DE10143218A1 - System for printing three dimensional models comprises a bath containing a polymerizable resin, a printing head and control unit - Google Patents
System for printing three dimensional models comprises a bath containing a polymerizable resin, a printing head and control unitInfo
- Publication number
- DE10143218A1 DE10143218A1 DE2001143218 DE10143218A DE10143218A1 DE 10143218 A1 DE10143218 A1 DE 10143218A1 DE 2001143218 DE2001143218 DE 2001143218 DE 10143218 A DE10143218 A DE 10143218A DE 10143218 A1 DE10143218 A1 DE 10143218A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- resin
- photoinitiator
- bath
- printing
- printhead
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000011347 resin Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 229920005989 resin Polymers 0.000 title claims abstract description 62
- 238000007639 printing Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 9
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RWCCWEUUXYIKHB-UHFFFAOYSA-N benzophenone Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)C1=CC=CC=C1 RWCCWEUUXYIKHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012965 benzophenone Substances 0.000 claims description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 claims description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000004040 coloring Methods 0.000 claims 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 3
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N Vinyl ether Chemical compound C=COC=C QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011960 computer-aided design Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000012949 free radical photoinitiator Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 238000006552 photochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/0037—Production of three-dimensional images
-
- 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
- B29C64/112—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using individual droplets, e.g. from jetting heads
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft das dreidimensionale Modellieren allgemein sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbauen von Schichten während eines drei dimensionalen Druckens.The present invention relates to the three-dimensional Modeling generally as well as a device and a Process for building layers during a three dimensional printing.
Das dreidimensionale Drucken (3D-Drucken), das durch Aufbauen von Objekten in Schichten erfolgt, ist ein zum Herstellen dreidimensionaler Modelle verwendeter Prozeß. Das dreidimensionale Drucken ist verhältnismäßig schnell und flexibel, und es ermöglicht die Herstellung von Prototypen teilen direkt anhand Modellen eines computergestützten Entwurfs (CAD).The three-dimensional printing (3D printing) that by Building objects in layers is one for Making process using three-dimensional models. The three-dimensional printing is relatively fast and flexible, and it allows prototyping share directly using models of a computerized Draft (CAD).
Das dreidimensionale Drucken ermöglicht es einem Hersteller, vor Einrichtearbeiten bzw. Werkzeugherstellung wirksam ein vollständiges 3D-Modell eines vorgeschlagenen Produkts zu erhalten, wodurch die Kosten für die Einrichtearbeiten möglicherweise verringert werden und eine bessere Synchronisation zwischen dem Entwurf und der Herstellung erzielt werden kann. Es kann auch eine verbesserte Produktqualität erhalten werden.Three-dimensional printing makes it possible Manufacturer, before setup work or tool manufacture effectively a full 3D model of a proposed one Get product, reducing the cost of Setup work may be reduced and one better synchronization between the design and the Manufacturing can be achieved. It can also be one improved product quality can be obtained.
Es wurden verschiedene Systeme für das computergestützte dreidimensionale Drucken entwickelt. 3D Systems Inc. aus Kalifornien, USA hat ein System entwickelt, das auf der Grundlage der Stereolithographie arbeitet, wobei ein fokussierter Ultraviolettlaser über den oberen Teil eines Bads eines photopolymerisierbaren flüssigen Harzes getastet wird. Die Oberfläche des Bads wird polymerisiert, wenn sie durch einen UV-Laser bestrahlt wird, wodurch eine feste Kunststoffschicht an der Oberfläche oder direkt darunter gebildet wird. There have been various systems for the computerized three-dimensional printing developed. 3D Systems Inc. California, USA has developed a system based on the Foundation of stereolithography works, being a focused ultraviolet laser over the top of a Baths of a photopolymerizable liquid resin palpated becomes. The surface of the bath is polymerized when it is irradiated by a UV laser, creating a solid Plastic layer on the surface or directly below is formed.
Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, wo ein typisches System aus dem Stand der Technik dargestellt ist. Das 3D- Modellierungssystem 10 weist einen Harztank 21 und ein Flüssigharzbad 32 auf, wobei das letztgenannte aus einem photopolymerisierbaren Harz 22 besteht. Das System weist auch eine Prozeßsteuerung 28 auf, die in Verbindung mit einem Z- Bewegungsmechanismus 13 und einem XY-Bewegungsmechanismus 34 steht. Der erstgenannte steuert die Höhe einer Tragfläche 29, während der letztgenannte mit einer Härteeinheit 26 verbunden ist.Referring now to Fig. 1, a typical prior art system is shown. The 3D modeling system 10 has a resin tank 21 and a liquid resin bath 32 , the latter consisting of a photopolymerizable resin 22 . The system also includes a process controller 28 that is in communication with a Z-motion mechanism 13 and an XY-motion mechanism 34 . The former controls the height of an airfoil 29 , while the latter is connected to a hardening unit 26 .
Ein innerhalb des Harzbads 32 angeordnetes 3D-Objekt 30 wird aus gestapelten einzelnen Querschnittsschichten 30A-30D auf einer Tragfläche 29 gebildet, die durch den Z- Bewegungsmechanismus 13 in der vertikalen Z-Richtung angehoben (oder abgesenkt) werden kann. Die diskreten Schichten bestehen aus Materialien, die zu einem einzigen modellierten Objekt 30 verschmolzen werden können. Der Klarheit wegen sind in Fig. 1 nur die Schichten 30A-30D für das Objekt 30 angegeben. Es ist leicht verständlich, daß in der Praxis gewöhnlich viel mehr Schichten erforderlich sind. Das photopolymerisierbare Harz 22 enthält gewöhnlich einen Photoinitiator und möglicherweise andere Zusatzstoffe, wie Vernetzungsmittel. Das photopolymerisierbare Harz 22 ist typischerweise durch Ultraviolettstrahlung (UV-Strahlung) oder Infrarotstrahlung (IR-Strahlung) härtbar. Es sind beispielsweise reaktive Acrylatharze zum Härten oder Aushärten durch das Anwenden von UV-Strahlung von einer Härteeinheit geeignet. Die Oberfläche 33 des Bads 32 härtet dort, wo sie von der Härteeinheit 26 bestrahlt wird, unter Bildung der neuen Schicht 30A.A 3D object 30 arranged within the resin bath 32 is formed from stacked individual cross-sectional layers 30 A- 30 D on an airfoil 29 which can be raised (or lowered) in the vertical Z direction by the Z movement mechanism 13 . The discrete layers are made of materials that can be fused into a single modeled object 30 . For the sake of clarity, only layers 30 A- 30 D for object 30 are indicated in FIG. 1. It is easy to understand that many more layers are usually required in practice. Photopolymerizable resin 22 usually contains a photoinitiator and possibly other additives such as crosslinking agents. The photopolymerizable resin 22 is typically curable by ultraviolet radiation (UV radiation) or infrared radiation (IR radiation). For example, reactive acrylic resins are suitable for curing or curing by applying UV radiation from a curing unit. The surface 33 of the bath 32 hardens where it is irradiated by the hardening unit 26 , forming the new layer 30 A.
Die Prozeßsteuerung 28 des 3D-Modellierungssystems 10 ist mit einem System 27 vom computergestützten Entwurf (CAD- System) verbunden. Die Steuerung 28 empfängt vom CAD-System 27 Informationen über die Einzelheiten der Form und Dicke von jeder der Querschnittsschichten 30A-30D, die das 3D- modellierte Objekt 30 ausmachen. Die Steuerung 28 weist die Härteeinheit 26 an, wann das flüssige photopolymerisierbare Harz 22 zu bestrahlen ist. Durch den XY-Bewegungsmechanismus 34 vermittelt weist die Steuerung 28 die Härteeinheit 26 auch an, wo das photopolymerisierbare Harz 22 zu bestrahlen ist. Die Härteeinheit 26 ist gewöhnlich ein Laser, typischerweise ein UV- oder IR-Laser, der in erster Linie wegen der zum Härten des bestimmten Harzes oder der bestimmten Harze 22 in dem Bad 32 gewählt ist.The process control 28 of the 3D modeling system 10 is connected to a system 27 of computer-aided design (CAD system). The controller 28 receives from the CAD system 27 information about the details of the shape and thickness of each of the cross-sectional layers 30 A- 30 D that make up the 3D modeled object 30 . The controller 28 instructs the hardening unit 26 when the liquid photopolymerizable resin 22 is to be irradiated. By means of the XY movement mechanism 34 , the control 28 also instructs the hardening unit 26 where the photopolymerizable resin 22 is to be irradiated. The curing unit 26 is typically a laser, typically a UV or IR laser, which is primarily chosen because of that for curing the particular resin or resins 22 in the bath 32 .
In der US-Patentanmeldung 09/259323, die auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen ist und auf die hiermit verwiesen sei, werden Konzepte, Komponenten und Verfahren verwendet, die in der Tintenstrahl-Druckindustrie eingesetzt werden. In 09/259323 wird ein Photoinitiator (und falls erforderlich andere Zusatzstoffe) mit dem photopolymerisier baren Harz 22 gemischt, bevor das photopolymerisierbare Harz 22 durch einen Tintenstrahl-Druckkopf auf ein Substrat abgegeben wird. Eine Härteeinheit härtet dann das abgegebene Material.In U.S. Patent Application 09/259323, assigned to the assignee of the present invention and incorporated herein by reference, concepts, components and methods used in the ink jet printing industry are used. In 09/259323, a photoinitiator (and other additives if necessary) is mixed with the photopolymerizable resin 22 before the photopolymerizable resin 22 is dispensed onto a substrate by an ink jet printhead. A hardening unit then hardens the dispensed material.
Die vorliegende Erfindung betrifft das dreidimensionale Drucken allgemein sowie ein System und ein Verfahren zum Drucken dreidimensionaler Modelle unter Verwendung eines Tintenstrahl-Druckkopfs zum Abgeben eines Photoinitiators auf einen vorgegebenen Bereich (unter Bildung einer Schicht des 3D-Modells) des photopolymerisierbaren Harzes.The present invention relates to the three-dimensional Printing in general, and a system and method for printing Print three-dimensional models using a Ink jet printhead for dispensing a photoinitiator a predetermined area (forming a layer of the 3D model) of the photopolymerizable resin.
Auf diese Weise wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein System zum Drucken dreidimensionaler Modelle bereitgestellt. Das System umfaßt ein Bad, das ein photopolymerisierbares Harz enthält, sowie einen Druckkopf, eine Härteeinheit und eine mit einer Steuerung verbundene Tragfläche. Der Druckkopf wird aktiviert, um einen Photo initiator auf einen vorgegebenen Bereich des photo polymerisierbaren Harzes abzugeben (oder aufzuspritzen). Bei einer Ausführungsform ist der Druckkopf des Systems ein Tintenstrahl-Druckkopf.In this way, according to a preferred Embodiment a three-dimensional printing system Models provided. The system includes a bath that a contains photopolymerizable resin, and a printhead, a hardening unit and one connected to a controller Wing. The printhead is activated to take a photo initiator on a given area of the photo dispense (or spray) polymerizable resin. at In one embodiment, the system printhead is on Ink-jet print head.
Die Härteeinheit wird aktiviert, um den vorgegebenen Bereich zu einer gehärteten Polymerschicht zu härten. Die Steuerung steuert die Höhe der Tragfläche innerhalb des Bads und die Bewegung des Druckkopfs und der Härteeinheit.The hardening unit is activated to the specified Area to harden to a hardened polymer layer. The Control controls the height of the wing within the bathroom and the movement of the print head and the curing unit.
Weiterhin kann der Photoinitiator ein Alpha-Aminoketon aufweisen.The photoinitiator can also be an alpha-amino ketone exhibit.
Bei einer Ausführungsform enthält das System ein photo polymerisierbares Harz, das eine Mischung von mindestens zwei Harzen ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Photoinitiator eine Mischung von mindestens zwei ein Photoinitiatorsystem bildenden Verbindungen. Die Verbindungen können Benzophenon und Triethanolamin aufweisen.In one embodiment, the system includes a photo polymerizable resin that is a mixture of at least two Resin is. In another embodiment, the Photoinitiator is a mixture of at least two one Compounds forming photoinitiator system. The connections can contain benzophenone and triethanolamine.
Die Härteeinheit des Systems ist eine Bestrahlungsquelle. Bei einer Ausführungsform des Systems ist die Härteeinheit ein Laser, während sie bei einer anderen eine Bestrahlungs lampe ist.The system's hardness unit is a radiation source. In one embodiment of the system, the curing unit is one laser while another with an irradiation lamp is.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist das Bad des Systems mindestens ein zusätzliches inertes Material auf, wobei das inerte Material zusätzliche mechanische Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit, magnetische Eigenschaften oder andere gewünschte Merkmale des 3D-Modells verleihen kann. Bei einer Ausführungsform kann der Photoinitiator Färbe materialien aufweisen.In various embodiments, the bathroom of the System at least one additional inert material, the inert material providing additional mechanical strength, electrical conductivity, magnetic properties or can give other desired features of the 3D model. at In one embodiment, the photoinitiator can dye have materials.
Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Verfahren zum Drucken dreidimensionaler Modelle vorgesehen. Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Füllens eines Bads mit einem durch Bestrahlung härtbaren photopolymerisierbaren Harz, des Einstellens der Höhe einer sich innerhalb des Bads befindenden Tragfläche, so daß die Tragfläche bis zu einer Tiefe mit Harz bedeckt wird, die der Dicke der nächsten Schicht des zu druckenden Modells gleicht, des Abgebens eines Photoinitiators an den vorgegebenen Bereich des Bads und des Härtens des vorgegebenen Bereichs. Diese Schritte werden wiederholt, bis das Modell fertig ist.Furthermore, according to a preferred embodiment, a Methods for printing three-dimensional models are provided. The procedure includes the steps of filling a bath with a radiation-curable photopolymerizable Resin, adjusting the height of yourself inside the bathroom located wing, so that the wing up to a Depth is covered with resin, the thickness of the next Layer of the model to be printed is like giving one Photoinitiators to the specified area of the bathroom and the Harden the specified area. These steps will be repeated until the model is finished.
Die vorliegende Erfindung wird beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungs formen dargestellt sind, und in Zusammenhang mit der Zeichnung besser verstanden und eingeschätzt werden, wobei: The present invention will become apparent upon reading the following detailed description, in the preferred embodiment Shapes are shown, and in connection with the Drawing can be better understood and assessed, whereby:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines drei dimensionalen Modellierungsbadsystems aus dem Stand der Technik ist, Fig. 1 is a schematic diagram of a three-dimensional Modellierungsbadsystems from the prior art,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines drei dimensionalen Modellierungsbadsystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist und Fig. 2 is a schematic representation of a three dimensional Modellierungsbadsystems the present invention is according to and
Fig. 3 ein Flußdiagramm des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Fig. 3 is a flowchart of the method according to the present invention.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung eines allgemein mit 110 bezeichneten 3D-Drucksystems zum Drucken dreidimensionaler Objekte ist, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut und arbeitsfähig ist.Reference is now made to FIG. 2, which is a schematic representation of a 3D printing system, generally designated 110 , for printing three-dimensional objects, constructed and operative in accordance with the present invention.
Das 3D-Drucksystem 110 weist einen Druckkopf 125 mit mehreren Tintenstrahldüsen auf, durch die ein Photoinitiator 120 gespritzt wird. Der Photoinitiator 120 wird in ein Harzbad 132 abgegeben, das ein photopolymerisierbares flüssiges Harz 122 enthält. Das 3D-Drucksystem 110 weist weiterhin eine Härteeinheit 126 zum Härten des photo polymerisierbaren flüssigen Harzes 122 zur Bildung des modellierten Objekts 130, also der entwickelten 3D- Komponente, auf.The 3D printing system 110 has a printhead 125 with a plurality of inkjet nozzles through which a photoinitiator 120 is sprayed. The photoinitiator 120 is dispensed into a resin bath 132 that contains a photopolymerizable liquid resin 122 . The 3D printing system 110 furthermore has a hardening unit 126 for hardening the photo-polymerizable liquid resin 122 for forming the modeled object 130 , that is to say the developed 3D component.
Der Photoinitiator 120 kann jeder geeignete Photo initiator sein, wie beispielsweise ein Photoinitiator mit freien Radikalen in der Art von Alpha-Aminoketon. Alternativ kann statt einer einzigen als Photoinitiator wirkenden Verbindung ein Photoinitiatorsystem verwendet werden, das mehrere Verbindungen aufweist. Ein typisches für ein photopolymerisierbares Acrylat verwendbares Photoinitiator system ist Benzophenon und Triethanolamin.The photoinitiator 120 can be any suitable photoinitiator, such as a free radical photoinitiator such as alpha-amino ketone. Alternatively, instead of a single compound acting as a photoinitiator, a photoinitiator system can be used which has several compounds. A typical photoinitiator system that can be used for a photopolymerizable acrylate is benzophenone and triethanolamine.
Das Drucksystem 110 weist weiterhin ein CAD-System 127, einen XY-Bewegungsmechanismus 134 und einen Z-Bewegungs mechanismus 113 auf, die alle in Verbindung mit einer Prozeßsteuerung 128 stehen. Eine Tragfläche 129 zum Tragen des modellierten Objekts 130 beim Formen befindet sich innerhalb des Harzbads 132. Die Tragfläche 129 ist durch den XY-Bewegungsmechanismus 134 und den Z-Bewegungsmechanismus 113, womit die Tragfläche 129 gekoppelt ist, in drei Dimensionen einstellbar.The printing system 110 further includes a CAD system 127 , an XY movement mechanism 134 and a Z movement mechanism 113 , all of which are connected to a process controller 128 . A wing 129 for carrying the modeled object 130 during molding is located within the resin bath 132 . The wing 129 is adjustable in three dimensions by the XY movement mechanism 134 and the Z movement mechanism 113 , with which the wing 129 is coupled.
Nur als Beispiel ist das modellierte Objekt 130 als eine Reihe mit 130A-130D bezeichneter Schichten aufweisend dargestellt.Only as an example is the modeled object 130 shown as having a series of layers labeled 130 A- 130 D.
Das CAD-System 127, das irgendein auf dem Fachgebiet bekanntes System zum Entwerfen eines zu druckenden dreidimensionalen Objekts 130 ist, übermittelt Einzelheiten zu dem entworfenen Objekt zur Prozeßsteuerung 128. Die Prozeßsteuerung 128 steuert den Druckvorgang durch Anweisungen an den Druckkopf 125 hinsichtlich der Abgabe des Photoinitiators 120. Die Prozeßsteuerung 128 aktiviert und deaktiviert auch die Härteeinheit 126. Weiterhin steuert die Steuerung 128 den XY-Bewegungsmechanismus 134 und den Z- Bewegungsmechanismus 113. Der XY-Bewegungsmechanismus 134 steht während des Abgebens des Photoinitiators 120 mit dem Druckkopf 125 in Verbindung, und er steht mit der Härteeinheit 126 in Verbindung, wenn das Harzbad 122 bestrahlt wird.The CAD system 127 , which is any system known in the art for designing a three-dimensional object 130 to be printed, provides details of the designed object to process control 128 . Process controller 128 controls the printing process by instructing printhead 125 to deliver photoinitiator 120 . Process controller 128 also activates and deactivates hardening unit 126 . Controller 128 also controls XY movement mechanism 134 and Z movement mechanism 113 . The XY moving mechanism 134 communicates with the printhead 125 during dispensing of the photoinitiator 120 , and communicates with the curing unit 126 when the resin bath 122 is irradiated.
Die Steuerung 128 steuert auch den Z-Bewegungsmechanismus 113, der die Tragfläche 129 in vertikaler Richtung (Z- Richtung) bewegt. Die Tragfläche 129 trägt die gestapelten Schichten 130A-130D des 3D-modellierten Objekts 130, nachdem sie gebildet wurden.The controller 128 also controls the Z movement mechanism 113 , which moves the wing 129 in the vertical direction (Z direction). The airfoil 129 transmits the stacked layers 130 A- 130 D of the 3D modeled object 130 after they have been formed.
Bevor der Photoinitiator 120 zur Bildung einer weiteren Schicht in das Bad 132 abgegeben wird, wird die Tragfläche 129 um eine Strecke abgesenkt, die der erforderlichen Dicke der zu bildenden Schicht entspricht. Die Dicke dieser Schichten liegt typischerweise im Bereich von 20-100 Mikrometer.Before the photoinitiator 120 is released into the bath 132 to form a further layer, the wing 129 is lowered by a distance which corresponds to the required thickness of the layer to be formed. The thickness of these layers is typically in the range of 20-100 microns.
Das System 110 in Fig. 2 unterscheidet sich in der Hinsicht vom Stand der Technik, daß der Druckkopf 125 bei der vorliegenden Erfindung Photoinitiator 120 in das Bad 132 abgibt, das das photopolymerisierbare flüssige Harz 122 enthält. Typischerweise enthält das photopolymerisierbare Harz 122 Monomere und Oligomere eines Acrylharzes und wahlweise ein Vernetzungsmittel. Die gebildete Schicht (die gebildeten Schichten) werden durch die Härteeinheit 126 gehärtet, die beispielsweise eine Lampenquelle enthalten kann, welche die geeignete Strahlungswellenlänge emittiert, um die Oberfläche 133 des Bads 132 zu bestrahlen. Die photochemische Reaktion geschieht an der Oberfläche 133 des Bads.System 110 in FIG. 2 differs from the prior art in that printhead 125 in the present invention dispenses photoinitiator 120 into bath 132 containing photopolymerizable liquid resin 122 . Typically, the photopolymerizable resin contains 122 monomers and oligomers of an acrylic resin and optionally a crosslinking agent. The layer (s) formed are cured by the curing unit 126 , which may include, for example, a lamp source that emits the appropriate radiation wavelength to irradiate the surface 133 of the bath 132 . The photochemical reaction takes place on the surface 133 of the bath.
Das Spritzen des Photoinitiators 120 ohne ein photo polymerisierbares Harz 122 ermöglicht die Verwendung eines breiteren Bereichs von Photopolymeren als bei 3D-Tinten strahl-Drucksystemen aus dem Stand der Technik. Wenn ein Photopolymer durch einen Tintenstrahl-Druckkopf hinzugefügt wird, können nur Polymere mit einem bestimmten Viskositäts bereich verwendet werden. Weil das photopolymerisierbare flüssige Harz 122 bei der vorliegenden Erfindung in einem Bad enthalten ist, können nun viele photopolymerisierbare Harze 122, die zuvor als unverwendbar angesehen wurden, eingesetzt werden. Hierdurch wird der Bereich der chemischen und physikalischen Eigenschaften der modellierten 3D-Objekte vergrößert.Injection molding of photoinitiator 120 without a photo polymerizable resin 122 enables a wider range of photopolymers to be used than prior art 3D ink jet printing systems. When adding a photopolymer through an inkjet printhead, only polymers with a certain viscosity range can be used. Because the photopolymerizable liquid resin 122 is contained in a bath in the present invention, many photopolymerizable resins 122 previously considered to be unusable can now be used. This increases the range of chemical and physical properties of the modeled 3D objects.
Cibatool SL-5154 mit einer Viskosität (bei 30°C) von 2400 cps und Cibatool SL-5170 mit einer Viskosität (bei 30°C) von 165 cps von Ciba sind Beispiele photo polymerisierbarer Harze, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Es sei bemerkt, daß SL-5154 ein Acrylatharz ist, während SL-5170 ein Epoxidharz ist. Es können auch andere Harztypen, wie Vinylether, verwendet werden. Diese Harztypen dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend anzusehen.Cibatool SL-5154 with a viscosity (at 30 ° C) of 2400 cps and Cibatool SL-5170 with a viscosity (at 30 ° C) of 165 cps from Ciba are examples photo polymerizable resins made according to the present invention can be used. It should be noted that SL-5154 is a Is acrylic resin, while SL-5170 is an epoxy resin. It other types of resin, such as vinyl ether, can also be used become. These types of resin are for illustration and illustration only are not to be considered restrictive.
Photopolymerisierbare Harze mit Viskositäten im Bereich von 10-100 cps, die verwendbar sind, wenn die Harze durch einen Tintenstrahl-Druckkopf direkt auf ein Substrat gespritzt werden, sind auch beim vorliegenden Drucksystem verwendbar. Photopolymerizable resins with viscosities in the range from 10-100 cps, which are usable when the resins pass through an ink jet printhead directly on a substrate are also sprayed in the present printing system usable.
Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Möglichkeit zum Hinzufügen inerter Materialien zu dem im Bad 132 enthaltenen photopolymerisierbaren Harz 122. Inerte Materialien können nicht zu Harzen hinzugefügt werden, die direkt von einem Tintenstrahl-Druckkopf abgegeben werden. Abhängig von ihren Eigenschaften können diese Materialien dem modellierten Objekt 130 eine zusätzliche Unterstützung, elektrische Leitfähigkeit und magnetische oder andere Eigenschaften verleihen. Beispiele solcher Zusatz materialien sind Tone, Glasfasern, Metallpulver und dergleichen.An additional advantage of the present invention is the ability to add inert materials to the photopolymerizable resin 122 contained in the bath 132 . Inert materials cannot be added to resins that are delivered directly from an inkjet printhead. Depending on their properties, these materials can provide additional support, electrical conductivity, and magnetic or other properties to the modeled object 130 . Examples of such additional materials are clays, glass fibers, metal powder and the like.
Weiterhin gestattet die vorliegende Erfindung das Hinzufügen von Färbemitteln zum Photoinitiator 120, wodurch die Herstellung von Objekten mit unterschiedlichen Farben ermöglicht wird. In ähnlicher Weise können gefärbte Materialien zu den inerten Materialien (oben erörtert) hinzugefügt werden, die dem Bad 132 direkt hinzugefügt werden.Furthermore, the present invention allows colorants to be added to photoinitiator 120 , thereby enabling objects of different colors to be made. Similarly, colored materials can be added to the inert materials (discussed above) that are added directly to the bath 132 .
Die in Fig. 2 dargestellte Härteeinheit 126 ist irgendeine geeignete Bestrahlungslampe. Beispielsweise können herkömmliche UV-Lampen, sichtbare Lampen und IR-Lampen, wie Quecksilberlampen, verwendet werden, falls die Leistungs- und Wellenlängenanforderungen erfüllt werden. Es kann auch jeder beliebige Typ geeigneter Härteeinheiten, wie Laser mit der richtigen Wellenlänge, verwendet werden. Die Härteeinheit 126 ist nur als Beispiel als mit dem XY-Bewegungsmechanismus 134 gekoppelt dargestellt.The curing unit 126 shown in FIG. 2 is any suitable radiation lamp. For example, conventional UV lamps, visible lamps and IR lamps such as mercury lamps can be used if the power and wavelength requirements are met. Any type of suitable hardness units, such as lasers with the correct wavelength, can also be used. The hardness unit 126 is shown as an example coupled to the XY movement mechanism 134 only.
Das Verfahren zum Herstellen des dreidimensionalen Objekts ist ein mehrstufiger Prozeß. Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, wo ein Flußdiagramm des Verfahrens zum Verwenden der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.The process of making the three-dimensional object is a multi-step process. Referring now to Figure 3, there is shown a flow diagram of the method for using the present invention.
Ein Bad 132, das ein geeignetes photopolymerisierbares flüssiges Harz 122 (möglicherweise mit anderen Zusatzstoffen) enthält, wird hergestellt (Schritt 202) und in den Harztank 121 gegeben. Die Position der Tragfläche 129 wird so eingestellt (Schritt 204), daß der Abstand der Tragfläche 129 und der Fläche 133 des Bads 132 der Dicke der ersten Schicht entspricht. Ein Photoinitiator 120 wird dann vom Druckkopf 125 in das photopolymerisierbare Harz 122 gespritzt (abge geben) (Schritt 206), wie von der Prozeßsteuerung 128 vorgeschrieben wird. Die Photoinitiatortröpfchen diffundieren innerhalb des Photopolymerbads 132.A bath 132 containing a suitable photopolymerizable liquid resin 122 (possibly with other additives) is prepared (step 202 ) and placed in the resin tank 121 . The position of the wing 129 is adjusted (step 204 ) so that the distance between the wing 129 and the surface 133 of the bath 132 corresponds to the thickness of the first layer. A photoinitiator 120 is then injected (dispensed) from printhead 125 into photopolymerizable resin 122 (step 206 ) as dictated by process controller 128 . The photoinitiator droplets diffuse within the photopolymer bath 132 .
Die Härteeinheit 126 bestrahlt dann (Schritt 208) den Bereich, in dem der Photoinitiator 120 gespritzt wurde. Die Härteeinheit 126 verfolgt den Druckkopf 125, wobei sie von der Prozeßsteuerung 128 gesteuert und durch den XY- Bewegungsmechanismus 134 betätigt wird. Alternativ kann das ganze Bad 132 bestrahlt werden, falls die Photopolymerisation in Bereichen vernachlässigbar ist, in denen kein Photo initiator vorhanden ist. Dies ist besonders wichtig, wenn die Härteeinheit 126 eine Bestrahlungslampe ist. Anders als Laser, die wohlkollimierte Strahlen erzeugen, bestrahlen diese Lampen große Bereiche.The curing unit 126 then irradiates (step 208 ) the area in which the photoinitiator 120 was sprayed. The curing unit 126 tracks the printhead 125 , controlled by the process controller 128 and operated by the XY motion mechanism 134 . Alternatively, the entire bath 132 can be irradiated if the photopolymerization is negligible in areas in which there is no photo initiator. This is particularly important if the curing unit 126 is an irradiation lamp. Unlike lasers that generate well-collimated beams, these lamps irradiate large areas.
Die Tragfläche 129 wird dann um eine Strecke abgesenkt (Schritt 210), die der Dicke der nächsten zu bildenden Schicht entspricht. Die Schritte 204-210 werden wiederholt (Schritt 212), bis die erforderliche Anzahl von Schichten gebildet wurde und das gewünschte dreidimensionale Modell erhalten wurde.The wing 129 is then lowered (step 210 ) by a distance corresponding to the thickness of the next layer to be formed. Steps 204-210 are repeated (step 212 ) until the required number of layers have been formed and the desired three-dimensional model has been obtained.
Es ist leicht ersichtlich, daß der bei der vorliegenden Erfindung verwendete Photoinitiator vom verwendeten photo polymerisierbaren flüssigen Harz und von der erforderlichen Härtungswellenlänge abhängt.It is easy to see that the present Invention used photoinitiator from the photo used polymerizable liquid resin and of the required Curing wavelength depends.
Es sollte auch leicht verständlich sein, daß das Harzbad Monomere oder Oligomere eines einzigen Harztyps enthalten kann, die unter Bildung eines Homopolymers polymerisieren. Es kann alternativ Monomere und Oligomere mehrerer verschiedener Harze enthalten, die beim Bestrahlen ein Copolymer bilden könnten.It should also be easy to understand that the resin bath Contain monomers or oligomers of a single type of resin can polymerize to form a homopolymer. It can alternatively monomers and oligomers of several different Contain resins that form a copolymer when irradiated could.
Fachleute werden verstehen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf das begrenzt ist, was hier gesondert dargestellt und beschrieben wurde. Der Schutzumfang der Erfindung ist vielmehr durch die folgenden Ansprüche definiert.Those skilled in the art will understand that the present invention is not limited to what is shown separately here and has been described. The scope of the invention is rather defined by the following claims.
Claims (16)
einem Bad, das ein photopolymerisierbares Harz enthält,
einem Druckkopf, der an eine Steuerung angeschlossen ist, wobei der Druckkopf aktiviert wird, um einen Photoinitiator auf einen vorgegebenen Bereich des photopolymerisierbaren Harzes abzugeben,
einer Härteeinheit, die an die Steuerung angeschlossen ist, wobei die Härteeinheit aktiviert wird, um den vorgegebenen Bereich des Harzes zu einer gehärteten Polymerschicht zu härten, und
einer Tragfläche, die an die Steuerung angeschlossen ist, um die gehärtete Schicht zu tragen.1. System for printing three-dimensional models with:
a bath containing a photopolymerizable resin,
a printhead connected to a controller, the printhead being activated to deliver a photoinitiator to a predetermined area of the photopolymerizable resin,
a curing unit connected to the controller, the curing unit being activated to cure the predetermined area of the resin into a cured polymer layer, and
a wing connected to the controller to support the hardened layer.
- a) Füllen eines Bads mit einem durch Bestrahlung härtbaren photopolymerisierbaren Harz,
- b) Einstellen der Höhe einer sich innerhalb des Bads befindenden Tragfläche, so daß die Tragfläche bis zu einer Tiefe mit Harz bedeckt wird, die der Dicke der nächsten Schicht des zu druckenden Modells gleicht,
- c) Abgeben eines Photoinitiators in einen vorgegebenen Bereich des Bads,
- d) Härten des vorgegebenen Bereichs und
- e) Wiederholen der Schritte b-d, bis das Modell fertig ist.
- a) filling a bath with a radiation-curable photopolymerizable resin,
- b) adjusting the height of a wing located within the bath so that the wing is covered with resin to a depth equal to the thickness of the next layer of the model to be printed,
- c) dispensing a photoinitiator into a predetermined area of the bath,
- d) hardening the predetermined area and
- e) repeating steps bd until the model is finished.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US65642600A | 2000-09-06 | 2000-09-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10143218A1 true DE10143218A1 (en) | 2002-08-01 |
Family
ID=24632978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2001143218 Withdrawn DE10143218A1 (en) | 2000-09-06 | 2001-09-04 | System for printing three dimensional models comprises a bath containing a polymerizable resin, a printing head and control unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10143218A1 (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10312512A1 (en) * | 2003-03-20 | 2004-09-30 | Tim Wunstorf | Assembly to shape symbol structures, from fusible plastics granules, applies local heat along the symbol contour in a container of granules to give the required shape |
| EP1661640A1 (en) * | 2004-11-24 | 2006-05-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for producing a lost pattern and a core introduced into the pattern |
| DE102014111559A1 (en) * | 2014-08-13 | 2016-02-18 | Uwe Brick | Method and device for producing layer sequences and shaped bodies from a number of layers and layer sequence |
| DE102014220760A1 (en) | 2014-10-14 | 2016-04-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of making a phantom for medical imaging |
| WO2018104225A1 (en) | 2016-12-05 | 2018-06-14 | Covestro Deutschland Ag | Method and system for producing an article by layer-by-layer buildup in a stamping process |
| WO2018112641A1 (en) * | 2016-12-20 | 2018-06-28 | Michael Yearwood | Multi-dimensional printing system and method |
| US10683381B2 (en) | 2014-12-23 | 2020-06-16 | Bridgestone Americas Tire Operations, Llc | Actinic radiation curable polymeric mixtures, cured polymeric mixtures and related processes |
| US11097531B2 (en) | 2015-12-17 | 2021-08-24 | Bridgestone Americas Tire Operations, Llc | Additive manufacturing cartridges and processes for producing cured polymeric products by additive manufacturing |
| WO2022070002A1 (en) | 2020-10-02 | 2022-04-07 | Intrepid Automation | Vat-based additive manufacturing with dispensed material |
| US11453161B2 (en) | 2016-10-27 | 2022-09-27 | Bridgestone Americas Tire Operations, Llc | Processes for producing cured polymeric products by additive manufacturing |
-
2001
- 2001-09-04 DE DE2001143218 patent/DE10143218A1/en not_active Withdrawn
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10312512A1 (en) * | 2003-03-20 | 2004-09-30 | Tim Wunstorf | Assembly to shape symbol structures, from fusible plastics granules, applies local heat along the symbol contour in a container of granules to give the required shape |
| EP1661640A1 (en) * | 2004-11-24 | 2006-05-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for producing a lost pattern and a core introduced into the pattern |
| WO2006056524A1 (en) | 2004-11-24 | 2006-06-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for production of a disposable pattern and core arranged therein |
| DE102014111559B4 (en) | 2014-08-13 | 2023-06-07 | Uwe Brick | Process for the production of layer sequences and moldings from a number of layers |
| DE102014111559A1 (en) * | 2014-08-13 | 2016-02-18 | Uwe Brick | Method and device for producing layer sequences and shaped bodies from a number of layers and layer sequence |
| DE102014220760A1 (en) | 2014-10-14 | 2016-04-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of making a phantom for medical imaging |
| US12312432B2 (en) | 2014-12-23 | 2025-05-27 | Bridgestone Americas Tire Operations, Llc | Actinic radiation curable polymeric mixtures, cured polymeric mixtures and related processes |
| US11926688B2 (en) | 2014-12-23 | 2024-03-12 | Bridgestone Americas Tire Operations, Llc | Actinic radiation curable polymeric mixtures, cured polymeric mixtures and related processes |
| US10683381B2 (en) | 2014-12-23 | 2020-06-16 | Bridgestone Americas Tire Operations, Llc | Actinic radiation curable polymeric mixtures, cured polymeric mixtures and related processes |
| US11261279B2 (en) | 2014-12-23 | 2022-03-01 | Bridgestone Americas Tire Operations, Llc | Actinic radiation curable polymeric mixtures, cured polymeric mixtures and related processes |
| US11097531B2 (en) | 2015-12-17 | 2021-08-24 | Bridgestone Americas Tire Operations, Llc | Additive manufacturing cartridges and processes for producing cured polymeric products by additive manufacturing |
| US12138852B2 (en) | 2015-12-17 | 2024-11-12 | Bridgestone Americas Tire Operations, Llc | Additive manufacturing cartridges and processes for producing cured polymeric products by additive manufacturing |
| US11453161B2 (en) | 2016-10-27 | 2022-09-27 | Bridgestone Americas Tire Operations, Llc | Processes for producing cured polymeric products by additive manufacturing |
| US11643479B2 (en) | 2016-12-05 | 2023-05-09 | Covestro Deutschland Ag | Method for producing an article by layer-by-layer buildup with separately patterned resin and initiator wherein the resin has a storage modulus greater than loss modulus at 20 C |
| WO2018104225A1 (en) | 2016-12-05 | 2018-06-14 | Covestro Deutschland Ag | Method and system for producing an article by layer-by-layer buildup in a stamping process |
| WO2018112641A1 (en) * | 2016-12-20 | 2018-06-28 | Michael Yearwood | Multi-dimensional printing system and method |
| WO2022070002A1 (en) | 2020-10-02 | 2022-04-07 | Intrepid Automation | Vat-based additive manufacturing with dispensed material |
| EP4221958A4 (en) * | 2020-10-02 | 2024-09-25 | Intrepid Automation, Inc. | TANK-BASED ADDITIVE MANUFACTURING WITH FEED MATERIAL |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE60213267T2 (en) | SELECTIVE MATERIAL STORAGE WITH NETWORKABLE PHASE RECHARGEABLE MATERIALS | |
| DE60115136T2 (en) | Production of three-dimensional objects by controlled photocuring | |
| EP2083992B1 (en) | Continuous, generative method and apparatus for the production of a three-dimensional object | |
| EP3393754B1 (en) | Method and device for producing an object by using a 3d printing device | |
| EP0888868B1 (en) | Process and apparatus for producing three-dimensional objects | |
| DE69206443T2 (en) | Method and device for the computer-controlled production of three-dimensional objects from computer data. | |
| DE3587656T2 (en) | Stereolithographic device and method for producing three-dimensional objects. | |
| DE69302420T2 (en) | Photo-forming process | |
| DE19715582B4 (en) | Method and system for generating three-dimensional bodies from computer data | |
| DE602004012666T2 (en) | Systems and methods for using multi-part hardening materials | |
| US20040207123A1 (en) | 3-D model maker | |
| DE112004001311T5 (en) | A method and system for creating an object using solid-state free-form fabrication | |
| US20050093208A1 (en) | Method and a system for solid freeform fabrication of a three-dimensional object | |
| AT515138A1 (en) | Apparatus for processing photopolymerizable material for the layered construction of a shaped body | |
| WO2019063094A1 (en) | 3D PRINTED SHAPES MORE THAN SILICON MATERIALS | |
| EP0435102A2 (en) | Method for producing build-up parts | |
| DE60031317T2 (en) | Stereolithographic method and apparatus for producing three-dimensional objects, wherein smoothing parameters apply to layer groups | |
| DE102016209933A1 (en) | Apparatus and method for generatively producing a three-dimensional object | |
| DE10143218A1 (en) | System for printing three dimensional models comprises a bath containing a polymerizable resin, a printing head and control unit | |
| DE102014010412B4 (en) | Process and arrangement for additive manufacturing of components | |
| EP1523413B1 (en) | Method and device for producing a stamp | |
| JP2738016B2 (en) | 3D molding equipment | |
| EP3774289B1 (en) | Method and assembly for a continuous or semi-continuous additive manufacture of components | |
| WO2017102700A1 (en) | Method and arrangements for reducing the boundary surface adhesion in photopolymerization | |
| DE102014111559B4 (en) | Process for the production of layer sequences and moldings from a number of layers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |