WO2017114845A1 - Procédé de calibration d'une imprimante tridimensionnelle - Google Patents

Procédé de calibration d'une imprimante tridimensionnelle Download PDF

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WO2017114845A1
WO2017114845A1 PCT/EP2016/082734 EP2016082734W WO2017114845A1 WO 2017114845 A1 WO2017114845 A1 WO 2017114845A1 EP 2016082734 W EP2016082734 W EP 2016082734W WO 2017114845 A1 WO2017114845 A1 WO 2017114845A1
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WO
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region
pattern
projection
stack
layer
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/082734
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English (en)
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André-Luc ALLANIC
Alban D'HALLUIN
Vincent ICART
Original Assignee
Prodways
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Definitions

  • the invention relates to the field of three-dimensional printing, called 3D printing, using a device called "3D printer”.
  • the invention relates to 3D mobile light source printers manufacturing a product by juxtaposed assembly of "tiles".
  • the invention relates to calibration methods, that is to say the steps necessary for the configuration of the 3D printer to generate a product according to the specifications.
  • FIG. 1 shows a 3D printer 10 comprising a print head 20 and a tray 30 adapted to receive material to be solidified, such as resin, in which a platform 40 is vertically movable. The piece is manufactured on the platform 40 layer by layer as the platform descends to immerse the solidified layer in the resin.
  • a 3D printer 10 comprising a print head 20 and a tray 30 adapted to receive material to be solidified, such as resin, in which a platform 40 is vertically movable. The piece is manufactured on the platform 40 layer by layer as the platform descends to immerse the solidified layer in the resin.
  • An optical chain which comprises the print head 20, itself comprising a light source 22, which can illuminate for example a mirror 24 for moving a region, commonly called tile, on the surface of the tray 30.
  • L image is drawn within the region, following the solidification of matter by illumination.
  • the region is typically square or rectangular.
  • the print head 20 is movable (see arrows). Some printers use for example guide rails 28 on which the print head can translate.
  • displacement means 26 that move the illuminated area on the resin.
  • the displacement means 26 may comprise the mirror 24, the guide rails for moving the printing head, for example, or any other suitable device.
  • the image is created using a mask 27.
  • the mask 27 will make it possible to create a set pattern in the target region using the light source. According to 3D printers, the mask can be created within the light source, by known projection systems.
  • the reference pattern M which is the desired pattern and generated by the mask 27, is distinguished from the effective pattern M 'of manufacture, which is the shape generated at the end of the solidification of the layer.
  • the effective pattern M ' corresponds to the desired setpoint pattern M which has undergone deformations along the optical path.
  • a calibration method involves the manufacture of a part 100 comprising a cubic stud 110 projecting positioned astride two regions RI, R2 juxtaposed.
  • Figure 2 shows such a part.
  • a first pattern M 1 on a first region R 1 makes it possible to manufacture a portion of the cube and a second pattern M2 in a second region R2 contiguous (juxtaposed) to the first makes it possible to manufacture the other part of the cubic stud 110.
  • the stud is not really cubic but has two parallelepipedal parts slightly offset by a distance ⁇ one with respect to the other.
  • the invention is based on a principle of voluntary superposition of illuminated area to highlight calibration errors.
  • the invention proposes a method of calibrating a three-dimensional printer, said printer implementing a fabrication by stacking of material layer, the printer comprising an optical chain comprising a light source, selective masking means light for implementing a set pattern, and moving means for projecting on a region of the material to solidify the set pattern, said projection projecting the light in an effective pattern which may differ from said set pattern,
  • said method comprising a step of manufacturing a test piece said manufacturing step comprising the following substeps:
  • the invention may include the following features, taken alone or in combination:
  • the projection using the second pattern is on the same layer as the projection using the first pattern
  • the measuring step on the work difference part comprising a step of measuring the dimension of said workpiece and a step of comparing this measurement with the workpiece corresponding to the reference patterns, - the projection using the second pattern is done on a layer other than the projection using the first pattern, the superposition to create two layers on one another and causing a difference between the two illuminated areas ,
  • the measuring step on the part comprising a step of analyzing the differences of the layers
  • the projection using the first pattern is repeated for a plurality of layers
  • the projection using the second pattern is repeated for a plurality of layers, so as to obtain a more visible difference
  • the part comprises a plurality of aligned pads, and in which a predetermined deformation is applied to each pad of the plurality of pads by means of the first and second patterns, said predetermined deformation being applied progressively to the plurality of pads, so that the projection step using the second pattern generates progressive overlapping defects between successive pads of the plurality of pads, and wherein:
  • the defect measurement step comprises an identification, the least difference,
  • the step of taking into account takes into account the predetermined deformation applied to said pad identified in the preceding step
  • the method is repeated a second time after having been performed a first time, the first and second reasons of the second occurrence comprising the corrections integrated by the step of taking into account the first occurrence,
  • the method consists, after manufacture of a first stack of the part, to manufacture a second stack by repeating the manufacturing steps with a new first and a second second pattern to form a second stack of the part on the first stack already realized, the step of measuring defects then consisting in analyzing the defects of the two stacks of the part,
  • the patterns are formed by a matrix of pixels aligned along at least one printing axis and in which the part comprises a wall extending in an extension direction, characterized in that the extension direction is oriented by a angle strictly between 1 and 89 ° with respect to the printing axis preferably 5 and 85 °, and preferably 10 and 80 °,
  • the second stack comprises a wall extending in an extension direction, said extension direction of the second stack not being parallel to the direction of extension of the first stack,
  • the part comprises at least one stud, the stud being a lamella of which a main wall extends in the direction of extension,
  • the piece comprises at least one stud, the stud being a cube whose wall extends in the direction of extension,
  • each illuminated region consists of one of:
  • the step of moving the sighting place places the tile of the second region (R2) substantially contiguous to the tile of the first region,
  • the regions have a rectangular shape defining four sides
  • test piece extends along each side of the regions
  • a second region partially superimposed on the first region is defined for each of the one to three other sides of the first region
  • the manufacturing step is repeated for each of the one to three other sides of the first region with the associated second region,
  • the measurement step is carried out at the end of the repetition of the manufacturing step on all the zones of the test piece
  • the invention also proposes a three-dimensional printer, comprising a computing unit comprising a memory and processing means, said computing unit being configured to store a calibration program using the memory and to allow the implementation of a method as previously described using the processing means.
  • the invention also proposes a computer program product, intended to be executed by a computing unit, characterized in that the computer program product comprises a series of steps for executing by the computer computing unit the steps of sighting, projection and displacement of one of the methods as described above.
  • FIG. 1 represents a three-dimensional printer
  • FIG. 2 represents a calibration part manufactured according to methods known from the prior art
  • FIGS. 3 and 4 show different substeps of a method according to the invention
  • FIG. 5 represents an embodiment of the invention, applied on the same layer
  • FIG. 6 represents another embodiment of the invention, applied on two different layers
  • FIG. 7 represents an embodiment in which a macro-layer is formed by successive solidification using the same pattern.
  • FIGS. 8 and 9 show a same embodiment, in which the alternation of the patterns respectively forms a "comb" because of an imperfect calibration which prevents a strict superposition (FIG. 8), and a perfect superposition, in the ideal case of a perfect calibration (figure 9),
  • FIG. 10 illustrates a matrix of masking means
  • FIG. 11 illustrates a pixel jump
  • FIG. 12 illustrates the curve line with "diluted" pixel jump
  • FIG. 13 illustrates a test piece with a plurality of pads, oriented in a particular manner
  • FIG. 14 illustrates an embodiment of the invention in a vernier
  • FIG. 15 illustrates an embodiment with two stacks
  • FIG. 16 illustrates a stud which has undergone a voluntary rotation
  • FIGS. 17 and 18 illustrate one embodiment of the invention, with tiles and peripheral surfaces
  • FIGS. 19a to 19d illustrate a first rectangular central region with four second regions associated with the four sides of the first central region (the references of the regions are indicated at each corner).
  • the calibration method comprises a step of manufacturing a test piece 100 on which measurements are then made.
  • the knowledge of these measurements makes it possible to know the deformations undergone by the optical path.
  • An automatic calibration system is then used, including for example a video acquisition device, for numerical analysis of the differences.
  • a mechanical preparation phase during which the printer is mechanically adjusted as accurately as possible.
  • a self-calibration phase during which the scale factor, the rotation of the head, etc. are measured.
  • the rotation of the head is precisely adjusted, but the scale factor is always wrong. Indeed, the sensor of the device is not focused in the plane of the material to be solidified.
  • the test piece 100 is manufactured using at least two set patterns M 1 and M 2, which are typically generated by means of masks.
  • the method aims to finely calibrate the 3D printer 10 by integrating manufacturing differences related to a poor superposition of effective patterns M'1, M'2 related to the set patterns M l, M2 due to deformation of the optical chain.
  • the XY plane corresponds to that of a layer of material to be solidified, that is to say that the piece is produced layer by layer in an XY plane, each layer having a thickness along the Z axis, typically 0.1mm.
  • the platform 40 is movable in translation along the Z axis within the tank 30 filled with material to be solidified, to allow the material to be solidified to come to cover the previous layer and allow a new solidification on a new layer.
  • the printer 10 comprises or is connected to a computing unit 50 comprising a memory 52 and processing means 54 such as a microprocessor.
  • the memory 22 may be removable.
  • the dashed arrows in Figure 1 represent electronic communications.
  • the memory 52 and / or the processing means is structurally mounted with the printer 10, or that it is both separate, in an independent computing unit 50, such as a personal computer.
  • the computing unit 50 is adapted to control in particular the print head, the displacement means, the masking means. This control is performed via the execution of a computer program product stored in the memory 52, which allows for example to launch a manufacturing software.
  • the part to be manufactured 100 requires at least two masks M 1, M 2, which will be applied in two different regions R 1 and R 2.
  • this mask pair principle M 1, M2 applies similarly (with suitable masks) for the other sides of the first region RI, to which other "second regions R2" are associated. More explanations will be given later.
  • the reference E2 applies to the manufacturing steps of said piece 100.
  • a first region R1 of a layer of material C1 is targeted by the print head 20 by means of displacement means 26.
  • the print head 20 displays a first mask for illuminating inside this region RI a zone Z of material according to a first pattern M l of setpoint, then illuminates this zone Z.
  • the pattern of setpoint M l corresponds to the part 100 to be manufactured.
  • FIG. 3 illustrates this step (scales not respected).
  • a second region R2 of a layer of material C1, C2 is targeted.
  • the second region R2 is not juxtaposed with the first region RI, but is partially superimposed. This means that there is a surface of matter that can be illuminated by the two patterns M1 and M2, despite the displacement of the sighting location.
  • the two regions R1 and R2 are not completely superimposed, that is to say that there is at least one area covered by the region R2 and not by the region RI.
  • the superimposition in X or Y direction of the XY plane is greater than 1% of the width of the superposed or superimposed region in this direction.
  • the layer of material concerned may either be the same as that of step E22, or another layer, after translation of the platform 40 in the tray 30 along the Z axis. This point will be detailed by the following.
  • the print head 20 displays a second mask for illuminating inside this region R2 the same zone Z of matter, that is to say the effective pattern M'I, according to a second pattern M2 setpoint. Indeed, the sighting site being moved, it is necessary to use another mask to be able to illuminate the same physical zone Z of the material to be solidified.
  • the set patterns M 1, M 2, as executed by the computing unit 50, are perfectly superimposed by design.
  • the two effective patterns M'1 and M'2 respectively will have differences.
  • differences one understands defects of superposition which are translated by physical differences, material offsets, such as distances ⁇ according to a line (axis of X, axis of Y, etc.), steps, etc. between the two effective patterns M'1 and M'2.
  • the piece 100 is manufactured and has defects related to the lack of fine calibration of the printer. From an analysis of the piece 100 of these defects, it is possible to know the deformations undergone by the optical path and to integrate these deformations in the computing unit 50.
  • the computing unit 50 generates design patterns for manufacturing which make it possible to have a three-dimensional printer 10 of the order n, calibrated to an accuracy of the order of n / 2 pm. More precisely, in a measurement step E3, the manufacturing differences between the two light projections of steps E23 and E26, that is to say the differences between the two effective patterns M'1 and M'2, are measured . The measurements made will be detailed later.
  • a step E4 the measurements relating to the differences are taken into account for calibrating the three-dimensional printer 10.
  • these measurements are entered as data in a program which is then executed by the calculation unit 50 , for example via a file that the program can read.
  • the calculation unit 50 then uses these data to apply the deformations allowing calibration. Step E4 is further explained later.
  • the two projection steps E23 and E26 are performed on the same layer C1. This means that there is no displacement along the Z axis of the platform 40 in the tray 30 between the two projection steps E23 and E26.
  • the second projection E26 only the parts not solidified by the first projection E23 will then solidify.
  • the measuring step E3 then consists in measuring the manufactured piece 100, which has dimensions greater than those related to the set patterns M 1 and M 2 which form the modeled piece. Indeed, as shown in Figure 4, the difference in X and Y of the second effective pattern M'2 enlarges the zone Z of solidified material.
  • FIG. 5 illustrates in an XZ or YZ plane the profile of the part 100 produced at the end of the fabrication steps. Embodiment on a different layer
  • the two projection steps E23 and E26 are on two different layers C1 and C2, that is to say that the tray 30 is moved along the axis Z.
  • an intermediate step Ei is provided between the projection steps E23 and the aiming step E25: during this step, the platform 40 is lowered by a height corresponding to a layer.
  • a scraper (not shown in the figures) can be used to accelerate the introduction of the new layer C2 material to solidify.
  • FIG. 4 still illustrates the difference in X and Y, but FIG. 5 illustrates in an XZ or XY plane the profile of the piece 100: this time we see the difference in Z related to the displacement of the platform 40.
  • the thickness of a layer C1, C2 is approximately 0.1 mm, it is possible to repeat the projection steps E23 using the first pattern M1 and E26 using the second pattern M2 for a second time. plurality of layers. It is also possible to change the layer thicknesses between two repetitions.
  • Figure 7 illustrates this embodiment, with constant thicknesses.
  • the aiming step E22 is performed, then the projection step E23 is performed a first time, then an intermediate step Ei layer change is performed, so as to descend the platform 40 in the tray 30 of the the thickness of a layer, and the projection step E23 is repeated, and so on.
  • the process continues with the displacement step E24 of the sighting location and the aim of the second region R2.
  • the projection step E26 is then performed, and then an intermediate layer change step Ei is performed, similarly to the intermediate layer change steps performed between two repetitions of the preceding projection step E23.
  • This embodiment makes it possible to obtain two macro-layers C1, C2 composed respectively of a plurality of layers C11 ...
  • FIG. 6 illustrates these macro-layers C1 and C2.
  • the steps E22 to E26 are repeated, to build a piece 100 with successive stacking of layers: a first layer or macro-layer C1 is manufactured with the first pattern M l (if necessary with the plurality of layers C11 ... C19), then a second or macro-layer C2 is produced with the second pattern M2 (optionally with the plurality of layers C21 ... C22), then a third layer or macro-layer C3 is manufactured with the first pattern M1 in the first region R1 and a fourth layer or macro-layer is manufactured with the second pattern M2 in the second region R2.
  • FIG. 8 illustrates the "comb” designed with three layers C1, C3 and C5 for the first pattern M1 and three layers C2, C4 and C6 for the second pattern M2. This makes it possible to repeat the layers and observe the differences several times. If the calibration is imperfect, the superposition differences between the effective patterns M'1 and M'2 will be repeated for each pair of layers, thus forming a "comb” effect. "Comb” manufacturing improves the visual rendering of defects and makes them more convenient to identify. This makes it possible to reduce the variability between operators, who will tend to obtain the same measurements at satisfactory levels of precision.
  • FIG. 9 shows the part 100 in the case of a perfectly calibrated printer 10: the layers C1 to C5 are aligned and no "comb" effect is observed. Non-alignment of the workpiece with the masking means
  • the orientation of certain surfaces of the part is chosen so as to drown out the pixel jump effect.
  • the setpoint patterns M 1 can be formed at the level of the masking means 27 by a matrix Mx of pixels P x aligned along at least one printing axis I.
  • this pixel matrix corresponds to the pixel matrix of the DLP ("Digital Light Processing").
  • the masking means 27 have another printing axis ⁇ orthogonal to the axis I.
  • a wall of a manufactured part is aligned, or supposed to be aligned, with the printing axis I or ⁇ , it happens because of the rounding calculation that a pixel is shifted instead of being aligned with the others (see Figure 11).
  • the pixel is the minimum size unit, it is not possible to turn on a half-pixel and we are left with a shift of one pixel.
  • a pixel generally measures 40pm and the desired accuracy is of the order of 20pm, which makes this shift unacceptable.
  • the pixel jump creates an error between the theoretical position of the setpoint pattern M and the actual position on the matrix Mx.
  • the minimum amount of contiguous pixels for zero averaging is the distance between two pixel hops.
  • the error is well diluted in the measurement, as shown in Figure 12.
  • the test piece 100 comprises a wall extending in an extension direction P which is not parallel to the printing axes I and ⁇ of the matrix Mx.
  • wall is meant a surface extending along the Z axis.
  • the direction of extension P extends at an angle a strictly between 0 and 90 °, that is to say that 0 and 90 ° are excluded, for example an angle between 1 and 89 °.
  • the angle a is between 5 and 85 °, or else 10 and 80 °, in order to ensure the dilution effect of FIG. 12.
  • the test piece 100 generally comprises a pad 110 of parallelepipedal or cubic shape.
  • the wall extending in the direction of extension P is then one of the four walls in which is included the Z axis.
  • the other walls are orthogonal, it is ensured that they verify the same angle conditions with the two printing axes I and ⁇ , that we take an angle or complementary or additional sound. If it is assumed that the print axes I and ⁇ are aligned with the X, Y axes of the marker, FIGS. 13 and 15 illustrate such studs 110 with angles a and ⁇ satisfying the aforementioned conditions.
  • the test piece 100 advantageously comprises a projecting stud 110, for which the measurements can be easily performed.
  • the test piece 100 comprises a plurality of studs 111 ... 119 in aligned projection (see FIG. 13, the studs could moreover be aligned with the matrix Mx, the vernier principle remaining the same) on each from which the measurements of step E3 will be carried out.
  • These pads 111 ... 119 are integral with a base 120 by one of their face (to facilitate measurements).
  • the base 120 is preferably flat.
  • These pads 111 ... 119 are all located in the first region R1 and the second region R2 and are designed using the first and second set patterns M1 and M2, as described above.
  • the predetermined deformation DP actually comprises a combination of two different functions DPI and DP2, one DPI applying to the first setpoint pattern M1 and the other DP2 applying to the second setpoint pattern M2, so that the superposition of the two respective effective patterns M'1 and M'2 depends on these two functions DPI and DP2, and in particular the difference of these two functions DP2-DP1.
  • predetermined deformation DP to designate the transformation of a set pattern M l relative to the other M2.
  • the setpoint pattern M 1 is projected with DPI and at a time t + 1, the setpoint pattern M2 is projected with DP2.
  • the effective taking into account of DPI and DP2 is done directly on the piece 100 during the measuring step and then in the program during the step of taking into account.
  • this predetermined deformation DP is applied progressively along the plurality of pads 111 ... 119: this means that the two studs in the end position have each undergone predetermined deformation DP extreme: that is to say either minimum and maximum, or maximum and meaning / opposite sign.
  • the manufacturing steps E2 of the workpiece 100 and in particular the two projection steps E23 and E26 generate defects or differences in superposition which are progressive along the plurality of studs 111 and 119. . There is thus a continuous and progressive variation of the differences between two successive studs, like the operation of a vernier.
  • the pad for which the differences are the weakest is identified.
  • weaker it is meant for example that the difference between the two effective patterns M'1 and M'2 has the least important value. This identification is facilitated by the progressivity and continuity of the evolution of the differences between two successive studs.
  • this predetermined transformation DP is used in an intermediate calculation step that generates an implementation transformation, which is implemented in the calibration program that is executed by the control unit. calculation.
  • the predetermined transformation DP is thus an analysis means for implementing a correction and thus performing the calibration.
  • a predetermined deformation DP ranging from -100pm to 100pm here along the X axis is applied to the alignment of pads 111 ... 119, with a linear variation for each pad, that is to say that the next pad undergoes a deformation of -80, then-60, etc. up to +60 and + 80pm.
  • it may be a function applying the identity to the first setpoint pattern M l and the values mentioned above to the second setpoint pattern M2, or a function applying -50 to +50 pm to the first set pattern. setpoint M l and a function applying +50 to -50 pm to the second setpoint pattern M2, so that the subtraction does a predetermined deformation of -100 to +100 pm.
  • the difference ⁇ moves in the same direction between two successive pads: it is positive for the DPs greater than 60 ⁇ m and is negative for the DPs equal to -80 ⁇ m and -100 ⁇ m.
  • the entire process can be repeated a second time, including the vernier mode. Indeed, it is unlikely that the value of the best deformation is that applied exactly to a plot. In the case of the previous example, it may be that +55 or + 64pm is better predetermined DP deformations. But these could not be tested since the incrementation between two studs was 10pm.
  • the method can be further repeated until the predetermined deformation DP is refined to a desired level of precision.
  • the predetermined deformations DP will induce differences, but the superposition will be perfect for the pad to which a predetermined deformation DP zero is imposed.
  • this pad 110 has a central position in alignment with the plurality, for reasons of symmetry.
  • the first stack Empl is manufactured.
  • a new projection step E23 is performed in an Rlbis region using a new first set pattern M lbis, and a new projection step E26 in a region R2bis using a new second reference pattern M2bis. Since the manufacturing conditions are the same, this supposes that the regions Rlbis and R2bis are partially superimposed.
  • the regions Rlbis and R2bis correspond to the preceding regions R1 and R2, respectively.
  • the information retrieved using the first stack Empl oriented differently with respect to the second stack Emp2 (for example Empl of an angle ⁇ and Emp2 of a different angle ⁇ modulo 180 °), makes it possible to define an error according to the direction of the angle a and the information recovered using the second stack Em2 makes it possible to define an error in the direction of the angle ⁇ ).
  • these two non-parallel directions make it possible to form a vector base for the XY plane.
  • the error is known for any transformation in the plane.
  • the orientation of the pads 111 ... 119 of the second stack Emp2 is changed compared to that of the pads 111 ... 119 of the first stack Empl.
  • the pads 110 are lamellae: those of the first stack Empl have an extension direction P oriented by an angle ⁇ and those of the second stack Emp2 have an extension direction P 'oriented by an angle ⁇ .
  • the angles a and ⁇ satisfy the conditions explained previously.
  • the extension directions P and P ' are generalized to other types of room 100.
  • This embodiment with two stacks Empl, Emp2 and in particular the two angles a and ⁇ advantageously applies to the vernier (remaining on the same regions RI and R2 obviously).
  • the test piece 100 extends near the edges of the region R and at several places in the region R, in order to obtain measurements at different locations in the region R.
  • the deformations in X and Y vary within the same region and it is better to be able to acquire a maximum of data with a only one and same test piece 100.
  • this makes it possible to establish average values that give for example access to the scale factor.
  • the part 100 may comprise the base 120 which follows the shape of the region R and a plurality of studs distributed on the base 120.
  • FIGS. 19a to 19d illustrate a part 100 generated by repeating for each of the sides of the first region RI the manufacturing steps of the part 100.
  • the measurement step E3 can be performed on a plurality of defined zones Z in a plurality of locations on the platform 40 on which the part is constructed.
  • the manufacturing step E2 of the method is carried out with a first region RI (center C) and a second region R2 (on the right D); in FIG. 19b, the manufacturing step E2 of the method is carried out with the first region RI (center C) and another second region R2 (at the top H); in Figure 19c, the manufacturing step E2 of the method is performed with the first region RI (central) and another second region R2 (left G); in Figure 19d, the manufacturing step E2 of the process is performed with the first region RI (central) and another second region R2 (bottom B).
  • the portion of the test piece 100 extending on the side in common is located within the superimposed surface.
  • Two embodiments can be developed: either the steps E22 to E25 are repeated for each part of the test piece 100 which is along one of the sides of the first region, or the steps E22 and E23 are performed once. for the four sides of the first region RI and only the steps relating to the displacement E24, the target E25 and the projection E26 at the second regions R2 are repeated for each of the one to three other sides of the first RI region.
  • Measurements are typically performed using a caliper, by a competent operator.
  • ⁇ and ⁇ ' are distinguished, which is a measure of a difference or a difference between two layers associated with the two patterns M'1 and M'2 respectively in the direction d extension P and an orthogonal direction, and the distance d and associated, which are distances from the workpiece 100 formed by the two effective patterns M'1 and M'2, which is therefore greater than the theoretical size of the workpiece 100 as modeled in computing unit 50.
  • ⁇ , ⁇ 'and d, d' can be measured at different places of the test piece 100.
  • other measures can be performed as a plurality of ⁇ , ⁇ 'over a distance from the workpiece 100, etc.
  • step E3 The measurements of step E3 are typically entered in a spreadsheet or text file. This file is used to enter the values to take into account to generate the corrections to apply.
  • optical corrections Two types are to be distinguished: so-called optical corrections and so-called local corrections.
  • Optical corrections are applied in the same way to all the tiles of the platform. Local corrections allow to apply different corrections depending on the tile considered. It is possible to act independently on each corner of each region of the platform 40. Whether the calibration pieces are being measured or verniers are observed, all the results are recorded in the spreadsheet file or text which makes it possible to study the statistics and to take into account the information relating to the method described.
  • Corrective factors are then calculated, differentiating what will be attributed to the optical correction and what will be attributed to the local corrections.
  • the optical corrections are applied directly thanks to a dedicated interface in the manufacturing software, the local corrections are generated by the spreadsheet or text file. These are files that make it possible to address the necessary corrections in the right place, at the corners of the RI, R2 regions of the entire platform 40.
  • the optical and local corrections work together and it is necessary to obtain good corrections for both for obtain a correct calibration.
  • the spreadsheet or text file may include the following structure and information:
  • o corrections are calculated to translate the regions relative to each other by imposing corrections in the four corners
  • This file is then exported in a format compatible with the manufacturing software, and then typically stored in a memory.
  • the set pattern M does not exploit all the theoretical area of the print head, but that it remains a make-up surface, used to serve as a "buffer" surface in which one can apply some corrections or to vary the location of the junctions between the different layers to obtain a more resistant part. This variation is typically random between two layers, or even zero.
  • the makeup surface extends on the periphery of the region R.
  • tile T which is the area that the setpoint pattern M is supposed to use and in which the patterns M are designed to be projected and defines a peripheral surface P, which corresponds to said makeup surface.
  • Fig. 17 illustrates the tile T and the peripheral surface P.
  • the T tile measures 70x40 mm.
  • the displacement E25 of the sighting location is configured so that the tiles T1 and T2 associated with the regions R1 and R2 are adjacent, contiguous (see Figure 18).
  • a portion of the peripheral surface P of the second region R2 is necessarily positioned in the first region RI, and the partial superposition is ensured. More precisely, when the two tiles T1 and T2 are adjacent, each peripheral surface PI, P2 of one region partially overlaps the tile T2, T1 of the other region.
  • the patterns M 1 and M 2 are configured so that, in the calibration method, the projection of light takes place in the peripheral zone P1 or P2 of at least one of the two regions R1, R2, the projection then being made in the tile T2 or T1, or in the peripheral zone P2 or PI of the other of the two regions R2, R1.

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Abstract

L'invention propose un procédé de calibration d'une imprimante tridimensionnelle (10), comprenant une étape (E2) de fabrication d'une pièce de test (100) ladite étape de fabrication (E2) comprenant les sous-étapes suivantes: - (E22) visée d'une première région (R1) d'une couche de matière (C1), - (E23) projection de lumière, pour illuminer dans la première région (R1) une zone (Z) de matière selon un premier motif (M1) de consigne censé correspondre à la pièce (100), - (E25) visée d'une deuxième région (R2) d'une couche de matière (C1, C2), ladite deuxième région étant partiellement superposée avec la première région (R1), - (E26) projection de lumière sur ladite deuxième région (R2), pour illuminer dans la deuxième région (R2) ladite même zone (Z) de matière selon un deuxième motif (M2) de consigne également censé correspondre à ladite pièce (100), le procédé comprenant ensuite les étapes suivantes: - (E3) mesure sur la pièce (100) des différences de fabrication entre les deux projections de lumière (E23, E26), - (E4) prise en compte de cette mesure des différences pour calibrer l'imprimante tridimensionnelle (10).

Description

Procédé de calibration d'une imprimante tridimensionnelle
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne le domaine de l'impression tridimensionnelle, dite impression 3D, à l'aide d'un dispositif appelé « imprimante 3D ».
En particulier, l'invention concerne les imprimantes 3D à source lumineuse mobile fabriquant un produit par assemblage juxtaposé de « tuiles ».
Plus précisément, l'invention concerne les procédés de calibration, c'est- à-dire les étapes nécessaires à la configuration de l'imprimante 3D pour générer un produit conforme au cahier des charges.
La figure 1 présente une imprimante 3D 10 comprenant une tête d'impression 20 et un bac 30 adapté pour recevoir de la matière à solidifier, telle que de la résine, au sein duquel est mobile verticalement une plateforme 40. La pièce est fabriqué sur la plateforme 40 couche par couche à mesure que la plateforme descend pour immerger la couche solidifiée dans la résine.
Une chaîne optique est définie, qui comprend la tête d'impression 20, elle-même comprenant une source lumineuse 22, qui peut éclairer par exemple un miroir 24 permettant de déplacer une région, communément appelée tuile, sur la surface du bac 30. L'image est dessinée à l'intérieur de la région, suite à la solidification de la matière par illumination. La région est typiquement carrée ou rectangulaire.
La tête d'impression 20 est mobile (voir flèches). Certaines imprimantes utilisent par exemple des rails de guidage 28 sur lesquels la tête d'impression peut se translater.
On se référera plus généralement à des moyens de déplacement 26 qui permettent de déplacer la zone éclairée sur la résine. Selon les modes de réalisation, les moyens de déplacement 26 peuvent comprennent le miroir 24, les rails de guidage pour déplacer la tête d'impression par exemple, ou tout autre dispositif adapté. L'image est créée à l'aide d'un masque 27. Le masque 27 va permettre de créer un motif de consigne dans la région visée à l'aide de la source lumineuse. Selon les imprimantes 3D, le masque peut être créé au sein même de la source lumineuse, par des systèmes de projection connus.
On distingue le motif de consigne M, qui est le motif souhaité et généré par le masque 27, du motif effectif M' de fabrication, qui est la forme générée à l'issue de la solidification de la couche. Le motif effectif M' correspond au motif de consigne M souhaité qui a subi des déformations le long du chemin optique.
De ce fait, lorsque le miroir et/ou la tête d'impression déplace(nt) la tuile, il est notamment nécessaire de s'assurer que le recollement entre deux tuiles est parfait. Sinon, une pièce qui occupe plusieurs tuiles, c'est-à-dire une pièce qui s'étend à cheval sur deux tuiles et qui nécessitera de déplacer le chemin optique entre deux solidifications, présentera des défauts : différences, problème de côtes, jointures défaillantes. ETAT DE L'ART
Une des solutions évidentes consiste à régler l'imprimante le plus précisément possible. Malgré cela, il est généralement nécessaire d'effectuer une étape de calibration pour régler différents types de problèmes : erreurs dues aux systèmes de mesure de position, déformations des barres de guidage de la tête d'impression, torsion du miroir due à la barre de guidage, facteur d'échelle incorrect (mauvaise distance focale de la tête d'impression) .
On connaît un procédé de calibration qui implique la fabrication d'une pièce 100 comprenant un plot cubique 110 en saillie positionné à cheval sur deux régions RI, R2 juxtaposées. La figure 2 représente une telle pièce. Un premier motif M l sur une première région RI permet de fabriquer une partie du cube et un deuxième motif M2 dans une deuxième région R2 accolée (juxtaposée) à la première permet de fabriquer l'autre partie du plot cubique 110. Néanmoins, du fait du recollement imparfait, le plot n'est pas réellement cubique mais comporte deux parties parallélépipédiques légèrement décalées d'une distance δ l'une par rapport à l'autre. Par la suite, une mesure de cette différence sur divers plots situés dans la région permet de connaître les déformations subies par le motif de consigne le long du chemin optique. Ces déformations sont ensuite prises en compte dans des moyens de calculs pour que la fabrication des pièces suivantes soit améliorée. Concrètement, cela signifie que les nouveaux motifs de consigne utilisés correspondent aux motifs de consigne respectifs précédents auxquels des transformations mathématiques sont appliquées, ces transformations étant connus grâce aux mesures de différence.
Néanmoins, la mesure des différences se fait généralement à la main avec un pied à coulisse et n'est pas suffisamment précises avec ce type de procédé.
De telles méthodes de calibration soulèvent des problèmes d'arrondis de pixels, nécessitent de mesurer beaucoup de plots sur la pièce pour lisser les erreurs de mesure, sont peu répétables d'un opérateur à l'autre et prennent beaucoup de temps pour une machine de taille importante.
PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention repose sur un principe de superposition volontaire de zone éclairée pour mettre en avant des erreurs de calibration.
A cette fin, l'invention propose un procédé de calibration d'une imprimante tridimensionnelle, ladite imprimante mettant en œuvre une fabrication par empilement de couche de matière, l'imprimante comprenant une chaîne optique comprenant une source de lumière, des moyens de masquage sélectif de la lumière permettant de mettre en œuvre un motif de consigne, et des moyens de déplacement, pour projeter sur une région de la matière à solidifier le motif de consigne, ladite projection projetant la lumière selon un motif effectif qui peut présenter des différences avec ledit motif de consigne,
ledit procédé comprenant une étape de fabrication d'une pièce de test ladite étape de fabrication comprenant les sous-étapes suivantes :
visée d'une première région d'une couche de matière,
projection de lumière, pour illuminer dans la première région une zone de matière selon un premier motif de consigne censé correspondre à la pièce,
déplacement du lieu de visée à l'aide des moyens de déplacement,
visée d'une deuxième région d'une couche de matière, ladite deuxième région étant partiellement superposée avec la première région,
projection de lumière sur ladite deuxième région, pour illuminer dans la deuxième région ladite même zone de matière selon un deuxième motif de consigne également censé correspondre à ladite pièce,
le procédé comprenant ensuite les étapes suivantes :
mesure sur la pièce des différences de fabrication entre les deux projections de lumière, lesdites différences étant notamment liées au déplacement du lieu de visée,
prise en compte de cette mesure des différences pour calibrer l'imprimante tridimensionnelle.
L'invention peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- la projection à l'aide du deuxième motif se fait sur la même couche que la projection à l'aide du premier motif,
- l'étape de mesure sur la pièce des différence de fabrication comprenant une étape de mesure de la dimension de ladite pièce et une étape de comparaison de cette mesure avec la pièce correspondant aux motifs de consigne, - la projection à l'aide du deuxième motif se fait sur une autre couche que la projection à l'aide du premier motif, la superposition permettant de créer deux couches l'une sur l'autre et provoquant une différence entre les deux zones éclairées,
- l'étape de mesure sur la pièce comprenant une étape d'analyse des différences des couches,
- la projection à l'aide du premier motif est répétée pour une pluralité de couches, et
- la projection à l'aide du deuxième motif est répétée pour une pluralité de couches, de façon à obtenir une différence plus visible,
- la pièce comprend une pluralité de plots alignés, et dans lequel une déformation prédéterminée est appliquée à chaque plot de la pluralité de plots à l'aide des premier et deuxième motifs, ladite déformation prédéterminée étant appliquée de façon progressive sur la pluralité de plots, de sorte que l'étape de projection à l'aide du deuxième motif génère des défauts de superposition progressifs entre plots successifs de la pluralité de plots, et dans lequel :
- l'étape de mesure des défauts comprend une identification, le moins de différence,
- l'étape de prise en compte prend en compte la déformation prédéterminée appliquée audit plot identifié à l'étape précédente,
- le procédé est répété une deuxième fois après avoir été effectué une première fois, le premier et le deuxième motif de la deuxième occurrence comprenant les corrections intégrées par l'étape de prise en compte de la première occurrence,
- lors de la deuxième occurrence, l'amplitude de la déformation prédéterminée sur le long de la pluralité de plots est plus faible que celle de la première occurrence, de façon à améliorer la précision du calibrage, - Le procédé consiste à, après fabrication d'un premier empilement de la pièce, à fabriquer un deuxième empilement en répétant les étapes de fabrication avec un nouveau premier et un nouveau second motif pour former un deuxième empilement de la pièce sur le premier empilement déjà réalisé, l'étape de mesure des défauts consistant alors à analyser les défauts des deux empilements de la pièce,
- les motifs sont formés par une matrice de pixels alignés selon au moins un axe d'impression et dans lequel la pièce comprend une paroi s'étendant selon une direction d'extension, caractérisé en que la direction d'extension est orientée d'un angle compris strictement entre 1 et 89° par rapport à l'axe d'impression préférablement 5 et 85°, et préférablement 10 et 80°,
- le deuxième empilement comprend une paroi s'étendant selon une direction d'extension, ladite direction d'extension du deuxième empilement n'étant pas parallèle à la direction d'extension du premier empilement,
- la pièce comprend au moins un plot, le plot étant une lamelle dont une paroi principale s'étend selon la direction d'extension,
- la pièce comprend au moins un plot, le plot étant un cube dont une paroi s'étend selon la direction d'extension,
- chaque région éclairée se compose d'une de :
une tuile d'éclairage qui est strictement incluse dans ladite région (R) et configuré pour projeter le motif de consigne, et
une surface périphérique, correspondant à une surface d'appoint pour ajuster la fabrication, l'étape de déplacement du lieu de visée placent la tuile de la deuxième région (R2) de façon sensiblement contigue à la tuile de la première région,
et dans lequel la zone de matière se situe dans la surface périphérique des deux régions,
- les régions ont une forme rectangulaire définissant quatre côtés,
- la pièce de test s'étend le long de chaque côté des régions,
- une deuxième région partiellement superposée à la première région est définie pour chacun des un à trois autres côtés de la première région,
- l'étape de fabrication est répétée pour chacun des un à trois autres côtés de la première région avec la deuxième région associée,
- l'étape de mesure est effectuée à l'issue de la répétition de l'étape de fabrication sur l'ensemble des zones de la pièce de test,
L'invention propose aussi une imprimante tridimensionnelle, comprenant une unité de calcul comprenant une mémoire et des moyens de traitement, ladite unité de calcul étant configurée pour stocker un programme de calibration à l'aide de la mémoire et pour permettre la mise en œuvre d'un procédé tel que décrit précédemment à l'aide des moyens de traitement.
L'invention propose aussi un produit programme d'ordinateur, destiné à être exécuté par une unité de calcul informatique, caractérisé en ce que le produit programme d'ordinateur comprend une série d'étapes pour faire exécuter par l'unité de calcul informatique les étapes de visée, de projection et de déplacement d'un des procédés tel que décrit précédemment. PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels :
- La figure 1 représente une imprimante tridimensionnelle,
- La figure 2 représente une pièce de calibration fabriquée selon des procédés connus de l'art antérieur,
- Les figures 3 et 4 représentent différentes sous-étapes d'un procédé conforme à l'invention
- La figure 5 représente un mode de réalisation de l'invention, appliqué sur une même couche,
- La figure 6 représente un autre mode de réalisation de l'invention, appliqué sur deux couches différentes,
- La figure 7 représente un mode de réalisation dans lequel une macro-couche est formée par solidification successive à l'aide d'un même motif.
- Les figures 8 et 9 représentent un même mode de réalisation, dans lequel l'alternance des motifs forme respectivement un « peigne » à cause d'une calibration imparfaite qui empêche une superposition stricte (figure 8), et une superposition parfaite, dans le cas idéal d'une calibration parfaite (figure 9),
- La figure 10 illustre une matrice de moyen de masquage,
- La figure 11 illustre un saut de pixel,
- La figure 12 illustre la ligne de courbe avec saut de pixel « dilué »,
- La figure 13 illustre une pièce de test avec une pluralité de plots, orientés de façon particulière,
- La figure 14 illustre un mode de réalisation de l'invention en vernier,
- La figure 15 illustre un mode de réalisation avec deux empilements,
- La figure 16 illustre un plot qui a subi une rotation volontaire, - Les figures 17 et 18 illustrent un mode de réalisation de l'invention, avec des tuiles et des surfaces périphériques,
- Les figures 19a à 19d illustrent une première région centrale rectangulaire avec quatre deuxièmes régions associées aux quatre côtés de la première région centrale (les références des régions sont indiquées à chaque angle).
DESCRIPTION DETAILLEE L'imprimante tridimensionnelle 10 présentée en introduction sera reprise ici.
Le procédé de calibration comprend une étape de fabrication d'une pièce de test 100 sur laquelle des mesures sont ensuite effectuées. La connaissance de ces mesures permet de connaître les déformations subies par le chemin optique.
Avant la mise en œuvre de la fabrication de la pièce, des étapes préliminaires El de calibrage automatique sont généralement effectuées. Un système de calibration automatique est alors utilisé, comprenant par exemple un dispositif d'acquisition vidéo, pour analyse numérique des différences. A ce titre, on peut citer une phase de préparation mécanique pendant laquelle l'imprimante est mécaniquement ajustée le plus précisément possible. Ensuite, une phase d'auto-calibration, durant laquelle le facteur d'échelle, la rotation de la tête, etc. sont mesurés. A l'issu de cette étape, la rotation de la tête est précisément réglée, mais le facteur d'échelle est systématiquement faux. En effet, le capteur du dispositif n'est pas focalisé dans le plan de la matière à solidifier.
On remarque néanmoins toujours des défauts liés au système de calibration automatique Ces premières étapes de calibration consistent à régler notamment l'inclinaison du miroir (tangage et roulis). Ces étapes sont connues de l'homme du métier et ne seront pas détaillées ici.
Enfin, une calibration fine de l'imprimante tridimensionnelle est réalisée.
La pièce de test 100 est fabriquée à l'aide d'au moins deux motifs de consigne M l et M2, qui sont générés typiquement au moyen de masques.
Le procédé vise à calibrer finement l'imprimante 3D 10 en intégrant les différences de fabrication liées à une mauvaise superposition de motifs effectifs M'1, M'2 liés aux motifs de consigne M l, M2 dues aux déformations de la chaîne optique.
On définit trois axes X, Y, Z. Le plan X-Y correspond à celui d'une couche de matière à solidifier, c'est-à-dire qu'on fabrique la pièce couche par couche dans un plan X-Y, chaque couche ayant une épaisseur selon l'axe Z, typiquement de 0,1mm.
La plateforme 40 est mobile en translation selon l'axe Z au sein du bac 30 rempli de matière à solidifier, pour permettre à la matière à solidifier de venir recouvrir la couche précédente et permettre une nouvelle solidification sur une nouvelle couche.
L'imprimante 10 comprend ou est reliée à une unité de calcul 50 comprenant une mémoire 52 et des moyens de traitement 54 comme un micro-processeur. La mémoire 22 peut être amovible. Les flèches en pointillés sur la figure 1 représentent des communications électroniques.
Il est possible que la mémoire 52 et/ou les moyens de traitement soit structurellement montés avec l'imprimante 10, ou bien qu'il soit tous les deux à part, dans une unité de calcul 50 indépendante, telle qu'un ordinateur personnel. L'unité de calcul 50 est adaptée pour piloter notamment la tête d'impression, les moyens de déplacement, les moyens de masquage. Ce pilotage est effectué via l'exécution d'un produit-programme d'ordinateur stockée dans la mémoire 52, qui permet par exemple de lancer un logiciel de fabrication.
La pièce à fabriquer 100 nécessite au moins deux masques M l, M2, qui seront appliqués dans deux régions RI et R2 différentes. En pratique, ce principe de couple de masques M l, M2 s'applique similairement (avec des masques adaptés) pour les autres côtés de la première région RI, auxquels d'autres « deuxièmes régions R2 » sont associées. Davantage d'explications seront données par la suite. En particulier, on distingue les jonctions selon l'axe des X et les jonctions selon l'axe des Y. La référence E2 s'applique aux étapes de fabrication de ladite pièce 100.
Dans une sous-étape E22, une première région RI d'une couche de matière Cl est visée par la tête d'impression 20 à l'aide des moyens de déplacement 26.
Dans une sous-étape E23, la tête d'impression 20 affiche un premier masque pour illuminer à l'intérieur de cette région RI une zone Z de matière selon un premier motif M l de consigne, puis illumine cette zone Z. Le motif de consigne M l correspond à la pièce 100 qui doit être fabriquée.
La figure 3 illustre cette étape (échelles non respectées).
La zone Z, qui correspond au motif effectif M'1, effectivement éclairée et solidifiée y est hachurée. Un hachurage simple signifie que la matière solidifiée a été solidifiée une fois et un hachurage double signifie que la matière solidifiée a été éclairée deux fois. Par « éclairée deux fois », on entend « illuminée » deux fois. En effet, on ne note pas d'augmentation de la solidification ou de la densité en éclairant à nouveau une pièce solidifiée. Ensuite, dans une étape E24, le lieu de visée est déplacé. En effet, s'agissant d'un procédé de calibration destiné à régler le plus finement l'imprimante pour ajuster les tuiles, cette étape est nécessaire pour provoquer des différences qui doivent ensuite être analysées. A cette fin, les moyens de déplacement sont activés (tête d'impression qui se déplace, miroir qui s'incline, etc.).
Dans une sous-étape E25 illustrée en figure 4, suite au déplacement de l'étape E24, une deuxième région R2 d'une couche de matière Cl, C2 est visée. La deuxième région R2 n'est pas juxtaposée à la première région RI, mais est partiellement superposée. Cela signifie qu'il existe une surface de matière qui peut être éclairée par les deux motifs M l et M2, malgré le déplacement du lieu de visée.
Par partiellement, on signifie que les deux régions RI et R2 ne sont pas complètement superposées, c'est-à-dire qu'il existe au moins une surface couverte par la région R2 et non par la région RI . En outre, il s'agit d'une superposition significative pour permettre la fabrication d'une pièce au sein de cette zone Z superposée autorisant des mesures satisfaisantes pour obtenir une calibration précise. Par exemple, la superposition selon une direction X ou Y du plan XY est supérieure à 1% de la largeur de la région superposée ou superposante dans cette direction.
On notera ici que la couche de matière concernée peut soit être la même que celle de l'étape E22, soit une autre couche, après translation de la plateforme 40 au sein du bac 30 selon l'axe des Z. Ce point sera détaillé par la suite.
Dans une sous-étape E26, la tête d'impression 20 affiche un deuxième masque pour illuminer à l'intérieur de cette région R2 la même zone Z de matière, c'est-à-dire le motif effectif M'I, selon un deuxième motif M2 de consigne. En effet, le lieu de visée étant déplacé, il est nécessaire d'utiliser un autre masque pour pouvoir illuminer la même zone physique Z de la matière à solidifier.
Contrairement à l'art antérieur, au lieu d'utiliser deux motifs de consigne M l et M2 qui sont juxtaposés mais dont les motifs effectifs M'1, M'2 sont légèrement décalés (pour former une pièce telle que représentée en figure 2), on cherche ici à superposer les deux motifs M l, M2 au niveau de la zone Z correspondant à la pièce 100 en cours de fabrication.
Les motifs de consigne M l, M2, tel qu'exécutés par l'unité de calcul 50, sont parfaitement superposés par conception. En revanche, à cause des distorsions subis par le chemin optique suite aux déplacements du lieu de visée et des défauts liés à l'optique elle-même, les deux motifs effectifs M'1 et M'2 respectifs présenteront des différences. Par différences, on entend des défauts de superposition qui se traduisent par des écarts physiques, des décalages matériels, tels que des distances δ selon une droite (axe des X, axe des Y, etc.), des marches, etc. entre les deux motifs effectifs M'1 et M'2.
Dans un cas idéal, c'est-à-dire une imprimante parfaitement calibrée, les deux motifs effectifs M'1, M'2 sont parfaitement alignés et superposés.
A l'issue de ces sous-étapes E22 à E26, la pièce 100 est fabriquée et comporte des défauts liés à l'absence de calibration fine de l'imprimante. A partir d'une analyse sur la pièce 100 de ces défauts, il est possible de connaître les déformations subies par le chemin optique et d'intégrer ces déformations dans l'unité de calcul 50. Ainsi, l'unité de calcul 50 génère des motifs de consigne pour la fabrication qui permettent d'avoir une imprimante tridimensionnelle 10 de l'ordre n, calibrée à une précision de l'ordre de n/2 pm. Plus précisément, dans une étape E3 de mesure, les différences de fabrication entre les deux projections de lumière des étapes E23 et E26, c'est-à-dire les différences entre les deux motifs effectifs M'1 et M'2, sont mesurées. Les mesures effectuées seront détaillées par la suite.
Enfin, dans une étape E4, les mesures relatives aux différences sont prises en compte pour calibrer l'imprimante tridimensionnelle 10. En d'autres termes, ces mesures sont entrées comme données dans un programme qui est ensuite exécuté par l'unité de calcul 50, par exemple via un fichier que le programme peut lire. L'unité de calcul 50 utilise ensuite ces données pour appliquer les déformations permettant de calibration. L'étape E4 est davantage explicitée par la suite.
Mode de réalisation sur une même couche
Dans un mode de réalisation, les deux étapes de projection E23 et E26 sont effectuées sur la même couche Cl . Cela signifie qu'il n'y a pas de déplacement selon l'axe Z de la plateforme 40 au sein du bac 30 entre les deux étapes de projection E23 et E26. En d'autres termes, la fabrication à l'aide du deuxième motif de consigne M2 avec la même couche de matière que la fabrication du premier motif de consigne M l . Lors de la deuxième projection E26, seules les parties non solidifiées par la première projection E23 vont alors se solidifier.
L'étape de mesure E3 consiste alors à mesurer la pièce 100 fabriquée, qui a des dimensions supérieures à celles liées aux motifs de consigne M l et M2 qui forment la pièce modélisée. En effet, comme représenté en figure 4, la différence en X et Y du deuxième motif effectif M'2 agrandit la zone Z de matière solidifiée.
La figure 5 illustre dans un plan XZ ou YZ le profil de la pièce 100 fabriquée à l'issue des étapes de fabrications. Mode de réalisation sur une couche différente
Dans un autre mode de réalisation, les deux étapes de projection E23 et E26 se font sur deux couches Cl et C2 différentes, c'est-à-dire que le bac 30 est déplacé selon l'axe des Z. Pour cela, une étape intermédiaire Ei est prévue entre les étapes de projection E23 et l'étape de visée E25 : durant cette étape, la plateforme 40 est abaissée d'une hauteur correspondant à une couche. Un racleur (non représenté sur les figures) peut être utilisé pour accélérer la mise en place de la nouvelle couche C2 de matière à solidifier.
La figure 4 illustre toujours la différence en X et Y, mais la figure 5 illustre dans un plan XZ ou XY le profil de la pièce 100 : on y voit cette fois-ci la différence en Z lié au déplacement de la plateforme 40.
L'épaisseur d'une couche Cl, C2 étant d'environ 0,1 mm, il est possible de répéter les étapes de projection E23 à l'aide du premier motif M l et E26 à l'aide du second motif M2 pour une pluralité de couches. Il est aussi possible de changer les épaisseurs de couches entre deux répétitions.
La figure 7 illustre ce mode de réalisation, avec des épaisseurs constantes.
Ainsi, l'étape de visée E22 est effectuée, puis l'étape de projection E23 est effectuée une première fois, puis une étape intermédiaire Ei de changement de couche est effectuée, de façon à descendre la plateforme 40 au sein du bac 30 de l'épaisseur d'une couche, et l'étape de projection E23 est répétée, et ainsi de suite. Une fois l'épaisseur souhaitée, le procédé continue avec l'étape de déplacement E24 du lieu de visée et la visée de la deuxième région R2. L'étape de projection E26 est ensuite effectuée, puis une étape intermédiaire Ei de changement de couche est effectuée, similairement aux étapes intermédiaires de changement de couche effectuées entre deux répétitions de l'étape de projection E23 précédente. Comme le chemin optique reste identique durant ces changements de couches et comme le motif reste identique, les mêmes défauts se reproduisent à l'identique. Ce mode de réalisation permet d'obtenir deux macro-couches Cl, C2 composées respectivement d'une pluralité de couches C11...C19, C21...C29. La figure 6 illustre ces macro-couches Cl et C2. Dans un autre mode de réalisation, qui est complémentaire des précédents, les étapes E22 à E26 sont répétées à la suite, pour construire une pièce 100 avec empilement successif de couches : une première couche ou macro-couche Cl est fabriquée avec le premier motif M l (le cas échéant avec la pluralité de couches C11...C19), puis une deuxième ou macro-couche C2 est fabriquée avec le second motif M2 (le cas échéant avec la pluralité de couches C21...C22), puis une troisième couche ou macro-couche C3 est fabriquée avec le premier motif M l dans la première région RI et une quatrième couche ou macrocouche est fabriquée avec le deuxième motif M2 dans la deuxième région R2.
La figure 8 illustre le « peigne » conçu avec trois couches Cl, C3 et C5 pour le premier motif M l et trois couches C2, C4 et C6 pour le deuxième motif M2. Cela permet de répéter les couches et d'observer plusieurs fois les différences. Si la calibration est imparfaite, les différences de superposition entre les motifs effectifs M'1 et M'2 vont se répéter pour chaque couple de couche, formant ainsi un effet « peigne ». Un fabrication en « peigne » améliore le rendu visuel des défauts et permet de les identifier plus commodément. Cela permet de faire diminuer la variabilité entre opérateurs, qui auront tendance à obtenir les mêmes mesures à des degrés de précision satisfaisant.
La figure 9 représente la pièce 100 dans le cas d'une imprimante 10 parfaitement calibrée : les couches Cl à C5 sont alignées et aucun effet « peigne » n'est observé. Non-alignement de la pièce de fabrication avec les moyens de masquage
Dans un mode de réalisation, l'orientation de certaines surfaces de la pièce est choisie de façon à noyer l'effet de saut de pixel.
En effet, comme représenté en figure 10, les motifs de consigne M, peuvent être formés au niveau des moyens de masquage 27 par une matrice Mx de pixels Px alignés selon au moins un axe d'impression I. Typiquement, cette matrice de pixel correspond à la matrice de pixel du DLP (« Digital Light Processing »). En pratique, les moyens de masquage 27 possèdent un autre axe d'impression Γ orthogonal à l'axe I.
Lorsqu'une paroi d'une pièce fabriquée est alignée, ou censée être alignée, avec l'axe d'impression I ou Γ, il arrive du fait des arrondis de calcul qu'un pixel soit décalé au lieu d'être aligné avec les autres (voir figure 11). Or, le pixel étant l'unité de taille minimum, il n'est pas possible d'allumer un demi-pixel et on se retrouve avec un décalage d'un pixel. Un pixel mesure généralement 40pm et la précision recherchée est de l'ordre de 20pm, ce qui rend ce décalage non acceptable.
A cette fin, il existe un intérêt à ne pas avoir de paroi alignée avec l'axe d'impression I ou Γ. En effet, lorsque la ligne est quasi-parallèle à un des axes d'impression I ou Γ, les sauts de pixels sont éloignés les uns des autres, comme représenté en figure 11 : on observe un nombre important de pixels Px alignés avant qu'un saut en se produise (jusqu'à plusieurs centimètres parfois), ce qui crée un biais de mesure en fonction de la position de la prise de la mesure.
Le saut de pixel crée une erreur entre la position théorique du motif de consigne M et la position réelle allumée sur la matrice Mx. Pour une ligne droite, la quantité minimum de pixels contigus permettant d'obtenir une moyenne nulle est la distance entre deux sauts de pixels. A cette fin, il existe un intérêt à ne pas avoir de paroi alignée avec l'axe d'impression I ou Γ. En effet, une ligne non-parallèle créera des sauts de pixels très fréquents et plus rapprochés, ce qui aura pour vertu de réduire le nombre de pixels Px contigus nécessaires pour avoir une erreur d'arrondi nulle en moyenne. Devant la taille de l'outil de mesure (lame de quelques millimètres), l'erreur est bien diluée dans la mesure, comme représenté en figure 12.
Pour cela, la pièce de test 100 comprend une paroi s'étendant selon une direction d'extension P qui n'est pas parallèle aux axes d'impression I et Γ de la matrice Mx. Par paroi, on entend une surface s'étendant selon l'axe des Z.
Par rapport à l'axe d'impression I, on définit que la direction d'extension P s'étend selon un angle a strictement compris entre 0 et 90°, c'est-à- dire que 0 et 90° sont exclus, par exemple un angle a compris entre 1 et 89°. Avantageusement, l'angle a est compris entre 5 et 85°, ou encore 10 et 80°, afin d'assurer l'effet de dilution de la figure 12.
La pièce de test 100 comprend généralement un plot 110 de forme parallélépipédique ou cubique. La paroi s'étendant selon la direction d'extension P est alors une des quatre parois dans laquelle est inclus l'axe des Z. Comme les autres parois sont orthogonales, on est assuré qu'elles vérifient les mêmes conditions d'angles avec les deux axes d'impression I et Γ, que l'on prenne un angle ou son complémentaire ou son supplémentaire. Si on suppose que les axes d'impression I et Γ sont alignés avec les axes X, Y du repère, les figure 13 et 15 illustrent de tels plots 110 avec des angles a et β vérifiant les conditions précités.
Parmi les formes préférentielles, on distingue le plot cubique, le plot parallélépipédique et le plot en lamelle, qui est un plot parallélépipédique avec une dimension nettement plus faible que l'autre dans le plan XY. Toutes ces formes présentent l'intérêt d'avoir des faces orthogonales deux à deux, conformément au paragraphe précédent. Le vernier
A présent, le mode « vernier » va être décrit, en relation avec les figures 13 et 14.
Comme indiqué précédemment, la pièce de test 100 comprend avantageusement un plot 110 en saillie, pour lequel les mesures peuvent être facilement effectuées. Dans un mode de réalisation, la pièce de test 100 comprend une pluralité de plot 111...119 en saillie alignés (voir figure 13, les plots pourraient par ailleurs être alignés avec la matrice Mx, le principe de vernier restant identique) sur chacun duquel seront effectuées les mesures de l'étape E3. Ces plots 111...119 sont solidaires d'un socle 120 par une de leur face (afin de faciliter les mesures). Le socle 120 est préférablement plan. Ces plots 111...119 sont tous situés dans la première région RI et la deuxième région R2 et sont conçus à l'aide des premiers et deuxième motifs de consigne M l et M2, tels que décrits précédemment.
A chaque plot, une déformation prédéterminée DP différente est appliquée à l'aide de l'unité de calcul 50 sur les motifs de consigne Ml et M2. La déformation prédéterminée DP comprend en réalité une combinaison de deux fonctions DPI et DP2 différentes, l'une DPI s'appliquant sur le premier motif de consigne M l et l'autre DP2 s'appliquant sur le deuxième motif de consigne M2, de sorte que la superposition des deux motifs effectifs respectifs M'1 et M'2 dépend de ces deux fonctions DPI et DP2, et notamment de la différence de ces deux fonctions DP2-DP1. On parlera de déformation prédéterminée DP pour désigner la transformation d'un motif de consigne M l par rapport à l'autre M2. Ainsi, à un instant t, le motif de consigne M l est projeté avec DPI et à un instant t+1, le motif de consigne M2 est projeté avec DP2. La prise en compte effective de DPI et DP2 est faite directement sur la pièce 100 lors de l'étape de mesure et ensuite dans le programme lors de l'étape de prise en compte.
En outre, cette déformation prédéterminée DP est appliquée de façon progressive le long de la pluralité de plots 111...119 : cela signifie que les deux plots en position extrémale ont chacun subi des déformations prédéterminées DP extrémale : c'est-à-dire soit minimale et maximale, soit maximale et de sens/signe contraire.
Du fait de ces déformations prédéterminées DP, les étapes de fabrication E2 de la pièce 100 et notamment les deux étapes de projection E23 et E26 génèrent des défauts ou des différences de superposition qui sont progressifs le long de la pluralité de plots 111...119. On observe ainsi une variation continue et progressive des différences entre deux plots successifs, à l'instar du fonctionnement d'un vernier.
Lors de l'étape de mesure E3, qui permet de relever ces différences, le plot pour lequel les différences sont les plus faibles est identifié.
Par plus faible, on entend par exemple que la différence entre les deux motifs effectifs M'1 et M'2 possède la valeur la moins importante. Cette identification est facilitée par la progressivité et la continuité de l'évolution des différences entre deux plots successifs.
La connaissance de ce plot, et de sa position le long de la pluralité de plot 111...119 dans les régions RI et R2, permet de connaître la déformation à appliquer qui génère le moins de différence. On rappelle que la transformation prédéterminée DP appliquée à chaque plot (plus exactement les fonctions DPI et DP2 appliquées aux deux motifs de consigne M l et M2) est connue.
Ainsi, lors de l'étape de prise en compte E4, cette transformation prédéterminée DP est utilisée dans une étape intermédiaire de calcul qui génère une transformation d'implémentation, qui elle est implémentée dans le programme de calibration qui est exécuté par l'unité de calcul . La transformation prédéterminée DP est ainsi un moyen d'analyse pour implémenter une correction et effectuer ainsi la calibration . A titre d'exemple représenté en figure 14 (pas à l'échelle, avec moins de plots et des différences exagérées), une déformation prédéterminée DP allant de -lOOpm à lOOpm ici selon l'axe des X est appliquée à l'alignement de plots 111...119, avec une variation linéaire pour chaque plot, c'est-à-dire que le plot suivant subit une déformation de -80, puis - 60, etc. jusqu'à +60 et +80pm. En pratique, il peut s'agir d'une fonction appliquant l'identité au premier motif de consigne M l et les valeurs citées précédemment au deuxième motif de consigne M2, ou bien une fonction appliquant -50 à +50 pm au premier motif de consigne M l et une fonction appliquant +50 à -50 pm au deuxième motif de consigne M2, de sorte que la soustraction fasse bien un déformation prédéterminée de -100 à +100 pm.
On distingue sur la figure 14 que la différence δ évolue dans le mêmes sens entre deux plots successifs : il est positif pour les DP supérieures à 60pm et est négatif pour les DP égales à -80pm et -lOOpm.
Après mesure, il s'avère par exemple qu'il s'agit du plot +60pm qui possède le moins de déformation . Cette déformation est ensuite adaptée puis intégrée.
Il peut survenir de brusques variations des différences, voire des inversions, entre deux plots successifs : cela signifie que la transformation prédéterminée choisie n'est pas exploitable pour l'effet vernier recherché.
L'ensemble du procédé peut être répété une deuxième fois, y compris le mode vernier. En effet, il est peu probable que la valeur de la meilleure déformation soit celle appliquée exactement à un plot. Dans le cas de l'exemple précédent, il se peut que +55 ou +64pm soit de meilleures déformations prédéterminée DP. Mais ces dernières n'ont pas pu être testées puisque l'incrémentation entre deux plots était de 10pm.
Ainsi, en répétant le procédé en appliquant cette fois une transformation prédéterminée DP allant de -20pm à +20pm à la même pluralité de plots 111...119, on peut affiner la valeur. On rappelle ici que la transformation prédéterminée DP précédente de 60pm a été intégrée dans l'étape E4 précédente, d'où une nouvelle transformation ici centrée en 0. En pratique, cela signifie que le vernier teste cette fois les transformations comprises entre +40 et +80, en ayant des plots à des valeurs intermédiaires plus fines que précédemment (par exemple +44, +48, ...+76, +80pm, contre seulement +40, +60, +80pm précédemment).
Le procédé peut encore être répété, jusqu'à affiner la déformation prédéterminée DP à un niveau de précision souhaité.
Ces valeurs sont indicatives et peuvent être adaptées en fonction de chaque calibration, tout comme le type de transformation prédéterminée DP et en particulier les deux fonctions qui y sont associées : translation selon les axes X ou Y, translation avec un composante selon X et Y, rotation, etc. ou bien ces transformations appliquées seulement en certaines parties de la région, comme des déformations dans les coins.
Si l'imprimante tridimensionnelle 100 est parfaitement calibrée, les déformations prédéterminées DP vont induire des différences, mais la superposition sera parfaite pour le plot auquel une déformation prédéterminée DP nulle est imposée.
Il est ainsi préférable d'appliquer une transformation prédéterminée qui varie progressivement et qui passe par une valeur nulle, c'est-à-dire qu'un des plots 110 ne subit aucune transformation prédéterminée DP, ou plus exactement que la différence de la combinaison des deux fonctions DPI et DP2 est nulle pour ce plot. Avantageusement, ce plot 110 a une position centrale dans l'alignement de la pluralité, pour des raisons de symétrie. Mode de réalisation avec deux empilements
Afin d'obtenir le plus d'information possible avec une seule pièce de test 100, il est possible de concevoir une pièce 100 comprenant deux empilements Empl, Emp2 distincts en matière de forme et/ou d'orientation, comme représenté en figure 15. D'un point de vue pratique pour la mise en œuvre des étapes décrites précédemment, il est possible de considérer chaque empilement comme une pièce distincte, sauf que les deux empilements sont fabriqués lors des étapes de fabrication d'une même pièce 100. Il faut ainsi considérer que ce qui a été explicité précédemment s'applique dans le cas présent au premier empilement Empl (illustré par exemple à l'aide d'un vernier en figure 14) .
A cette fin, à l'issue de l'étape E26 de projection avec le deuxième motif M2 ou bien à l'issue de la répétition des étapes E23 à E26 pour créer un effet « peigne », le premier empilement Empl est fabriqué. Pour fabriquer le deuxième empilement Emp2, venu de matière avec le premier, une nouvelle étape de projection E23 est effectuée dans une région Rlbis à l'aide d'un nouveau premier motif de consigne M lbis, ainsi qu'une nouvelle étape de projection E26 dans une région R2bis à l'aide d'un nouveau deuxième motif de consigne M2bis. Les conditions de fabrication étant les mêmes, cela suppose que les régions Rlbis et R2bis sont partiellement superposées.
Avantageusement, les régions Rlbis et R2bis correspondent aux régions précédentes RI et R2, respectivement. Cela permet en effet d'établir davantage de correction pour chacune des régions et ainsi d'extraire davantage d'informations pour ladite région . L'information récupérée à l'aide du premier empilement Empl, orienté différemment par rapport au deuxième empilement Emp2 (par exemple Empl d'un angle a et Emp2 d'un angle β différent modulo 180°), permet de définir une erreur selon la direction de l'angle a et l'information récupérée à l'aide du deuxième empilement Em2 permet de définir une erreur selon la direction de l'angle β). Or, ces deux directions non parallèles permettent de former une base de vecteurs pour le plan XY. Ainsi, à l'aide de ces deux informations, on connaît l'erreur pour toute transformation dans le plan . Par exemple, l'orientation des plots 111...119 du deuxième empilement Emp2 est changée par rapport à celui des plots 111...119 du premier empilement Empl . En figure 15, les plots 110 sont des lamelles : celles du premier empilement Empl ont une direction d'extension P orientée d'un angle a et celles du second empilement Emp2 ont une direction d'extension P' orientée d'un angle β. Pour éviter le saut de pixel, les angles a et β vérifient les conditions explicitées précédemment.
Les directions d'extension P et P' se généralisent à d'autres types de pièce 100.
L'utilisation de deux angles distincts permet de connaître plus précisément les déformations en X et en Y. La lecture des déformations des deux empilements Empl , Emp2 permet de connaître les vecteurs de déformations, qui, après projection dans le repère XYZ, permet de déduire les corrections à appliquer.
Ce mode de réalisation avec deux empilements Empl, Emp2 et en particulier les deux angles a et β s'applique avantageusement au vernier (en restant sur les mêmes régions RI et R2 évidemment) .
En figure 15, les différences ou décalages matériels dues au premier motif M l et au deuxième motif M2, ainsi qu'à la déformation prédéterminée ne sont pas visibles. Seuls les angles a et β des deux empilements sont observables.
Complément sur la pièce de test
Dans un mode de réalisation préférentiel, la pièce de test 100 s'étend à proximité des bords de la région R et à plusieurs endroits de la région R, afin d'obtenir des mesures à différents endroits de la région R. En effet, les déformations en X et en Y varient à l'intérieur d'une même région et il est préférable de pouvoir acquérir un maximum de données avec une seule et même pièce de test 100. En outre, cela permet d'établir des valeurs moyennes qui donnent par exemple accès au facteur d'échelle.
Comme représenté en figures 13 et 15, la pièce 100 peut comprendre le socle 120 qui suit la forme de la région R et une pluralité de plots répartis sur le socle 120.
Les plots formés sur les côtés de la région R sont réalisés par l'application du procédé avec une autre région partiellement superposée et associée à ce côté. Les figures 19a à 19d illustrent une pièce 100 générée en répétant pour chacun des côtés de la première région RI les étapes de fabrication de la pièce 100. De la sorte, l'étape de mesure E3 peut être effectué sur une pluralité de zone Z définis dans une pluralité d'endroits de la plateforme 40 sur laquelle est construite la pièce.
Deux modes de réalisation peuvent être effectués :
En figure 19a, l'étape de fabrication E2 du procédé est effectuée avec une première région RI (centrale C) et une deuxième région R2 (à droite D) ; en figure 19b, l'étape de fabrication E2 du procédé est effectuée avec la première région RI (centrale C) et une autre deuxième région R2 (en haut H) ; en figure 19c, l'étape de fabrication E2 du procédé est effectuée avec la première région RI (centrale) et une autre deuxième région R2 (à gauche G) ; en figure 19d, l'étape de fabrication E2 du procédé est effectuée avec la première région RI (centrale) et une autre deuxième région R2 (en bas B). En accord avec le procédé de fabrication décrit précédemment, pour chacun de ces couples de régions RI et R2, la partie de la pièce de test 100 s'étendant sur le côté en commun est située au sein de la surface superposée.
Deux modes de réalisation peuvent être développés : soit les étapes E22 à E25 sont répétées pour chaque partie de la pièce de test 100 qui est le long d'un des côtés de la première région, soit les étapes E22 et E23 sont effectuées une seule fois pour les quatre côtés de la première région RI et seules les étapes relatives au déplacement E24, à la visée E25 et à la projection E26 au niveau des deuxièmes régions R2 sont répétées pour chacun des un à trois autres côtés de la première région RI .
Ces deux modes de réalisation sont adaptables sans difficultés aux différentes variantes décrites précédemment (changement de couche, macro-couche, double empilements, etc.)
Comme il y a généralement quatre régions adjacentes (sauf sur les bords), il faut réaliser les étapes de déplacement E24, de visée E25 et de projection E26 sur les trois autres régions adjacentes.
Compléments sur étape de mesure
Les mesures sont typiquement effectuées à l'aide d'un pied à coulisse, par un opérateur compétent.
Sur la pièce 100, comme représenté en figure 16, on distingue δ et δ', qui est une mesure d'un écart ou d'une différence entre deux couches associées aux deux motifs M'1 et M'2 respectivement selon la direction d'extension P et une direction orthogonale, et la distance d et d' associées, qui sont des distances de la pièce 100 formées par les deux motifs effectifs M'1 et M'2, qui est donc supérieure à la taille théorique de la pièce 100 telle qu'elle est modélisée dans l'unité de calcul 50.
δ, δ' et d, d' peuvent être mesurés à différents endroits de la pièce de test 100. En particulier, en fonction de la pièce de test 100 et des informations que l'on souhaite extraire de cette pièce, d'autre mesures peuvent être effectuées, comme une pluralité de δ, δ' sur une distance de la pièce 100, etc.
Pour des raisons pratiques, il est préférable de mesurer la distance d plutôt que les différences δ, qui sont nettement plus petites. Complément sur étape de prise en compte des mesures pour la calibration
Les mesures de l'étape E3 sont typiquement entrées dans un fichier de type tableur ou texte. Ce fichier permet d'entrer les valeurs à prendre en compte pour générer les corrections à appliquer.
Deux types de corrections sont à différencier : les corrections dites optiques et les corrections dites locales. Les corrections optiques sont appliquées de la même façon à toutes les tuiles de la plateforme. Les corrections locales permettent d'appliquer des corrections différentes en fonction de la tuile considérée. Il est possible d'agir de façon indépendante sur chaque coin de chaque région de la plateforme 40. Que l'on mesure les pièces de calibration ou que l'on observe des verniers, tous les résultats sont consignés dans le fichier de type tableur ou texte qui permet d'étudier les statistiques et prendre en compte les informations relatives au procédé décrit.
Des facteurs correctifs sont ensuite calculés, et permettent de différencier ce qui sera attribué à la correction optique et ce qui sera attribué aux corrections locales. Les corrections optiques sont appliquées directement grâce à une interface dédiée dans le logiciel de fabrication, les corrections locales sont générées par le fichier de type tableur ou texte. Ce sont des fichiers qui permettent d'adresser les corrections nécessaires au bon endroit, aux coins des régions RI, R2 de toute la plateforme 40. Les corrections optiques et locales marchent ensemble et il est nécessaire d'obtenir des bonnes corrections pour les deux pour obtenir une calibration correcte.
A titre d'exemple, le fichier de type tableur ou texte peut comprendre la structure et les informations suivantes :
- les données en X et Y sont séparées (colonnes ou lignes différentes),
- des calculs de moyenne sur toute la pièce permettent de déduire un facteur d'échelle, - une pluralité de sous-parties (comme des onglets) permet de traiter chaque jonction entre deux régions RI et R2 pour affiner le positionnement :
o des corrections sont calculées pour translater les régions les unes par rapport aux autres en imposant des corrections dans les quatre coins,
o une propagation des corrections est réalisée afin qu'un réalignement d'un côté n'introduise pas de défaut de l'autre,
les onglets étant ensuite rassemblés,
- les données issues d'une calibration précédente (le procédé décrit ici et ses variantes ont une application avantageusement itérative) sont stockées dans le fichier,
- etc.
Ce fichier est ensuite exporté dans un format compatible avec le logiciel de fabrication, puis typiquement stocké dans une mémoire.
Mode de réalisation particulier avec la surface de recouyrement La plupart des imprimantes tridimensionnelles prévoient une marge de sécurité lorsqu'une pièce est fabriquée.
En pratique, cela signifie que le motif de consigne M n'exploite pas toute la superficie théorique de la tête d'impression, mais qu'il demeure une surface d'appoint, utilisée pour servir de surface « tampon » dans laquelle on peut appliquer certaines corrections ou pour faire varier l'emplacement des jonctions entre les différentes couches afin d'obtenir une pièce plus résistante. Cette variation est typiquement aléatoire entre deux couches, ou même nulle. Comme l'imprimante tridimensionnelle 10, en fabrication, juxtapose des régions sur leurs quatre faces, la surface d'appoint s'étend sur la périphérie de la région R.
On définit ainsi une tuile T, qui est la superficie que le motif de consigne M est censée exploiter et au sein de laquelle les motifs M sont conçus pour être projetés et on définit une surface périphérique P, qui correspond à ladite surface d'appoint.
La figure 17 illustre la tuile T et la surface périphérique P.
A titre d'exemple, la tuile T mesure 70x40 mm.
Dans ce cas, il peut être prévu que le déplacement E25 du lieu de visée soit configuré pour que les tuiles Tl et T2 associées aux régions RI et R2 soient adjacentes, contiguës (voir figure 18). Ainsi, une partie de la surface périphérique P de la deuxième région R2 est nécessairement positionnée dans la première région RI, et la superposition partielle est assurée. Plus précisément, lorsque les deux tuiles Tl et T2 sont adjacentes, chaque surface périphérique PI, P2 d'une région recouvre partiellement la tuile T2, Tl de l'autre région. Les motifs M l et M2 sont configurés pour que dans le procédé de calibration, la projection de lumière se fasse dans la zone périphérique PI ou P2 d'au moins une des deux régions RI, R2, la projection se faisant alors dans la tuile T2 ou Tl, ou bien dans la zone périphérique P2 ou PI de l'autre des deux régions R2, RI .

Claims

Revendications
1. Procédé de calibration d'une imprimante tridimensionnelle (10), ladite imprimante mettant en œuvre une fabrication par empilement de couche de matière, l'imprimante (10) comprenant une chaîne optique comprenant une source de lumière (22), des moyens de masquage sélectif de la lumière permettant de mettre en œuvre un motif de consigne (M), et des moyens de déplacement (26), pour projeter sur une région de la matière à solidifier le motif de consigne (M), ladite projection projetant la lumière selon un motif effectif qui peut présenter des différences avec ledit motif de consigne (M),
ledit procédé comprenant une étape (E2) de fabrication d'une pièce de test (100) ladite étape de fabrication (E2) comprenant les sous-étapes suivantes :
- (E22) visée d'une première région (RI) d'une couche de matière (Cl),
- (E23) projection de lumière, pour illuminer dans la première région (RI) une zone (Z) de matière selon un premier motif (Ml) de consigne censé correspondre à la pièce (100),
- (E24) déplacement du lieu de visée (20) à l'aide des moyens de déplacement (26),
le procédé étant caractérisé en qu'il comprend les étapes suivantes :
- (E25) visée d'une deuxième région (R2) d'une couche de matière (Cl, C2), ladite deuxième région étant partiellement superposée avec la première région (RI),
- (E26) projection de lumière sur ladite deuxième région (R2), pour illuminer dans la deuxième région (R2) ladite même zone (Z) de matière selon un deuxième motif (M2) de consigne également censé correspondre à ladite pièce (100),
le procédé comprenant ensuite les étapes suivantes :
- (E3) mesure sur la pièce (100) des différences de fabrication entre les deux projections de lumière (E23, E26), lesdites différences étant liées notamment au déplacement du lieu de visée (E24),
- (E4) prise en compte de cette mesure des différences pour calibrer l'imprimante tridimensionnelle (10).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel :
- la projection à l'aide du deuxième motif (E26) se fait sur la même couche que la projection à l'aide du premier motif (E23),
- l'étape de mesure sur la pièce des différence de fabrication (E3) comprenant une étape de mesure de la dimension de ladite pièce (100) et une étape de comparaison de cette mesure avec la pièce correspondant aux motifs de consigne (Ml, M2).
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel
- la projection à l'aide du deuxième motif (E26) se fait sur une autre couche que la projection à l'aide du premier motif (E23), la superposition permettant de créer deux couches l'une sur l'autre et provoquant une différence entre les deux zones éclairées,
- l'étape de mesure sur la pièce (E3) comprenant une étape d'analyse des différences des couches.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel :
- la projection à l'aide du premier motif (E23) est répétée pour une pluralité de couches (C11...C19), et
- la projection à l'aide du deuxième motif (E26) est répétée pour une pluralité de couches (C21... C29), de façon à obtenir une différence plus visible.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce (110) comprend une pluralité de plots alignés (111...119), et dans lequel une déformation prédéterminée (DP) est appliquée à chaque plot (111...119) de la pluralité de plots à l'aide des premier et deuxième motifs (M l, M2), ladite déformation prédéterminée (DP) étant appliquée de façon progressive sur la pluralité de plots, de sorte que l'étape de projection (E24) à l'aide du deuxième motif (M2) génère des défauts de superposition progressifs entre plots successifs de la pluralité de plots (111...119), et dans lequel :
- l'étape de mesure (E3) des défauts comprend une identification, le moins de différence,
- l'étape de prise en compte (E4) prend en compte la déformation prédéterminée (DP) appliquée audit plot identifié à l'étape précédente.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé est répété une deuxième fois après avoir été effectué une première fois, le premier et le deuxième motif (M l, M2) de la deuxième occurrence comprenant les corrections intégrées par l'étape de prise en compte (E4) de la première occurrence.
7. Procédé selon les deux revendications 5 et 6, dans lequel, lors de la deuxième occurrence, l'amplitude de la déformation prédéterminée (DP) sur le long de la pluralité de plots est plus faible que celle de la première occurrence, de façon à améliorer la précision du calibrage.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, consistant à, après fabrication d'un premier empilement (Empl) de la pièce (100), à fabriquer un deuxième empilement (Emp2) en répétant les étapes de fabrication (E23, E26) avec un nouveau premier motif (M lbis) et un nouveau second motif (M2bis) pour former un deuxième empilement (Emp2) de la pièce (100) sur le premier empilement (Empl) déjà réalisé, l'étape de mesure (E3) des défauts consistant alors à analyser les défauts des deux empilements (Empl, Emp2) de la pièce (110).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les motifs (M l, M2) sont formés par une matrice (Mx) de pixels (Px) alignés selon au moins un axe d'impression (I) et dans lequel la pièce (110...120) comprend une paroi s'étendant selon une direction d'extension (P), caractérisé en que la direction d'extension (P) est orientée d'un angle compris strictement entre 1 et 89° par rapport à l'axe d'impression (I) préférablement 5 et 85°, et préférablement 10 et 80°.
10. Procédé selon la revendication 9 en combinaison avec la revendication 8, dans lequel le deuxième empilement (Emp2) comprend une paroi s'étendant selon une direction d'extension (Ρ'), ladite direction d'extension (Ρ') du deuxième empilement (Emp2) n'étant pas parallèle à la direction d'extension (P) du premier empilement (Empl).
11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, dans lequel la pièce (100) comprend au moins un plot (110), le plot étant une lamelle dont une paroi principale s'étend selon la direction d'extension (P).
12. Procédé selon la revendication 9 ou 10, dans lequel la pièce (100) comprend au moins un plot (110), le plot étant un cube dont une paroi s'étend selon la direction d'extension (P).
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque région (RI, R2) se compose de :
- une tuile d'éclairage (T) qui est strictement incluse dans ladite région ( ), et
- une surface périphérique (P), correspondant à une surface d'appoint pour ajuster la fabrication,
caractérisé en ce que l'étape de déplacement du lieu de visée (E24) place la tuile (T2) de la deuxième région (R2) de façon sensiblement contigue à la tuile (Tl) de la première région (RI),
et dans lequel la zone (Z) de matière se situe dans la surface périphérique des deux régions (RI, R2).
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
- les régions (RI, R2) ont une forme rectangulaire définissant quatre côtés,
- la pièce de test (100) s'étend le long de chaque côté des régions (RI, R2),
- une deuxième région (R2) partiellement superposée à la première région (RI) est définie pour chacun des un à trois autres côtés de la première région (RI),
- l'étape de fabrication (E2) est répétée pour chacun des un à trois autres côtés de la première région (RI) avec la deuxième région (R2) associée,
- l'étape de mesure (E3) est effectuée à l'issue de la répétition de l'étape de fabrication (E2) sur l'ensemble des zones (Z) de la pièce de test (100).
15. Imprimante tridimensionnelle, comprenant une unité de calcul (50) comprenant une mémoire (52) et des moyens de traitement (54), ladite unité de calcul (50) étant configurée pour stocker un programme de calibration à l'aide de la mémoire (52) et pour permettre la mise en œuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes à l'aide des moyens de traitement (54).
16. Produit programme d'ordinateur, destiné à être exécuté par une unité de calcul (50) informatique, caractérisé en ce que le produit programme d'ordinateur comprend une série d'étapes pour faire exécuter par l'unité de calcul informatique (50) les étapes de visée (E22, E25), de projection (E23, E25) et de déplacement (E25) d'un des procédés selon l'une des revendications 1 à 14.
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