RU2189079C2 - Device for manufacturing three-dimensional objects - Google Patents
Device for manufacturing three-dimensional objects Download PDFInfo
- 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
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 26
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 230000012447 hatching Effects 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
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
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)
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)
| 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 |
-
1999
- 1999-07-12 RU RU99115352A patent/RU2189079C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| 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 |