[go: up one dir, main page]

RU2189079C2 - Device for manufacturing three-dimensional objects - Google Patents

Device for manufacturing three-dimensional objects Download PDF

Info

Publication number
RU2189079C2
RU2189079C2 RU99115352A RU99115352A RU2189079C2 RU 2189079 C2 RU2189079 C2 RU 2189079C2 RU 99115352 A RU99115352 A RU 99115352A RU 99115352 A RU99115352 A RU 99115352A RU 2189079 C2 RU2189079 C2 RU 2189079C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
liquid medium
cross
beams
sections
Prior art date
Application number
RU99115352A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99115352A (en
Inventor
А.Н. Антонов
С.В. Камаев
М.М. Новиков
В.П. Якунин
Original Assignee
Институт проблем лазерных и информационных технологий
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт проблем лазерных и информационных технологий filed Critical Институт проблем лазерных и информационных технологий
Priority to RU99115352A priority Critical patent/RU2189079C2/en
Publication of RU99115352A publication Critical patent/RU99115352A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2189079C2 publication Critical patent/RU2189079C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: prototyping three-dimensional objects such as parts and units of machines and mechanisms. SUBSTANCE: device has container filled with liquid medium capable of changing its physical condition under the action of chosen radiation, perforated platform for mounting object to be manufactured, perforated-platform and container displacement system, radiation source, and control computer; novelty is that device is provided with system for splitting radiation into beams and with deflection yokes; control computer functions to produce computer image of object being manufactured in the form of set of transversal sections. EFFECT: enhanced precision of object reproduction. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области быстрого макетирования трехмерных объектов по компьютерным данным (Rapid Prototyping), в частности к лазерной стереолитографии. The invention relates to the field of rapid prototyping of three-dimensional objects using computer data (Rapid Prototyping), in particular to laser stereolithography.

Изобретение может быть использовано во многих отраслях промышленности для изготовления мастер-моделей деталей и узлов машин и механизмов, а также для получения копий потребительских товаров с целью их визуализации. Кроме того, подобные модели могут быть использованы в качестве оснастки при изготовлении реальных деталей. The invention can be used in many industries for the manufacture of master models of parts and components of machines and mechanisms, as well as for obtaining copies of consumer goods for the purpose of visualization. In addition, such models can be used as accessories in the manufacture of real parts.

Известно устройство /1/ для изготовления трехмерных объектов путем формирования поперечных сечений объекта на поверхности жидкой среды, способной изменять свое физическое состояние под действием выбранного синергетического излучения, бомбардировкой пучком частиц или химическим воздействием. A device / 1 / is known for the manufacture of three-dimensional objects by forming cross-sections of an object on the surface of a liquid medium capable of changing its physical state under the influence of the selected synergistic radiation, bombardment by a particle beam or chemical exposure.

Известно также улучшенное устройство /2/ для изготовления трехмерных объектов путем формирования поперечных сечений объекта на поверхности жидкой среды, способной изменять свое физическое состояние под действием выбранного синергетического излучения, бомбардировкой пучком частиц или химическим воздействием, в котором информация об объекте используется для уменьшения искажений, возникающих при изготовлении объекта, увеличении разрешения, прочности, точности, скорости воспроизведения объекта даже с очень сложной формой. It is also known an improved device / 2 / for the manufacture of three-dimensional objects by forming cross-sections of the object on the surface of a liquid medium, capable of changing its physical state under the action of the selected synergistic radiation, bombardment by a particle beam or chemical exposure, in which information about the object is used to reduce distortion arising in the manufacture of an object, increasing the resolution, strength, accuracy, reproduction speed of an object even with a very complex shape.

Последнее устройство из всех аналогов наиболее близко к заявляемому образцу и выбрано в качестве прототипа. The last device of all analogues is closest to the claimed sample and is selected as a prototype.

Недостатком подобной системы является то, что при изготовлении достаточно больших объектов (например больше 250•250•250 мм) возможно возникновение искажений формы и размера воспроизводимого сечения за счет изменения размеров пятна излучения при несовпадении плоскости воспроизведения (поверхность жидкой среды) и фокальной поверхности оптической схемы. The disadvantage of this system is that in the manufacture of large enough objects (for example, more than 250 • 250 • 250 mm), distortions in the shape and size of the reproduced cross section may occur due to changes in the size of the radiation spot when the reproduction plane (liquid surface) does not coincide with the focal surface of the optical circuit .

На фиг.1 представлен ход пучка излучения - 1, плоскость воспроизведения сечения (поверхность жидкой среды) - 2, фокальная поверхность оптической схемы - 3, δ- отклонение между плоскостью воспроизведения сечения и фокальной поверхностью оптической схемы, R - расстояние между отклоняющей системой и поверхностью жидкой среды, а - максимальное отклонение луча. Figure 1 shows the course of the radiation beam - 1, the plane of reproduction of the cross section (surface of the liquid medium) - 2, the focal surface of the optical circuit - 3, δ is the deviation between the plane of reproduction of the cross section and the focal surface of the optical circuit, R is the distance between the deflecting system and the surface liquid medium, and - the maximum deviation of the beam.

Величина δ тем больше, чем больше максимальное отклонение луча (а) и может быть уменьшена увеличением расстояния R между отклоняющей системой и поверхностью жидкой среды. Таким образом, разработчики устройств для изготовления копий трехмерных объектов методом лазерной стереолитографии вынуждены существенно увеличивать расстояние R, чтобы обеспечить нужную точность при увеличении максимально возможного габарита изготавливаемого объекта. Этого можно достичь либо увеличением габарита устройства, либо введением в оптическую схему дополнительных элементов. The value of δ is greater, the greater the maximum deviation of the beam (a) and can be reduced by increasing the distance R between the deflecting system and the surface of the liquid medium. Thus, developers of devices for making copies of three-dimensional objects using laser stereolithography are forced to significantly increase the distance R in order to provide the necessary accuracy while increasing the maximum possible size of the manufactured object. This can be achieved either by increasing the size of the device, or by introducing additional elements into the optical circuit.

Цель предлагаемого изобретения - повышение точности изготавливаемых методом лазерной стереолитографии изделий без значительного увеличения габаритных размеров устройства и повышение производительности установки. The purpose of the invention is to increase the accuracy of products manufactured by laser stereolithography without significantly increasing the overall dimensions of the device and increasing the productivity of the installation.

Эта цель достигается благодаря тому, что площадь воспроизведения сечения разделяется на n= i•j частей в двух взаимно перпендикулярных направлениях (фиг.2). This goal is achieved due to the fact that the playback area of the section is divided into n = i • j parts in two mutually perpendicular directions (figure 2).

На фиг. 2 представлено поперечное сечение изготавливаемого объекта - 1, разделенное на n частей - 2, зоны сшивки отдельных сечений - 3, i и j - число участков разбиения по горизонтали и вертикали соответственно, a•b - общая площадь сечения. In FIG. 2 shows the cross-section of the manufactured object - 1, divided into n parts - 2, cross-linking zones of individual sections - 3, i and j - the number of horizontal and vertical sections, respectively, a • b - the total cross-sectional area.

Каждая из частей сечения воспроизводится на поверхности жидкой среды отдельным пучком излучения, управляемым отдельной отклоняющей системой. Each of the sections is reproduced on the surface of a liquid medium by a separate radiation beam controlled by a separate deflecting system.

При этом из-за уменьшения максимального отклонения луча а от вертикали достигается требуемая точность воспроизведения без увеличения расстояния R (фиг. 1). Кроме того, увеличивается производительность установки, т.к. существует физический предел скорости отклонения луча, обусловленный масс-инерционными характеристиками элементов системы отклонения. Применение одновременно нескольких систем отклонения позволяет обеспечить большую производительность установки, не достигая предела скорости отклонения. Moreover, due to a decrease in the maximum deviation of the beam a from the vertical, the required fidelity is achieved without increasing the distance R (Fig. 1). In addition, the installation performance is increased, there is a physical limit to the speed of deflection of the beam, due to the mass inertial characteristics of the elements of the deflection system. The use of several deviation systems at the same time allows for greater plant productivity without reaching the limit of the deviation speed.

Предлагается устройство, отличающееся тем, что оно снабжено системой разделения излучения на n отдельных пучков и системой перестройки длины волны излучения. A device is proposed, characterized in that it is equipped with a system for dividing radiation into n individual beams and a system for tuning the radiation wavelength.

На фиг.3 представлена схема предлагаемого устройства, состоящего из контейнера с жидкой средой, способной изменять физическое состояние под воздействием выбранного излучения - 1; перфорированной платформы, на которой закреплен изготавливаемый объект с системой перемещения этой платформы по вертикали - 2; n систем отклонения излучения в двух взаимно перпендикулярных направлениях по горизонтали - 3; источника выбранного излучения - 4; системы разделения излучения на n отдельных пучков - 5; управляющего компьютера - 6; системы вертикального перемещения контейнера с жидкой средой - 7; системы перестройки длины волны излучения - 8; блока управления устройством - 9. Figure 3 presents a diagram of the proposed device, consisting of a container with a liquid medium capable of changing the physical state under the influence of the selected radiation - 1; a perforated platform on which the manufactured object is fixed with a vertical movement system for this platform - 2; n radiation deflection systems in two mutually perpendicular horizontal directions - 3; the source of the selected radiation - 4; radiation separation systems into n individual beams - 5; control computer - 6; systems of vertical movement of the container with liquid medium - 7; radiation wavelength tuning systems - 8; device control unit - 9.

Компьютерный образ изготавливаемого объекта, созданный в какой-либо системе CAD, представляется в виде набора поперечных сечений плоскостями, перпендикулярными выбранной вертикальной оси. Форма внешнего контура и внутренней штриховки каждого поперечного сечения объекта программно разделяется на n частей. Каждая из этих частей воспроизводится на поверхности жидкой среды отдельным пучком, полученным в результате разделения пучка источника 4 с помощью системы разделения излучения 5, управляемым одной из отклоняющих систем 3, на которую передается информация о форме внешнего контура и внутренней штриховке каждой части сечения. Пограничная сшивка отдельных частей сечения также выполняется на программном уровне и после воспроизведения необходимых траекторий на поверхности жидкой среды образуется твердая пленка, имеющая форму целого поперечного сечения изготавливаемого объекта. Эта пленка, прикрепленная к платформе, погружается в жидкую среду на глубину, равную толщине следующего слоя, и на поверхности воспроизводится форма следующего сечения. Твердая пленка следующего сечения прочно слипается с предыдущей за счет изменения физического состояния среды. Таким образом, после завершения воспроизведения всего набора поперечных сечений в жидкой среде образуется твердая копия изготавливаемого объекта. A computer image of the manufactured object created in any CAD system is represented as a set of cross sections by planes perpendicular to the selected vertical axis. The shape of the outer contour and the inner hatching of each cross section of the object is programmatically divided into n parts. Each of these parts is reproduced on the surface of a liquid medium by a separate beam obtained by dividing the source 4 beam using a radiation separation system 5 controlled by one of the deflecting systems 3, to which information about the shape of the external contour and the internal hatching of each section section is transmitted. Boundary stitching of individual sections of the cross section is also performed at the program level, and after reproducing the necessary trajectories, a solid film is formed on the surface of the liquid medium, having the shape of a whole cross section of the manufactured object. This film, attached to the platform, is immersed in the liquid medium to a depth equal to the thickness of the next layer, and the shape of the next section is reproduced on the surface. The solid film of the next section firmly sticks to the previous one due to changes in the physical state of the medium. Thus, after the reproduction of the entire set of cross sections in a liquid medium is completed, a solid copy of the manufactured object is formed.

Система перестройки длины волны излучения источника - 8 (фиг.3) позволяет увеличивать производительность устройства. Увеличение производительности работы устройства основано на зависимости коэффициента поглощения среды от длины волны излучения. Таким образом, управляя длиной волны излучения в соответствующем диапазоне, можно управлять глубиной проникновения излучения в среду, а следовательно, и толщиной формируемого слоя. Большинство изготавливаемых объектов имеют форму, содержащую участки с одинаковой формой сечений. Подобные участки можно формировать с большей толщиной слоя, что позволит изготавливать объект за меньшее число шагов. The system of tuning the wavelength of the radiation of the source - 8 (figure 3) allows to increase the productivity of the device. The increase in productivity of the device is based on the dependence of the absorption coefficient of the medium on the radiation wavelength. Thus, by controlling the radiation wavelength in the corresponding range, it is possible to control the depth of radiation penetration into the medium, and hence the thickness of the formed layer. Most of the manufactured objects have a shape containing sections with the same cross-sectional shape. Similar sections can be formed with a larger layer thickness, which will allow to produce an object in fewer steps.

Литература
1. Пат. США 4.575.330 от 11.03.86.
Literature
1. Pat. U.S. 4,575,330 dated 03/11/86.

2. Пат. США 5.059.359 от 22.10.91. 2. Pat. USA 5.059.359 dated 10.22.91.

Claims (1)

Устройство для изготовления трехмерных объектов, содержащее контейнер с жидкой средой, способной изменять физическое состояние под воздействием выбранного излучения, перфорированную платформу для закрепления изготавливаемого объекта, систему перемещения перфорированной платформы по вертикали, систему вертикального перемещения контейнера с жидкой средой, источник излучения и управляющий компьютер, отличающееся тем, что оно снабжено системой разделения излучения на пучки и отклоняющими системами, при этом управляющий компьютер предназначен для создания компьютерного образа изготавливаемого объекта в виде набора поперечных сечений, форма и внутренняя штриховка каждого из которых разделены на части, система разделения излучения на пучки предназначена для разделения пучка излучения источника излучения на отдельные пучки, на отклоняющие системы, предназначенные для управления пучками, передается информация о форме и внутренней штриховке каждого из поперечных сечений компьютерного образа изготавливаемого объекта, поверхность жидкой среды предназначена для воспроизведения отдельным пучком частей формы и внутренней штриховки поперечных сечений компьютерного образа изготавливаемого объекта и образования на упомянутой поверхности твердой пленки, имеющей форму соответствующего поперечного сечения, перфорированная платформа предназначена для закрепления к ней упомянутой твердой пленки, слипающиеся твердые пленки позволяют изготавливать трехмерный объект. A device for the manufacture of three-dimensional objects, containing a container with a liquid medium capable of changing the physical state under the influence of the selected radiation, a perforated platform for fixing the manufactured object, a system for moving the perforated platform vertically, a system for vertically moving a container with a liquid medium, a radiation source and a control computer the fact that it is equipped with a system for separating radiation into beams and deflecting systems, while the control computer is intended to create a computer image of the manufactured object in the form of a set of cross sections, the shape and inner hatching of each of which is divided into parts, the radiation separation system into beams is designed to separate the radiation source radiation beam into individual beams, into deflecting systems designed to control the beams, it is transmitted information about the shape and hatching of each of the cross-sections of the computer image of the manufactured object, the surface of the liquid medium is intended to reproduce making a separate bunch of parts of the form and internal hatching of cross-sections of a computer image of the manufactured object and the formation on the said surface of a solid film having the shape of a corresponding cross section, the perforated platform is designed to fix the said solid film to it, sticky solid films make it possible to produce a three-dimensional object.
RU99115352A 1999-07-12 1999-07-12 Device for manufacturing three-dimensional objects RU2189079C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99115352A RU2189079C2 (en) 1999-07-12 1999-07-12 Device for manufacturing three-dimensional objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99115352A RU2189079C2 (en) 1999-07-12 1999-07-12 Device for manufacturing three-dimensional objects

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99115352A RU99115352A (en) 2001-08-27
RU2189079C2 true RU2189079C2 (en) 2002-09-10

Family

ID=20222680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99115352A RU2189079C2 (en) 1999-07-12 1999-07-12 Device for manufacturing three-dimensional objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2189079C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4575330A (en) * 1984-08-08 1986-03-11 Uvp, Inc. Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography
US5059359A (en) * 1988-04-18 1991-10-22 3 D Systems, Inc. Methods and apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography
GB2316591A (en) * 1996-07-05 1998-02-25 Int Technical Publication Co L Producing isometric view from manipulated plual planar views in CAD system
RU2127449C1 (en) * 1993-06-21 1999-03-10 Электроник Дата Системз Корпорейшн Device and method for improved parametric modeling in geometry

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4575330A (en) * 1984-08-08 1986-03-11 Uvp, Inc. Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography
US4575330B1 (en) * 1984-08-08 1989-12-19
US5059359A (en) * 1988-04-18 1991-10-22 3 D Systems, Inc. Methods and apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography
RU2127449C1 (en) * 1993-06-21 1999-03-10 Электроник Дата Системз Корпорейшн Device and method for improved parametric modeling in geometry
GB2316591A (en) * 1996-07-05 1998-02-25 Int Technical Publication Co L Producing isometric view from manipulated plual planar views in CAD system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5293993B2 (en) Stereolithography apparatus and stereolithography method
US5932059A (en) Method for producing a three-dimensional object
JP3294240B2 (en) 3D image forming device
US7623726B1 (en) Method and apparatus for using a virtual camera to dynamically refocus a digital image
KR940005121B1 (en) Optical low pass filter
KR890016408A (en) Wide Beam Position Error Correction System
CN108351498B (en) Device for producing three-dimensional objects and use thereof
JPS5957431A (en) Electron beam exposure device
US4966428A (en) Manufacture of integrated circuits using holographic techniques
JP3558296B2 (en) Method and apparatus for forming a dose profile for forming a structured surface
RU2189079C2 (en) Device for manufacturing three-dimensional objects
EP1136235B1 (en) Method and apparatus of correcting superfluous curing thickness of optical modeling product
CN1031115C (en) Improved solid imaging method and apparatus
JP4582894B2 (en) Optical three-dimensional modeling apparatus and modeling method
CN108215175A (en) For the method for adding type manufacture three-dimension object
TWI719261B (en) Apparatus of additive manufacturing using optical pickup head
JP2021532399A (en) Multi-column, multi-row equivalent negative index processing technology for flat plate lenses
US12496780B2 (en) Method and apparatus for producing an object by means of additive manufacturing
JP3641276B2 (en) 3D image forming method
US4378141A (en) Exposure package for holography
CN106738924B (en) High-speed additive manufacturing device and method for optical holographic complex structure
US3427105A (en) Plural channel optical data processor
DE102018215983A1 (en) Calculation of exposure paths with low component distortion
US5376507A (en) Method to produce nonlinear optical microcomponents
CN113031390B (en) Laser direct writing and simulation method and device thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120713