid body opposite the substrate with a shape-changeable surface and a radiation source for generating radiation.
  • the radiation can be used to change a layer raw material between the substrate or an already adhering layer and the shape-changeable solid surface and can thereby be adhered to the substrate or a previously generated layer.
  • a separating device is required in order to separate the produced layer from the shape-changeable solid surface.
  • the element opposite the substrate is advantageously a film which is stretched flat, for example, but can be deflected perpendicularly to the film plane by pressure or tension.
  • the layer raw material can of course also be a powder to be melted or any type of solid.
  • the other construction corresponds to the arrangement shown in US Pat. No. 5,089,184 (FIG. 2 of this prior art), in which several layers are produced on a substrate carrier and the radiation source is arranged below a radiation-transmissive plate.
  • the rigid surface of the radiation-transmissive part is now replaced by a shape-changeable solid surface in both alternatives, such as, for example, a film which is in particular stretchable, flexible or elastic.
  • a laser is used as the radiation source, which is designed depending on the layer raw material used and whose beam is deflected in the desired manner by a deflection device.
  • a surface-irradiating device can be used as the radiation source, a mask then being arranged in the beam path in order to introduce the desired pattern into the layer to be produced.
  • the mask itself is then preferably integrated into the film in that the film is partially radiation-permeable, partially radiation-impermeable.
  • a correspondingly acting mask can, however, be connected upstream as a separate part of the shape-changeable solid surface.
  • a radiation-permeable rigid base as a support element, for example a glass plate or the like.
  • the blowing process can start before or after the separation process. Ideally, it is started at the same time as the separation process begins, ie when the substrate carrier or the surface is moved away.
  • air can be used as the fluid, which is introduced under pressure into the resulting gap between the support element and a side opposite the shape-changeable solid surface.
  • the spatial arrangement of this part to be coated and the counter surface is irrelevant.
  • the surface to be coated can be arranged above or below the counter surface.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a first embodiment of a device according to the invention in a first operating phase
  • Fig. 2 shows the embodiment shown in Fig. 1 of an inventive
  • FIG. 3 shows the embodiment of a device according to the invention shown in FIG. 1 in a further operating phase
  • FIG. 4 shows the embodiment of FIG. 1 in a further operating phase
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a second embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a third embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 7 shows the device of FIG. 6 in another operating phase
  • 8 shows a schematic illustration of a further embodiment of a device according to the invention, which is similar to the one shown in FIG. 1 but is modified
  • Fig. 9 is a schematic representation of another modified
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a further embodiment of a device according to the invention with a surface-emitting radiation source
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a further embodiment of a device according to the invention with a three-dimensional, shape-changing surface of an element opposite the substrate,
  • Fig. 12 is a schematic representation of another modified
  • the device comprises a container for a liquid photopolymer plastic 7.
  • the container here consists of a metal ring or frame 1 which is covered with a film 2 on the bottom.
  • the film edges 21 are folded over on the side wall of the metal ring 1 and fastened there in a sealing manner, for example by means of an adhesive tape.
  • the film here is a silicone or PE film that has a thickness of a few ⁇ m to a few millimeters, in particular approximately 5 ⁇ m to 1 mm. Has. It is tension-free in frame 1.
  • the frame 1 is rotatably mounted about a central axis 11 (not shown). To rotate the frame 1 about the central axis 11, there is a friction wheel 14 which is operated by a drive (not shown) and is connected to a control unit (also not shown).
  • a deflection device in the form of a controlled, movable mirror 6 is arranged below the container and is used for the directed deflection of a laser beam 4, 5.
  • the laser beam emits from a radiation source 3, shown schematically here, for example a UV laser.
  • a substrate carrier 9 is arranged above the container and can be moved in the Z direction by means of a control (not shown).
  • a substrate 8 in the form of a plate which for example can also have a plurality of through holes, for example can be designed in a grid-like manner, is fastened to the substrate carrier 9.
  • the adjustability of the substrate carrier 9 in the Z direction is extremely fine.
  • the substrate 8 is coated as follows, as can also be seen from FIGS. 1-4.
  • the liquid photopolymer plastic 7 is filled into the container.
  • the fill level above the film 2 here only has to be a little more than the desired layer thickness of the layer to be produced, which is significantly less than in the case of a device which hardens the liquid photopolymer on a free surface, that is to say works with a wiper.
  • the substrate carrier 9 is immersed downward in the liquid photopolymer, to the extent that the distance between the substrate and the surface 2a facing the substrate 8 is equal to the layer thickness d to the layer to be produced.
  • the liquid photopolymer plastic 7 even with very thin layer thicknesses d when the substrate 8 is shut down, it is ensured that the gap between the two opposite elements 8 and 2a is completely filled with layer raw material 7.
  • the laser 3 is activated and the laser beam 4 is deflected in the desired pattern with the aid of the mirror device 6.
  • the deflected laser beam 5 passes through the film 2 and hits the liquid photopolymer plastic with the layer thickness d.
  • the layer raw material 7 is changed by a chemical reaction, it hardens. Hardened areas 10 arise on the
  • Adhere substrate carrier 8 Adhesion also occurs on the surface 2a of the film 2. There, however, it is undesirable.
  • the substrate carrier 9 is now moved away from the film 2, as already shown for a multilayer model in FIG. 3. Due to the initial strong adhesion of the surface 2a to the layer 10 just produced, the film 2 is deflected from its original position and takes up the position 2 '. The position then separates from the last layer 10 generated and returns due to the here existing flexibility and elasticity back to their original position. Liquid plastic 7 flows back into the resulting gap.
  • a desired distance d which may differ from the previous distance d, can be set again between the film surface 2a and the last layer 10 produced.
  • a further layer can then be activated by reactivating the laser 10 desired patterns can be generated.
  • This last state is shown in FIG. 4.
  • a multilayer model is created which can have any three-dimensional shape and whose layers 10 have different thicknesses d, depending on how the distance between the film surface 2a and the previously generated layer 10 was set.
  • the entire container is rotated here by a certain angular amount via the friction wheel 14. The rotation can begin during, at the same time or also shortly before the support carrier 9 is moved upwards. This ensures that the purest possible plastic is available for the new layer 10 to be created. If the rotation begins at the same time as the support carrier 9 is started up, or shortly before, the separation of the hardened layer 10 from the film surface 2 is additionally supported.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the device according to the invention.
  • a frame 1 is provided on the bottom with the film 2.
  • different compartments are formed by subdivisions 26, which contain different layer raw materials 23, 24, 25.
  • the entire frame 1 with the film and the various layer raw materials 23, 24, 25 can be moved in the X direction.
  • one or more layers can be formed with the layer raw material 23 on the substrate 8.
  • Another layer raw material 24 is then moved under the substrate 8 and one or more layers are produced from this layer material 24.
  • the layer raw material 25 can be used in the same way.
  • the container with the different layer raw materials remains stationary.
  • the radiation source 3 is not shown in this figure, but the method is otherwise to be carried out as in FIGS. 1-4.
  • FIGS. 6 and 7. A further embodiment of a device according to the invention can be seen from FIGS. 6 and 7.
  • the device shown schematically here comprises a film 30 in the form of an endless belt, which rotates on deflection rollers 31.
  • a flat film section extends between the two upper deflection rollers 31.
  • the film outside 30a faces a substrate 8 on a substrate carrier 9.
  • the substrate carrier 9 is movable in the Z direction.
  • Below the film 30 there is again a radiation source, the beam 4 of which is deflected in a desired manner by a deflection device 6 the substrate is to be straightened.
  • a plurality of storage devices 32, 33, 34 for various liquid, solid, powdery or highly viscous layer raw materials are arranged above the film surface 30a.
  • a layer is applied from the memories 32 - 34 shown to the film surface 30a and smoothed by a smoothing device 35, so that the layer 36 then formed on the film surface 30a has a predetermined thickness d '.
  • this layer 36 is moved under the substrate 8. Then the substrate 8 or an already created layer 10 is brought into contact with this layer or immersed in it, as shown in FIG. 7, depending on which layer thickness is desired. Then the radiation source 3 is activated and through the film 30 the predetermined area of the layer raw material 36 is changed by the radiation energy introduced in such a way that a coating 10 with a desired pattern is produced on the substrate 8 or a layer 10 already applied beforehand. Then the substrate carrier 9 is moved with the substrate 8 upwards in the Z direction and the film strip 30 is transported further, where the "used" layer raw material 37 is stripped from the film strip 30 and processed again or fed directly back to the associated storage device 32 - 34 via a stripper 38 becomes. For the next layer, the same or a different layer raw material can then be applied to the film strip 30 from a different store 32-34.
  • the desired layer thickness d ' can be set by the device 35 also being displaceable in the Z direction.
  • FIG. 8 schematically shows a modified embodiment of the device shown in FIGS. 1-4.
  • a glass plate 12 below the film 2, which serves to support the film 2. It is also for the distracted Laser beam 5 transmissive. Furthermore, this plate 12 has one or more air supply openings 13, into which air or another fluid can be introduced, in order to introduce the fluid between the film 2 and the glass plate 12 while the substrate carrier 9 is being pulled up, as a result of which the hardening layer 10 made of layer raw material is separated 7 and the film surface 2a is additionally supported.
  • the device shown in FIG. 8 is modified in such a way that a plurality of laser sources 3, 3 'are present, so that a plurality of laser beams are activated simultaneously to produce a layer, thereby reducing the processing times for producing one Layer can be reduced or different materials in the layer raw material can be changed at the same time or hardened with different photopolymers.
  • no radiation source with a beam 4, 5 is used in the device shown schematically in FIG. 10, but rather a radiation source 3 ′′ which causes diffuse or planar radiation 4 ′.
  • the film 2 ′ is here formed as a mask, ie it contains film sections 2b which are transparent to radiation and other sections which are not transparent to radiation, thus making it possible to achieve a predetermined pattern in the manner already explained by chemical modification of the layer raw material 7 on the substrate 8.
  • the film itself itself has a shape-changeable surface 2a, ie the film is flexible here, of course it is also possible not to integrate the mask in the film 2 'but in a glass plate underneath, as is also the case in FIG 8 is shown.
  • a device is schematically shown in FIG.
  • a body 40 which is elastic or flexible at least in the area of a surface 40a, serves as a receiving basin for the layer raw material 43 and is equipped with a three-dimensional, shape-changing surface 40a.
  • the body consists, for example, of a radiation-transmissive silicone rubber or another radiation-transmissive, elastic plastic or the like.
  • a laser beam 5 which is deflected in the desired manner can in turn be introduced through the body 40 into the layer raw material 43. so that a three-dimensional layer 44 is produced on a substrate 45 which is attached to a substrate regulator 9.
  • the substrate regulator 9 is again moved upward in the Z direction, whereby the elastic formation of the body 40 enables the surface 2a to yield, that is to say a change in shape, so that the separation process between the hardened layer 44 and surface 40a is facilitated.
  • FIG. 1 A further embodiment of a device according to the invention is shown in FIG.
  • the film 2 extends along an elongated basin with liquid photopolymer plastic 7.
  • a first region 10 ′ is hardened with a first radiation source, but the energy of the laser beam 5 is set here in such a way that there is no hardening up to the free surface of the plastic 7 , Then the film is moved further with the area 10 'to the substrate 8.
  • the still liquid material 7 is hardened between the lowered substrate and the already hardened area 10' in the manner described above.
  • the laser beam 5 is guided through the first hardened area 10 * .
  • FIGS. 13 a) - d) show different surface configurations of a counter surface 50a - 50d, which itself is of course deformable, in particular elastic. So in Fig. 13 a) shows a flat surface 50a, which is used to produce a layer 10a with a uniform thickness.
  • 13 b shows a surface 50 b with relief for the formation of two different layer thicknesses d ⁇ and d 2 . This creates a layer 10b with different layer thicknesses.
  • 13 c) shows schematically an embodiment of the surface 50 c, which not only serves to form different layer thicknesses d ⁇ and d 2 , but also has a correct relief with which different contours are formed in the layer 10 c to be produced.
  • FIG. 13d shows a configuration with which a layer 1 od with a relief on two sides can be produced in that not only the film surface 1 od has a relief, but also the substrate 8 to be coated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Beschichten einen Substrats (8) mit einer oder mehreren dünnen Schichten (10) unter Verwendung einer Strahlungsquelle (3), bei dem ein Schichtrohmaterial (7) zwischen dem Substrat (8) und einer dem Substrat (8) gegenüberliegenden formveränderbaren Festkörperoberfläche (2a, 30a) vorhanden ist. Zumindest ein Teil des Schichtrohmaterials (7) wird durch geeignetes Einbringen von Strahlungsenergie (6) verändert und haftet dadurch an dem Substrat (8) an. Die nun am Substrat (8) anhaftende Schicht (10) und die formveränderbare Festkörperoberfläche (2a) werden voneinander getrennt. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Beschichtung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten eines Substrates
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrates mit einer oder mehreren dünnen Schichten unter Verwendung einer Strahlungsquelle. Bei derartigen Verfahren und Vorrichtungen wird durch die Strahlungsquelle ein Schichtrohmaterial durch die hierin eingebrachte Strahlung in irgendeiner Weise verändert, so dass das veränderte Schichtrohmaterial dann als Schicht am Substrat oder einer zuvor aufgebrachten Schicht haften bleibt. Indem die Strahlung in geeigneter Weise in die gewünschten Bereiche eingebracht wird, kann dabei ein irgendwie geartetes Muster erzeugt werden. Dabei ist auch die Schichtdicke einstellbar.
Ein derartiges Beschichtungsverfahren ist insbesondere zur Herstellung von dreidimensionalen Körpern verwendbar, indem mehrere dünne, individuell gestaltete Schichten aufeinanderfolgend erzeugt werden. So sind allgemein unter dem Begriff Rapid Prototyping entsprechende Verfahren zur Herstellung von Modellen bekannt. Auch die Stereolithographie ist hierunter zu subsumieren.
Stand der Technik
Wie bereits eingangs erwähnt, sind Beschichtungsverfahren, bei denen mehrere Schichten aufeinanderfolgend hergestellt werden, indem die Strahlung einer Strahlungsquelle gezielt eingesetzt wird, um ein Schichtrohmaterial in irgendeiner Weise zu verändern, zur Herstellung von dreidimensionalen Körpern seit längerem bekannt. So ist aus der US 4,801,477 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Herstellung von dreidimensionalen Körpern durch Photopolymerisation bekannt. ? -
Hier wird in einem flüssigen photopolymeren Kunststoff sukzessive durch eine in den flüssigen Kunststoff eingebrachte Strahlungsquelle auf einem gegenüberliegenden Substrat eine Schicht mit vorbestimmter Dicke erzeugt. Gegenüber den allgemein bekannten Stereolithographie-Verfahren ist hier besonders, dass die Photopolymerisation nicht an der freien Oberfläche des flüssigen Kunststoffs erfolgt, sondern in der Flüssigkeit. Dabei ist die Strahlungsquelle gegenüber dem Substrat sowohl in der Höhe wie auch in der XY-Richtung verstellbar, so dass durch Erzeugung vieler kleiner verfestigter Kunststoffabschnitte ein dreidimensionaler Körper aufgebaut werden kann.
Gegenüber der Erzeugung einer Veränderung des Schichtrohstoffes, hier dem flüssigen photopolymeren Kunststoff, an der freien Oberfläche des Kunststoffbades werden durch die unterhalb der Oberfläche des Kunststoffes bewirkte Verhärtung - beispielsweise radikalische Polymerisation für Acrylatharze, kationische Polymerisation für Epoxy- und Vinyletherharze - die oftmals bei der
Photopolymerisation an der Oberfläche auftretenden Probleme, wie Schrumpfen und Abweichen von der Sollstellung, vermieden. Allerdings tritt hier dann das Problem auf, dass zwischen der transparenten Schicht zum Durchlass der Strahlung und dem gegenüberliegenden Substrat bzw. der zuvor erstellten Schicht die Verhärtung des Schichtrohmaterials erfolgt, so dass die transparente Schicht der Strahlungsquelle und die chemisch veränderte, verhärtete Kunststoffschicht fest aneinander haften. In der Praxis hat sich gezeigt, dass aufgrund dieses Effektes, der beispielsweise mit dem Haftungseffekt von zwei angefeuchteten, aneinander liegenden Platten vergleichbar ist, eine praxisgerechte Lösung für eine solche Vorrichtung bisher nicht möglich war. Zwar wird in der genannten US 4,801 ,477 dieses Haftungsproblem angesprochen und als vermeintliche Lösung angegeben, die transparente starre Schicht des Strahlers speziell zu beschichten, beispielsweise mit UHMW-Polyolefin oder fluorinierten Ethylen-Propylen-Copolymeren, wie beispielsweise verändertem Tef on, jedoch ist damit in der Praxis das Haftungsproblem nicht erfolgreich zu lösen.
In der US 5,164,128 ist eine Stereolithographiemaschine offenbart, bei der in einer Ausführungsform eine härtbare Flüssigkeit auf einer nicht mischbaren, schweren Flüssigkeit schwimmt. Durch die schwere Flüssigkeit hindurch wird mittels einer UV-Lichtquelle Energie in die härtbare Flüssigkeit eingebracht und diese dadurch in dem gewünschten Muster erhärtet. Somit werden aufeinanderfolgend verschiedene Schichten eines zu erzeugenden Substrats hergestellt, die aneinander haften. Nach jedem Belichtungsvorgang erfolgt ein Hochziehen des Substrats, wodurch sich die ausgehärteten Schichtteile von der schweren Flüssigkeit ablösen sollen. Zum einen ist hervorzuheben, dass nach diesseitiger Auffassung diese Ausführungsform nicht in die Praxis praktisch umsetzbar ist. So kann ein definiertes Aushärten bei dieser Ausführungsform mit einer Flüssigkeit als Zwischenschicht nicht genau genug erfolgen und es dürfte beim Hochziehen des Substrats zumindest für längere Zeit keine plane Oberfläche für den nächsten Belichtungsvorgang vorhanden sein. Wenn überhaupt eine in die Praxis umsetzbare Lösung möglich ist, bedarf es längerer Beruhigungsphasen, um wieder eine einwandfreie Schichtung der härtbaren Flüssigkeit und der schweren Flüssigkeit zu erzielen, was aber äußerst unwirtschaftlich ist.
Aus der US 5,089,184 ist darüber hinaus ein alternatives Verfahren zum Herstellen von dreidimensionalen Körpern aus mehreren Schichten unter Verwendung einer Strahlungsquelle bekannt, bei dem die Strahlung durch eine strahlungsdurchlässige starre Bodenfläche in einen flüssigen photopolymeren Kunststoff eingebracht wird. Gegenüber der strahlungsdurchlässigen Bodenfläche ist das Substrat angeordnet, an dem der dreidimensionale Körper aufgebaut wird. Das Substrat ist von der strahlungsdurchlässigen Bodenfläche in einem Abstand zu positionieren, dass der jeweils gewünschten herzustellenden Schichtdicke entspricht.
Aber auch hier tritt das zuvor erläuterte Haftungsproblem zwischen der starren Bodenfläche und dem Substrat bzw. einer darauf bereits aufgebrachten Schicht auf. Zur Lösung wird in diesem Fall vorgeschlagen, jeweils nur sehr kleine Bereiche einer Schicht herzustellen und nach jedem Bestrahlungsvorgang durch Vergrößern des Abstandes zwischen der Bodenfläche und der gerade hergestellten Schicht eine Trennung zu bewirken. Alternativ wird vorgeschlagen, die Bodenfläche insgesamt gegenüber dem Substrat um einen gewissen Winkelbetrag zu kippen. Die erste vermeintliche Lösungsalternative ist, wenn sie überhaupt in die Praxis umsetzbar ist, mit dem Problem behaftet, dass der Aufbau einer oder mehrerer Schichten sehr lange dauert, was die Herstellungskosten für einen mehrschichtigen Körper stark erhöht. Die zweite vermeintliche Lösungsalternative ist mit dem Problem behaftet, dass weiterhin große mechanische Kräfte auf das Substrat und die darauf anhaftenden
Schichten wirken, was zum einen zur Beschädigung der Schichten führen kann, zum anderen die Genauigkeit eines zu fertigenden Bauteils beeinflussen kann.
Den zuvor erläuterten bekannten Verfahrensweisen und Vorrichtungen haben gemein, dass die an sich gegenüber einer Schichtherstellung an der freien Oberfläche eines Schichtrohmaterials günstigere Verfahrensweise nicht oder nur mit nicht akzeptablen Ergebnissen in die Praxis umsetzbar sind, weil der Abtrennvorgang zwischen der gerade hergestellten Schicht und der strahlungsdurchlässigen Gegenfläche bisher nicht beherrschbar ist. Darstellung der Erfindung
Das der Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass ein leichterer Abtrennvorgang zwischen der hergestellten Schicht und einer angrenzenden, gegenüberliegenden Oberfläche durchführbar ist.
Dieses technische Problem wird durch eine Verfahrensweise gemäß dem Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach dem Anspruch 14 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren befindet sich das Schichtrohmaterial zwischen dem Substrat oder einer bereits auf dem Substrat aufgebrachten Schicht und einer dem Substrat gegenüberliegenden, form veränderbaren Oberfläche eines Festkörpers. Durch geeignetes Einbringen von Strahlungsenergie in das Schichtrohmaterial wird wie beim Stand der Technik zumindest ein Teil des Schichtrohmaterials verändert, wodurch es dann an dem Substrat bzw. der zuvor aufgebrachten Schicht anhaftet. Hiernach erfolgt ein Abtrennen des Substrates mit der gerade hergestellten und daran anhaftenden Schicht von der formveränderbaren Festkorperoberflache, beispielsweise, indem das Substrat von der formveränderbaren Festkorperoberflache weggezogen oder gegenüber dieser verdreht wird. Es wäre aber auch denkbar, vorzusehen, dass die formveränderbare Festkorperoberflache von dem Substrat wegbewegt oder gegenüber diesem verdreht wird. Das Schichtrohmaterial kann sowohl ein flüssiges, festes oder gasförmiges Material sein. Diese Materialien sind bereits im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Die entsprechenden Verfahren werden unter dem Oberbegriff Rapid Prototyping als u.a. Stereolithographie, Selektives Lasersintern, Fused Deposition Modelling und Laminated Object Manufactering bezeichnet. Auf all diese bekannten Verfahren wird hier ausdrücklich bezug genommen. Auf eine ausführliche Erläuterung dieser bekannten Verfahren wird aber zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen verzichtet.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, anstatt - wie beim Stand der Technik - eine starre Oberfläche oder eine in der Praxis problembehaftete Flüssigkeit als
Gegenseite zum Substrat vorzusehen, eine formveränderbare Festkorperoberflache einzusetzen. Durch die veränderbare Form bzw. Geometrie der Festkorperoberflache, insbesondere einem flexiblen Schichtelement mit entsprechend veränderbarer Oberflächengestalt, ist es erstmals möglich, eine neu hergestellte Schicht leichter von der zur Festlegung der Schichtdicke und/oder der Schichtform der zu erzeugenden Schicht dienenden Festkorperoberflache abzulösen. Das heißt, eine flexible Festkorperoberflache ermöglicht einen problemloseren Trennvorgang. Wie bereits erwähnt, ist es mit dem neuen Verfahren gemäß der Erfindung zudem auch optional möglich, die Schichtform - anders gesagt deren Querschnittsgeometrie oder allgemein das Relief einer neuen Schicht - vorab durch entsprechende
Reliefgestaltung der formveränderbaren Festkorperoberflache festzulegen. Damit ist also erstmals eine Schicht mit unterschiedlichen Dicken herstellbar. Dabei wird vorteilhafterweise die Energie der Strahlungsquelle je nach der Dicke des jeweiligen Schichtbereichs variiert. So sollte beim Einsatz eines Lasers für eine größere Schichtdicke die Energie erhöht werden, entsprechend bei geringerer Schichtdicke des herzustellenden Schichtbereichs dessen Energie reduziert werden. Es sei hier nochmals herausgestellt, dass damit erstmals nicht nur plane Schichten mit gleichmäßiger Dicke herstellbar sind, sondern auch Schichten mit beliebiger Oberflächengeomtrie. Für den Fall, dass Bereiche in der herzustellenden Schicht leer, d.h. nicht mit Schichtmaterial gefüllt sein sollen, ist dies mit dem neuen Verfahren problemlos realisierbar. Dazu wird einfach in dem entsprechenden Bereich ein reeller Kontakt zwischen dem Substrat oder einer bereits hieran anhaftenden Schicht und der formveränderbaren Festkorperoberflache hergestellt. Dies geschieht optimalerweise dadurch, dass die flexible Festkorperoberflache in dem später gewünschten Freiraum ein Erhöhung bzw. Auswölbung aufweist, die also im Querschnitt gesehen gegenüber benachbarten Oberflächenbereichen vorstehen.
Damit erweitert sich das mögliche Einsatzspektrum eines erfindungsgemäßen
Verfahrens bedeutend. Beispielsweise könnten so u.a. auch Platinen oder dergleichen bearbeitet oder hergestellt werden, indem die entsprechenden Muster mit den erforderlichen Tiefen geschaffen werden.
Die Erfindung erlaubt auch erstmals den Einsatz von Schichtrohmaterialien, die sich aus unterschiedlichen Substanzen zusammensetzen, die wiederum unter verschiedenen Bedingungen veränderbar, insbesondere aushärtbar sind. Beispielsweise wäre es denkbar, irgendeinen flüssigen photopolymeren Kunststoff mit thermoplastischen Bestandteilen zu vermischen, so dass dann mit verschiedenen Strahlungsquellen die verschiedenen Substanzen in unterschiedlichen Bereichen der herzustellenden Schicht geschaffen werden können. Insbesondere ist für ein erfindungsgemäßes Verfahren eine Folie oder eine Membran einsetzbar, die flexibel und/oder elastisch aus ihrer ursprünglichen Lage, wie sie während der Herstellung der Schicht eingenommen ist, auslenkbar ist und dabei ihre ursprüngliche Oberflächenform verändert. So eine Folie kann beispielsweise aus Silikon,
Polyethylen oder PVC bestehen oder zumindest hiermit beschichtet sein. Es ist selbstverständlich auch ein anderer dreidimensionaler Festkörper hierfür einsetzbar, dessen irgendwie geometrisch geartete Festkorperoberflache kurzzeitig nachgiebig, flexibel oder irgendwie formveränderbar ist. Kern der vorliegenden Erfindung ist also die spezielle Wahl der Festkorperoberflache, die dem Substrat gegenüberliegt und die zusammen mit dem Substrat oder einer bereits zuvor erstellten Schicht die Schichtdicke und/oder die Schichtoberflächengeometrie der zu erzeugenden Schicht aus Schichtrohmaterial festlegt. Zum Beispiel nimmt die Oberfläche des Festkörpers beim Trennvorgang kurzzeitig eine andere Form ein, die sich von der ursprünglichen unterscheidet. So wird eine Folie im Querschnitt gesehen beispielsweise um einen gewissen Betrag ausgelenkt und löst sich dadurch nach und nach von der daran anhaftenden, gerade hergestellten Schicht ab, wird aber nach einem vollständigen Ablösen der Schicht vorteilhafterweise wieder ihre ursprüngliche Lage und Form einnehmen.
Selbstverständlich ist es auch möglich, anstatt des Substrates die formveränderbare Festkorperoberflache zu bewegen oder beide Teile in einander entgegengesetzte Richtungen zu bewegen oder gegeneinander zu verdrehen. Bei all diesen Trennvorgängen ist wesentlich, dass die Festkorperoberflache in ihrer Form veränderbar ist, also ihre ursprüngliche geometrische Form verändert, um den Trennvorgang zu erleichtern. Sie kann, muss aber nicht mehr in die ursprüngliche Lage zurück kehren.
Das erfindungsgemäße Verfahren wie auch die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeiten grundsätzlich nach den Verfahren, wie sie bereits im Stand der Technik bekannt sind und insbesondere zuvor erläutert wurden. All diese bekannten Verfahren sind aber dahingehend modifiziert, dass nun keine starre abzulösende Oberfläche vorhanden ist, sondern eine formveränderbare oder in ihrer Geometrie veränderbare Festkorperoberflache eingesetzt wird.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Folie durchführbar, die faltenfrei gespannt ist und beim Trennvorgang um einen gewissen Betrag aus ihrer ursprünglichen Ebene ausgelenkt wird. Vorteilhafterweise ist diese Folie natürlich dann auch wie beim eingangs genannten Stand der Technik beschichtet, um die Haftung weiter herunterzusetzen. So ist insbesondere eine mit Silikon beschichtete Folie geeignet, die ohne die Beschichtung eine Dicke von 50μ hat. Selbstverständlich sind aber je nach Umgebungsbedingungen auch dünnere oder dickere Folien geeignet. Die Silikonbeschichtung selbst ist auf der Folie mit lg/m2 aufgebracht. Als Folienmaterial kommen beispielsweise PE-HD oder PE-LD-Folien zum Einsatz.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch sowohl mit einem Laser, dessen Laserstrahl in bekannter Weise durch Spiegel oder dergleichen abgelenkt wird, durchführen, jedoch sind auch andere Strahlungsquellen einsetzbar. Die jeweilige Strahlungsquelle richtet sich natürlich nach dem verwendeten Schichtrohmaterial.
Das heißt, das Verfahren lässt sich nicht nur mit flüssigen photopolymeren
Kunststoffen durchführen, sondern auch mit beispielsweise thermisch veränderbaren Flüssigkeiten oder Feststoffen wie auch Gasen, indem aus der Gasphase abgeschieden wird. So sind Verfestigungen des Schichtrohmaterials möglich, Schmelzvorgänge durchführbar, andere modifizierte Ausführungsformen denkbar, wie beispielsweise eine besondere Aktivierung oder Passivierung des
Schichtrohmaterials. Das Schichtrohmaterial selbst kann somit flüssig, pulverförmig, wachsartig oder gasförmig sein.
Gegenüber Verfestigungen an der Oberfläche von flüssigen photopolymeren Kunststoffen, wie sie bei der bekannten Stereolithographie bewirkt werden, weist das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, dass auch nunmehr nicht nur niedrigviskose, sondern auch hochviskose Materialien verwendbar sind. Bekanntlich tritt ein sog. Dewetting-Effekt auf, je dünner eine Flüssigkeit verteilt wird; d.h. die dünnverteilte Flüssigkeit zieht sich wieder zusammen, so dass Bereiche entstehen, die nicht mit Schichtrohmaterial bedeckt sind. Genau dies geschieht beim Wischen an der freien Oberfläche, wie sie bei der bekannten Stereolithographie notwendig ist. Würde man nun, um dem Dewetting-Effekt entgegenzuwirken, eine hochviskose Flüssigkeit einsetzten, so träte hierbei das Problem auf, dass aufgrund des beim Wischen entstehenden Geschwindigkeitsprofiis sich eine unakzeptable Welligkeit ergeben würde, die sich auf die Baugenauigkeit äußerst nachteilig auswirken würde. Da beim erfmdungsgemäßen Verfahren keine freie Oberfläche mehr vorhanden ist, treten die zuvor genannten Probleme nicht auf, so dass nunmehr auch hochviskose Materialien wie Kunststoffe, Harze und auch pulverförmige Festkörper verwendbar sind. Darüber hinaus ist dadurch, dass keine freie Oberfläche des Schichtrohmaterials vorliegt, auch eine Kontaktierung mit Umgebungsgasen vermeidbar, was insbesondere bei flüssigen photopolymeren Kunststoffen von Vorteil ist. Erstmals ist damit auch weit weniger Schichtrohmaterial bereitzustellen, da die Bäder weit weniger tief sein müssen als bisher, was durch die sehr teueren photopolymeren
Kunststoffen hinsichtlich der notwendigen Bereitstellungskosten äußerst wichtig ist. Dadurch wird auch die Flexibilität des Verfahrens stark erhöht. So können nun verschiedene Materialien für verschiedene Schichten eingesetzt werden. Es ist auch möglich, kostengünstig verschiedene Stoffe, wie beispielsweise Farben oder Verstärkungsfasern, in flüssige Kunststoffe beizumischen, was aufgrund der hohen Kosten für die bisher notwendigen, großen Kunststoff- oder Harzmengen nicht wirtschaftlich durchführbar war. Da erstmals die zum Bau eines mehrschichtigen Körpers notwendige Schichtrohmaterialmenge weitaus geringer ist als bei den Verfahren, die mit einer freien Oberfläche arbeiten (Stereolithographie), ist es erstmals auch nicht notwendig, dass das Schichtrohmaterial eine chemische
Langzeitstabilität aufweist. Bisher war es beispielsweise bei der Stereolithographie notwendig, die Harze so zu gestalten, dass diese zumindest mehrere Wochen oder sogar Monate chemisch stabil sind. Ansonsten wäre keine wirtschaftliche Fertigung mit diesen sehr teueren Harzen möglich, die ja bekanntlich in großen Mengen in einer Stereolithographie- Maschine bevorratet sein müssen. Da bei der Erfindung weitaus weniger Schichtrohmaterial auf einmal einzusetzen ist, ist deren chemische Langzeitstabilität kein Kriterium mehr, so dass bisher aus wirtschaftlichen Erwägungen unbeachtete Materialien, die aber fertigungstechnische Vorteile haben, nunmehr zum Einsatz kommen können. So muß theoretisch das Material zur eine chemische Stabilität haben, die der Bauzeit einer Schicht entspricht.
Die wesentlichen Merkmale einer Vorrichtung zum Beschichten eines Substrates mit einer oder mehreren dünnen Schichten unter Verwendung einer Strahlungsquelle sind ein Substratträger, an dem das zu beschichtende Substrat anbringbar ist, ein dem Substrat gegenüberliegender Festkörper mit formveränderbarer Oberfläche sowie eine Strahlungsquelle zum Erzeugen einer Strahlung. Mit der Strahlung ist ein Schichtrohmaterial zwischen dem Substrat oder einer bereits anhaftenden Schicht und der formveränderbaren Festkorperoberflache veränderbar und dadurch am Substrat oder einer bereits zuvor erzeugten Schicht anhaftbar. Schließlich ist eine Trennvorrichtung erforderlich, um die hergestellte Schicht von der formveränderbaren Festkorperoberflache zu trennen.
Vorteilhafterweise ist das dem Substrat gegenüberliegende Element eine Folie, die beispielsweise plan gespannt ist, aber durch Druck oder Zug senkrecht zur Folienebene auslenkbar ist.
Grundsätzlich sind zwei Ausführungsformen der Vorrichtung denkbar. Bei der einen, die im Aufbau der US 4,801,477 ähnelt, ist die formveränderbare
Festkorperoberflache die Oberseite der Strahlungsquelle, die beispielsweise in einem flüssigen photopolymeren Kunststoff eingetaucht ist, der eine feste, starre Oberfläche gegenüberliegt und zwischen denen durch die Strahlung der Kunststoff in gewünschter Weise erhärtet wird. Bei dieser Anordnung kann das Schichtrohmaterial natürlich auch ein zu schmelzendes Pulver oder ein irgendwie gearteter Festkörper sein. Beispielsweise ist es auch möglich, Wachs etc. einzusetzen. Die andere Bauweise entspricht der in der US 5,089,184 gezeigten Anordnung (Fig. 2 dieses Standes der Technik), bei der an einem Substratträger mehrere Schichten erzeugt werden und die Strahlungsquelle unterhalb einer strahlungsdurchlässigen Platte angeordnet ist.
Erfindungsgemäß wird nun bei beiden Alternativen die starre Oberfläche des strahlungsdurchlässigen Teils durch eine formveränderbare Festkorperoberflache ersetzt, wie beispielsweise eine Folie, die insbesondere dehnbar, flexibel oder elastisch ist.
Wie bei der US 5,089,184 ist es erfindungsgemäß möglich, dass als Strahlungsquelle ein Laser eingesetzt wird, der je nach dem verwendeten Schichtrohmaterial ausgestaltet ist und dessen Strahl in der gewünschten Weise durch eine Ablenkeinrichtung abgelenkt wird. Außerdem ist aber auch, wie es auch in der US 5,089,184 beschrieben ist, eine flächenbestrahlende Einrichtung als Strahlungsquelle einsetzbar, wobei dann eine Maske in dem Strahlengang angeordnet ist, um das gewünschte Muster in die herzustellende Schicht einzubringen. Die Maske selbst ist dann vorzugsweise in die Folie integriert, indem die Folie teilweise strahlungsdurchlässig, teilweise strahlungsundurchlässig ist. Ein entsprechend wirkende Maske kann aber als separates Teil der formveränderbaren Festkorperoberflache vorgeschaltet sein.
Grundsätzlich ist keine ursprünglich plan vorliegende formveränderbare Festkorperoberflache notwendig, es kann auch eine ursprünglich dreidimensionale Geometrie vorliegen, die dann beim Trennvorgang eine andere dreidimensionale Geometrie einnimmt.
Bei einer zuvor genannten Anordnung, bei der die strahlungsdurchlässige formveränderbare Festkorperoberflache gleichzeitig ein Teil oder den ganzen Boden einer Aufnahmeeinrichtung für den Schichtrohstoff bildet, kann es vorteilhaft sein, als Stützelement eine strahlungsdurchlässige starre Unterlage einzusetzen, beispielsweise eine Glasplatte oder dergleichen. In diesem Fall kann es zur Unterstützung des Trennvorgangs zweckmäßig sein, zwischen das Stützelement und die darüberliegende Folie ein Fluid einzubringen. Unter Umständen kann der Einblasvorgang bereits vor oder nach dem Trennvorgang beginnen. Idealerweise wird er gleichzeitig mit Beginn des Trennvorgangs gestartet, d.h. beim Wegbewegen des Substratträgers oder der Oberfläche. Als Fluid ist insbesondere Luft einsetzbar, die unter Druck in den entstehenden Spalt zwischen dem Stützelement und einer der formveränderbaren Festkorperoberflache gegenüberliegenden Seite eingebracht wird.
Es ist hier nochmals abschließend herauszustellen, dass grundsätzlich alle bekannten Beschichtungsverfahren, bei denen ein Schichtrohmaterial durch Einsatz von Strahlungsenergie in gewünschter Weise verändert wird, einsetzbar ist, wobei zwischen dem zu beschichtenden Teil und einer Gegenfläche - erfindungsgemäß die erstmals formveränderbare Schicht - die Schichtdicke und/oder das Schichtrelief begrenzt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die räumliche Anordnung dieses zu beschichtenden Teils und der Gegenfläche egal. So kann die zu beschichtende Oberfläche über oder unterhalb der Gegenfläche angeordnet sein. Genauso ist es aber auch möglich, die beiden Teile seitlich zueinander anzuordnen, so dass die herzustellenden Schicht eine im wesentlichen vertikale oder irgendeinen anderen Winkel zu Horizontalen aufweist. Dies ist bei freien Oberflächen, wie sie bei der Stereolithographie notwendig sind, technisch ausgeschlossen. Durch die wahlweise räumliche Anordnung ist das erfindungsgemäße Verfahren an alle möglichen räumlichen und weiteren Bearbeitungssituationen anpassbar. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden sind zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung mehrere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Betriebsphase,
Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer weiteren Betriebsphase,
Fig. 3 die in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer weiteren Betriebsphase,
Fig. 4 die Ausführungsform der Fig. 1 in einer weiteren Betriebsphase,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 7 die Vorrichtung der Fig. 6 in einer anderen Betriebsphase, Fig. 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die der in der Fig. 1 gezeigten ähnelt, jedoch modifiziert ist,
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer weiteren modifizierten
Ausfiihrungsform der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung,
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit flächenabstrahlender Strahlungsquelle,
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dreidimensionaler, formveränderbarer Oberfläche eines dem Substrat gegenüberliegenden Elements,
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer weiteren modifizierten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 13 a) - d) mehrere schematische Querschnitte einer formveränderbaren Oberfläche, die ein Relief zur Ausbildung verschiedener Schichtdicken in einer Schicht hat.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 - 4 wird eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert. Wie in der Fig. 1 schematisch dargestellt, umfasst die Vorrichtung einen Behälter für einen flüssigen photopolymeren Kunststoff 7. Der Behälter besteht hier aus einem Metallring oder Rahmen 1, der bodenseitig mit einer Folie 2 bespannt ist. Die Folienränder 21 sind an der Seitenwand des Metallrings 1 umgelegt und dort dichtend befestigt, beispielsweise mittels eines Klebebandes. Die Folie ist hier eine Silikon- oder PE-Folie, die eine Stärke von einigen μm bis einigen Millimetern, insbesondere ungefähr 5 μm - 1 mm . hat. Sie ist faltenfrei im Rahmen 1 gespannt. Der Rahmen 1 ist um eine Mittelachse 1 1 drehbar gelagert (nicht gezeigt). Zum Drehen des Rahmens 1 um die Mittelachse 1 1 ist ein Reibrad 14 vorhanden, das durch einen nicht gezeigten Antrieb betrieben wird und an einer ebenfalls nicht dargestellten Steuerung angeschlossen ist.
Unterhalb des Behälters ist eine Ablenkeinrichtung in Form eines gesteuerten, beweglichen Spiegels 6 angeordnet, der zur gerichteten Ablenkung eines Laserstrahls 4, 5 wird dient. Der Laserstrahl von einer hier schematisch dargestellten Strahlungsquelle 3, beispielsweise einem UV-Laser, emittiert.
Über dem Behälter ist ein Substratträger 9 angeordnet, der in Z-Richtung mittels einer nicht gezeigten Steuerung verfahrbar ist. An dem Substratträger 9 ist ein Substrat 8 in Form einer Platte, die beispielsweise auch mehrere Durchgangslöcher haben kann, beispielsweise gitterartig ausgebildet sein kann, befestigt. Die Verstellbarkeit des Substratträgers 9 in Z-Richtung ist äußerst fein. Die Beschichtung des Substrates 8 erfolgt folgendermaßen, wie es auch aus den Fig. 1 - 4 ersichtlich ist. In den Behälter wird der flüssige photopolymere Kunststoff 7 eingefüllt. Die Füllhöhe über der Folie 2 muss hier nur wenig mehr als die gewünschte Schichtdicke der zu erzeugenden Schicht sein, was bedeutend weniger ist als bei einer Vorrichtung, die eine Erhärtung des flüssigen Photopolymers an einer freien Oberfläche durchführt, also mit einem Wischer arbeitet. Der Substratträger 9 wird nach unten in das flüssige Photopolymer eingetaucht, und zwar soweit, dass der Abstand zwischen dem Substrat und der dem Substrat 8 zugewandten Oberfläche 2a gleich der Schichtdicke d zu der zu erzeugenden Schicht ist. Je nach der Viskosität des Schichtrohstoffes, hier der flüssige photopolymere Kunststoff 7, ist auch bei sehr dünnen Schichtdicken d beim Herunterfahren des Substrates 8 gewährleistet, dass der Spalt zwischen den beiden gegenüberliegenden Elementen 8 und 2a vollständig mit Schichtrohmaterial 7 gefüllt ist. Bei hochviskosen Flüssigkeiten kann es unter Umständen zweckmäßig sein, mehrere Durchgangslöcher oder ein Gitter in dem Substrat 8 vorzusehen, die einen Durchtritt von Flüssigkeit zulassen, damit sich beim Eintauchen des Substrates 8 in den Schichtrohstoff 7 dieser vollständig, ohne Lufteinschlüsse zwischen der Folie 2 und dem Substrat 8 verteilen kann.
Ist die Schichtdicke d erreicht, wird der Laser 3 aktiviert und der Laserstrahl 4 mit Hilfe der Spiegeleinrichtung 6 in dem gewünschten Muster abgelenkt. Der abgelenkte Laserstrahl 5 trifft durch die Folie 2 hindurchtretend auf den flüssigen photopolymeren Kunststoff mit der Schichtdicke d. An denjenigen Stellen, an denen der Strahl auftrifft, wird durch eine chemische Reaktion das Schichtrohmaterial 7 verändert, es verhärtet sich. Es entstehen erhärtete Bereiche 10, die an dem
Substratträger 8 anhaften. Eine Anhaftung erfolgt auch an der Oberfläche 2a der Folie 2. Dort ist sie allerdings unerwünscht.
Es wird nun, wie bereits bei einem mehrschichtigen Modell in der Fig. 3 gezeigt, der Substratträger 9 von der Folie 2 wegbewegt. Durch die anfängliche starke Haftung der Oberfläche 2a an der gerade erzeugten Schicht 10 wird die Folie 2 aus ihrer ursprünglichen Lage ausgelenkt und nimmt die Lage 2' ein. Die Lage löst sich dann aber von der zuletzt erzeugten Schicht 10 ab und kehrt aufgrund der hier vorhandenen Flexibilität und Elastizität wieder in ihre Ursprungslage zurück. Dabei fließt flüssiger Kunststoff 7 in den entstehenden Spalt zurück. Durch Absenken des Substratträgers 9 und damit des Substrats 8 kann zwischen der Folienoberfläche 2a und der zuletzt erzeugten Schicht 10 erneut ein gewünschter Abstand d, der sich u.U. von dem vorherigen Abstand d unterscheidet, eingestellt werden .Durch erneute Aktivierung des Lasers kann dann eine weitere Schicht 10 gewünschten Musters erzeugt werden. Dieser letzte Zustand ist in der Fig. 4 gezeigt. Wie ersichtlich, ist ein mehrschichtiges Modell geschaffen, das irgendeine dreidimensionale Gestalt aufweisen kann und dessen Schichten 10 unterschiedliche Dicke d haben, je nach dem, wie der Abstand zwischen der Folienoberfläche 2a und der zuvor erzeugten Schicht 10 eingestellt wurde.
Bei der Einbringung des Laserstrahls 5 in den Schichtrohstoff 7 werden randseitig der erhärteten Bereiche 10 in dem flüssigen Photopolymer chemische Reaktionen bewirkt, so dass einzelne verfestigte, lose Teilchen, die nicht an der Schicht 10 haften, im flüssigen Photopolymerbad verbleiben. Um Qualitätseinbußen bei der darauffolgenden zu erzeugenden Schicht zu vermeiden, wird hier über das Reibrad 14 das gesamte Behältnis um einen gewissen Winkelbetrag gedreht. Das Drehen kann während, gleichzeitig oder auch kurz vor dem nach oben Bewegen des Supportträgers 9 beginnen. Damit ist gewährleistet, dass möglichst reiner Kunststoff für die neu zu erstellende Schicht 10 vorhanden ist. Wenn das Drehen gleichzeitig mit dem Hochfahren des Supportträgers 9 beginnt, oder kurz zuvor, wird das Abtrennen der erhärteten Schicht 10 von der Folienoberfläche 2 zusätzlich unterstützt.
Aus den obigen Erläuterungen zu dem Verfahren gemäß den Fig. 1 - 4 ist erkennbar, das natürlich nach jeder erzeugten Schicht 10 durch Austausch des Behältnisses auch ein anderes Schichtrohmaterial 7 für die Schichten 10 verwendet werden kann. So ist erstmals auch ein Körper aus mehreren Schichten aus unterschiedlichen Materialien herstellbar. Beispielsweise können auch verschiedene Farben dem jeweiligen Schichtrohmaterial 7 beigemischt werden, oder auch Zusatzstoffe wie Glasfasern, etc., um die Festigkeit des fertigen Modells zu erhöhen.
Aus der Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ersichtlich. Hier ist ein Rahmen 1 bodenseitig mit der Folie 2 versehen. In der gezeigten X-Richtung sind verschiedene Abteile durch Unterteilungen 26 gebildet, die verschiedene Schichtrohstoffe 23, 24, 25 enthalten. Der gesamte Rahmen 1 mit der Folie und den verschiedenen Schichtrohmaterialien 23, 24, 25 ist in X-Richtung verschiebbar. So kann gemäß der zuvor erläuterten Verfahrensweise eine oder mehre Schichten mit dem Schichtrohmaterial 23 am Substrat 8 gebildet werden. Dann wird ein anderes Schichtrohmaterial 24 unter das Substrat 8 verfahren und eine oder mehrere Schichten aus diesem Schichtmaterial 24 gefertigt. In gleicher Weise kann das Schichtrohmaterial 25 eingesetzt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Substratträger 9 nicht nur in Z- sondern auch in X-Richtung zu verfahren. Dabei bleibt der Behälter mit den verschiedenen Schichtrohmaterialien ortsfest. In dieser Fig. ist die Strahlungsquelle 3 nicht dargestellt, das Verfahren ist aber ansonsten wie gemäß den Fig. 1 - 4 durchzuführen.
Aus den Fig. 6 und 7 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ersichtlich. Die hier schematisch dargestellte Vorrichtung umfasst eine als Endlosband ausgebildete Folie 30, die an Umlenkrollen 31 umläuft. Zwischen den zwei oberen Umlenkrollen 31 erstreckt sich ein ebener Folienabschnitt. Die Folienaußenseite 30a ist einem Substrat 8 an einem Substratträger 9 zugewandt. Wie bei den zuvor genannten Ausführungsformen ist hier der Substratträger 9 in Z- Richtung beweglich. Unterhalb der Folie 30 ist wiederum eine Strahlungsquelle vorhanden, deren Strahl 4 durch eine Umlenkeinrichtung 6 in gewünschter Weise auf das Substrat zu richten ist. In dem ebenen Flächenabschnitt der Folie 30 sind oberhalb der Folienoberfläche 30a mehrere Speichervorrichtungen 32, 33, 34 für verschiedene flüssige, feste, pulverförmige oder hochviskose Schichtrohmaterialien angeordnet. Je nach Bedarf wird aus den gezeigten Speichern 32 - 34 auf die Folienoberfläche 30a eine Schicht aufgebracht und durch eine Glättungseinrichtung 35 glattgestrichen, so dass die dann entstehende Schicht 36 auf der Folienoberfläche 30a eine vorbestimmte Dicke d' aufweist.
Durch Transport der Folie 30 in Pfeilrichtung wird diese Schicht 36 unter das Substrat 8 verfahren. Dann wird das Substrat 8 bzw. eine bereits erstellte Schicht 10 mit dieser Schicht berührend in Kontakt gebracht oder darin eingetaucht, wie es in der Fig. 7 gezeigt ist, je nachdem, welche Schichtdicke gewünscht wird. Dann wird die Strahlungsquelle 3 aktiviert und durch die Folie 30 hindurch der vorbestimmte Bereich des Schichtrohmaterial 36 durch die eingebrachte Strahlungsenergie so verändert, dass eine Beschichtung 10 mit gewünschtem Muster am Substrat 8 oder einer bereits zuvor aufgebrachten Schicht 10 hergestellt wird. Dann wird der Substratträger 9 mit dem Substrat 8 in Z-Richtung nach oben verfahren und das Folienband 30 weitertransportiert, wo über einen Abstreifer 38 das "verbrauchte" Schichtrohmaterial 37 vom Folienband 30 abgestreift und wieder aufbereitet oder unmittelbar wider der zugehörigen Speichereinrichtung 32 - 34 zugeleitet wird. Für die nächste Schicht kann dann das gleiche oder ein anderes Schichtrohmaterial aus einem anderen Speicher 32 - 34 auf das Folienband 30 aufgebracht werden. Indem die Einrichtung 35 ebenfalls in Z-Richtung verschiebbar ist, ist die gewünschte Schichtdicke d' einstellbar.
In der Fig. 8 ist eine modifizierte Ausführungsform der in den Fig. 1 - 4 gezeigten Vorrichtung schematisch dargestellt. Hier ist unterhalb der Folie 2 eine Glasplatte 12 vorhanden, die zur Abstützung der Folie 2 dient. Sie ist ebenfalls für den abgelenkten Laserstrahl 5 durchlässig. Ferner weist diese Platte 12 eine oder mehrere Luftzuführungsöffnungen 13 auf, in die Luft oder ein anderes Fluid einbringbar ist, um während des Hochziehens des Substratträgers 9 das Fluid zwischen die Folie 2 und die Glasplatte 12 einzubringen, wodurch der Trennvorgang der erhärteten Schicht 10 aus Schichtrohmaterial 7 und der Folienoberfläche 2a noch zusätzlich unterstützt wird.
Bei der in der Fig. 9 dargestellten Ausführungsform ist die in der Fig. 8 gezeigte Vorrichtung dahingehend verändert, dass mehrere Laserquellen 3, 3' vorhanden sind, so dass mehrere Laserstrahlen zur Erzeugung einer Schicht gleichzeitig aktiviert werden, wodurch die Bearbeitungszeiten für die Herstellung einer Schicht verringert werden können oder auch unterschiedliche Materialien im Schichtrohmaterial gleichzeitig verändert bzw. bei verschiedenen Photopolymeren verhärtet werden können.
Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsformen ist bei der in der Fig. 10 schematisch dargestellten Vorrichtung keine Strahlungsquelle mit einem Strahl 4, 5 eingesetzt, sondern eine Strahlungsquelle 3", die eine diffuse- oder flächige Ausstrahlung 4' bewirkt. Die Folie 2' ist hier als Maske ausgebildet, d.h. sie enthält Folienabschnitte 2b, die strahlungsdurchlässig sind und andere Abschnitte, die nicht strahlungsdurchlässig sind. Damit ist es möglich, ein vorbestimmtes Muster in der bereits zuvor erläuterten Weise durch chemische Veränderung des Schichtrohstoffs 7 am Substrat 8 zu erzielen. Die Folie selbst weist wiederum eine formveränderbare Oberfläche 2a auf, d.h. die Folie ist hier flexibel. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Maske nicht in der Folie 2' zu integrieren, sondern in einer darunter liegenden Glasplatte, wie es beispielsweise auch in der Fig. 9 oder 8 gezeigt ist. In der Fig. 1 1 ist schematisch eine Vorrichtung gezeigt, bei der ein zumindest im Bereich einer Oberfläche 40a elastischer oder flexibler Körper 40 als Aufnahmebecken für den Schichtrohstoff 43 dient und mit einer dreidimensionalen, formveränderbaren Oberfläche 40a ausgestattet ist. Der Körper besteht beispielsweise aus einem strahlungsdurchlässigen Silikongummi oder einem anderen strahlungsdurchlässigen, elastischen Kunststoff oder dergleichen. Durch den Körper 40 hindurch ist wiederum ein in gewünschter Weise abgelenkter Laserstrahl 5 in den Schichtrohstoff 43 einbringbar. so dass an einem Substrat 45, das einem Substratregler 9 befestigt ist, eine dreidimensionale Schicht 44 erzeugt wird. Nach der Herstellung der Schicht 44 am Substrat 45 wird wiederum der Substratregler 9 in Z-Richtung nach oben verfahren, wodurch durch die elastische Ausbildung des Körpers 40 ein Nachgeben der Oberfläche 2a, das heißt eine Formveränderung, möglich ist, so dass der Trennvorgang zwischen der erhärteten Schicht 44 und der Oberfläche 40a erleichtert ist.
In der Fig. 12 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Hier erstreckt sich die Folie 2 längs eines länglichen Beckens mit flüssigem photopolymeren Kunststoff 7. Mit einer ersten Strahlungsquelle wird ein erster Bereich 10' erhärtet, allerdings ist die Energie des Laserstrahls 5 hier so eingestellt, dass keine Erhärtung bis zur freien Oberfläche des Kunststoffes 7 erfolgt. Dann wird die Folie mit dem Bereich 10' weiterbewegt bis zum Substrat 8. Hier erfolgt in der zuvor beschriebenen Weise eine Erhärtung des noch flüssigen Materials 7 zwischen dem abgesenkten Substrat und dem bereits erhärteten Bereich 10'. Der Laserstrahl 5 wird dabei durch den zuerst gehärteten Bereich 10* geführt.
Schließlich zeigen die verschiedenen schematischen Querschnitte einer Folie gemäß der Fig. 13 a) - d) verschiedene Oberflächengestaltungen einer Gegenfläche 50a - 50d, die selbst natürlich verformbar ist, insbesondere elastisch ist. So ist in der Fig. 13 a) eine plane Oberfläche 50a gezeigt, die zur Herstellung einer Schicht 10a mit gleichmässiger Dicke dient.
Die Fig. 13 b) zeigt eine Oberfläche 50b mit Relief zur Bildung zweier verschiedener Schichtdicken d\ und d2. Damit wird eine Schicht 10b mit verschieden Schichtstärken geschaffen.
Die Fig. 13 c) zeigt schematisch eine Ausbildung der Oberfläche 50c, die nicht nur zur Bildung verschiedener Schichtdicken d\ und d2 dient, sondern ein richtiges Relief aufweist, mit dem verschiedene Konturen in der herzustellenden Schicht 10c ausgebildet werden.
Schließlich zeigt die Fig. 13d eine Konfiguration, mit der dadurch, dass nicht nur die Folienoberfläche 1 Od ein Relief aufweist, sondern auch das zu beschichtende Substrat 8, eine Schicht 1 Od mit einem Relief auf zwei Seiten herstellbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Beschichten eines Substrats (8) mit einer oder mehreren dünnen Schichten (10) unter Verwendung einer Strahlungsquelle (3), bei dem a) ein Schichtrohmaterial (7) zwischen dem Substrat (8) und einer dem Substrat (8) gegenüberliegenden formveränderbaren Oberfläche (2a, 30a, 40a) eines Festkörpers (2. 30, 40) vorhanden ist, b) zumindest ein Teil des Schichtrohmaterials (7) durch geeignetes Einbringen von Strahlungsenergie (6) verändert wird und dadurch an dem Substrat (8) anhaftet und c) die nun am Substrat (8) anhaftende Schicht (10) von der formveränderbaren Festkorperoberflache (2a, 30a, 40a) getrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Verfahrensschritte a) - c) wiederholt durchgeführt werden, wobei dann die Verfahrensschritte wie folgt abgewandelt werden: a') ein Schichtrohmaterial (7) ist zwischen der zuvor erzeugten Schicht (10) und der dem Substrat (8) gegenüberliegenden formveränderbaren Festkorperoberflache (2a. 30a, 40a) vorhanden, b') das Schichtrohmaterial (7) wird durch geeignetes Einbringen von Strahlungsenergie (6) in der gewünschten Dicke (d) und dem gewünschten Muster verändert und haftet dabei an der zuvor erzeugten
Schicht (10) an und c") die zuletzt hergestellte Schicht (10) wird von formveränderbaren Festkorperoberflache (2a. 30a, 40a) getrennt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Substrat (8) und der formveränderbaren Festkorperoberflache (2a, 30a, 40a) auf die gewünschte Schichtdicke (d) der herzustellenden Schicht (10) eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der einen Arbeitsgang zuvor erstellten Schicht (10) und der formveränderbaren Festkorperoberflache (2a, 30a, 40a) auf die gewünschte Schichtdicke (d) eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt c) und/oder der Verfahrensschritt c') dadurch durchgeführt werden, dass der Abstand zwischen dem Substrat (8) und der formveränderbaren Festkorperoberflache (2a, 30a, 40a) vergrößert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (8) von der formveränderbaren Festkorperoberflache (2a, 30a, 40a) wegbewegt wird oder die formveränderbare Festkorperoberflache von dem Substrat (8) wegbewegt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt c) und/oder der Verfahrensschritt c') dadurch durchgeführt werden, dass das Substrat (8) und die formveränderbare Festkorperoberflache (2a, 30a, 40a) gegeneinander verdreht werden.
8. Verfahren nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt c) und/oder der Verfahrensschritt c') dadurch durchgeführt werden, dass eine translatorische und eine rotatorische Bewegung des Substrats (8) und/oder der formveränderbaren Festkorperoberflache (2a, 30a, 40a) überlagert werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie (2), insbesondere eine elastische oder elastisch gelagerte Folie, verwendet wird, um so die formveränderbare Festkorperoberflache (2a, 30a) bereitzustellen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die formveränderbare Festkorperoberflache (2a, 30a) für die von der Strahlungsquelle (3) ausgehende Strahlung (4, 5) durchlässig ist und die Strahlung (4, 5) durch die strahlungsdurchlässige Festkorperoberflache hindurch in das Schichtrohmaterial (7) eingebracht wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsquelle (3) ein Laser eingesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (4, 5) durch gesteuerte Strahlablenkung (6) in dem gewünschten Muster in das Schichtrohmaterial (7) gelenkt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass damit ein dreidimensionaler, aus einer
Vielzahl von dünnen Schichten (10) erhärteten Materials gebildeter Körper hergestellt wird.
14. Vorrichtung zur Beschichtung eines Substrats (8) mit einer oder mehreren dünnen Schichten (10), mit einem Substratträger (9), an dem das Substrat (8) anbringbar ist, einem dem Substrat (8) gegenüberliegenden Festkörper (2, 30, 40) mit formveränderbarer Oberfläche (2a, 30a, 40a), einer Strahlungsquelle (3) zum Erzeugen einer Strahlung (4, 5), mit der ein Schichtrohmaterial (7) veränderbar und dadurch am Substrat (8) oder einer bereits zuvor erzeugten Schicht (10) anhaftbar ist, und einer Einrichtung zum voneinander Trennen einer hergestellten Schicht (10) von der formveränderbaren Festkorperoberflache (2a, 30a, 40a).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie (2) vorhanden ist, deren eine formveränderbare Festkorperoberflache (2a, 30a) dem Substrat (8) zugewandt ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (2) zumindest Teil eines Bodens eines Behälters (1) ist und die Strahlungsquelle (3) so angeordnet ist, dass deren Strahlung (4, 5) durch die Folie (2) in das Schichtrohmaterial (7) einbringbar ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14- 16, dadurch gekennzeichnet, dass die formveränderbare Festkorperoberflache (10) plan ist oder ein Relief aufweist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (2) eine Dicke von 1 μ - 3 cm, insbesondere 2μ - 15μ hat.
19. Vorrichtung nach Anspruch 14, d ad u rc h gekennzeichnet, dass der Substratträger (9) beweglich gelagert ist und eine Steuerung vorhanden ist, mit der der Substratträger (9) entsprechend dem gewünschten Abstand zur formveränderbaren Festkorperoberflache (2a, 30a) einstellbar ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14-19, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle ein Laser (3) ist und eine Ablenkeinrichtung (6) vorhanden ist, mit der der vom Laser (3) ausgehende Strahl (4, 5) in der gewünschten Richtung ablenkbar ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle eine flächenbestrahlende Einrichtung (3'*) ist und eine Maske in dem Strahlengang angeordnet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske in der Folie (3") integriert ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 14, d ad u rc h gekennzeichnet, dass ein dreidimensionaler Festkörper (40) mit dreidimensionaler formveränderbarer Festkorperoberflache (40a) vorhanden ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 14, d ad urc h gekennzeichnet, dass die Folie (2, 30) auf der nicht mit dem Schichtrohmaterial (7) in Kontakt kommenden Seite von einem Stützelement (12) unterstützt ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement eine zumindest in einem Abschnitt strahlungsdurchlässige Platte (12) ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (13) vorhanden ist, mit der ein Fluid zwischen die Folie (2, 30) und dem Stützelement (12) einbringbar ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (13) zum Einbringen eines Fluids zum Einblasen von Luft ausgebildet ist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15- 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie als Endlosband (30) ausgebildet ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Zuführeinrichtung (32, 33, 34) vorhanden ist, mit der ein Schichtrohmaterial (36) auf die Folie (30) aufbringbar ist.
30. Vorrichtung nach Anspruch 14, d ad urc h gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorhanden ist, mit der das Element (2) mit formveränderbarer Festkorperoberflache (2a) unterhalb des Substrats (8) um einen Längen - und/oder Winkelbetrag gegenüber dem Substrat versetzbar ist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Substratträger (9) um einen Längen- und/oder Winkelbetrag gegenüber dem darunter befindlichen Schichtrohmaterial (7) versetzbar ist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung darin besteht, dass der Substratträger (9) beweglich angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 14, d ad u r c h gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung darin besteht, dass die formveränderbare Festköφeroberfläche (10) gegenüber dem Substrat (8) wegbewegbar angeordnet ist.
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