DE60106465T2

DE60106465T2 - Verfahren zur herstellung gefärbter formgegenstände aus härtbarem harz, und vorrichtung zur formgebung

Info

Publication number: DE60106465T2
Application number: DE60106465T
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki Watanabe; Koji Nakajima; Kenji Wako-shi YAMAZAWA; Masahiro Wako-shi ANZAI; Kiwamu Wako-shi KASE
Original assignee: NTT Data Corp; RIKEN
Current assignee: Riken Wako Saitama Jp; Nabtesco Corp
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: EP1314540A4; US7074354B2; US20040105967A1; TW499360B; CN1241728C; KR20020042668A; CN1386090A; WO2002009928A1; JP2002036374A; KR100490610B1; DE60106465D1; JP4493814B2; EP1314540B1; EP1314540A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von gefärbten Formkörpern aus einem härtbaren Harz.
Beschreibung des Stands der Technik
Die Färbung eines Formkörpers, der durch ein Fotomodellbildungsverfahren, d. h. durch Laminieren und Formgebung unter Bestrahlung eines photohärtbaren Harzes mit einem Laserstrahl, hergestellt worden ist, ist in starkem Maße auf die Farbe des Harzes selbst (üblicherweise eine halbtransparente Farbe) begrenzt. Aus diesem Grund bediente man sich eines Verfahrens, bei dem dem erzeugten Formkörper nach Beendigung einer Reihe von Laminierungs- und Formgebungsvorgängen ein farbgebendes Mittel zugesetzt wurde.
Jedoch ist beim vorerwähnten herkömmlichen Farbgebungsverfahren eine umfangreiche Ausrüstung erforderlich, um dem Formkörper das farbgebende Mittel zuzusetzen. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass dann, wenn der zu färbende Gegenstand eine komplizierte Gestalt aufweist und eine mehrfarbige Ausgestaltung unter Verwendung einer Mehrzahl von farbgebenden Mitteln, vorgenommen wird, der Zugabevorgang selbst schwierig mit den herkömmlichen Einrichtungen vorzunehmen ist und Bereiche bestehen, die aufgrund der komplizierten Gestalt des Gegenstands nicht gefärbt werden können.
Angesichts dieser Sachlage wurde versuchsweise ein Verfahren entwickelt, bei dem ein farbgebendes Mittel auf die obere Oberfläche der jeweiligen Schicht gegeben wird, und zwar jedes Mal, wenn eine Schicht nach dem vorerwähnten Fotomodellbildungsverfahren erzeugt wird, d. h. bei einem Verfahren zur Härtung eines photohärtbaren Harzes durch Bestrahlung mit Laserstrahlen. In einem Formkörper, dem gemäß diesem Verfahren ein farbgebendes Mittel zugesetzt wird, beträgt gemäß der Darstellung in 1 die Dicke h' der Überzugsschichten 3₁ –3_n , die aus einem farbgebenden Mittel gebildet sind, wesentlich weniger als die Dicke h der Schichten 1₁ –1_n , die aus dem photohärtbaren Harz gebildet sind. Betrachtet man jedoch den Formkörper von der oberen Oberfläche aus, so erscheint das farbgebende Mittel als Farbe des Formkörpers.
Betrachtet man jedoch den Formkörper von der seitlichen Oberfläche, so erscheint aufgrund der Tatsache, dass die Dicke h' der Überzugsschichten 3₁ –3_n sehr klein ist, wie vorstehend erwähnt worden ist, die Farbe (möglicherweise eine halbtransparente Farbe) des Harzes selbst als Farbe des Formkörpers und nicht die Farbe des farbgebenden Mittels. Daraus entsteht die Schwierigkeit, dass eine zuverlässige Färbungswirkung nicht erreicht werden kann und somit das vorstehend beschriebene Verfahren zum Zusetzen eines farbgebenden Mittels nicht als effektiv bezeichnet werden kann.
US-A-5 340 443 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen von willkürlicher Gestalt, indem man abwechselnd und nacheinander eine Schicht aus einem härtbaren Harz bildet und anschließend die Schicht mit Laserlicht härtet, um das Harz zu härten und die Schicht zu formen. Da jede Schicht eine individuelle Gestalt aufweisen kann, kann es sich bei der Gestalt des Körpers insgesamt um eine willkürliche Gestalt handeln. Was die Farben betrifft, so beschreibt diese Druckschrift die Verwendung eines gefärbten Materials als Harz und ferner die Bildung einer Schicht aus verschieden gefärbten Harzen, um mehrfarbige Schichten zu erhalten. In sämtlichen Fällen wird die Farbe offensichtlich dem Harz zugesetzt, bevor das Harz verteilt wird, um eine Schicht aus dem flüssigen Harz zu bilden, die anschließend durch Belichtung mit einer entsprechenden Strahlung gehärtet wird.
US-A-5 594 652 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur computergesteuerten Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen aufgrund von Computerdaten, wobei ein erstes Material in flüssiger Form an ausgewählten Stellen einer Zieloberfläche verteilt wird und die ausgewählten Stellen den Mantelstellen eines Querschnitts eines Gegenstands entsprechen. Das erste Material erstarrt nach der Verteilung. Ein zweites Material wird auf Stellen der Zieloberfläche, die von den Mantelstellen, an denen das erste Material verteilt worden ist, abweichen, aufgebracht, um eine weitere Zieloberfläche zu bilden. Das Verteilen und das Aufbringen wird wiederholt, um einen Gegenstand zu formen, der einen Mantel aus dem ersten Material umfasst, der das zweite Material umgibt und vom zweiten Material umgeben ist. Der Teil des zweiten Materials, der den Mantel umgibt, wird entfernt, und zwar in bezug zum ersten Material, wodurch ein Gegenstand verbleibt, der aus einem Mantel aus dem ersten Material, das einen Teil des zweiten Materials umgibt, gebildet ist. Bei dem gemäß diesem Stand der Technik verwendeten Material handelt es sich nicht um ein härtbares Harz, sondern um ein wasserlösliches Material, das bei Raumtemperatur fest und bei erhöhten Temperaturen flüssig ist. Verschiedene Arten und Farben von Materialien können verwendet werden und durch jeweils einen von mehreren Abgabevorrichtungen aufgetragen werden.
US-A-5 059 266 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bildung eines dreidimensionalen Gegenstands mit einem photohärtenden oder wärmehärtenden Material auf der Grundlage von dreidimensionalen Informationen über den Gegenstand unter Anwendung eines Tintenstrahlverfahrens. Das Material wird aus mindestens einem Tintenstrahlkopf auf eine Plattform ausgestoßen und darauf laminiert. Das laminierte Material wird zur Härtung mit Licht aus einer Lichtquelle belichtet. Bei diesem Verfahren wird die Strahlrichtung des Materials aus dem Tintenstrahlkopf auf die Plattform und/oder die Ausstoßmenge des aus dem Tintenstrahlkopf ausgestoßenen Materials in Entsprechung zu Informationen einer Steuereinheit verändert, wodurch ein fester Gegenstand mit einer angestrebten dreidimensionalen Gestalt gebildet wird. Ein mehrfarbiger dreidimensionaler Gegenstand lässt sich mit mehreren härtbaren Materialien von unterschiedlicher Art oder unterschiedlicher Farbe, die aus mehreren Behältern zur Aufnahme der unterschiedlichen Arten oder Farben von Materialien entnommen werden, herstellen.
Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Demzufolge besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine effektive und zuverlässige Färbung eines Formkörpers aus einem härtbaren Harz ermöglichen, und zwar nicht nur im Fall einer einfarbigen Färbung unter Verwendung eines einzelnen farbgebenden Mittels, sondern auch im Fall einer mehrfarbigen Färbung unter Verwendung einer Mehrzahl von farbgebenden Mitteln.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein derartiges Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, wobei keine aufwändige Ausrüstung erforderlich ist.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 4 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der nachgeordneten Ansprüche.
Da gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung der gefärbte Bereich so gebildet wird, dass die Farbe des farbgebenden Mittels aus alten Richtungen des fertiggestellten gefärbten Formkörpers erkannt werden kann, lässt sich eine zuverlässige Färbungswirkung erzielen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine Querschnittansicht eines Gegenstands aus einem photohärtbaren Harz, der nach einem herkömmlichen Verfahren zur Zugabe eines farbgebenden Mittels gefärbt worden ist.
2 ist eine Querschnittansicht zur Erläuterung eines Beispiels einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für einen Gegenstand aus einem photohärtbaren Harz.
3 ist eine perspektivische Darstellung einer aus einem photohärtbaren Harz zusammengesetzten gefärbten Schicht, die im Gegenstand, der in 2 dargestellt ist, enthalten ist.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer gefärbten Schicht, die aus einem photohärtbaren Harz eines vom Harz von 3 abweichenden Typs zusammengesetzt ist, wobei diese Schicht ebenfalls im Gegenstand von 2 enthalten ist.
5 erläutert ein Beispiel für ein Verfahren zur Bildung der in 3 dargestellten gefärbten Schicht.
6 erläutert eine Modifikation des in 5 dargestellten Bildungsverfahrens.
7 erläutert ein Beispiel für ein Verfahren zur Färbung einer Schicht, die aus einem photo härtbaren Harz zusammengesetzt ist, wobei der Aufbau des farbgebenden Mittels (Farbtinte) unterdrückt wird.
8 erläutert ein weiteres Beispiel für das in 7 dargestellte Färbungsverfahren.
9 erläutert ein weiteres Beispiel für das in 7 dargestellte Färbungsverfahren und vergleicht die Ergebnisse der durch die in 7 und 8 dargestellten Färbungsverfahren erzielten Ergebnisse.
10 erläutert ein Beispiel für das Verfahren zur Färbung von Schichten im gefärbten Formkörper, der aus einem photohärtbaren Harz zusammengesetzt ist, auf der Basis des in 7 dargestellten Verfahrens, wobei ein Zustand dargestellt ist, bei dem die Färbungsbereiche über den gesamten Formkörper hinweg gemittelt sind.
11 erläutert ein Beispiel für ein Verfahren einer mehrfarbigen Ausgestaltung einer Schicht, die aus einem photohärtbaren Harz zusammengesetzt ist, ohne Verringerung der Größe des gefärbten Bereiches.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachstehend werden erfindungsgemäße Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben.
2 zeigt eine Querschnittansicht zur Erläuterung des aus einem photohärtbaren Harz zusammengesetzten gefärbten Formkörpers, und zwar für eine erfindungsgemäße Ausführungsform. Nachstehend bedeutet der Ausdruck "Harz" ein "photohärbares Harz" und der Ausdruck "Gegenstand" einen "gefärbten Formkörper", sofern nichts anderes angegeben ist.
Der Gegenstand weist eine Struktur auf, die durch Lamination und Formgebung eines Harzes erhalten wird. Die Gestalt des gesamten Gegenstands ist nicht auf eine spezielle Gestalt beschränkt. Er kann verschiedenartige Gestalten annehmen, z. B. eine rechteckige (quadratische), runde, elliptische Gestalt und dergl., wobei sich diese Gestalt bei Betrachtung von oben oder von unten ergibt. Bei dem in 2 dargestellten Gegenstand handelt es sich bei der obersten Schicht 5₁ und bei der untersten Schicht 5_n um Schichten (nachstehend auch als gewöhnliche Schichten bezeichnet), die aus einem ungefärbten Harz zusammengesetzt sind. Bei einer Mehrzahl von Schichten, die zwischen der obersten Schicht 5₁ und der untersten Schicht 5_n laminiert sind, handelt es sich um die Schichten (nachstehend auch als gefärbte Schichten bezeichnet) 5₂ bis 5_n–1 , die aus dem in verschiedenen Farben gefärbten Harz zusammengesetzt sind.
Die beiden gewöhnlichen Schichten 5₁ und 5_n sind vorgesehen, um eine Verringerung der Festigkeit des fertigen gehärteten Gegenstands zu verhindern. Die gewöhnlichen Schichten 5₁ und 5_n werden lediglich durch ein Härtungsverfahren gebildet (Verfahren, bei dem ein ungehärtetes Harz, d. h. ein Harz in flüssiger Phase, durch Bestrahlung mit Laserlicht gehärtet wird). Diese Schichten weisen jeweils eine vorgeschriebene Dicke auf.
3 ist eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung einer Schicht, die als gefärbte Schicht 5₂ , die im obersten Bereich angeordnet ist, und als gefärbte Schicht 5_n–1 , die im untersten Bereich der gefärbten Schichten 5₂ –5_n–1 angeordnet ist, verwendet wird, wie in 2 dargestellt ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Tatsache, dass 3 sowohl für die Schicht 5₂ als auch für die Schicht 5_n–1 gilt, in der Zeichnung durch Verwendung des Bezugszeichens "5₂(5_n–1)" angegeben ist. Das gleiche Prinzip gilt mutatis mutandis für die übrigen Zeichnungen, d. h. "5₃(5_n–2)" in 4 bedeutet, dass 4 eine beliebige der Schichten "5₃(5_n–2)", die in 2 dargestellt sind, erläutert.
Nachstehend wird wieder auf 3 Bezug genommen. Die einzelnen gefärbten Schichten 5₂ , 5_n–1 sind so ausgebildet, dass die Farben von der oberen und der unteren Oberfläche des Gegenstands aus erkannt werden können. Jede dieser Schichten umfasst einen ungefärbten Bereich A, der als äußerer Rahmen (Außenwand) bezeichnet wird, und einen gefärbten Bereich B, der im so genannten Poolbereich, der von der Außenwand umgeben ist, gebildet wird. Der ungefärbte Bereich A wird ähnlich wie die gewöhnlichen Schichten (5₁ , 5₂ ) lediglich durch das vorerwähnte Härtungsverfahren gebildet.
Andererseits wird der gefärbte Bereich B unter Durchführung eines Farbgebungsverfahrens gebildet, bei dem während der Härtung des ungefärbten Bereiches A der ungehärtete Zustand (d. h. der Zustand in flüssiger Phase) aufrechterhalten wird, d. h. ohne Bestrahlung mit Laserstrahlen, und der Bereich, der im ungehärteten Zustand geblieben ist, mit einem farbgebenden Mittel versetzt wird. Anschließend wird in diesem Bereich ein Härtungsverfahren ähnlich dem vorstehend beschriebenen Verfahren durchgeführt. Die Härtung dieses Bereiches einer entsprechenden Schicht, nachdem dessen Färbung im noch ungehärteten Zustand erfolgt ist, wird durchgeführt, um einen negativen Einfluss der Bildung der nächsten Schicht auf die jeweilige Schicht zu verhindern. Außerdem wird eine Farbgebung, z. B. mit einer Farbtinte, des Bereiches im ungehärteten Zustand beispielsweise durchgeführt, indem man eine Farbtinte auf den Bereich im ungehärteten Zustand aus einer Düse einer Abgabevorrichtung auftropft, wobei es sich bei dieser Vorrichtung um einen Zugabemechanismus handelt, der am vorderen Ende eines zweiachsigen (XY) Roboterarms (in der Figur nicht dargestellt) angebracht ist.
4 ist eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung eines beliebigen Mitglieds der gefärbten Schichten 5₃ bis 5_n–2 , d. h. sämtlicher übrigen Schichten, die sich sandwichartig zwischen den vorstehend beschriebenen gefärbten Schichten 5₂ , 5_n–1 , befinden.
Die gefärbten Schichten 5₃ bis 5_n–2 werden zu dem Zweck verwendet, dass die aufgetragenen Farben von der seitlichen Oberfläche des Gegenstands aus sichtbar werden, wobei jede dieser Seiten folgendes aufweist: einen am äußeren Rand befindlichen ungefärbten Bereich C, der als äußere Wand bezeichnet wird, einen gefärbten Bereich D, der in einem Bereich gebildet wird, der als Rille von vorgeschriebener Breite bezeichnet wird und der über den gesamten Umfang entlang der Innenseite der äußeren Wand gebildet ist, und einen innen umlaufenden ungefärbten Bereich E innerhalb der Rille. Die außen und innen umlaufenden ungefärbten Bereiche (C, E) werden beide durch ein Härtungsverfahren gebildet, das ähnlich dem Verfahren zur Bildung der vorstehend beschriebenen gewöhnlichen Schichten (5₁ , 5_n ) ist.
Andererseits wird der gefärbte Bereich D ähnlich dem gefärbten Bereich B in den Schichten (5₂ , 5_n–1 ), die in 3 dargestellt sind, durch Aufrechterhaltung des ungehärteten Zustands, d. h. ohne Bestrahlung mit Laserlicht, während der Härtung der außen und innen umlaufenden ungefärbten Bereiche (C, E) und unter Durchführung eines Farbgebungsverfahrens in dem Bereich, der im ungehärteten Zustand erhalten worden ist, durchgeführt, wonach anschließend das Härtungsverfahren für diesen Bereich vorgenommen wird (die Bearbeitung erzeugt keine Hindernisse für die Bildung der nächsten Schicht). Ferner wird die Farbgebung, beispielsweise mit einer Farbtinte, des Bereiches im ungehärteten Zustand durchgeführt, in dem man die Farbtinte auf diesen Bereich aus einer Düse einer Abgabevorrichtung ähnlich der vorstehend beschriebenen Abgabevorrichtung auftropft.
Der Gegenstand mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration lässt sich durch das folgende Verfahren herstellen.
Zunächst wird eine Schicht eines ungefärbten Harzes in einen ungehärteten Zustand (Zustand in flüssiger Phase) mit einem Laserstrahl bestrahlt. Als Ergebnis wird das Harz gehärtet und es entsteht eine gewöhnliche Schicht als unterste Schicht 5_n . Anschließend wird das Harz in der flüssigen Phase für die nächste Schicht in einer vorbestimmten Dicke auf der oberen Oberfläche der untersten Schicht 5_n aufgetragen und anschließend durch Bestrahlen mit einem Laserstrahl nur in dem Bereich, der der Außenwand des Harzes in flüssiger Phase entspricht, gehärtet, wodurch der ungefärbte Bereich A der Schicht 5_n–1 entsteht. Als Ergebnis wird das Harz in der flüssigen Phase, das auf die obere Oberfläche der untersten Schicht 5_n aufgetragen ist, getrennt in den gehärteten, ungefärbten Bereich A und einen Pool, der sich noch in einem ungehärteten Zustand (Zustand in flüssiger Phase) befindet, d. h. den Bereich, der zum gefärbten Bereich B wird, der im Anschluß an die Farbgebung unter Beschichtung mit einer Farbtinte gehärtet wird. Dieser Pool wird so eingestellt, dass seine Größe (Abmessungen) und Gestalt so beschaffen sind, dass sich kein Einfluss auf die Lamination und die Formgebung des Gegenstands ergibt.
Nachdem eine derartige Trennung des Harzes in der flüssigen Phase in den gehärteten ungefärbten Bereich A und den Pool in einem ungehärteten Zustand vorgenommen worden ist, wird eine Farbtinte als farbgebendes Mittel aus der Düse der vorerwähnten Abgabevorrichtung aufgetropft. Es wird bevorzugt, dass die verwendete Farbtinte eine sehr hohe Affinität zum Harz in der flüssigen Phase aufweist. In der vorliegenden Ausführungsform werden Tinten mit vier Farben, nämlich rot, blau, gelb und schwarz als Farbtinten verwendet.
Wenn die Farbtinte auf den Pool getropft wird, diffundiert sie aufgrund der vorerwähnten Affinität in das Harz. Als Folge davon wird die Farbtinte dem gesamten Pool zugesetzt. Nachdem die Farbtinte dem Harz im Pool zugesetzt worden ist, wird der Pool mit einem Laserstrahl bestrahlt und auf die gleiche Härte wie der vorerwähnte ungefärbte Bereich A gehärtet, wodurch man den gefärbter Bereich B erhält. Als Ergebnis entsteht aus dem oberflächenartigen Überzugsfilm, der durch die auf den Pool aufgebrachte Farbtinte gebildet worden ist, ein blockartiger Überzugsfilm von konstanter Dicke.
Eine Bestrahlung mit einem Laserstrahl der gleichen Energie, wie sie zur Härtung des ungefärbten Bereiches A verwendet wird, reicht gelegentlich nicht aus, um den vorerwähnten Bereich (Pool) des Harzes mit der zugesetzten Farbtinte auf die gleiche Härte, die der ungehärtete Bereich A aufweist, zu härten. In einem derartigen Fall ist es erforderlich, ein spezielles Härtungsverfahren anzuwenden, beispielsweise ein Härtungsverfahren mit langer Belichtungszeit bei der Laserbestrahlung oder ein Verfahren der Mehrfachbelichtung bei der Laserbestrahlung als Mittel, um die dem Bereich, der zum gefärbten Bereich B wird, zugeführte Lichtenergie zu erhöhen.
Die Bildung des gefärbten Bereiches B durch Härtung des Bereiches in einen Zustand in flüssiger Phase, der eine Farbtinte zugesetzt worden ist, ermöglicht die problemfreie Bildung der nächsten Schicht (d. h. der gefärbten Schicht 5_n–2 ) auf der oberen Oberfläche der gefärbten Schicht 5_n–1 .
Anschließend wird das Harz für die nächste Schicht 5_n–2 (2) in der vorgeschriebenen Dicke auf die obere Oberfläche der gefärbten Schicht 5_n–1 gegeben und die Bereiche C und E der Schicht 5_n–2 werden durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl gehärtet. Als Ergebnis wird das schichtförmig auf die obere Oberfläche der gefärbten Schicht 5_n–1 aufgetragene Harz in die gehärteten ungefärbten Bereiche C, E und eine Rille in einem ungehärteten Zustand, d. h. einen Bereich, der zum vorstehend beschriebenen gefärbten Bereich D werden soll, aufgetrennt. Die Rille wird ähnlich wie beim vorstehend beschriebenen Pool auf eine solche Größe (Abmessungen) und Gestalt eingestellt, dass sie keinen Einfluss auf die Laminierung und Formgebung des Gegenstands ausübt.
Nachdem das Harz auf diese Weise in die gehärteten ungefärbten Bereiche C, E und die Rille, in der sich das Harz noch in einem ungehärteten Zustand befindet, aufgetrennt worden ist, wird eine Farbtinte mit sehr hoher Affinität zum Harz wie beim vorstehend beschriebenen Verfahren als farbgebendes Mittel aus der Düse der Abgabevorrichtung aufgetropft. Somit diffundiert die Farbtinte aufgrund ihrer Affinität in das Harz, das sich im ungehärteten Zustand befindet. Als Ergebnis wird die Farbtinte in die gesamte Rille gegeben. Nach dieser Zugabe der Farbtinte zum Harz (d. h. zur Rille) wird die Rille mit einem Laserstrahl bestrahlt und der Bereich, der zum gefärbten Bereich D werden soll, wird auf die gleiche Härte, wie die ungefärbten Bereiche C, E gehärtet. Als Ergebnis wird aus der oberflächenartigen Überzugsschicht, die durch die auf die Rille schichtförmig aufgetragene Farbtinte gebildet wird, eine blockartige Überzugsschicht von konstanter Dicke gebildet. Ähnlich wie beim vorstehend beschriebenen Verfahren ist dann, wenn der Bereich, aus dem der gefärbte Bereich D entstehen soll, gehärtet wird, die Bestrahlung mit einem Laserstrahl von gleicher Energie, wie sie zur Härtung der ungefärbten Bereiche C, E verwendet wird, gelegentlich unzureichend, um die gleiche Härte wie bei den ungefärbten Bereichen C, E zu erzielen.
In diesem Fall ist es bei der Laserbestrahlung des Bereiches, der zum gefärbten Bereich D wird, ebenfalls erforderlich, die auf diesen Bereich aufgebrachte Lichtenergie unter Anwendung eines speziellen Härtungsverfahrens zu erhöhen, beispielsweise durch ein Verfahren unter Einstellung einer langen Belichtungszeit oder durch ein Verfahren der Mehrfachbelichtung, ähnlich wie bei der vorstehend beschriebenen Laserbestrahlung des Bereiches, der zum gefärbten Bereich B wird.
Eine Bildung des gefärbten Bereiches D durch Härten des Bereiches mit einer Phase im flüssigen Zustand, dem eine Farbtinte zugesetzt worden ist, ermöglicht die problemlose Bildung der nächsten Schicht auf der oberen Oberfläche der gefärbten Schicht 5_n–2 .
Es reicht aus, nur zwei Muster, nämlich einen Pool und eine Rille, als Muster der gefärbten Bereiche in den gefärbten Schichten 5₂ bis 5_n–1 , zu verwenden. Wenn der Bereich des Harzes in der flüssigen Phase, dem die Farbe zugesetzt wird, in eine poolartige Gestalt gebracht wird, so kann die Farbe in zuverlässiger Weise erkannt werden, selbst wenn der fertige Gegenstand in Richtung von oben nach unten betrachtet wird. Wenn andererseits der Bereich des Harzes im Zustand der flüssigen Phase, dem die Farbe zugesetzt worden ist, in eine rillenförmige Gestalt gebracht wird, kann die Farbe nur erkannt werden, wenn der fertige Gegenstand aus seitlicher Richtung betrachtet wird. Jedoch besteht der Vorteil einer derartigen Einstellung darin, dass die für den Färbungsvorgang erforderliche Zeitspanne abgekürzt und die Menge der beim Farbgebungsverfahren verwendeten Tinte verringert werden kann.
Nachdem die gefärbten Schichten 5_n–2 bis 5₃ durch Wiederholung des vorstehend beschriebenen Verfahrens gebildet worden sind, wird eine gefärbte Schicht 5₂ mit der gleichen Konfiguration wie die vorstehend beschriebene gefärbte Schicht 5_n–1 auf der oberen Oberfläche der gefärbten Schicht 5₃ gebildet und anschließend wird eine ungefärbte Schicht 5, mit der gleichen Konfiguration wie die ungefärbte Schicht 5_n auf der oberen Oberfläche der gefärbten Schicht 5₂ gebildet, wodurch der Gegenstand entsteht.
Die Zugabe des vorstehend beschriebenen Harzes (flüssiges Harz) wird mit einem Gerät zum Überbeschichten (in den Figuren nicht dargestellt) durchgeführt, das in einer Formgebungsvorrichtung (in den Figuren nicht dargestellt), die zur Laminierung und Formgebung des Gegenstands verwendet wird, vorgesehen ist. Ferner wird die Verbindung zwischen der Düse der Abgabevorrichtung und einer Spritze (Behälter) durch einen Schlauch gewährleistet.
Ferner enthält eine Steuervorrichtung (in den Figuren nicht dargestellt), die die Einheiten der Formgebungsvorrichtung steuert, Formgebungsdaten, die bei der Bildung der gewöhnlichen Schichten (5₁ , 5_n ) verwendet werden, Formgebungsdaten, die bei der Bildung der gefärbten Schichten (5₂ , 5_n–1 ) verwendet werden, und Formgebungsdaten, die bei der Bildung der gefärbten Schichten (5₃ , 5_n–2 ) verwendet werden. Die Steuervorrichtung sorgt für die Lamination und Formgebung des vorerwähnten Gegenstands, indem sie in geeigneter Weise eine Vielzahl der Formgebungsdaten heranzieht.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird ein farbgebendes Mittel den Schichten (5₂ , 5_n–1 ), die zu färben sind, beim Verfahren der Lamination und Formgebung des Gegenstands zugesetzt. Daher ist ein Verfahren zur Zugabe des farbgebenden Mittels nach Beendigung der Reihe von Formgebungsvorgängen nicht erforderlich.
Da außerdem das farbgebende Mittel im Verlauf des Laminations- und Formgebungsverfahrens zugesetzt wird, lässt sich die Automatisierung des Vorgangs der Zugabe des farbgebenden Mittels zusammen mit der Automatisierung des Formgebungsvorgangs, der mit der Formgebungsvorrichtung durchgeführt wird, vornehmen. Daher lässt sich der Zugabevorgang vornehmen, während der Formgebungsvorgang durchgeführt wird. Ferner kann nicht nur die Zugabe einer einzelnen Farbe, sondern auch die Zugabe von mehreren Farben erfolgen.
5 erläutert ein Beispiel für ein Verfahren zur Bildung einer gefärbten Schicht, die aus einem gefärbten Harz gemäß den Angaben zu 3 besteht. In 5 wird die Außenwand-Frontfläche 9 jeder der vorstehend beschriebenen gefärbten Schichten (5₂ , 5_n–1 ) aufgrund der Daten (Frontoberflächendaten), die die Außenwand-Frontoberfläche 9 repräsentieren und die durch Schneiden der STL-Daten (d. h. dreidimensionale Modellierungsdaten im Stereo-Lithographie-Format (STL-Format) bestimmt worden sind, definiert. Ferner wird die innere Außenwandoberfläche 11 der einzelnen gefärbten Schichten (5₂ , 5_n–1 ) auf der Grundlage der Daten (Daten der inneren Oberfläche), die durch Versetzen der vorerwähnten Frontoberflächendaten um einen bestimmten Abstand nach innen festgelegt worden sind, definiert. Die innere Außenwandoberfläche 11 entspricht dem äußeren Umfang des Pools, d. h. des Bereiches, der zum gefärbten Bereich B wird. Ferner wird eine rechteckige Linie 13, die die Bahnkurve der Position der Farbtinte, d. h. des farbgebenden Mittels, das auf den Bereich, der zum gefärbten Bereich B wird, auftropft, angibt, auf der Grundlage der Daten (Daten für das Auftropfen von Tinte) festgelegt, die durch Versetzen der Daten für die innere Oberfläche nach innen um einen bestimmten Abstand ermittelt worden sind.
Wenn die in 4 dargestellten gefärbten Schichten (5₃ , 5_n–2 ) gebildet werden, wird die Außenwand-Frontfläche 9 auf der Grundlage der Frontoberflächendaten gebildet, der äußere Umfang der Rille, d. h. des Bereiches, der zum gefärbten Bereich D wird, auf der Grundlage der inneren Außenwandoberfläche 11 festgelegt und der innere Umfang 13 des Bereiches, der zum gefärbten Bereich D wird, auf der Grundlage der Daten, die durch Versetzen der Daten für die innere Außenwandoberfläche nach innen um einen bestimmten Abstand ermittelt worden sind, festgelegt.
Eine von den Erfindern durchgeführte versuchsweise Herstellung von gefärbten Schichten (5₂ , 5_n–1 ) gemäß 3 und gefärbten Schichten (5₃ , 5_n–2 ) gemäß 4 hat gezeigt, dass die geeignete Dicke für die Außenwand zur Festlegung des Pools (oder der Rille) etwa 0,5–5,0 mm beträgt. Liegt die Wanddicke unter 0,5–5 mm, so läuft die tropfenweise dem Pool (oder der Rille) zugefügte Tinte langsam aus dem Pool (Rille) aus. Wenn die Wanddicke über dem vorerwähnten Bereich liegt, so ergibt sich eine undeutliche Farbgebung des fertiggestellten Gegenstands.
Ferner wird die rechteckige Linie 13, die die Bahnkurve der Farbtinten-Auftropfposition wiedergibt, vorzugsweise auf eine Position in einem Abstand von etwa 1,0–5,0 mm von der inneren Außenwandoberfläche 11 eingestellt, obgleich der Diffusionsoberflächenbereich je nach der Gestalt des gebildeten Gegenstands und der Beziehung zwischen der Oberflächenspannung der gefärbten Tinte, die tropfenweise zugesetzt wird, und dem Harz im Zustand der flüssigen Phase variieren kann.
Die Zusammensetzung, die durch Lösen eines Pulvers hergestellt worden ist, das aus farblosen Teilchen von sehr geringem Durchmesser, die durch die Fähigkeit, unter UV-Bestrahlung in einem Harz gefärbt zu werden, gekennzeichnet sind, besteht, wurde als Farbstoff (Farbtinte) zur Farbgebung für den Test verwendet. Da die Teilchen farblos waren, übten sie keinen nachteiligen Einfluss auf die UV-Durchlässigkeit im Harz aus, selbst wenn sie tropfenweise dem Harz im Zustand der flüssigen Phase zugesetzt wurden. Demzufolge behinderten sie den Härtungsvorgang nicht.
6 zeigt eine Modifikation des unter Bezugnahme auf 5 beschriebenen Bildungsverfahrens.
Um bei dieser Modifikation zu verhindern, dass die auf einen Teil des vorstehend beschriebenen Poolbereiches, d. h. eines Teils des Bereiches, der zum gefärbten Bereich B der gefärbten Schichten (5₂ , 5_n–1 ) gemäß der Darstellung in 3 wird, aufgetragen worden ist, aus diesem Bereich in andere Bereiche wegfließt oder diffundiert, wird eine Wand 15 am äußeren Umfang dieses Bereiches vorgesehen. Ferner werden auch Trennwände 17 vorgesehen, um ein Vermischen von Farbtinten unterschiedlicher Farben zu verhindern, wenn in einem Teil dieses Bereiches eine Zugabe von mehreren Farben erfolgt.
Die geeignete Dicke der Wände 15, 17 beträgt etwa 0,5–5,0 mm, obgleich diese Dicke von der Gestalt des Bereiches abhängt. Die Wanddicke kann verringert werden, um die Betrachtung einer dem Harz im Zustand der flüssigen Phase verliehenen Farbe zu erleichtern. Wenn jedoch die Wanddicke unter 0,5–5,0 mm liegt, besteht die Möglichkeit, dass die in diesem Bereich tropfenweise zugesetzte Farbtinte langsam aus dem Bereich ausläuft.
Das STL-Datenformat wird in der Steuervorrichtung (in den Figuren nicht dargestellt) der Formgebungsvorrichtung verwendet, um das in 6 dargestellte Bildungsverfahren vorzunehmen. Das STL-Format weist selbst keine Farbinformationen auf. Aus diesem Grund werden in der Steuervorrichtung Dateien für jede Farbe geschaffen und eine Identifizierung verschiedener Farben wird vorgenommen.
7 erläutert ein Beispiel eines Verfahrens zur Färbung einer Schicht, die aus einem härtbaren Harz besteht, wobei die Anreicherung des farbgebenden Mittels (Farbtinte) unterdrückt wird.
Wie vorstehend ausgeführt, diffundiert die auf das Harz im Zustand der flüssigen Phase aufgetropfte Farbtinte über die Flüssigkeitsoberfläche des Harzes. Daher sollten Daten (Farbgebungsdaten), die zur Herbeiführung der Haftung der Farbtinte am Harz verwendet werden, nicht ebenso spezifisch wie Daten (Farbgebungsdaten) sein, die bei Laminierung und Formgebung der Harzschichten im Zustand einer flüssigen Phase verwendet werden. Wenn die Farbgebungsdaten zu spezifisch sind, wird die Menge der zugesetzten Farbtinte demgemäß erhöht und die zugesetzte Farbtinte reichert sich im Poolbereich der gefärbten Schichten (5₂ , 5_n–1 ) gemäß der Darstellung in 3 oder im Rillenbereich in den gefärbten Schichten (5₃ bis 5_n–2 ) gemäß der Darstellung in 4 an, wodurch die vorerwähnte Laminierung und Formgebung behindert werden. Um sich gegen eine derartige Möglichkeit zu schützen, wurde eine so genannte Verdünnung der Farbgebungsdaten vorgenommen. Um die Erläuterung und die grafische Darstellung zu vereinfachen, wird in 7 der Laminie rungs- und Formgebungsvorgang auf der Grundlage eines Gegenstands von runder Gestalt, der von der oberen/unteren Oberfläche aus betrachtet wird, dargestellt.
In 7(a) zeigt der Ringbereich F eine Außenwand, die gemäß den Formgebungsdaten zur Formgebung einer gefärbten Schicht mit einer scheibenartigen Gestalt gebildet wird. Der konzentrische Kreis G, der innerhalb des inneren Umfangs dieses Bereiches F angeordnet ist, repräsentiert die ursprünglichen Farbgebungsdaten, die durch Versetzen des inneren Umfangs des Bereiches F um einen bestimmten Abstand in Richtung nach innen erzeugt worden sind, d. h. die Bahnkurve der Düse der vorerwähnten Abgabevorrichtung. Die so genannte Verdünnung der Farbgebungsdaten wird gemäß dem nachstehend beschriebenen Verfahren unter Heranziehung dieses Kreises G vorgenommen.
Zunächst wird, wie in 7(b) gezeigt, eine Mehrzahl von äquidistanten Punkten G₁–G_n auf dem Kreis G, der durch die Färbungsdaten definiert ist, festgelegt. Insbesondere werden die Punkte G₁–G_n durch Auffinden der Koordinaten, die die Punkte G₁–G_n angeben, festgelegt. Anschließend wird, wie in den 7(c) und (d) dargestellt, beispielsweise ein Punkt G₁, der unter den Punkten G₁–G_n ausgewählt ist, als Anfangspunkt P₁ der Färbungsdaten festgelegt und der Punkt G₃, der vom Anfangspunkt P₁ um einen Abstand, der nicht unter einem vorgeschriebenen Abstand t liegt, getrennt ist, als ein zweiter Punkt P₂ der Färbungsdaten im Anschluss an den Anfangspunkt P₁ angenommen. Mit dem gleichen Verfahren wird, wie in 7(d) gezeigt, der dritte Punkt P₃ der Färbungsdaten und der n-te Punkt der Färbungsdaten, d. h. der Endpunkt P_n gefunden. Der Endpunkt P_n soll so ausgewählt sein, dass er vom Anfangspunkt P₁ um einen Abstand getrennt ist, der nicht unter dem vorerwähnten Abstand t liegt. Jeweilige vorgeschriebene Mengen der farbgebenden Mittel werden an den auf diese Weise ausgewählten Punkten P₁, P₂, P₃, ..., P_n zugegeben.
8 erläutert ein weiteres Beispiel des unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen Färbungsverfahrens.
Wie vorstehend ausgeführt, besteht dann, wenn ein Harz im Zustand einer flüssigen Phase schichtförmig aufgetragen wird, die Möglichkeit, dass die Farbtinte nicht gleichmäßig in den Färbungsbereich diffundiert und Farbdefekte entstehen. Demzufolge wurden die nachstehend beschriebenen Maßnahmen ergriffen, um derartige Defekte zu verhindern.
Zunächst wurde, wie in 8(a) gezeigt, Farbtinte aus der Düse 7 einer (in den Figuren nicht dargestellt) Abgabevorrichtung, die sich in einer Höhe von 5–10 mm über der Oberfläche des Harzes in einem flüssigen Zustand befand, aufgetropft. Jedoch macht es eine Modifikation der Struktur der Düse 7 mit dem Ziel, eine ausreichende Festigkeit und eine geeignete Gestalt zur Einführung in das flüssige Harz und zur Entfernung hieraus zu erreichen, möglich, die Farbgebung durch Einführen der Düse 7 in das Harz vorzunehmen, wie in 8(b) dargestellt ist. Das Einführen der Düse 7 in das Harz ermöglicht die Farbgebung in einen Zustand, bei dem die Farbtinte stark diffundiert ist. Ferner wird auch ein Spritzen der Tinte verhindert und eine genaue Kontrolle der vertikalen Position der Düse 7 ist nicht mehr erforderlich. Wenn außerdem eine Düse mit einer Mehrzahl von quer verlaufenden Löchern 7a bis 7n in einer Seitenoberfläche als Düse 7 verwendet wird, was in 8(c) dargestellt ist, kann die Farbgebung in einem Zustand durchgeführt werden, bei dem die Farbtinte in noch erheblicherem Ausmaß diffundiert ist.
Bei einem weiteren Verfahren zum gleichmäßigen Diffundieren der dem flüssigen Harz im Farbgebungsbereich zugesetzten Farbtinte wird die Farbtinte nach Erwärmen innerhalb der Abgabevorrichtung oder in der Düse 7 aufgetropft. Wenn die Farbtinte eine niedrigere Temperatur aufweist, ist ihre Viskosität höher. Als Ergebnis erfordert ihre Diffusion eine bestimmte Zeitspanne. Deshalb diffundiert die Farbtinte, die den ungehärteten Bereichen des Harzes, z. B. dem vorstehend beschriebenen Pool oder Rinne, zugesetzt. wird, nicht gleichmäßig und es entstehen Färbungsdefekte. Wenn jedoch die Farbtinte nach Erwärmen aufgetropft wird, diffundiert die Tinte aufgrund ihrer niedrigen Viskosität innerhalb einer vergleichsweisen kurzen Zeitspanne. Als Folge davon werden Färbungsdefekte verhindert. Ferner lässt sich die Innenstruktur der Düse 7 so modifizieren, dass eine gleichmäßigere Diffusion der Farbtinte und eine wirksamere Beseitigung von Färbungsdefekten erreicht werden. Somit kann eine Struktur herangezogen werden, bei der längliche Löcher, die sich im Bodenbereich der Düse 7 öffnen, neben den Querlöchern 7a bis 7n, die in 8(c) dargestellt sind, vorgesehen sind.
9 zeigt ein weiteres Beispiel des in 7 dargestellten Färbungsverfahrens und vergleicht die Ergebnisse der in 7 und 8 erläuterten Färbungsverfahren.
Mit den in 7 und 8 erläuterten Färbungsverfahren wird zunächst, wie in 9(a) dargestellt, nur die Außenwand gehärtet und der Bereich, der dem Pool (oder Rille) entspricht, wird im Zustand einer flüssigen Phase belassen. Anschließend wird, wie in 9(b) dargestellt, eine Farbtinte aus der Düse 7 einer Abgabevorrichtung auf den Poolbereich (oder Rillenbereich), der sich in einem ungehärteten Zustand befindet, getropft. Im Ergebnis trat, wie in 9(c) dargestellt ist, eine Anreicherung einer Menge der aufgetropften Farbtinte im Poolbereich (oder Rillenbereich) auf und eine Formgebung der nächsten Schicht auf der oberen Oberfläche der in der Figur dargestellten Schicht war bei einem Laminationsabstand mit einer Dicke, die nicht über der Anreicherungsdicke lag, nicht möglich. Mit anderen Worten, ein geringer Laminationsabstand konnte nicht eingestellt werden.
Demgemäß wird im vorliegenden Beispiel, wie in 9(a) dargestellt ist, nur die Außenwand gehärtet und der dem Pool (oder Rille) entsprechende Bereich verbleibt im Zustand einer flüssigen Phase. Anschließend wird, wie in 9(d) dargestellt ist, das Harz im Zustand einer flüssigen Phase, das sich in dem dem Pool (oder der Rille) entsprechenden Bereich befindet, abgesaugt und eine Farbtinte wird aus der Düse 7 zugetropft. Da bei einem derartigen Verfahren das Harz (im Zustand einer flüssigen Phase), das sich in dem dem Pool (oder der Rille) entsprechenden Bereich befindet, vor dem Zutropfen der Tinte entfernt wird, kommt es zu keiner Anreicherung beim Zutropfen von Farbtinte, wie in 9(c) dargestellt ist, wobei diese Figur den Zustand nach dem Zurückbringen des Harzes zeigt.
Ein Verfahren zum Anlegen eines Luftdruckes an die Zutropfstelle der Farbtinte stellt eine weitere Maßnahme zur Verhinderung der Anreicherung von Farbtinte, die auf das ungehärtete Harz getropft wird, dar. Ferner stellt ein Verfahren zur Anwendung von Vibrationen an die Zutropfstelle der Farbtinte eine Maßnahme zur Verhinderung des Anreicherns der Farbtinte dar, wodurch auch die Diffusion der Farbtinte verstärkt wird.
Beispielsweise können Zusammensetzungen, die durch Vermischen von Pigmenten, Farbstoffen oder Tinten als Ausgangsmaterial mit dem Harz im Zustand einer flüssigen Phase hergestellt worden sind, sowie Zusammensetzungen, die durch Lösen von Pigmenten oder Farbstoffen in Lösungsmitteln, die sich von den Harzen in flüssigem Zustand unterscheiden, als die vorerwähnte Farbtinte verwendet werden. Was die Zusammensetzungen betrifft, die durch Lösen von Pigmenten oder Farbstoffen in Lösungsmitteln, die sich von den Harzen im Zustand der flüssigen Phase unterscheiden, betrifft, so sollen diese eine Affinität zum Harz besitzen, mit anderen Worten, sie sollen die Härtung des Harzes nicht behindern. Außerdem können auch Zusammensetzungen unter Verwendung von Fasern oder Farbkügelchen anstelle von Pigmenten und Farbstoffen als Farbtinte verwendet werden.
Die nachstehenden Erläuterungen beruhen auf der Annahme, dass eine Außenwand vorhanden ist, die den Poolbereich (oder Rillenbereich) umgibt. Jedoch kann auch ein Formgebungsverfahren, bei dem keine Außenwand erforderlich ist, herangezogen werden, indem man eine Farbtinte zu einem ungehärteten Harz in einer Mehrzahl von Zyklen zusetzt. Ein derartiges Formgebungsverfahren umfasst die folgenden Stufen.
Zunächst wird nur eine Schicht einer Harzschicht gehärtet und anschließend wird ein dünner Film durch Bestrahlung des Harzes im Zustand der flüssigen Phase mit einem Laserstrahl gebildet. Sodann wird eine Farbtinte auf den dünnen Film entsprechend den Anpassungsdaten (Daten, die durch Anpassen der Umrissgestaltdaten um etwa 0,5–5,0 mm nach innen erhalten worden sind) der Formgebungsdaten (Daten, die die Umrissgestalt des Gegenstands wiedergeben) des Gegenstands zugegeben. Wenn es sich bei der gefärbten Oberfläche um die obere Oberfläche oder die untere Oberfläche der Schicht handelt, wird die Farbtinte innerhalb der Umrisslinie zugegeben, die durch die Daten festgelegt wird, die durch Anpassen der Umrissdaten der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche nach innen erhalten worden sind. Wenn die Anreicherung der auf diese Weise zugesetzten Farbtinte gering ist, wird die Zugabe der Farbtinte mehrmals wiederholt und der aufgebaute Damm der zugesetzten Farbtinte bildet sich innerhalb eines Bereiches, in dem der vorgeschriebene Laminationsabstand nicht erreicht wird. Ferner wird in einem Zustand, bei dem der aufgebaute Damm der zugesetzten Farbtinte in ausreichendem Maße in einem solchen Umfang getrocknet (gehärtet) wird, dass sich kein nachteiliger Einfluß auf den nächsten Vorgang ergibt, Harz im Zustand einer flüssigen Phase auf den aufgebauten Damm der Farbtinte gegeben, wobei dieses Harz zur Bildung der nächsten Schicht benötigt wird. Anschließend wird das Harz im Zustand der flüssigen Phase mit einem Laserstrahl entsprechend den Formgebungsdaten der nächsten Schicht bestrahlt und das Harz wird gehärtet, so dass man die vorbestimmte Gestalt erhält.
Der angestrebte Gegenstand wird gebildet, indem man die erforderliche Anzahl an Wiederholungen des vorstehend beschriebenen Verfahrens vornimmt.
Durch dieses Verfahren kommt es zu einem Aufbau einer vorbestimmten Dicke einer Farbtinte durch mehrfache Zugabe der Farbtinte. Jedoch kann anstelle der Zugabe der Farbtinte eine Farbfolie mit einer Dicke, die den Laminationsabstand nicht übersteigt, auf die gewünschte Gestalt zugeschnitten und anschließend mit dem Harz in der flüssigen Phase verklebt werden. In diesem Fall kann eine Farbfolie mit einer Dicke, die den Laminationsabstand nicht übersteigt, auf die gewünschte Gestalt zugeschnitten werden, nachdem das Verkleben mit dem Harz in der flüssigen Phase erfolgt ist. Eine Farbfolie mit einer Dicke, die den Laminationsabstand übersteigt, wird vorzugsweise nicht verwendet, da dies die Lamination und Formgebung behindert.
Ferner kann ein Verfahren Anwendung finden, bei dem man nur ein einziges Mal eine viskose Farbtinte, z. B. ein Farbharz, zusetzt, anstatt des Verfahrens der mehrfachen Zugabe der Farbtinte. Mit einem derartigen Verfahren wird die Zugabe der Farbtinte vorgenommen, während die Dicke des durch Zugabe des Farbharzes gebildeten Überzugsfilms so gesteuert wird, dass sie möglichst nahe an die Dicke des Laminationsabstands kommt.
Ferner kann ein Verfahren, bei dem eine Farbtinte auf ein Harz in flüssiger Phase getropft wird und das Harz in flüssiger Phase rascher gehärtet wird, als die Tinte in das Harz diffundiert, als Formgebungsverfahren herangezogen werden, das nicht die Bildung der vorerwähnten Außenwand erfordert. Mit anderen Worten, bei einem derartigen Verfahren wird ein Ausströmen der Farbtinte in einen Bereich, der nicht zu färben ist, verhindert, indem man das Auftropfen der Farbtinte und das Härten des Harzes in der flüssigen Phase praktisch gleichzeitig vornimmt.
Wenn sich feiner die Farbtinte in einem Zustand befindet, in dem sie nicht in das Harz diffundiert, beispielsweise wenn Teilchen der Farbtinte in ein Harz eingebettet sind, lässt sich der erwünschte Gegenstand bilden, indem man eine Farbtinte dem Harz (d. h. einem Harz in flüssiger Phase) zusetzt (druckt), wobei man sich beispielsweise eines Mechanismus ähnlich wie bei Tintenstrahldruckern bedient und anschließend das Verfahren der Härtung des Harzes für jede Schicht wiederholt.
10 erläutert ein Beispiel eines Verfahrens, bei dem die Farbgebung in den Schichten eines Gegenstands, der aus einem photohärtbaren Harz in einem Zustand, bei dem der Färbungsbereich über den gesamten Körper Bemittelt ist, besteht, erfolgt, wobei das Verfahren auf dem in 7 dargestellten Verfahren beruht.
Bei diesem Beispiel wurde die Färbung unter Verdünnung der Färbungsdaten durchgeführt, wobei die anfänglichen Punkte willkürlich für sämtliche Schichten unterschiedlich ausgestaltet wurden, so dass von den Punkten P₁ bis P_n (10(a)), die sich auf einem Kreis befanden und gemäß dem in 7 dargestellten Verfahren erhalten wurden, die Verdünnungs-Farbgebungsdaten mit dem Punkt P₁ als Anfangspunkt für die erste Schicht verwendet wurden (10(b)), die Verdünnungs-Farbgebungsdaten mit dem Punkt P₃ als Anfangspunkt für die zweite Schicht verwendet wurden (10(c)) und die Verdünnungs-Farbgebungsdaten mit dem Punkt P₂ als Anfangspunkt für die dritte Schicht verwendet wurden (10(d)).
Demzufolge werden auf der Grundlage dieser Farbgebungsdaten die Zugabebereiche für das farbgebende Mittel (Farbtinte) in jeder der Schichten in bezug auf die anderen Schichten verschoben und als Ergebnis werden die Farbgebungszugabebereiche gemittelt und verteilt, wenn man sie über den gesamten Gegenstand hinweg betrachtet.
11 erläutert ein Beispiel für ein Verfahren für die mehrfarbige Färbung einer Schicht, die aus einem härtbaren Harz besteht, ohne dass die Größe des Farbgebungsbereiches verkleinert wird.
Im Fall der mehrfarbigen Färbung eines Gegenstands wird, sofern nicht die Priorität von Farben bei der Farbgebung vorher festgelegt wird, ein Bereich, in dem die Farbgebung mit einer Farbe, die von der Farbe in bezug zu den Farbgebungsdaten abweicht, erweitert, wie in 11(a) dargestellt ist. In dem in 11(a) dargestellten Beispiel handelt es sich bei den Farben der Farbgebungsdaten zwar um die Farbe 1, die Farbe 2 und die Farbe 3, tatsächlich erweitern sich aber ein Bereich, in dem sich der Farbgebungsbereich von Farbe 1 und der Farbgebungsbereich von Farbe 2 überlappen, ein Bereich, in dem sich der Farbgebungsbereich von Farbe 1 und der Farbgebungsbereich von Farbe 3 überlappen, ein Bereich, in dem sich der Farbgebungsbereich von Farbe 2 und der Farbgebungsbereich von Farbe 3 überlappen, und ein Bereich, in dem sich die Farbgebungsbereiche von Farbe 1, Farbe 2 und Farbe 3 überlappen, in entsprechender Weise. Gelegentlich wird die Farbgebung nicht tatsächlich in den vorerwähnten überlappenden Bereichen durchgeführt und es werden Trenneinrichtungen zwischen verschiedenen Farbgebungsbereichen vorgesehen. In einem derartigen Fall nehmen die abgetrennten Bereiche eine geeignete Größe, verglichen mit dem Farbgebungsbereich, an. Infolgedessen weisen die Farbgebungsbereiche eine verringerte Größe auf.
Im vorliegenden Beispiel wurde eine Priorität von Farben während der Farbgebung eingehalten. Die Priorität kann frei in Abhängigkeit davon festgelegt werden, welche Farbe des Gegenstands nach Ansicht des Anwenders vorherrschen soll. Wenn beispielsweise unter den vorerwähnten Farben 1, 2 und 3 die Farbe 1 besonders vorherrschen soll und sich dann die Farbe 2 anschließt, so wird die Farbgebung mit der vorerwähnten Farbtrennung gemäß dem in 11(b) dargestellten Muster durchgeführt. Im Ergebnis lässt sich eine Verringerung der Größe der Farbgebungsbereiche, die durch die Mehrfarbenzugabe hervorgerufen wird, verhindern.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines gefärbten Formkörpers durch Laminieren einer Mehrzahl von Schichten (5₁ –5_n ) übereinander, wobei jede Schicht gebildet wird durch (a) Bereitstellen einer Schicht eines härtbaren Harzes in flüssigem Zustand und (b) Bestrahlen des Harzes mit Laserlicht, um das Harz der jeweiligen Schicht zu härten und diese zu formen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe b) für mindestens eine der Schichten folgendes umfasst: d1) Bestrahlen und Härten des Harzes der jeweiligen Schicht nur in einem vorbestimmten ersten Bereich (A; C), der einen zweiten Bereich umgibt, d2) Zugeben eines farbgebenden Mittels zum ungehärteten Harz im zweiten Bereich (B; D) der jeweiligen Schicht und d3) anschließend Bestrahlen und Härten des Harzes im zweiten Bereich (B; D), wobei der erste Bereich (A; C) diesen zweiten Bereich umgibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stufe d1) das Bestrahlen und Härten des Harzes der jeweiligen Schicht nur im vorbestimmten ersten Bereich (C) und einem vorbestimmten dritten Bereich (E) umfasst, wobei der dritte Bereich vom zweiten Bereich umgeben ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stufe d2) das Eintauchen eines Teils einer nadelartigen Abgabespitze (7) in das ungehärtete Harz und das Einführen des farbgebenden Mittels durch Löcher, die im eingetauchten Teil der Abgabespitze vorgesehen sind, umfasst.
Formgebungsvorrichtung zur Herstellung eines gefärbten Formkörpers, umfassend: eine Wiederbeschichtungsvorrichtung, mit der Schichten eines härtbaren Harzes in flüssigem Zustand nacheinander gebildet werden, und eine Bestrahlungseinrichtung zum Bestrahlen des Harzes einer jeweiligen Schicht mit Laserlicht zum Härten des Harzes der jeweiligen Schicht und zum Formen derselben, bevor die nächste Schicht mit der Wiederbeschichtungsvorrichtung bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung beschaffen ist, das Harz der jeweiligen Schicht nur in einem vorbestimmten ersten Bereich (A; C), der einen zweiten Bereich (B; D) umgibt, zu bestrahlen und zu härten, eine Abgabevorrichtung vorgesehen ist, um ein farbgebendes Mittel dem ungehärteten Harz im zweiten Bereich (B; D) der jeweiligen Schicht zuzusetzen, nachdem der erste Bereich mit der Bestrahlungseinrichtung gehärtet worden ist, und die Bestrahlungseinrichtung beschaffen ist, das Harz im zweiten Bereich (B; D) zu bestrahlen und zu härten, nachdem das farbgebende Mittel mit der Abgabevorrichtung zugesetzt worden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Bestrahlungseinrichtung beschaffen ist, das Harz der jeweiligen Schicht nur im vorbestimmten ersten Bereich (C) und in einem vorbestimmten dritten Bereich (E) zu bestrahlen und zu härten, wobei der dritte Bereich vom zweiten Bereich (D) umgeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Abgabeeinrichtung eine nadelartige Abgabespitze (7) umfasst, die beschaffen ist, in das ungehärtete Harz einzutauchen und das farbgebende Mittel durch Löcher, die im eingetauchten Teil der Abgabespitze (7) vorgesehen sind, einzuführen.