DE102005035987A1

DE102005035987A1 - Process for the preparation of three-dimensional shaped bodies

Info

Publication number: DE102005035987A1
Application number: DE102005035987A
Authority: DE
Inventors: Ralf Sobe; Carsten Dr. Tille; Hermann Dr. Seitz; Arthur Dr. Bens; Günter Bermes
Original assignee: Stiftung Caesar Center of Advanced European Studies and Research
Current assignee: Stiftung Caesar Center of Advanced European Studies and Research
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2007-02-01
Also published as: WO2007012429A1

Abstract

Verfahren zum schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Objektes 3, wobei in einem Verfahrensschritt Bereiche einer auf einer Bauplattform 1 befindlichen verfestigbaren Flüssigkeit 7 ausgewählt und mit einer insbesondere elektromagnetischen Strahlung 13 zur Verfestigung einer Schicht bestrahlt werden, wobei in einem nachfolgenden Recoatingschritt die verfestigte Schicht wiederum mit Flüssigkeit 7 bedeckt wird, wobei zur vollständigen Bedeckung der verfestigten Schicht mit Flüssigkeit 7 ein Wischblatt ("Rakelklinge") 9 in einem vorgebbaren Abstand über die verfestigte Schicht geführt wird, wobei die Verfahrensschritte zum Aufbau weiterer Schichten wiederholt werden, bis das Objekt 3 fertiggestellt ist, wobei das Wischblatt 9, bevor es über die Schicht geführt wird, zunächst über ein Abstreifmittel geführt und damit von einer daran befindlichen Überlast befreit wird, wobei das Abstreifmittel eine Abstreiffläche oder eine Abstreifkante aufweist, die zumindest nahezu auf dem Niveau der verfestigten Schicht liegt.Method for the layer-by-layer construction of a three-dimensional object 3, areas of a solidifiable liquid 7 located on a building platform 1 being selected in one method step and irradiated with, in particular, electromagnetic radiation 13 to solidify a layer, in a subsequent recoating step the solidified layer again with liquid 7 is covered, in order to completely cover the solidified layer with liquid 7, a wiper blade ("doctor blade") 9 is guided at a predeterminable distance over the solidified layer, the process steps for building up further layers being repeated until the object 3 is completed, whereby the wiper blade 9, before it is passed over the layer, is first passed over a wiping means and is thus freed from an overload located thereon, the wiping means having a wiping surface or a wiping edge which is at least almost on d level of the solidified layer.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Objektes, wobei in einem Verfahrensschritt Bereiche einer auf einer Bauplattform befindlichen verfestigbaren Flüssigkeit ausgewählt und mit einer insbesondere elektromagnetischen Strahlung zur Verfestigung einer Schicht bestrahlt werden, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt die verfestigte Schicht wiederum mit Flüssigkeit bedeckt wird, wobei zur vollständigen Bedeckung der Schicht ein Wischblatt in einem vorgebbaren Abstand über die verfestigte Schicht geführt wird, wobei die Verfahrensschritte zum Aufbau weiterer Schichten wiederholt werden, bis das Objekt fertiggestellt ist. Die Erfindung betrifft zudem eine insbesondere zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.The The present invention relates to a method of layered construction a three-dimensional object, wherein in one process step Areas of a solidified on a building platform liquid selected and with a particular electromagnetic radiation for solidification a layer are irradiated, wherein in a further process step the solidified layer is in turn covered with liquid, wherein the complete Covering the layer of a wiper blade at a predetermined distance over the solidified layer led is, wherein the process steps for the construction of further layers be repeated until the object is completed. The invention also concerns a particular one suitable for carrying out the process Contraption.

Derartige Stereolithographieverfahren werden beispielsweise zur raschen („rapid") Entwicklung von Prototypen eingesetzt. Dabei werden mit einem solchen „Rapid-Prototyping" individuell geformte Bauteile anhand von Datensätzen, die Schichten des dreidimensionalen Objektes repräsentieren, hergestellt. Das geschieht, wie oben dargestellt, durch die entsprechend schichtweise selektive Strahlenhärtung eines insbesondere flüssigen Photopolymers. Da mit dem Rapid-Prototyping Bauteile in nahezu jeder gewünschten Form angefertigt werden können, werden diese Verfahren nicht nur in der Produktentwicklung sondern bevorzugt auch in der medizinischen Therapie zur Anfertigung individueller Prothesen eingesetzt.such Stereolithography methods are used, for example, for the rapid development of Prototypes used. In this case, with such a "rapid prototyping" individually shaped components based on records, represent the layers of the three-dimensional object, produced. This happens, as shown above, by the corresponding Layerwise selective radiation hardening a particular liquid Photopolymer. Because with the rapid prototyping components in almost everyone desired Shape can be made these methods not only in product development but preferred also in the medical therapy for the preparation of individual Prostheses used.

Generell gilt, dass ein solches Photopolymer (Stereolithographieharz), wenn es mit insbesondere elektromagnetischer Strahlung einer Energiedichte E beleuchtet wird, bis in eine Tiefe von Cd = DP·In (E/EC) aushärtet, wobei mit DP und EC Harzkonstanten bei der verwendeten Wellenlänge der Strahlung bezeichnet sind.As a general rule holds that such a photopolymer (stereolithography resin), when it with in particular electromagnetic radiation of an energy density E is illuminated to a depth of Cd = DP · In (E / EC) hardens, wherein with DP and EC resin constants at the wavelength used Radiation are designated.

Der Prozess wird in einem mit Harz befüllten Gefäß durchgeführt, in dem sich eine als Unterlage dienende horizontalebene Trägerplatte befindet. Diese Trägerplatte wird zunächst in einem „Recoating" Schritt mit einer Harzschicht einer Dicke d bedeckt, indem die Oberfläche der Trägerplatte etwas unter die Oberfläche des Photopolymers abgesenkt wird. Um die vollständige Bedeckung der Trägerplatte mit einer dünnen Harzschicht trotz der Oberflächenspannung des flüssigen Harzes gewährleisten zu können, gibt es unterschiedliche Vorgehensweisen. Zum einen kann die Trägerplatte entweder so tief abgetaucht werden, bis sich die Oberfläche darüber schließt, bevor sie dann wieder bis nahe unter die Oberfläche angehoben wird. Es jedoch ist zum anderen auch möglich, die Trägerplatte nur um das Maß der zu erzeugenden Schichtdicke abzusenken, um nachfolgend mit einem darüberzuführenden Wischblatt, einer sogenannten „Rakelklinge", das Harz auf der Trägerplatte gleichmäßig zu verteilen.Of the Process is carried out in a vessel filled with resin, in which a serving as a base horizontal plane carrier plate located. This carrier plate will be first in a "recoating" step with one Resin layer of a thickness d covered by the surface of the support plate something under the surface of the photopolymer is lowered. To complete the coverage of the support plate with a thin one Resin layer despite the surface tension of the liquid Ensuring resin to be able to there are different approaches. First, the carrier plate either submerged so deep until the surface shuts over before it is then raised again to near the surface. It does, however on the other hand is also possible the carrier plate just about the measure of Lowering to be generated layer thickness, to be followed by a darüberzuführenden Wiper blade, a so-called "doctor blade", the resin on the support plate evenly distributed.

Überall dort, wo die Schicht auf der Trägerplatte ausgehärtet werden soll, wird sie mit einer ausreichenden Intensität beleuchtet, wobei die Bedingung Cd > d erfüllt wird. Unter dieser Bedingung härtet die Schicht komplett durch und verklebt mit der Unterlage, respektive mit der darunter liegenden Schicht. An den nicht beleuchteten Stellen bleibt das Harz hingegen flüssig. Dabei sind die Muster der Beleuchtung im Computer, der auch die insbesondere einen Laser aufweisende Strahlenquelle steuert, als Schnitte des zu erzeugenden Objektes zu der jeweiligen Bauhöhe gespeichert. Nach der Aushärtung der Schicht wird die Unterlage wiederum um die Dicke einer Schicht abgesenkt. Die verfestigte Schicht dient nun als Unterlage für die nächste Schicht. Auf die vorhandene Schicht wird erneut eine Harzschicht aufgetragen und selektiv ausgehärtet, so wächst das Objekt um eine weitere Schicht in die Höhe. Um ein Umkippen des Objektes während des Aufbaus zu vermeiden, kann dieses von einer leicht zu entfernenden Stützstruktur („Support") unterfüttert werden.Everywhere over there, where the layer on the backing plate hardened it is illuminated with sufficient intensity, where the condition Cd> d Fulfills becomes. Under this condition hardens the layer completely through and glued to the pad, respectively with the underlying layer. In the non-illuminated areas the resin remains liquid. Here are the patterns of lighting in the computer, which is also the In particular, a laser having radiation source controls, as cuts stored the object to be generated to the respective height. After curing the layer becomes the substrate again by the thickness of a layer lowered. The solidified layer now serves as a support for the next layer. On the existing layer, a resin layer is applied again and selectively cured, so grows the object by another layer in the height. To overturn the object while To avoid the buildup, this can be easily removed support structure ("Support") be relined.

Schon an dieser Stelle sei eine nachfolgend verwendete Terminologie eingeführt:
So wird das letztendlich gewünschte Teil als „Bauteil" bezeichnet, wobei das Bauteil mit seinen eventuellen Hilfs- oder Stützstrukturen, so wie es im Verfahren entsteht, als „Objekt" bezeichnet wird. Die später zu entfernenden Hilfs- oder Stützstrukturen werden ganz allgemein als „Strukturen" oder „Support" bezeichnet.At this point, a terminology used below is introduced:
Thus, the final desired part is referred to as "component", wherein the component with its possible auxiliary or support structures, as it arises in the process, is referred to as "object". The auxiliary structures or support structures to be removed later are generally referred to as "structures" or "support".

Jedoch tritt bei der Nutzung der Rakelklinge gerade bei der Fertigung dünner Schichten folgendes Problem auf: Wenn die Rakelklinge auf den Rand des auf der Oberfläche mehr oder weniger stark mit Harz benetzten Objektes zufährt, um die Schicht glattzustreichen, entlädt sich zunächst die an der Klinge haftende und ein Harzreservoir bildende Überlast am Rand des Objektes. Das geschieht sowohl bei Systemen, bei denen die Rakelklinge aus Luft kommend auf den Rand zufährt als auch bei den Systemen, bei denen sie aus einem Harzbad kommt. Es lässt es sich daher bislang nicht vermeiden, dass am Rand des Objektes ein Wulst aus Harz aufgeworfen wird, dessen Höhe größer als die gewünschte Schichtstärke ist.however occurs when using the doctor blade just in the production of thin layers following problem: When the doctor blade on the edge of the the surface more or less strongly fed with resin wetted object to smoothing out the layer first discharges the one sticking to the blade and a resin reservoir forming overload on the edge of the object. This happens both in systems where the squeegee blade comes from the air coming to the edge as even in the systems where it comes from a resin bath. It lets it be Therefore, so far unavoidable that at the edge of the object a bead resin is raised whose height is greater than the desired layer thickness.

Dabei ist es besonders problematisch, dass sich mit fortschreitender Bauhöhe die Dickenfehler an diesen Stellen addieren und diese Beule über die Fahrebene der Rakelklinge hinauswächst. Irgendwann berührt die Rakelklinge das Objekt und es kommt zu einem lokalen Abriss einer Schicht oder zu einem völligen Wegreißen des mitunter schlecht fixierten Objektes. In der Folge stören Abrisspartikel und zerfetzte Schichten den Bauprozess oder bringen ihn völlig außer Kontrolle. Dabei werden die Partikel bei einer nachfolgenden Belichtung festgeklebt und stören die Bauteilgeometrie auf unvorhersehbare Weise. Die an der Seite aufgerissenen Schichten können auch als Reißlaschen fungieren, die beim nächsten Recoating neue Abrisspartikel freisetzen. Unter ungünstigen Umständen kann selbst ein einzelnes abgerissenes Partikel eine sich selbst verstärkende Prozessinstabilität verursachen.It is particularly problematic that add the thickness error at these locations with increasing height and this bulge grows beyond the driving plane of the doctor blade. At some point, the doctor blade touches the object and it comes to a local demolition of a layer or to a complete tearing away of the sometimes poorly fixed object. As a result, demolition particles and shredded layers disturb the construction process or bring it completely out of control. The particles are stuck in a subsequent exposure and disturb the component geometry in an unpredictable way. The torn-open layers can also act as tear tabs, releasing new tear particles at the next recoating. Under unfavorable conditions, even a single demolished particle can cause self-reinforcing process instability.

Versuche, dieses Problem durch eine Modifikation der Kante der Rakelklinge beispielsweise durch Abrunden zu beheben, waren bislang nur von geringem Erfolg. Damit wird der Bauprozess bezüglich singulärer Störungen zwar etwas toleranter, jedoch kann der Randhäufungseffekt, der regelmäßig zu einer heftigen Rakelberührung führt, letztendlich nicht vermieden werden. Allerdings tritt der Effekt erst oberhalb einer gewissen Bauhöhe in der Größenordnung von einem Millimeter auf.Tries, this problem by a modification of the edge of the doctor blade for example, by rounding to fix, were so far only of small Success. Thus, the construction process with respect to singular disturbances indeed a bit more tolerant, however, can the marginal accumulation effect, which regularly becomes one violent squeegee touch leads, ultimately can not be avoided. However, the effect occurs only above a certain height in the order of magnitude of a millimeter up.

Zudem ist die verhältnismäßig große Harzmenge nachteilig, die zur Füllung notwendig ist. Dabei ist diese nur von der Vorrichtung, nicht aber von der Größe des zu bauenden Objektes abhängig. Mit der Harzmenge wächst jedoch der Aufwand für einen Harzwechsel, was die Wahl der Materialien einschränkt. Mit den bekannten Verfahren kann nur ein Material pro Objekt verwendet werden. Ein weiterer Nachteil der bekannten Systeme ist, dass der Prozess bei der Erzeugung besonders dünner Schichten, wie sie für besonders kleine Objekte benötigt werden, instabil werden kann und geometrische Abweichungen erzeugt.moreover is the relatively large amount of resin disadvantageous to the filling necessary is. This is only from the device, but not from the size of to depending on the building object. With the amount of resin growing However, the effort for a resin change, which limits the choice of materials. With the known method can use only one material per object become. Another disadvantage of the known systems is that of Process in the production of particularly thin layers, as they are especially small objects are needed can become unstable and generates geometric deviations.

Die Aufgabe der Erfindung liegt nun einerseits darin, ein gattungsgemäßes Verfahren zu schaffen, das sich einfach umsetzen lässt und mit dem sich Objekte auch verhältnismäßig kleiner Dimensionen ohne besonderen Aufwand akkurat fertigen lassen, wobei die genannten Nachteile betreffend die Beschädigung des sich aufbauenden Objektes durch die an einer „Wucherung" hängend bleibenden Rakelklinge so weit wie möglich behoben werden sollen. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens zu schaffen.The The object of the invention is now, on the one hand, a generic method to create, which can be easily implemented and with which objects also relatively smaller Dimensions can be accurately manufactured without special effort, where the disadvantages mentioned concerning the damage of the building up Object by the hanging on a "proliferation" remaining Doctor blade as far as possible to be corrected. In addition, it is an object of the invention to provide a Device for implementing the method.

Diese Aufgaben werden durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen genannt.These Objects are achieved by the method according to claim 1 and the device solved according to claim 11. Particularly advantageous embodiments are in the respective subclaims called.

Ein wesentlicher Grundgedanke der Erfindung geht zunächst davon aus, dass das Abstreifen der Rakelklinge nicht am letztendlich zu fertigenden Bauteil oder an einer anderen besonders heiklen Stelle des Objektes geschieht, sondern schon im Vorfeld an einer unkritischen Stelle vorgenommen wird. Erfindungsgemäß wird das Wischblatt daher, bevor es zur Glättung der Flüssigkeit über die kritischen Stellen der zuletzt verfestigten Schicht geführt wird, zunächst über ein extra dafür vorgesehenes Abstreifmittel geführt und damit von der daran haftenden Überlast befreit. Dabei ist es auch ein wesentlicher Gesichtspunkt, dass das Abstreifmittel eine Abstreiffläche oder Abstreifkante aufweist, die zumindest nahezu auf dem Niveau der zuletzt verfestigten Schicht liegt, so dass die Rakelklinge praktisch in derselben Ebene weitergeführt werden kann, ohne dass es zu Anhäufungen oder Abfluss von Material aufgrund von Stufen zwischen den Ebenen kommen kann.One The essential idea of the invention is initially based on the fact that stripping the Squeegee blade not at the final part to be manufactured or on another particularly delicate place of the object happens, but already made in advance in a non-critical place. According to the invention Wiper blade therefore, before it to smooth the liquid over the critical points of the last solidified layer, initially on a extra for that provided Abstreifmittel out and thus freed from the liability overload. It is It is also an essential consideration that the stripping agent a scraping surface or scraper edge, which is at least almost at the level the last solidified layer lies so that the doctor blade can be continued in practically the same plane without it to accumulations or outflow of material due to levels between levels can come.

Unter diesem Aspekt ist es außerdem wichtig, dass sich zwischen der Oberfläche der Schicht und der Abstreiffläche oder Abstreifkante kein Spalt von unakzeptabler Größe auftut, der Materialverschiebungen der genannten Art bewirkt und damit den Effekt des Abstreifens zunichte macht. Für die Konzeption des Abstreifmittels gibt es verschiedene Möglichkeiten, die an späterer Stelle vorgestellt werden. So kann dieses von der zu beschreibenden Kontaktplatte oder von Teilen des zu erzeugenden Objektes gebildet werden.Under this aspect is moreover important that is between the surface of the layer and the wiper surface or Wiper edge no gap of unacceptable size opens up, the material shifts causes the aforementioned type and thus nullify the effect of stripping power. For the design of the scraper there are different ways the later Job will be presented. So this can be described by the Contact plate or formed by parts of the object to be generated become.

Zunächst sei jedoch folgendes erwähnt: Auch wenn sich der erfindungsgemäße Gedanke des Einsatzes eines Abstreifmittels prinzipiell auf jedes der bekannten Schichtauftragverfahren anwenden lässt, so ist er doch in den Fällen besonders vorteilhaft, in denen eine Abkehr von dem bislang angewandten Prinzip vorliegt, wonach die Trägerplatte respektive die auf ihr befindlichen ausgehärteten Schichten und damit das Objekt in das mit Harz befüllte Bad abgesenkt werden. Vorteilhafterweise wird die Erfindung mit einem Verfahren in Verbindung gebracht, bei dem das zu fertigende Objekt gewissermaßen freistehend auf der Trägerplatte in die Höhe gebaut wird, wobei das Recoating, also das Bedecken der fertigen Schichten mit Harz, von oben herab aus einem mit Harz gefüllten Reservoir geschieht. Dabei kann das Objekt entweder von oben mit Harz „beregnet" werden oder das Harz wird von der Seite auf das Objekt aufgebracht. Auf jeden Fall bedarf es jedoch gerade bei dieser Vorgehensweise eines Wischblattes, das die so aufgebrachte Harzschicht glättet.First, be However, the following is mentioned: too when the idea according to the invention the use of a stripping agent in principle on each of the known Applying layering process, so he is in the make particularly advantageous, in which a departure from the previously used Principle exists, after which the carrier plate respectively the hardened layers on it and thus the object in the resin filled Bath lowered. Advantageously, the invention with a method in which the to be produced Object in a sense freestanding on the support plate built in the air is, where the recoating, so covering the finished layers with resin, from above from a reservoir filled with resin happens. there The object can either be "irrigated" with resin from above or the resin can be applied from the side the object applied. In any case, it is needed at this approach of a wiper blade, the so applied Resin layer smoothes.

Das kann geschehen, indem im Recoatingschritt die sich auf dem Abstreifmittel befindliche Flüssigkeit mittels der Rakelklinge seitlich auf die verfestigte Schicht geschoben wird oder indem die Flüssigkeit über eine Fördereinrichtung gefördert und von oben auf die verfestigte Schicht in Tropfen oder Strahlen aufgebracht wird.The This can be done by applying the stripping agent in the recoating step located liquid pushed laterally onto the solidified layer by means of the doctor blade or by adding the liquid over one Conveyor promoted and from above onto the solidified layer in drops or jets is applied.

In Verbindung mit dem frei in die Höhe wachsenden Objekt wird ein weiterer Gedanke erfindungswesentlich: Damit das Harz nicht schon vor der Verfestigung von der Oberfläche abläuft, ist es nahezu unabdingbar, das zu fertigende Objekt während des Schichtaufbaus mit einem Behältnis zu umgeben, dessen Wände das Ablaufen verhindern. Dabei wird dieses Behältnis, das insbesondere in Form einer das Objekt einfassenden Wanne ausgebildet ist, erfindungsgemäß mit dem Objekt gemeinsam aufgebaut, so dass Objekt und Behältnis wiederum ein gemeinsames einziges Objekt bilden.In Connection with the free in the air growing object is another idea essential to the invention: So that the resin does not run off the surface before solidification is it almost indispensable, the object to be produced during the layer construction with a container to surround, whose walls that Prevent drainage. In this case, this container, in particular in Is formed of a mold enclosing tub, according to the invention with the Object built together so that object and container turn form a common single object.

Um ein Auslaufen des Harzes möglichst effektiv zu verhindern, ist es dabei von Vorteil, zunächst die Wandungen des Behältnisses zu belichten und so zu erhärten, bevor die Schicht des innerhalb des Behältnisses befindlichen Teil des Objektes belichtet wird. Es ist auch denkbar, nach dem Recoating zunächst die Wandung des Behältnisses zu erzeugen, bevor das nunmehr gegenüber der Oberfläche des restlichen Objektes um eine Schichtdicke erhöhte Behältnis in einem weiteren Recoating noch einmal mit Harz angefüllt und die nächste Schicht des restlichen Objektes verfestigt wird. Dies könnte bei größeren Schichtstärken und dünnflüssigen Materialien erforderlich werden, falls das Harz schneller vom Objekt herunterläuft, als es belichtet werden kann. In besonderen Fällen muss die Erhöhung der Wandung des Behältnisses sogar in mehreren Schichten gebaut werden.Around leakage of the resin as possible To effectively prevent this, it is advantageous to start with the Walls of the container to illuminate and so harden before the layer of the inside of the container part of the object is exposed. It is also possible after recoating first the wall of the container to produce before that now opposite the surface of the rest Object increased by one layer container in another recoating once again filled with resin and the next one Layer of the remaining object is solidified. This could be at greater layer thicknesses and low-viscosity materials be required if the resin runs faster from the object than it can be exposed. In special cases, the increase of the Wall of the container even be built in multiple layers.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise bietet gegenüber dem Stand der Technik einige Vorteile: So können wesentlich dünnere Schichten und damit Bauteile mit entsprechend höherer Auflösung erzeugt werden. Zudem ist von Vorteil, dass das Verfahren mit einer verhältnismäßig geringen Menge an Harz (Photopolymer) auskommt, was gerade beim Bau kleiner Objekte zu großen Einsparungen beiträgt und was einen zwischenzeitlichen Austausch des Harzes und damit eine Fertigung mit mehreren Komponenten ermöglicht. Dazu weist die Vorrichtung vorteilhafterweise einen geschlossenen Pumpkreislauf auf, der die geringe Menge an Harz umwälzt. Zudem können zur Erzeugung kontinuierlich gekrümmter Oberflächen die Krümmungseffekte der Ablaufkanten wie auch die Abhängigkeit der Schichtdicken vom Recoatingspalt gezielt genutzt werden.The inventive approach offers opposite The prior art some advantages: So can significantly thinner layers and thus components are produced with a correspondingly higher resolution. moreover is advantageous that the process with a relatively low Amount of resin (photopolymer) manages what is currently smaller in construction Objects too big Contributes to savings and what an interim exchange of the resin and thus a Manufacturing with multiple components allows. For this purpose, the device Advantageously, a closed pumping circuit, which the small amount of resin circulated. In addition, you can for producing continuously curved surfaces the curvature effects the trailing edges as well as the dependence of the layer thicknesses be specifically used by Recoatingspalt.

Um Baugeometrien nahezu beliebiger Höhe zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, als Abstreifmittel am Rand der in die Höhe wachsendenden Struktur eine stationäre Kontaktplatte vorzusehen, die im Prinzip eine Verlängerung der Bauebene bildet.Around To allow construction geometries of almost any height, it is advantageous as a stripping agent at the edge of the height-increasing structure stationary Provide contact plate, which in principle an extension forms the building level.

Diese Kontaktplatte wird zu Beginn des Prozesses möglichst exakt auf die Höhe einer Bauplattform justiert, auf der das Objekt aufgebaut wird. Der verbleibende Spalt zwischen dem mit dem Behältnis umgebenen Objekt, und der Kontaktplatte ist dabei zu minimieren. Die von der Oberfläche der Plattform definierte Bauhöhe sollte vorteilhafterweise mindestens eine Schichtdicke unterhalb der Fahrebene der Rakelklinge liegen. Während die Bauplattform mit dem darauf in die Höhe wachsenden Objekt abgesenkt wird, verbleibt die Kontaktplatte vorteilhafterweise auf ihrer ursprünglichen Höhe. Das umgebende Behältnis wird damit unmittelbar am Rand der Kontaktplatte gebaut, wobei sich die Ränder von Behältnis und Kontaktplatte vorteilhafterweise möglichst stark anschmiegen, um den Spalt als Ablauf zu verringern. Besonders einfach ist es dabei, das umgebende Behältnis mit einer senkrechten Wandung in die Höhe wachsen zu lassen. So kann einfach sichergestellt werden, dass auch im nachfolgenden Prozess der Spalt zwischen Kontaktplatte und Struktur hinreichend klein bleibt.These Contact plate is at the beginning of the process as closely as possible to the height of a Construction platform adjusted on which the object is built. The remaining one Gap between the container surrounded Object, and the contact plate is to minimize. The of the surface the platform defined height should advantageously at least one layer below lie the driving plane of the doctor blade. While the build platform with the on it in the height growing object is lowered, the contact plate advantageously remains on their original Height. The surrounding container is thus built directly on the edge of the contact plate, where the edges from container and contact plate advantageously cling as strong as possible, to reduce the gap as a drain. It is especially easy in the process, the surrounding container to grow upwards with a vertical wall. So can simply be assured that even in the subsequent process the gap between contact plate and structure sufficiently small remains.

Beim Recoating kann der angrenzende Teil der Kontaktplatte und gegebenenfalls auch die Oberfläche des Objektes mit Harz benetzt werden. Anschließend wird die Rakelklinge von der Kontaktplatte her kommend über das Objekt geführt, wobei das problematische Harzreservoir beim Start der Bewegung auf der Kontaktplatte verbleibt. Wenn das Objekt erreicht wird, hat sich die Rückseite der Rakelklinge bereits von ihrer Überlast befreit. Die Vorderseite der Rakelklinge schiebt eine „Bugwelle" über die Kontaktplatte während die Rückseite eine gleichmäßig dünne Harzschicht hinterlässt. Dabei verursacht ein feiner Grenzspalt oder eine kleine Stufe zwischen Kontaktplatte und Oberfläche des Objektes keinen bedeutsamen Schichtfehler.At the Recoating can be the adjacent part of the contact plate and optionally also the surface of the object are wetted with resin. Then the doctor blade of coming from the contact plate the object guided, with the problematic resin reservoir at the start of the movement the contact plate remains. When the object is reached, has the back the doctor blade already freed from its overload. The front the doctor blade pushes a "bow wave" over the contact plate while the back a uniformly thin resin layer leaves. This causes a fine boundary gap or a small step between Contact plate and surface of the object no significant layer error.

Da sich auf einer Kontaktplatte eine „Harzpfütze" ausbilden kann, die nach dem Wegfahren der Rakelklinge langsam als kleine Flutwelle in Richtung des Objektes wandert, ist es vorteilhaft, in oder an der Kontaktplatte einen Abfluss, in einer entsprechenden Dimensionierung, insbesondere in der Form von Bohrungen, vorzusehen.There can form a "resin puddle" on a contact plate, after driving away the doctor blade slowly as a small tidal wave in the direction of the object migrates, it is advantageous in or on the contact plate a Outflow, in a corresponding dimensioning, in particular in the shape of holes to provide.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es mitunter dazu kommen, dass das Objekt an dem bezüglich der Bewegungsrichtung der Rakelklinge hinteren Rand wegen des ablaufenden Harzes einen etwas abfallenden Randbereich bekommt. Vorteilhafterweise wird das Verfahren daher so durchgeführt, dass dieser geneigte Randbereich an einer Stelle von geringer Relevanz zu liegen kommt. Das ist in den Fällen gegeben, bei denen ein äußeres Behältnis mitwächst und bei denen vor allem die Innenstruktur von Interesse ist. Wie schon dargelegt, werden die Ränder vorteilhafterweise unmittelbar nach dem Schichtauftrag belichtet, so dass das flüssige Harz kaum Zeit zum Abfließen hat. Dabei gilt: Je kürzer die Zeit zwischen dem Schichtauftrag und dem Belichten, desto weniger kann die unvermeidliche Randkrümmung nach innen wandern. Da sich auch der Rand zur Kontaktplatte aufgrund des in den Spalt hineinfließenden Harzes nach unten krümmt, wird dieser vorteilhafterweise als erstes belichtet. Dabei ist jedoch zu beobachten, dass bei einer hohen Zahl aufeinandergestapelter Randschichten sich der Rand nicht weiter absenkt, sondern dass die Randkrümmung gegen eine „natürliche" Kurve konvergiert, die von den Prozessparametern abhängig ist. Daraus folgt, dass die Bauhöhe im Prinzip unbegrenzt ist, wobei die gekrümmten Schichtränder die Ebenheit der Schichten im Inneren schützen.In the method according to the invention, it can sometimes happen that the object gets a slightly sloping edge region at the rear edge with respect to the direction of movement of the doctor blade because of the running off of the resin. Advantageously, the method is therefore carried out so that this inclined edge region comes to lie in a location of little relevance. This is the case in which an outer container grows with and above all the internal structure of interest. As already stated, the edges are advantageously exposed immediately after the layer application, so that the liquid resin hardly has time to drain. The shorter the time between the layer application and the exposure, the less the inevitable edge curvature can move inwards. Since also the edge to the Kon Clock plate due to the flowing into the gap resin curving down, this is advantageously exposed first. However, it can be observed that with a high number of stacked edge layers, the edge does not lower further, but that the edge curvature converges to a "natural" curve, which depends on the process parameters. wherein the curved layer edges protect the flatness of the layers in the interior.

In den Fällen, in denen das aufzubauende Objekt hinreichend breite und zugleich tiefe Ausnehmungen aufweist, lässt sich der oben beschriebene Häufungseffekt an den Rändern der Ausnehmungen trotz Einsatz der Kontaktplatte nicht ganz vermeiden. Es ist jedoch zu beobachten, dass dieser Effekt unterhalb einer bestimmten Größe der Ausnehmungen nicht mehr auftritt. Somit wirkt also ein feinmaschiges Gitter bezüglich der an der Rakelklinge haftenden Überlast ebenso abstreifend wie das Abstreifmittel. Es ist daher besonders vorteilhaft, das Bauteil in ein derart feines Gitter einzubetten respektive das Objekt um ein solches Gitter zu ergänzen, um den Randhäufungseffekt zu vermeiden. Dieses Gitter wird dann zum Freilegen des Bauteils später entfernt.In the cases in which the object to be built is sufficiently wide and at the same time has deep recesses leaves the accumulation effect described above on the edges the recesses despite use of the contact plate is not completely avoided. It However, it can be observed that this effect is below a certain level Size of the recesses not more occurs. Thus, therefore, a fine mesh acts with respect to the overload on the doctor blade as stripping as the Abstreifmittel. It is therefore special advantageous to embed the component in such a fine grid respectively the object to supplement such a grid to the edge aggregation effect to avoid. This grid is then used to expose the component later away.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist daher das Objekt das äußere Behältnis als Bauwanne auf, in der sich das Bauteil befindet. Der Raum zwischen den Wandungen des Behältnisses und dem Bauteil wird durch eine feinmaschiges Gitterstruktur aufgefüllt. Mit Hilfe der Kontaktplatte kann ein solches Objekt frei in die Höhe gebaut werden, wobei sich die Schichtstörungen nur noch auf die Außenwand beschränken, während die Schichten im Inneren, also die des Gitters und insbesondere die des enthaltenen Bauteils, vollkommen eben sind. Mit dieser Methode können im Prinzip beliebige Bauteilgeometrien erzeugt werden. Die Gitterstruktur erfüllt dabei eine Doppelfunktion. Sie dient einerseits als Support, der das Bauteil fixiert, und zum anderen sorgt er für ebene Schichten. Im folgenden wird diese Gitterstruktur als Hüllgitter bezeichnet, wobei das Hüllgitter beliebig aufgebaut sein kann und keine regelmäßige Struktur aufweisen muss. Notwendig ist lediglich eine begrenzte Größe der Ausnehmungen respektive der Löcher und eine hinreichende mechanische Stabilität.In a particularly advantageous embodiment therefore has the Object the outer container as Construction tub, in which the component is located. The space between the walls of the container and the component is filled by a fine mesh grid structure. With Help the contact plate, such an object can be freely raised in height become, whereby the layer disturbances only on the outside wall restrict, while the layers inside, ie the grid and in particular those of the contained component, are perfectly flat. With this method can in principle, any component geometries are generated. The grid structure Fulfills doing a double function. It serves as a support, the the component is fixed, and on the other hand it ensures even layers. The following will be this lattice structure as Hüllgitter designated, wherein the Hüllgitter can be constructed arbitrarily and must have no regular structure. It is necessary only a limited size of the recesses respectively the holes and a sufficient mechanical stability.

Das Hüllgitter ist dabei vorteilhafterweise so beschaffen, dass es durchlässig ist, damit das Harz nach Fertigstellung des Objektes vollständig ausgeschleudert oder ausgeblasen werden kann. Anschließend kann das Hüllgitter zusammen mit dem umgebenden Behältnis und/oder dem darin befindlichen Bauteil in einem Bad mit Lösungsmittel gereinigt werden. Scharte Lösungsmittel diffundieren in die Polymermatrix hinein und zerlegen das Hüllgitter rasch, während von dem inneren Bauteil lediglich die Oberfläche angegriffen wird. Auf diese Art lässt sich das Bauteil nahezu zerstörungsfrei vom Hüllgitter und/oder dem Behältnis befreien. Wenn das Bauteil allseitig in das Hüllgitter eingebaut war, so verbleiben an den Kontaktstellen höchstens kleine Narben am Bauteil zurück. Das kann dadurch vermieden werden, dass die Kontaktzonen der Gitterstreben möglichst schwach ausgebildet werden.The Hüllgitter is advantageously such that it is permeable, so that the resin completely ejected after completion of the object or can be blown out. Subsequently, the Hüllgitter together with the surrounding container and / or the component therein in a bath of solvent getting cleaned. Scharte solvent diffuse into the polymer matrix and disassemble the Hüllgitter quickly while only the surface is attacked by the inner component. To this Kind of leaves The component is almost non-destructive from the Hüllgitter and / or the container to free. If the component was installed on all sides in the Hüllgitter, so At the contact points remain at most small scars on the component back. This can be avoided by the fact that the contact zones of the lattice struts preferably be formed weak.

Um weitere störende Effekte zu vermeiden kann es auch vorteilhaft sein, eine an den Rand des Bauteils angepasste „Offsetschale" als zweite Hülle zu erzeugen, wobei zwischen der Offsetschale und dem Bauteil lediglich ein schmaler Harzspalt verbleibt. Die Offsetschale ist selbst vorteilhafterweise in ein äußeres Hüllgitter eingebaut. Zwischen Offsetschale und Bauteil kann ein geringer Support an den Stellen vorgesehen werden, wo er am wenigsten stört. Die Offsetschale kann als weiterer Teil des Objektes wiederum mit dem beschriebenen grundlegenden Verfahren erzeugt werden, wobei durch das Programm auf die die Oberfläche des Bauteils repräsentierenden Werte jeweils ein Offsetwert addiert wird. Um die Offsetschale mit dem Bauteil zu verbinden, werden vorteilhafterweise nahezu punktförmige Objekte oder schmale Linienzüge zwischen Offsetschale und Bauteil vorgesehen. Dabei ist es nicht unbedingt notwendig, dass die Offsetschale geschlossen ist. Sie kann beispielsweise auch als feinmaschiger Gitterkäfig ausgebildet werden.Around more disturbing It can also be beneficial to avoid effects on the Edge of the component adapted to produce "offset shell" as a second shell, wherein between the offset shell and the component only a narrow Resin gap remains. The offset shell is itself advantageously in an outer wrapping grid built-in. Between offset shell and component can be a little support be provided where it least disturbs. The Offset shell can turn as another part of the object with the generated by the basic method described the program on the surface representing the component Values in each case an offset value is added. To the offset shell with to connect the component, are advantageously almost point-like objects or narrow lines provided between offset shell and component. It is not absolutely necessary that the offset shell is closed. she can for example also be designed as a fine-meshed grid cage become.

Es ist auch vorteilhaft, das Harz zwischen dem Behältnis und dem Bauteil gerade so stark zu belichten, dass es eine geleeartiger Konsistenz annimmt. Dann wird das Bauteil von einer Hüllstruktur aus Gelee gehalten, dessen Kontaktlinien so dünn wie möglich gebaut sein sollten. Der Geleesupport kann mit mäßig scharfen Lösungsmitteln zerstört werden. Aus der aufgeweichten Hülle kann nun ein praktisch narbenfreies Bauteil entnommen werden.It is also advantageous, the resin between the container and the component straight To expose so strongly that it assumes a jelly-like consistency. Then the component is held by an envelope of jelly, whose contact lines are as thin as possible should be built. The jelly support can with moderately sharp solvents be destroyed. From the softened shell Now a virtually scar-free component can be removed.

Bei komplizierteren Geometrien ist es vorteilhaft, im Hüllgitter Trennflächen zu erzeugen. Dazu kann auf dem gewünschten Flächenbereich eine zusätzliche Perforierung oder eine lokale Materialschwächung des Hüllgitters, beispielsweise durch selektive Unterbelichtung, vorgenommen werden. Dabei eignen sich auch plattenförmige Ausnehmungen als Trennflächen. Die Trennflächen können als dreidimensionale Daten vorliegen, die mit entsprechenden dreidimensionalen Datenverarbeitungswerkzeug erstellt werden. Die Trennflächen können gemäß einer vorhergeplanten Entpackstrategie in einer gewissen Reihenfolge geöffnet werden, um das Bauteil freizulegen. So kann das Bauteil leicht, schnell und beschädigungsfrei entpackt werden. Im Falle sehr empfindlicher Bauteile kann ein Sockel vorgesehen werden, auf dem das Bauteil über Supportstrukturen fixiert ist. Nach dem Freilegen des Sockels kann das aufstehende Bauteil beispielsweise durch ein Lösungsmittel oder manuell – gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Stereomikroskops – vorsichtig vom Untergrund gelöst werden.For more complicated geometries, it is advantageous to produce separation surfaces in the Hüllgitter. For this purpose, an additional perforation or a local material weakening of the Hüllgitters, for example, by selective underexposure be made on the desired surface area. In this case, plate-shaped recesses are also suitable as parting surfaces. The interfaces can be in the form of three-dimensional data that is created using a corresponding three-dimensional data processing tool. The interfaces may be opened in a certain order according to a predefined unpacking strategy to expose the component. This allows the component to be unpacked easily, quickly and without damage. In the case of very sensitive components, a socket can be provided on which the component is fixed via support structures. After exposing the sun For example, by means of a solvent or manually-if appropriate with the aid of a stereomicroscope-the rising component can be carefully removed from the substrate.

Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist eine weitere Möglichkeit zur Strukturierung der Bauteile gegeben. So lassen sich innerhalb gewisser Grenzen gebogene Schichten dadurch erzeugen, dass in einem Stapel dünner Schichten gezielt Bereiche einzelner Schichten ausgenommen bleiben. Bei hinreichender Belichtung führt dies nicht zu einer Delamination der auf die Fehlschicht folgenden Schicht. Statt dessen wird die Fehlschicht durch eine um rund 50 Prozent dickere Schicht überbrückt, welche gleichzeitig um rund 50 Prozent der Schichtdicke absackt, weil die resultierende Schichtdicke in etwa der Hälfte des jeweiligen Recoaterspaltes entspricht. Deshalb nivellieren sich auch die Krümmungseffekte rasch im Zuge weiterer aufgebrachter Schichten.at the procedure of the invention is another possibility given to the structuring of the components. So let yourself within certain borders produce curved layers by that in one Stack thinner Layers specifically exclude areas of individual layers. With sufficient exposure leads this does not lead to delamination of the faulty layer Layer. Instead, the faulty layer is replaced by around 50 Percent thicker layer bridged at the same time around 50 percent of the layer thickness sags, because the resulting Layer thickness in about half corresponds to the respective Recoaterspaltes. Therefore, level yourself also the curvature effects quickly in the course of further applied layers.

Mit dieser Methode ließe sich beispielsweise ein sanftes glattes Mikrorelief erzeugen. Auf jeden Fall ist es möglich, die natürliche Randkrümmung eines freiwachsenden Bauteils künstlich zu verstärken. Dazu ist die äußere Randzone der Schichten in gewisser Regelmäßigkeit in variabler Breite einzuschneiden. Die Krümmung der Bauteiloberfläche lässt sich durch eine online-Messung erfassen, indem beispielsweise ein Lasertriangulationssensor an den Recoater montiert wird. Damit ist es möglich, das Wachstum gekrümmter Schichten gezielt zu steuern.With this method could be For example, create a smooth smooth micro-relief. On in any case it is possible The natural edge curvature of a freely growing component artificially to reinforce. To is the outer edge zone the layers in a certain regularity cut in variable width. The curvature of the component surface can be detected by an online measurement, for example by a laser triangulation sensor is mounted on the recoater. This makes it possible to grow curved layers to control specifically.

Neben der bislang dargestellten Ausführungsform der Kontaktplatte mit geraden Kontaktrand, der senkrecht zur Richtung des Recoating verläuft, kann es für manche Anwendungen vorteilhaft sein, eine Kontaktplatte mit gekrümmtem oder polygonalem Rand vorzusehen. Ein solcher Rand bedingt einen entsprechend negativen Rand der Bauplattform. Wie bei den vorher beschriebenen Verfahren ist auch im Fall des gekrümmten Randes der Kontaktplatte bei Verwendung zweier Kontaktplatten ein „bidirektionales" Recoating mit einem Hin und Her der Rakelklinge möglich. Der Recoater steht nach Verfestigung einer Schicht entweder auf der einen oder auf der gegenüberliegenden Seite.Next the embodiment shown so far the contact plate with straight contact edge, which is perpendicular to the direction of the recoating, can it for Some applications may be advantageous, a contact plate with curved or provide polygonal edge. Such an edge requires a corresponding negative edge of the build platform. As with the previously described Method is also in the case of the curved edge of the contact plate when using two contact plates a "bidirectional" recoating with a Back and forth of the doctor blade possible. The recoater gets up after solidifying a shift either one or the opposite Page.

Bei das Objekt einfassenden rahmenförmigen Kontaktplatten wäre die zugehörige Bauplattform maximaler Größe ein Stempel, der genau in das Rahmenloch passt. Dabei würde die Lochform vorteilhafterweise den Bereich der besten Belichtung wiederspiegeln. Falls dabei die gesamte Außenwand zur rahmenfüllenden Kontaktwand wird, ergibt sich folgende Besonderheit: Die Rakelklinge könnte nun eine Harzwelle von einer Rahmenseite über das Bauteil zur anderen Seite treiben, wobei nur ein kleiner Verlustanteil im Kontaktspalt verschwinden würde. Wenn die Vorderseite der Rakelklinge zu einer U-förmigen Bucht geformt ist, dann bleibt die Harzwelle während des Recoatings in der Bucht gefangen, bis sie am Ende beispielsweise im Sammelgefäß landet oder abgesaugt wird. Damit bietet sich die Möglichkeit zwei verschiedene mischbare Materialien im demselben Bauprozess einzusetzen.at the object enclosing frame-shaped Contact plates would be the associated Construction platform of maximum size a stamp, which fits exactly in the frame hole. The hole shape would be advantageous reflect the area of the best exposure. If the case entire outer wall to the frame-filling Contact wall is, resulting in the following feature: The doctor blade could now a resin wave from one frame side over the component to the other Drive side, with only a small proportion of loss in the contact gap would disappear. If the front of the doctor blade is shaped into a U-shaped bay, then the resin wave stays during of the recoatings caught in the bay until they end up, for example lands in the collection vessel or is sucked off. This offers the possibility of two different to use mixable materials in the same building process.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens respektive der Vorrichtung liegt auch darin, dass sie sich relativ einfach für den Einsatz verschiedener Materialien umbauen lässt. Dabei ist es vorteilhaft, nach dem Verfestigen einer Schicht das verbleibende Harz zunächst mit einer Kombination aus Saug- und Blasdüsen gründlich zu entfernen, um anschließend die nächste Sorte Harz aufzutragen. Dazu könnte der Recoater mehrere Schächte für entsprechend mehrere Harze aufweisen. Alternativ können auch mehrere Recoatingachsen vorgesehen sein, die sich in einem gewissen Winkel im Baufeld schneiden. Damit wäre es möglich, die Menge des sich unvermeidlich vermischenden Harzes zu verringern. Auf diese Weise ist es auch möglich, ein Bauteil mit Schichten verschiedener Polymere zu erzeugen.Of the Advantage of the method according to the invention The device also lies in the fact that they are relative easy for rebuild the use of different materials. It is advantageous, after solidifying a layer first with the remaining resin Thoroughly remove a combination of suction and blowing nozzles in order to subsequently next To apply type resin. This could be the recoater several shafts for accordingly have multiple resins. Alternatively, several Recoatingachsen be provided, which intersect at a certain angle in the construction field. That would be it is possible to reduce the amount of inevitably mixing resin. In this way it is also possible to produce a component with layers of different polymers.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der 1 bis 3 näher erklärt. Dabei zeigen:The invention will be described below with reference to FIG 1 to 3 explained in more detail. Showing:

1 ein Schema der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Rapid Prototyping Verfahrens, 1 a diagram of the device for carrying out the rapid prototyping method according to the invention,

2 die Vorrichtung mit verschieblichen Komponenten und 2 the device with movable components and

3 eine Draufsicht auf den Übergang von Objekt mit Offsetschale zu Kontaktplatte. 3 a plan view of the transition from object with offset shell to contact plate.

Die 1 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines Objektes mittels des erfindungsgemäßen Rapid Prototyping. Diese weist zunächst eine Bauplattform 1 auf, die in einer Auffangwanne 2 angeordnet ist. Auf der Bauplattform 1 wird ein Objekt 3 erzeugt, wobei das Objekt 3 im Inneren das letztendlich gewünschte Bauteil 4 aufweist, das in einem ebenso durch das Rapid Prototyping gefertigte Behältnis 5 angeordnet ist. Das Behältnis 5 ist angefüllt mit einem Hüllgitter 6, in welches das Bauteil 4 eingebettet ist. In der Zeichnung deuten die waagerechten Linien in der Wand des Behältnisses 5 und im Bauteil 4 die einzelnen nacheinander gefertigten Schichten an. Die karierte Struktur des Hüllgitters 6 deutet die Durchlässigkeit an.The 1 shows a device for producing an object by means of the rapid prototyping according to the invention. This first has a build platform 1 on that in a drip pan 2 is arranged. On the building platform 1 becomes an object 3 generated, with the object 3 inside the final desired component 4 that in a container also made by rapid prototyping 5 is arranged. The container 5 is filled with a Hüllgitter 6 into which the component 4 is embedded. In the drawing, the horizontal lines indicate in the wall of the container 5 and in the component 4 the individual successively manufactured layers. The checkered structure of the Hüllgitters 6 indicates the permeability.

Das Objekt 3, das sich aus Behältnis 5, Hüllgitter 6 und Bauteil 4 zusammensetzt wurde hergestellt, indem zunächst eine untere Schicht eines Polymerharzes 7 über eine Zuführvorrichtung 8 auf die Bauplattform 1 aufgebracht wurde. Dabei ist zu Beginn des Verfahrens eine in der Höhe verschiebliche (Pfeil A) und der Neigung justierbare Kontaktplatte 8 auf dem Niveau der Oberfläche der Bauplattform 1 angeordnet, wobei zwischen dem Rand der Bauplattform 1 und der Kontaktplatte 8 ein möglichst geringer Spalt verbleibt. Nun wird Harz 7 auf die Kontaktplatte 8 und auf die daran angrenzende Bauplattform 1 aufgetropft und mit einer verschieblichen (Pfeil A) Rakelklinge 9 glatt gestrichen. Um das Zerfließen des Harzes auf der Kontaktplatte 8 einzudämmen, ist eine Wandung 15 vorgesehen.The object 3 that is made up of container 5 , Hüllgitter 6 and component 4 was prepared by first forming a lower layer of a polymer resin 7 via a feeder 8th on the build platform 1 was applied. It is to Be Beginning of the process a height-adjustable (arrow A) and the inclination adjustable contact plate 8th at the level of the surface of the building platform 1 arranged, being between the edge of the building platform 1 and the contact plate 8th the smallest possible gap remains. Now it's going to be resin 7 on the contact plate 8th and on the adjoining construction platform 1 dripped and with a sliding (arrow A) doctor blade 9 smoothed out. To the flow of resin on the contact plate 8th to stem, is a wall 15 intended.

In diesem Beispiel ist die Rakelklinge 9 an einem verschieblichen „Recoater" 16 angeordnet. Während des Verschiebens des Recoaters tropft das Harz 7 von oben auf die Unterlage, wobei die Rakelklinge 9 beim Ausstreichen eine Bugwelle vor sich herschiebt, die letztendlich über den Rand des Objektes 3 in die Auffangwanne 2 fließt.In this example is the doctor blade 9 on a movable "Recoater" 16 arranged. While moving the Recoater the resin drips 7 from the top of the pad, with the doctor blade 9 when spreading a bow wave pushes in front of him, which ultimately over the edge of the object 3 in the drip tray 2 flows.

Da die Bewegung oberhalb der Kontaktplatte 8 einsetzt, verbleibt die an der Rakelklinge 9 haftende Überlast als Harzberg 10 auf der Kontaktplatte 8, während die Rakelklinge 9 die Schicht über der Bauplattform 1 homogen ebnet. Nach dem Ebnen kann die glatte Schicht durch Bestrahlung mittels eines entsprechend ablenkbaren von oben kommenden Laserstrahles 13 an den gewünschten Stellen gehärtet und der Vorgang in der nächsten Schicht wiederholt werden. Dazu fährt die Bauplattform mit dem Objekt um ein entsprechend großes Stück nach unten.Because the movement above the contact plate 8th used, which remains on the doctor blade 9 adhesive overload as Harzberg 10 on the contact plate 8th while the doctor blade 9 the layer over the build platform 1 homogenously leveled. After flattening, the smooth layer can be irradiated by means of a correspondingly deflectable laser beam coming from above 13 hardened at the desired locations and the process can be repeated in the next layer. For this purpose, the construction platform moves with the object to a corresponding large piece down.

In diesem Fall sind in der Kontaktplatte Rückflusslöcher 11 angeordnet, über die eine Ansammlung überflüssigen Harzes 12 abfließen kann, um sich in der Auffangwanne 2 zu sammeln. Schon in der schematischen Zeichnung nach 1 ist deutlich die Krümmung des Randes 14 des Behältnisses 5 zu erkennen, die sich durch das langsame Ablaufen des Harzes ergibt. Der der Kontaktplatte 8 zugewandte Rand ist hingegen eben.In this case, return holes are in the contact plate 11 arranged over which a collection of superfluous resin 12 can drain to get into the drip tray 2 to collect. Already in the schematic drawing 1 is clearly the curvature of the edge 14 of the container 5 to recognize, which results from the slow drainage of the resin. The contact plate 8th facing edge, however, is flat.

Auch in 2 ist eine Auffangwanne 2 mit Bauplattform 1 und dem darauf sich erhebenden Objekt 3 gezeigt. Ergänzend zu der Vorrichtung nach 1 ist zudem der geschlossene Harzkreislauf dargestellt. Dabei wird das Harz 7 aus der Auffangwanne 2 über eine flexible Leitung 17 mit einer Pumpe 18 abgesaugt und in die Höhe (Pfeil C) gepumpt. Wiederum über eine flexible Leitung 19 wird das Harz dem Recoater 16 zugeführt und auf das Objekt 3 geregnet. Über die Leistung der Pumpe 18 lässt sich die Fördermenge einstellen.Also in 2 is a drip tray 2 with construction platform 1 and the object rising thereon 3 shown. In addition to the device after 1 In addition, the closed resin circuit is shown. This is the resin 7 from the drip tray 2 via a flexible cable 17 with a pump 18 sucked off and pumped up (arrow C). Again over a flexible line 19 the resin becomes the recoater 16 fed and onto the object 3 rained. About the performance of the pump 18 can adjust the flow rate.

Zudem sind in 2 die Achsen dargestellt, in denen sich die Komponenten gegeneinander bewegen. So wird der Recoater in der horizontalen X-Achse bewegt, während sich eine die Auffangwanne 2 tragende Aufnahme in Z-Richtung absenkt. Über Justiervorrichtungen 20 lassen sich die einzelnen Komponenten gegeneinander justieren.In addition, in 2 represented the axes in which the components move against each other. So the recoater is moved in the horizontal X-axis, while a the catch pan 2 lowers the load in the Z direction. About adjusting devices 20 The individual components can be adjusted against each other.

3 zeigt den nahezu spaltfreien Anschluss der Kontaktplatte 8 an das Objekt 3. Dieses besteht aus dem äußeren Behältnis 21, das zur Kontaktplatte 8 hin eine gerade Wandung 22 aufweist. Zur Minimierung des Bauvolumens sind die anderen Wandungen 23 der Kontur des Bauteils 24 angepasst. Zwischen den Wandungen des Behältnisses und dem Bauteil 24 ist ein später zu entfernendes Hüllgitter 25 vorgesehen. 3 shows the almost gap-free connection of the contact plate 8th to the object 3 , This consists of the outer container 21 that to the contact plate 8th a straight wall 22 having. To minimize the volume of construction, the other walls 23 the contour of the component 24 customized. Between the walls of the container and the component 24 is a later to be removed Hüllgitter 25 intended.

Nachfolgend sind einige Merkmale spezieller Ausführungsformen beschrieben:
Die Belichtungseinheit kann eine senkrecht über der Bauplattform angeordnete Planfeldlinse zur Kollimierung eines UV – Laserstrahls aufweisen. Dabei befinden sich vor der Planfeldlinse Im Strahlengang zwei drehbare Galvanometerscannerspiegel, mit denen der Brennpunkt der Planfeldlinse auf der Projektionsebene bewegt wird. Da der Strahlaufweiter vor dem Scannereingang eine verschiebbare Fokaloptik hat, kann die Fokalebene einige Millimeter nach oben oder nach unten verschoben werden. Der Laser ist mit einer Frequenz > 40 kHz gepulst. Zum Zwecke der scharfen Belichtung wird sie mit der Harzoberfläche in Übereinstimmung gebracht.Hereinafter some features of specific embodiments are described:
The exposure unit can have a plane field lens arranged vertically above the build platform for collimating a UV laser beam. In this case, two rotatable galvanometer scanner mirrors are located in front of the plane field lens in the beam path, with which the focal point of the plane field lens is moved on the projection plane. Since the beam expander in front of the scanner input has a displaceable focal optics, the focal plane can be moved a few millimeters up or down. The laser is pulsed with a frequency> 40 kHz. For the purpose of the sharp exposure, it is brought into conformity with the resin surface.

Die Bauplattform ist eine horizontal angeordnete und insbesondere aus Aluminium gefertigte Platte, die mit hoher Positioniergenauigkeit in vertikaler Z-Richtung verschieblich ist. Um den Rand der Platte ist ein Auffanggraben für das vom Plattenrand herunterlaufende Harz vorgesehen. Der Recoater, der die Harzschicht erzeugt, ist an einer horizontal justierten Linearachse befestigt. Er weist einerseits ein Harzauslassloch und andererseits eine in der zu X und Z orthogonale in Y – Richtung verlaufenden Klemmschiene für die Rakelklinge auf. Die Rakelklinge kann von einem präzisionsgeschliffenen Metallsteifen von 1 mm Dicke gefertigt sein und eine abgerundete Schneide aufweisen. Die Rakelklinge wird parallel zur Bauplattform ausgerichtet und in der Klemme eingespannt. Die erfindungsgemäße Kontaktplatte ist ebenfalls eine plangeschliffene Aluminiumplatte.The Construction platform is a horizontally arranged and in particular made Aluminum-made plate, with high positioning accuracy is displaceable in the vertical Z-direction. To the edge of the plate is a catchment ditch for provided by the plate edge running down resin. The Recoater, the the resin layer generated is at a horizontally adjusted linear axis attached. He has on the one hand a Harzauslassloch and on the other hand one in the Y direction orthogonal to the X and Z extending clamping rail for the Doctor blade on. The doctor blade can be made from a precision ground Metal stiffeners to be made of 1 mm thickness and a rounded Have cutting edge. The doctor blade becomes parallel to the build platform aligned and clamped in the clamp. The contact plate according to the invention is also a flat ground aluminum plate.

Als Pumpe kann eine Peristaltikpumpe für viskose Medien in Kombination mit einem saugseitigen Partikelfilter verwendet werden. Der Filter enthält ein Reservoir mit Totvolumen auf der zur Pumpe führenden Entnahmeseite. Während des verhältnismäßig kurzen Pumpvorganges beim Recoating sinkt der Druck im Totvolumen, weil gefiltertes Harz aus dem Reservoir entnommen wird. Das Reservoir füllt sich hingegen auch während der Stillstandszeiten der Pumpe, wobei der Unterdruck des Totvolumens gegen den Fluidwiderstand aus Zuleitung und Filter wirkt. Je mehr Wartezeit zur Verfügung steht, desto geringer ist der erforderliche Unterdruck, um das Reservoir bis zum nächsten Pumpvorgang wieder aufzufüllen. Dieser Druck stellt sich daher als Gleichgewichtsdruck ein, insofern zu Beginn des Prozesses ein Luftüberschuss im Totvolumen gelassen wird. Deshalb wird die Pumpe saugseitig viel geringer belastet, als wenn sie während des Pumpvorganges den kompletten Fluidwiderstand aus Zuleitungsschlauch und Filter überwinden müsste. Für den Einsatz einer Peristaltikpumpe spricht insbesondere die leichte Auswechselbarkeit des kompletten Harzkreislaufs.As a pump, a peristaltic pump for viscous media can be used in combination with a suction-side particle filter. The filter contains a dead volume reservoir on the discharge side leading to the pump. During the relatively short pumping process during recoating, the pressure in the dead volume decreases because filtered resin is removed from the reservoir. The reservoir fills, however, during the downtime of the pump, the negative pressure of the dead volume against the fluid resistance from the supply line and filter acts. The more waiting time is available, the lower the required negative pressure to the Re refill servoir until the next pumping. This pressure therefore sets itself up as equilibrium pressure insofar as an excess of air is left in the dead volume at the beginning of the process. Therefore, the pump is much less loaded on the suction side, as if they would have to overcome the entire fluid resistance of the supply hose and filter during the pumping process. In particular, the easy interchangeability of the complete resin circulation speaks for the use of a peristaltic pump.

Der Auffanggraben dient als Vorratsgefäß für das zirkulierende Harz. Mittels einer Pumpe wird das Harz über einen Spiralschlauch wieder zum Recoater geführt. Der Harzkreislauf ist geschlossen. Das im System zirkulierende Harz hat eine Viskosität im Bereich einer Pascalsekunde.Of the Collecting trench serves as a storage vessel for the circulating resin. through a pump, the resin is over a spiral hose led back to the recoater. The resin cycle is closed. The circulating resin in the system has a viscosity in the range a pascal second.

Nach Prozessbeginn fährt der Recoater in eine Startposition, so dass sich der Harzauslass mittig über der Bauplattform und nahe dem Kontaktrand befindet. Dann wird das Harz in einer Menge auf die Bauplattform gepumpt, die größer ist, als es dem zu fertigenden Schichtvolumen entsprechen würde. Der Harzberg läuft auf der horizontalen Fläche gleichmäßig in allen Richtungen auseinander und fließt vor allem auch vollständig über den Spalt auf die Kontaktplatte. Wenn nun der Recoater zurück fährt, streicht die Rakelklinge das Harz zu einer dünnen glatten ebenen Schicht aus. Dann erfolgt zuerst die zeitkritische Belichtung des Rahmens, angefangen mit Teilen der Kontaktwand und dann der drei übrigen Wände. Danach werden die Schraffuren (Hatches) der Bauteile belichtet. Mittels der Fokaloptik lässt sich das Bauteil auch mit einem unscharfen und breiterem Brennpunkt ausmalen, deshalb genügt eine Schraffur geringerer Liniendichte, wodurch Zeit gespart wird. Die darauffolgende Kontur wird mit einem scharfen Brennpunkt gezogen, wodurch die spätere Bauteiloberfläche abgegrenzt wird. Nachdem nun die Schnittbilder fertiggestellt sind, werden die Linien des Hüllgitters gezeichnet, die das Bauteil mit dem Rahmen verbinden. Letztlich wird die Plattform um eine Schicht abgesenkt und die nächste Lage darauf gebaut und so weiter.To Start process starts the recoater in a starting position, so that the resin outlet in the middle over the build platform and near the contact edge. Then that will be Resin pumped in an amount on the build platform which is larger as it would correspond to the layer volume to be produced. The Harzberg runs on the horizontal surface even in all Directions apart and flowing above all completely over the Gap on the contact plate. If now the recoater drives back, sweeps the Doctor Blade the resin to a thin one smooth flat layer. Then first the time-critical Exposure of the frame, starting with parts of the contact wall and then the other three Walls. Thereafter, the hatches (hatches) of the components are exposed. By means of the focal optics leaves the component also with a blurred and wider focus that's why it's enough a hatch of lower line density, which saves time. The following contour is drawn with a sharp focus, whereby the later component surface delimited becomes. Now that the sectional images are completed, be the lines of the Hüllgitters drawn, which connect the component to the frame. Ultimately the platform is lowered by one layer and the next layer built on it and so on.

Es ist vorteilhaft, eine rechteckige Rahmengeometrie zu wählen. Die Kontaktwand besteht aus parallelen Längslinien und einer Schar phasenversetzter Sinuslinien, die von einem Ende der Wand bis zum anderen gezogen werden. Die drei freien Wände werden von entsprechend U- gebogenen Linien in einem Zuge gebaut. Die Strukturen bieten keinerlei Abrisskanten und sind mechanisch sehr stabil.It is advantageous to choose a rectangular frame geometry. The Contact wall consists of parallel longitudinal lines and a family of out-of-phase Sinus lines drawn from one end of the wall to the other become. The three free walls will be built according to U-bent lines in one go. The structures offer no demolition edges and are mechanically very stable.

Die Struktur des einbettenden Hüllgitters ist derart vorzusehen, dass sie zum Zwecke der Reinigung und chemischer Entfernung gut mit Lösungsmitteln durchspült werden kann. Bei rascher Anwendung von Aceton löst sich das Gitter meist auf und das Bauteil bleibt übrig. Ein in allen Raumrichtungen homogenes Orthogonalgitter wird vorteilhafterweise in allen drei Richtungen periodisch aufgebaut. Solche Gitter entstehen durch Weglassen von Linien aus einem primitiven quadratischen Säulenraster.The Structure of the enclosing envelope is to be provided in such a way that it is used for the purpose of cleaning and chemical Removal well with solvents flushed can be. With rapid application of acetone, the lattice usually dissolves and the component remains. A homogeneous in all spatial directions orthogonal grid is advantageously in constructed in all three directions periodically. Such grids arise by omitting lines from a primitive square column grid.

Das Behältnis ist kontinuierlich aufzubauen, wobei die freiwachsende Außenwand eine abgerundete Form und eine gratfreie Struktur aufweisen sollte. Dabei kann es sich um eine hohlraumhaltige Profilstruktur handeln, die mit einem Scannersystem schnell erzeugt werden kann. Eine Seitenwand kann in rechtem Winkel auf die Kontaktplatte treffen, wo sie in die Kontaktwand übergeht. Solange der Winkel zwischen Seitenwand und Recoatingrichtung in einem gewissen Bereich um 90° bleibt, ist der Bauprozess unproblematisch.The container is to build up continuously, with the free-growing outer wall should have a rounded shape and a burr-free structure. This may be a cavity-containing profile structure, which can be generated quickly with a scanner system. A side wall can meet at right angles to the contact plate where it is in the contact wall goes over. As long as the angle between side wall and recoating direction in remains within a certain range of 90 °, the construction process is unproblematic.

Meist ist lediglich das eingebettete Bauteil von Interesse, während die Hüllstruktur lediglich Material und Bauzeit verbraucht. Durch geeignete Positionierung des Bauteils lässt sich das Verhältnis optimieren. Eine optimierte Geometrie des Behältnisses kann mit CAD – Werkzeugen generiert werden. Letztlich besteht die Aufgabe darin, den Algorithmus zu finden, der die minimale Hülle erzeugt. Das bedeutet, dass sich die Wand des Behältnisses sowohl in der Horizontalen als auch bezüglich der vertikalen Wandform der Form des Bauteils anpasst.Most of time is only the embedded component of interest, while the shell structure only consumed material and construction time. By suitable positioning of the component leaves the relationship optimize. An optimized geometry of the container can be used with CAD tools to be generated. Ultimately, the task is the algorithm to find the minimal envelope generated. That means that the wall of the container both in the horizontal and vertical wall shape adapts to the shape of the component.

Claims

Method for the layered construction of a three-dimensional object ( 3 ), wherein in one process step areas of a building platform ( 1 ) solidifiable liquid ( 7 ) and with a particular electromagnetic radiation ( 13 ) are irradiated to solidify a layer, wherein in a subsequent recoating step, the solidified layer in turn with liquid ( 7 ), whereby complete covering of the solidified layer with liquid ( 7 ) a wiper blade ("doctor blade") ( 9 ) is guided over the solidified layer at a predeterminable distance, wherein the method steps for constructing further layers are repeated until the object ( 3 ), characterized in that the wiper blade ( 9 ), before it is passed over the layer, first passed over a stripping and thus exempt from an overload thereon, wherein the stripping has a stripping surface or a scraping edge, which is at least almost at the level of the solidified layer.

Method according to claim 1, characterized in that the object ( 3 ) on the build platform ( 1 ) is constructed free-standing, wherein in the recoating step, liquid located on the stripping agent ( 7 ), in particular by means of the wiper blade ( 9 ) is pushed laterally on the solidified layer.

Method according to claim 1, characterized in that the object ( 3 ) on the build platform ( 1 ) is constructed free-standing, wherein in the recoating step, the liquid ( 7 ) via a conveyor ( 18 ) and applied from the top of the solidified layer in drops or jets.

Method according to one of the preceding claims 2 or 3, characterized in that the liquid applied to the solidified layer ( 7 ) with the wiper blade ( 9 ), whereby excess liquid ( 7 ) over the edge of the object ( 3 ) into a building platform ( 1 ) surrounding drip tray ( 2 ) running.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the object ( 3 ) a layer-wise growing outer for the liquid ( 7 ) impermeable container ( 5 ) in which a component forming the final article ( 4 ) is built up in layers.

Method according to claim 5, characterized in that between the walls of the outer container ( 5 ) and the component ( 4 ) a growing in particular formed as a fine mesh grid growing enveloping structure is built up in layers.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a to the edge of the component ( 3 ) is generated, wherein between the offset shell and the component ( 3 ) Only a narrow resin gap remains, the offset shell is embedded in particular even in an outer Hüllgitter.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that curved layers will thereby generate that thinner in a pile Layers specifically exclude areas of individual layers.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that object ( 3 ) are made of different materials.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the object ( 3 ) is lowered after a solidification step together with the liquid level.

Device for producing three-dimensional objects by successively solidifying a layer on an already solidified layer according to the method according to one of the preceding claims, characterized by a stripping agent which is associated with the wiper blade (US Pat. 9 ) offers a drive-over structure, in particular an edge or a surface, approximately at the level of the next layer to be produced.

Apparatus according to claim 11, characterized in that the stripping means of a horizontal contact plate ( 8th ) is formed with a flat surface, wherein means are provided, with which the surface of the contact plate ( 8th ) can be brought to the level of the last solidified layer

Device according to claim 11, characterized in that that the stripping means of a surrounding the component to be manufactured shell structure is formed.

Device according to one of claims 11 to 13, characterized by a closed pumping circuit, the liquid ( 7 ) from the drip pan ( 2 ) back to the recoater.

Apparatus according to claim 14, characterized in that the collecting trough ( 2 ) in the context of the closed pumping circuit, a storage vessel for the liquid ( 7 ).