WO1993025377A1 - Method and device for making an industrial part model in order to achieve a partial transformation of a liquid under the action of the light - Google Patents

Method and device for making an industrial part model in order to achieve a partial transformation of a liquid under the action of the light Download PDF

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WO1993025377A1
WO1993025377A1 PCT/FR1993/000538 FR9300538W WO9325377A1 WO 1993025377 A1 WO1993025377 A1 WO 1993025377A1 FR 9300538 W FR9300538 W FR 9300538W WO 9325377 A1 WO9325377 A1 WO 9325377A1
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liquid
thin
solidified
layers
altitude
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PCT/FR1993/000538
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Claude Medard
André Luc ALLANIC
Philippe Schaeffer
Original Assignee
Laser 3D
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0037Other properties
    • B29K2995/0072Roughness, e.g. anti-slip
    • B29K2995/0073Roughness, e.g. anti-slip smooth

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for the production of industrial objects or models of parts, by the action of light and in particular by photo-transformation of a plastic or composite material. It is desirable to be able to have an industrial part, such as in particular a mechanical part, before launching mass production.
  • an industrial part such as in particular a mechanical part
  • the "Computer Aided Design” (CAD) method has been used to define the shape of this part.
  • Methods and devices proposed for the realization of models using CAD are based on a chemical polymerization induced by LASER.
  • the controlled movement of one or more laser beams possibly concentrated at the same point allows the local polymerization of an advantageously polyfunctional monomer and, step by step, the production of the part.
  • the document FR-A-2,567,668 describes a process whose general principle of producing a part is based on the use of an apparatus comprising a tank which contains the monomer (or the oligomer or the mixture of two) liquid photopolymerizable (which will be called more simply "monomer”, or even simply “resin”) at the
  • REPLACEMENT SHEET level from which a mobile platform outcrops step by step during the operation.
  • the UV laser beam traces on the surface of the liquid successive sections of the object to be produced, thanks to a set of mirrors with electronic deflection, controlled by the database of the CAD system.
  • the software previously subdivided the virtual model of the object into a multitude of thin parallel sections. As each slice solidifies, the "sculpted" model dives slowly into the tank: with a 10 mW laser, this system makes it possible to create a part 30 mm high in 50 minutes, with a precision of the order of 1 / 10th of a millimeter.
  • the model can be created in all kinds of materials (plastics), in a wide variety of colors, with different hardnesses and a whole range of abrasion resistance (SCIENCE AND TECHNOLOGY N ° 2, February 1988 / INDUSTRIAL LASER REVIEW, vol 2, No. 8, January 1988).
  • This type of process for manufacturing three-dimensional models which uses the principle of single-photon absorption of light by photoinitiators of polymerization or crosslinking, has the disadvantage of requiring the superimposition of the monomer (or of an oligomer or of a mixture) on already polymerized parts; to obtain good model accuracy, a considerable number of liquid or pasty layers of monomer must be superimposed, which can lead to fairly long manufacturing times.
  • the duration of installation of the layers is substantially increased by the problems of wettability (cf. FIG. 2) of the polymer with a monomer. Indeed, to produce layers of the order of 500 micrometers thick or less, current machines systematically perform a relative movement of the part already solidified with respect to the surface of the resin of amplitude greater than the thickness of the desired layer. This movement is carried out in two distinct phases: - descent of the platform causing in its movement the part of the part already created so as to establish an altitude difference between the level of the liquid and the last solidified layer, sufficient
  • REPLACEMENT SHEET to cause spontaneous covering of this last layer by the liquid; - rise of the platform driving in its movement the part of the part already created so as to establish an altitude difference between the level of the liquid and the last solidified layer equal to the thickness of the next layer which is wishes to solidify.
  • This scraper is a rod or a rigid blade which carries out a translational movement parallel to the surface of liquid resin, thus causing by liquid / solid mechanical interaction forced flows having as a consequence a notable reduction in the amplitude of the deformations of the surface of the liquid.
  • FIG. 3 For more details, the reader will refer to FIG. 3.
  • This device has a certain number of drawbacks both by its difficulty of implementation and by its efficiency.
  • the mechanical precision of the guide of the scraper is directly linked to the thickness of the desired layer, any guide error being able to cause scraper / part interference that is fatal to the good progress of the manufacture (see FIG. 4).
  • objects for example metallic
  • the rigid scraper system is particularly delicate to use when seeking to produce very thin layers (a few tens of micrometers) on large surfaces.
  • competing systems propose to use semi-rigid scrapers
  • REPLACEMENT SHEET Another disadvantage of this rigid or semi-rigid scraping system is that deformations of the surface of the liquid (wave, drag) are induced upstream and downstream of the scraper during its movement, giving rise to relaxation times. inevitable, all the more important as the resin is viscous and the speed of movement of the scraper is high. We thus manage to define an optimal speed, very limited by the viscosity of the resin and the mechanical coefficients of the fluids characteristic of the forced flows mentioned above.
  • the object 'of the present invention is to provide a method belonging to the category as described above, but which allows to significantly reduce the time of establishment of the layers, which improves the yield of three-dimensional parts production machines by photo ⁇ solidification of a liquid, and therefore which reduces the manufacturing cost of the parts produced considerably.
  • the invention proposes to rely on different physical phenomena for the establishment of the layers, ie to replace the large amplitude movements necessary for spontaneous recovery of the solid by the liquid, as well as the scraper which works by forcing a flow of resin by mechanical means, by a simplified process using a device which we will call "wetting", which works, him, by using the properties of capillarity induced by the surface tension of the resin to overcome the forces of interfacial tension (triple interface liquid resin / solid polymer / gaseous air) which oppose spontaneous covering of the polymer by the resin.
  • a wetting agent is a flexible elongated film the lower part of which is partially in contact with the resin.
  • the upper part of this film is fixed to a mechanical arm allowing it to be moved at a constant altitude above the liquid.
  • This film may advantageously be made of a material with a density lower than that of the resin to prevent it from penetrating below the surface thereof, although the thinness of the film combined with the surface tension phenomena can eliminate this problem.
  • REPLACEMENT SHEET nature of the film low quality guidance largely sufficient insofar as it simply ensures permanent contact of the lower end of the film with the liquid and the non-penetration of the mechanical arm in the liquid.
  • This mechanical flexibility also offers the advantage of not causing damage to the part when small asperities (linked to the deformations induced by the withdrawal or the insertion of loads or mechanical parts within the part during its creation ) appear above the last layer formed.
  • the rigidity of this mechanical arm can be very low, thus offering the possibility of using inexpensive and light materials, and therefore an equally inexpensive motorization.
  • the "wetting" causes only very small disturbances of the surface of the resin, which allows effective scanning speeds much higher than the technical limits generated by the use of scrapers (rigid or semi- rigid). Given the nature of the physical phenomena involved, this scanning speed limit is practically independent of the thickness of the layer to be produced, as well as, to a lesser extent, the viscosity of the resin.
  • the moistener due to its great flexibility, can lead to minor inconveniences for movements requiring a change of direction (see Figure 8). It is interesting, in fact, to carry out a sweep in one direction for one layer, then in the other for the next, etc.
  • the advantage of such a movement is simply to limit the amplitude of the stroke of the device to save time.
  • the reversal of the film caused by the inversion of the movement of the mechanical arm may cause local deformation of the liquid surface, which it is desirable to avoid.
  • This solution has the advantage of avoiding reversing the wiper direction of scanning, but it involves poorly optimized machine ergonomics.
  • Another solution is to use
  • REPLACEMENT SHEET a film folded in the shape of a U (see Figure 10) which makes the damper symmetrical, thus limiting the harmful effects of turning over a simple film. It may also be advantageous for this purpose to reduce the length of contact of the film with the liquid, without however losing the advantage mentioned above concerning the ease of implementation of the mechanical guidance.
  • the present invention is characterized in that, for the sake of simplification, the "wetting" used does not require a supply of liquid to fulfill its function. Here we give ways to achieve it.
  • the mechanical arm may be given a non-rectilinear shape of the concave type for example, in order to take optimal advantage of the supply of potential liquid offered by the part of the surface swept by the wiper external to the working field. It is also advantageous under these conditions to give the tank a flared shape in its upper part (see Figure 11) to allow a large surface area of liquid without substantially increasing the amount of resin (fairly heavy initial investment) necessary to fill said tank.
  • the wetting machine may be composed of several flexible films separated by one or more resin interfaces maintained by capillarity (see FIG. 13).
  • variants may consist in using for the film (s) materials capable of absorbing resin, such as for example films, braided or not.
  • REPLACEMENT SHEET successive parallel horizontal lines see Figure 14).
  • the manufacturing phase after this division into elementary volumes, will include the following stages:
  • the division into elementary volumes can be carried out in such a way as to considerably limit the surface of the zones to be solidified, these then being solidified in a fragmented manner in several successive stages (cf. FIG. 15) interspersed with a sweep of the wetting agent in order to obtain liquid covering of solidified areas.
  • the zones solidified in each of said successive stages will be separated in order to offer the possibility for the liquid to circulate between these zones.
  • wetters has many advantages, and that a particular cutting of the volume to be polymerized no longer in layers but in elementary volumes of variable depth with flat and horizontal upper face makes it possible to use these wetters. simple (no complex device for supplying and regulating the liquid level) and reliable (without risk of "dewetting").
  • Figure 1 schematically shows an embodiment of the device according to the invention.
  • Figure 2 shows the difficulty of obtaining a recovery by the liquid of the parts which have just been solidified.
  • Figure 3 are shown the steps of setting up a layer of planar liquid on the part of the part already solidified.
  • Figure 4 illustrates the drawbacks associated with the use of a rigid scraper poorly guided mechanically.
  • Figure 5 shows that the use of a semi-rigid scraper can limit the risk described in Figure 4.
  • Figure 7 illustrates the innovation relating to the claimed process.
  • Figure 8 illustrates the risk of causing local deformation of the liquid when the wiper direction is reversed.
  • Figure 9 illustrates a device making it possible to avoid reversing the direction of scanning of the film.
  • Figure 10 illustrates a solution of using a U-shaped film.
  • Figure 11 illustrates a device making it possible to carry out a particular sweeping by the moistener.
  • Figure 12 illustrates a sweep carried out by several successive wetters.
  • Figure 13 illustrates a device for taking advantage of the surface tension of the liquid to overcome the problem of supplying liquid.
  • Figure 14 represents the successive stages of creation of a part by the traditional process.
  • Figure 15 represents the successive stages of creation of a part by a process consisting in solidifying elongated volumes (bands).
  • Figure 16 shows how one can obtain a suitable flatness following the operations described in Figure 15.
  • Figure 17 represents the successive stages of creation of a part, consisting in solidifying unelongated volumes.
  • FIG. 1 schematically represents an embodiment of the device according to the invention.
  • a memory system 1 is shown, arranged at the output of a computer not shown, which was used to determine by the CAD method, the geometric characteristics of a part.
  • a light generator 2 is connected to the output of the system 1 through a processing circuit 3 and emits radiation 4.
  • the radiation 4 is shaped by an optical system 7 then is deflected by another optical system 8 on a portion 9 of the surface of the liquid 5, contained in a tank 6.
  • a motorized system 9bis, connected to 3 allows control of 7 and 8.
  • the device further comprises a mechanical system 10, controlled by a motorized system 11, connected to 3, which makes it possible to move a plate 12 in the liquid, by means of a mechanical part 13 ensuring a rigid connection between 10 and 12 .
  • Step A represents the situation just after partial solidification of a layer.
  • the part which has just been solidified 18 under the action of light from the surface 20 of the liquid 5 adheres to the previously solidified layers 19.
  • Step B represents the situation after a relative movement of the part being created (18 + 19) with respect to the surface 20 of the liquid, carried out vertically, of amplitude equal to the desired thickness "e" of the next layer. It is found that the liquid 5 does not manage to cover 18 for reasons of problems of interfacial tension (insufficient wettability). A dead volume W appears, no longer allowing proper continuation of operations.
  • FIG. 3 are shown the steps for placing a layer of plane liquid on the part of the part already solidified, making it possible to overcome the problem illustrated in FIG. 2.
  • REPLACEMENT SHEET Step A shows a relative movement of the part (18 + 19) with the surface 20 of the liquid 5, of amplitude "a" greater than the thickness "e” of the desired layer. This movement, by its large amplitude, makes it possible to obtain a forced covering of the part (18 + 19) by the liquid 5, involving flows caused by the forces of gravity.
  • the movement is reversed so as to position the part at the appropriate altitude allowing the desired thickness of the layer to be obtained.
  • Step B shows the shape of the deformations of the surface 21 of the liquid following the round-trip movement described above (page ??, lines ??).
  • the liquid In order to achieve the desired surface flatness 22, it is necessary to wait for the liquid to stabilize, this time being all the more important when it is desired to produce thin layers.
  • Step C shows the action of a rigid scraper 23 moving so as to cause forced flows, resulting in a significant reduction in the surface deformations mentioned above.
  • Line 21 bis recalls the shape taken by the surf ace of the liquid at the end of step B.
  • FIG. 4 illustrates the drawbacks associated with the use of a rigid scraper poorly guided mechanically.
  • FIG. 5 shows that the use of a semi-rigid scraper 28 can limit the risk described in FIG. 4. It is indeed observed that due to poor mechanical guidance (path II instead of path I), when a semi-scraper -rigid comes into contact with the part, it deforms (28 bis) without damaging it.
  • Step A shows the situation after the back-and-forth movement described in Figure 3 (steps A and B) for a part 29 having the shape of a closed well, or of a U if one is satisfied a two-dimensional representation.
  • the return to the flatness 22 of the deformed liquid surface 20 imposes flow which can only occur in zones 30 and 31.
  • the thickness of liquid remaining small (of the order of e) in these zones, the speed d The flow of liquid is very limited, and therefore the meniscus cannot disappear quickly.
  • Step B of this figure illustrates the fact that the passage of a scraper 23 in such a situation causes movements of liquid essentially confined in the volume V. Consequently, as shown in step C, the meniscus present at the step A cannot be completely reduced by the passage of a scraper. Line 20bis recalls the situation in step A.
  • FIG. 7 illustrates the innovation relating to the claimed process.
  • the recovery is carried out firstly by a relative movement of the resin surface with respect to the piece of amplitude e equal to the thickness of the desired layer.
  • the situation is then similar to that described by step B of FIG. 2; this is represented by step A of FIG. 7.
  • the covering of the already polymerized part (18 + 19) is obtained by setting in motion a mechanical arm 32 parallel to the surface of the liquid 20, which arm causes a flexible film 33, the lower part of which rests on the surface of the liquid.
  • the successive steps B and C show how, thanks to the surface tension of the liquid, said
  • REPLACEMENT SHEET film overcomes the wettability problems illustrated in Figure 2.
  • step C also illustrates the small difference in flatness 34 after passage of the moistener, in contrast to the deformations 24 and 25 (of FIG. 3) induced by the use of a scraper.
  • FIG. 8 illustrates the risk of causing local deformation of the liquid when the wiper direction of the wiper is reversed.
  • the flexible film 33 gradually turns over, leaving behind a deformation of the surface 35.
  • FIG. 9 illustrates a device making it possible to avoid reversing the direction of scanning of the film.
  • the useful surface S of the liquid located above the tank is swept by the moistener (composed of the mechanical arm 32 and the film 33) by a movement allowing it to pass from position I to position II.
  • the wetting agent makes a return movement to position I (successive positions III, IV, V) by sweeping the surface T of the liquid contained in a gutter.
  • FIG. 10 illustrates a solution consisting in using a U-shaped film 37 in order to limit the possible problems due to a reversal of the direction of movement of the moistener: when moving from direction I to direction II, the part of film located between points 38 and 39 always remains in contact with the liquid, which means that the problem linked to the turning of the film (cf. fig 8) is avoided.
  • FIG. 11 illustrates a device making it possible to carry out a sweep by the moistener such that the swept surface SB is greater than the working surface SV.
  • FIG. 12 illustrates a sweep carried out by several successive wetters.
  • FIG. 13 illustrates a device making it possible to take advantage of the surface tension of the liquid to overcome the problem of the supply of liquid mentioned above.
  • the moistener consists of several films 40, 41, 42, 43 and 44 attached to the same mechanical arm 32, between which a reserve of liquid 45 is maintained by capillarity.
  • FIG. 14 represents a part to be produced PIE, of parallelepiped shape and having a large surface in the XY plane.
  • the successive stages of creation of this part by the conventional process, that is to say by stacking successive horizontal layers are represented by stages A to D.
  • the top view shows for each stage the solidified surface to be covered, it can be seen that at each stage it is large and corresponds to the entire surface of the part (in the XY plane corresponding to the altitude of the selected layer).
  • FIG. 15 represents the successive stages of creation of a part by a process consisting in solidifying elongated volumes (strips). As can be seen in the top views, the solidified surfaces to be covered are fractions of the overall surface of the part (XY), disjoint, so as to facilitate the flow of liquid.
  • the figure represents an exemplary embodiment of a piece by strips but it does not constitute a generality in any case.
  • FIG. 16 shows how a suitable flatness can be obtained following the operations described in FIG. 15, for the upper face of a part.
  • FIG. 17 represents the successive stages of creation of a part, consisting in solidifying unelongated volumes.
  • the example described in no way constitutes a generality. It can be seen on the top views that the surfaces to be covered for each step each time represent a small fraction of the total surface of the part, these surfaces are separated to allow good circulation of the liquid during recovery. It can also be seen that the final upper face is not perfectly flat.
  • the manufacturing defects based on FIG. 17 can be corrected by adding a finishing layer, the depth at each point is judiciously chosen to complete the volume previously solidified.

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Abstract

The method comprises the automatic creation of a part model by means of successive elementary volumes previously defined by means of a data processing system. This method is characterized by means providing for the progressive covering of the created elementary volumes with a thin planar liquid sheet owing to the implementation of a device using the action of a flexible thin film whose lower portion is in contact with the liquid. Application to the automatic making of an industrial part model whose shape has been stored in a memory of a data processing system.

Description

Procédé pour réaliser un modèle de pièce industrielle par transforma ion partielle d'un liquide sous l'action de la lumière et dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. Method for producing a model of an industrial part by partial transformation of a liquid under the action of light and device for implementing this method.
La présente invention est relative à un procédé et un dispositif pour la production d'objets ou modèles de pièces industrielles, par action de la lumière et notamment par photo-transformation d'une matière plastique ou composite. II est souhaitable de pouvoir disposer d'une pièce industrielle, telle notamment qu'une pièce mécanique, avant d'en lancer la fabrication en série. Actuellement, pour réaliser des modèles de telles pièces, il est nécessaire de faire tout d'abord effectuer des plans cotés au bureau d'étude à partir de données chiffrées qui définissent la forme de la pièce. Depuis quelques années, la méthode de "Conception Assistée par Ordinateur" (CAO) est utilisée pour définir la forme de cette pièce.The present invention relates to a method and a device for the production of industrial objects or models of parts, by the action of light and in particular by photo-transformation of a plastic or composite material. It is desirable to be able to have an industrial part, such as in particular a mechanical part, before launching mass production. Currently, to make models of such parts, it is necessary to first carry out dimensioned plans at the design office from quantified data which define the shape of the part. For several years, the "Computer Aided Design" (CAD) method has been used to define the shape of this part.
Il est connu de pourvoir à un procédé et à un dispositif de production de modèles de pièces industrielles en utilisant les données chiffrées disponibles dans les mémoires de sortie de l'ordinateur, directement pour réaliser les modèles de pièces sans être obligé de passer par l'intermédiaire de plans ou, de devoir faire intervenir des machines d'usinage à commandes numériques telles que fraiseuses, tours, etc ...It is known to provide a method and a device for producing models of industrial parts by using the figures available in the output memories of the computer, directly to produce the models of parts without having to go through the intermediate plans or, having to involve machining machines with numerical controls such as milling machines, lathes, etc ...
Des procédés et dispositifs proposés pour la réalisation de modèles à l'aide de la CAO reposent sur une polymérisation chimique induite par LASER. Le déplacement asservi d'un ou plusieurs faisceaux laser éventuellement concentrés en un même point, permet la polymérisation locale d'un monomère avantageusement polyfonctionnel et, de proche en proche, la réalisation de la pièce.Methods and devices proposed for the realization of models using CAD are based on a chemical polymerization induced by LASER. The controlled movement of one or more laser beams possibly concentrated at the same point, allows the local polymerization of an advantageously polyfunctional monomer and, step by step, the production of the part.
En particulier, le document FR-A-2.567.668 décrit un procédé dont le principe général de réalisation d'une pièce repose sur l'emploi d'un appareil comprenant une cuve qui contient le monomère (ou l'oligomère ou le mélange des deux) photopolymérisable liquide (qu'on appellera par la suite plus simplement "monomère", voire tout simplement "résine") auIn particular, the document FR-A-2,567,668 describes a process whose general principle of producing a part is based on the use of an apparatus comprising a tank which contains the monomer (or the oligomer or the mixture of two) liquid photopolymerizable (which will be called more simply "monomer", or even simply "resin") at the
FEUILLE DE REMPLACEMENT niveau duquel affleure une plate-forme mobile qui descend pas à pas au cours de l'opération. Le faisceau laser UV trace à la surface du liquide des coupes successives de l'objet à produire, gâce à un jeu de miroirs à déflexion électronique, piloté par la base de données du système de CAO. Le logiciel a préalablement subdivisé le modèle virtuel de l'objet en une multitude de tranches parallèles de faible épaisseur. Au fur et à mesure de la solidification de chaque tranche, le modèle "sculpté" plonge lentement dans la cuve : avec un laser de 10 mW, ce système permet de créer une pièce de 30 mm de hauteur en 50 minutes, avec une précision de l'ordre de l/10ème de millimètre. Le modèle peut être créé en toutes sortes de matériaux (plastiques) , en une grande variété de couleurs, avec différentes duretés et toute une gamme de résistances à l'abrasion (SCIENCE ET TECHNOLOGIE N° 2, Février 1988 / INDUSTRIAL LASER REVIEW, vol. 2, N° 8, Janvier 1988) . Ce type de procédé de fabrication de modèles en trois dimensions, qui utilise le principe de l'absorption monophotonique de la lumière par des photoamorceurs de polymérisation ou de réticulation, présente l'inconvénient de nécessiter la superposition du monomère (ou d'un oligomère ou d'un mélange) sur des parties déjà polymérisées ; pour obtenir une bonne précision du modèle, il faut superposer un nombre considérable de couches liquides ou pâteuses de monomère, ce qui peut conduire à des temps de fabrication assez longs.REPLACEMENT SHEET level from which a mobile platform outcrops step by step during the operation. The UV laser beam traces on the surface of the liquid successive sections of the object to be produced, thanks to a set of mirrors with electronic deflection, controlled by the database of the CAD system. The software previously subdivided the virtual model of the object into a multitude of thin parallel sections. As each slice solidifies, the "sculpted" model dives slowly into the tank: with a 10 mW laser, this system makes it possible to create a part 30 mm high in 50 minutes, with a precision of the order of 1 / 10th of a millimeter. The model can be created in all kinds of materials (plastics), in a wide variety of colors, with different hardnesses and a whole range of abrasion resistance (SCIENCE AND TECHNOLOGY N ° 2, February 1988 / INDUSTRIAL LASER REVIEW, vol 2, No. 8, January 1988). This type of process for manufacturing three-dimensional models, which uses the principle of single-photon absorption of light by photoinitiators of polymerization or crosslinking, has the disadvantage of requiring the superimposition of the monomer (or of an oligomer or of a mixture) on already polymerized parts; to obtain good model accuracy, a considerable number of liquid or pasty layers of monomer must be superimposed, which can lead to fairly long manufacturing times.
La durée de mise en place des couches est substantiellement augmentée par les problèmes de mouillabilité (cf. figure 2) du polymère par un monomère. En effet, pour réaliser des couches de l'ordre de 500 micromètres d'épaisseur ou moins, les machines courantes réalisent systématiquement un mouvement relatif de la partie déjà solidifiée par rapport à la surface de la résine d'amplitude supérieure à l'épaisseur de la couche désirée. Ce mouvement s'effectue en deux phases distinctes: - descente de la plate-forme entraînant dans son mouvement la partie de la pièce déjà créée de façon à établir une différence d'altitude entre le niveau du liquide et la dernière couche solidifiée, suffisanteThe duration of installation of the layers is substantially increased by the problems of wettability (cf. FIG. 2) of the polymer with a monomer. Indeed, to produce layers of the order of 500 micrometers thick or less, current machines systematically perform a relative movement of the part already solidified with respect to the surface of the resin of amplitude greater than the thickness of the desired layer. This movement is carried out in two distinct phases: - descent of the platform causing in its movement the part of the part already created so as to establish an altitude difference between the level of the liquid and the last solidified layer, sufficient
FEUILLE DE REMPLACEMENT pour provoquer un recouvrement spontané de cette dernière couche par le liquide; - montée de la plate-forme entraînant dans son mouvement la partie de la pièce déjà créée de façon à établir une différence d'altitude entre le niveau du liquide et la dernière couche solidifiée égale à l'épaisseur de la couche suivante que l'on souhaite solidifier. Ces deux mouvements successifs donnent naissance à des perturbations de la planéïté du liquide qui se stabilisent au bout d'un temps non négligeable, d'autant plus long que la résine est visqueuse, la couche mince, et la surface de la dernière couche solidifée grande.REPLACEMENT SHEET to cause spontaneous covering of this last layer by the liquid; - rise of the platform driving in its movement the part of the part already created so as to establish an altitude difference between the level of the liquid and the last solidified layer equal to the thickness of the next layer which is wishes to solidify. These two successive movements give rise to disturbances in the flatness of the liquid which stabilize after a considerable time, all the longer as the resin is viscous, the layer is thin, and the surface of the last solidified layer is large. .
Afin de réduire ces temps de relaxation non productifs, la société 3D Systems, leader mondial sur le marché des machines fonctionnant selon le principe décrit ci-avant, utilise un "racleur". Ce racleur est un barreau ou une lame rigide qui effectue un mouvement de translation parallèle à la surface de résine liquide, provoquant ainsi par interaction mécanique liquide / solide des écoulements forcés ayant pour conséquence une réduction notable de l'amplitude des déformations de la surface du liquide. Pour plus de précisions le lecteur se référera à la figure 3.In order to reduce these non-productive relaxation times, 3D Systems, the world leader in the market for machines operating according to the principle described above, uses a "scraper". This scraper is a rod or a rigid blade which carries out a translational movement parallel to the surface of liquid resin, thus causing by liquid / solid mechanical interaction forced flows having as a consequence a notable reduction in the amplitude of the deformations of the surface of the liquid. For more details, the reader will refer to FIG. 3.
Ce dispositif possède un certain nombre d' inconvénients tant par sa difficulté de mise en oeuvre que par son efficacité. En effet, la précision mécanique du guidage du racleur est directement liée à l'épaisseur de la couche désirée , toute erreur de guidage pouvant engendrer des interférences racleur / pièce fatales au bon déroulement de la fabrication (cf figure 4) . Ceci est encore plus vrai si on souhaite insérer des objets (par exemple métalliques) dans la pièce au cours de sa fabrication. Par conséquent, le système du racleur rigide est particulièrement délicat à utiliser lorsqu'on cherche à réaliser des couches très minces (quelques dizaines de micromètres) sur des surfaces importantes. Pour pallier partiellement à cet inconvénient, des systèmes concurrents proposent de recourir à des racleurs semi-rigidesThis device has a certain number of drawbacks both by its difficulty of implementation and by its efficiency. In fact, the mechanical precision of the guide of the scraper is directly linked to the thickness of the desired layer, any guide error being able to cause scraper / part interference that is fatal to the good progress of the manufacture (see FIG. 4). This is even more true if one wishes to insert objects (for example metallic) in the part during its manufacture. Consequently, the rigid scraper system is particularly delicate to use when seeking to produce very thin layers (a few tens of micrometers) on large surfaces. To partially overcome this drawback, competing systems propose to use semi-rigid scrapers
(cf figure 5) .(see figure 5).
FEUILLE DE REMPLACEMENT Un autre inconvénient de ce système de raclage rigide ou semi-rigide, est que des déformations de la surface du liquide (vague, trainée) sont induites en amont et en aval du racleur au cours de son mouvement, donnant lieu à des temps de relaxation inévitables, d'autant plus importants que la résine est visqueuse et que la vitesse de déplacement du racleur est grande. On arrive ainsi à définir une vitesse optimale, très limitée par la viscosité de la résine et les coefficients de mécanique des fluides caractéristiques des écoulements forcés cités plus haut.REPLACEMENT SHEET Another disadvantage of this rigid or semi-rigid scraping system is that deformations of the surface of the liquid (wave, drag) are induced upstream and downstream of the scraper during its movement, giving rise to relaxation times. inevitable, all the more important as the resin is viscous and the speed of movement of the scraper is high. We thus manage to define an optimal speed, very limited by the viscosity of the resin and the mechanical coefficients of the fluids characteristic of the forced flows mentioned above.
Outre les deux inconvénients que nous venons de citer, l'utilisation d'un racleur rigide ou semi-rigide pose un problème que nous dénommerons le "problème des bols" (cf figure 6) . Lorsqu'on souhaite fabriquer des pièces présentant des puits fermés dans lesquels le liquide ne peut circuler vers le reste de la cuve, un ménisque apparait au dessus du puits. Ce ménisque est une conséquence directe du mouvement d'aller-retour décrit précédemment, qui crée une sur-épaisseur locale par rapport au niveau du liquide. II est très difficile de faire disparaître ce ménisque par l'utilisation d'un racleur : le ménisque réapparaît après son passage, à peine diminué. Toutefois, plusieurs passages successifs permettent d'atteindre une planéité finale acceptée aujourd'hui comme une limite de la technologie actuelle, mais peu acceptable pour une utilisation industrielle intensive du procédé, car c'est au prix d'une augmentation substantielle du temps de mise en place de la couche, donc d'une baisse du rendement de production, que l'on peut minimiser ce problème. Il est à noter qu'il est encore aggravé avec un racleur de type semi-rigide, parfois utilisé pour ses autres avantages.In addition to the two disadvantages which we have just mentioned, the use of a rigid or semi-rigid scraper poses a problem which we will call the "problem of bowls" (cf. FIG. 6). When it is desired to manufacture parts having closed wells in which the liquid cannot circulate towards the rest of the tank, a meniscus appears above the well. This meniscus is a direct consequence of the round-trip movement described above, which creates a local excess thickness relative to the level of the liquid. It is very difficult to remove this meniscus by the use of a scraper: the meniscus reappears after its passage, barely diminished. However, several successive passes make it possible to reach a final flatness accepted today as a limit of current technology, but hardly acceptable for an intensive industrial use of the process, because it is at the cost of a substantial increase in setting time. in place of the layer, therefore a drop in production yield, that this problem can be minimized. It should be noted that it is further aggravated with a semi-rigid type scraper, sometimes used for its other advantages.
On trouve dans la demande de brevet français (9107983 du 27/06/91, non encore publiée à ce jour) la description d'un procédé permettant de s'affranchir de manière élégante d'une partie des problèmes liés à la mise en place d'une couche. Le procédé se distingue essentiellement de celui mis en oeuvre par exemple dans les machines commercialisées par 3D Systems par le fait que la plate-forme est mise en mouvement hélicoïdal. Ainsi, la partie de la pièce venant d'êtreWe find in the French patent application (9107983 of 06/27/91, not yet published to date) the description of a process making it possible to elegantly overcome some of the problems associated with the implementation of a layer. The process differs essentially from that implemented for example in machines marketed by 3D Systems by the fact that the platform is set in helical movement. So, the part of the piece that has just been
FEUILLE DE REMPLACEMENT polymérisée induit un cisaillement du liquide au voisinage de la surface qui peut suffire à obtenir, malgré les problèmes de mouillabilité, un recouvrement du solide par le liquide. Un tel procédé possède tout de même un certain nombre de limitations, il ne permet pas notamment de réaliser des couches fines avec des résines visqueuses. Cet inconvénient peut être compensé par l'emploi d'un système comparable au racleur, mais ici avantageusement fixe par rapport à la cuve, sans toutefois s'affranchir des inconvénients précédemment cités (difficulté d'ordre mécanique, perturbations de la surface du liquide temps de balayage, etc ...) .REPLACEMENT SHEET polymerized induces a shearing of the liquid in the vicinity of the surface which may be sufficient to obtain, despite the wettability problems, recovery of the solid by the liquid. However, such a method has a certain number of limitations; it does not in particular allow thin layers to be produced with viscous resins. This drawback can be offset by the use of a system comparable to the scraper, but here advantageously fixed relative to the tank, without however overcoming the drawbacks mentioned above (mechanical difficulty, disruption of the surface of the liquid time etc.).
Nous estimons à ce jour que les procédés de mise en place des couches actuellement employés, rendant avantageux l'utilisation d'un racleur, rigide ou semi-rigide, limitent notablement les performances d'une machine de production de pièces tridimensionnelles par photo-solidification d'une résine liquide.To date, we believe that the methods of placing the layers currently used, making it advantageous to use a scraper, rigid or semi-rigid, significantly limit the performance of a machine for producing three-dimensional parts by photo-solidification. of a liquid resin.
Le but' de la présente invention est de fournir un procédé appartenant à la catégorie que l'on vient de décrire, mais qui permette de réduire significativement le temps de mise en place des couches, qui améliore le rendement des machines de production de pièces tridimensionnelles par photo¬ solidification d'un liquide, et donc qui réduise le coût de fabrication des pièces réalisées de manière considérable. Pour parvenir à ce résultat, l'invention propose de s'appuyer sur des phénomènes physiques différents pour la mise en place des couches, c'est à dire de remplacer les mouvements de grande amplitude nécessaires à un recouvrement spontané du solide par le liquide, ainsi que le racleur qui travaille en forçant un écoulement de résine par des moyens mécaniques, par un procédé simplifié utilisant un dispositif que nous dénommerons "mouilleur", qui travaille, lui, en utilisant les propriétés de capillarité induites par la tension superficielle de la résine pour vaincre les forces de tension interfaciale (triple interface résine liquide / polymère solide / air gazeux) qui s'opposent à un recouvrement spontané du polymère par la résine.The object 'of the present invention is to provide a method belonging to the category as described above, but which allows to significantly reduce the time of establishment of the layers, which improves the yield of three-dimensional parts production machines by photo¬ solidification of a liquid, and therefore which reduces the manufacturing cost of the parts produced considerably. To achieve this result, the invention proposes to rely on different physical phenomena for the establishment of the layers, ie to replace the large amplitude movements necessary for spontaneous recovery of the solid by the liquid, as well as the scraper which works by forcing a flow of resin by mechanical means, by a simplified process using a device which we will call "wetting", which works, him, by using the properties of capillarity induced by the surface tension of the resin to overcome the forces of interfacial tension (triple interface liquid resin / solid polymer / gaseous air) which oppose spontaneous covering of the polymer by the resin.
FEUILLE DE REMPLACEMENT Un mouilleur est un film allongé souple dont la partie inférieure est partiellement en contact avec la résine . La partie supérieure de ce film est fixée à un bras mécanique permettant de le déplacer à une altitude constante au dessus du liquide. Ce film pourra avantageusement être constitué d'un matériau de densité inférieure à celle de la résine pour éviter qu'il pénètre sous la surface de celle-ci, bien que la finesse du film combinée aux phénomènes de tension superficielle puisse éliminer ce problème. II suffit de baisser la pièce ou de monter le niveau du liquide (même d'une hauteur extrêmement faible) et de déplacer le mouilleur, simultanément ou non, pour que le monomère soit transporté par capillarité par dessus les portions déjà polymérisées de la pièce, ce qui assure à la fois un mouillage correct et une excellente planéité du liquide (pas de racleur donc pas de vague, pas de trainée) , c'est à dire un temps de relaxation pratiquement nul (cf figure 7) .REPLACEMENT SHEET A wetting agent is a flexible elongated film the lower part of which is partially in contact with the resin. The upper part of this film is fixed to a mechanical arm allowing it to be moved at a constant altitude above the liquid. This film may advantageously be made of a material with a density lower than that of the resin to prevent it from penetrating below the surface thereof, although the thinness of the film combined with the surface tension phenomena can eliminate this problem. It suffices to lower the part or to raise the level of the liquid (even from an extremely low height) and to move the wetting machine, simultaneously or not, so that the monomer is transported by capillarity over the already polymerized portions of the part, which ensures both correct wetting and excellent flatness of the liquid (no scraper therefore no wave, no drag), that is to say a practically zero relaxation time (see FIG. 7).
De plus l'épaisseur minimale des couches est particulièrement faible par rapport au procédé traditionnel : on peut raisonnablement fabriquer sur une machine industrielle utilisant ce dispositif des couches de 25 micromètres d'épaisseur, alors que les machines actuelles ne descendent pas en dessous de 100 micromètres. A titre expérimental, des couches de 5 micromètres ont été effectivement réalisées avec ce dispositif lors de tests de faisabilité. Cela signifie que le procédé relatif à l'invention permet la réalisation de pièces ayant un état de surface bien meilleur que par les procédés antérieurs : "l'effet d'escalier" induit par une fabrication par couches est d'autant plus réduit que les couches sont fines .In addition, the minimum layer thickness is particularly low compared to the traditional process: it is reasonable to manufacture on an industrial machine using this device layers of 25 micrometers thick, while current machines do not go below 100 micrometers . On an experimental basis, layers of 5 micrometers were actually made with this device during feasibility tests. This means that the method relating to the invention allows the production of parts having a much better surface condition than by the previous methods: the "staircase effect" induced by a manufacturing by layers is all the more reduced as the layers are thin.
La limite de finesse accessible grâce à un balayage par mouilleur n'est plus liée à des problèmes de guidage mécanique, mais plutôt à la structure moléculaire du monomère, c'est à dire que cette limitation est pratiquement négligeable par rapport aux autres paramètres du procédé (profondeur polymérisée, etc ...) . En effet, la liaison entre le bras mécanique situé au dessus du liquide et la partie solide en contact avec celui-ci est rendue extrêmement souple de par laThe fineness limit accessible thanks to a wiper scan is no longer linked to mechanical guidance problems, but rather to the molecular structure of the monomer, that is to say this limitation is practically negligible compared to the other process parameters. (polymerized depth, etc.). Indeed, the connection between the mechanical arm located above the liquid and the solid part in contact with it is made extremely flexible by the
FEUILLE DE REMPLACEMENT nature du film, un guidage de faible qualité suffisant largement dans la mesure où il assure simplement un contact permanent de l'extrémité inférieure du film avec le liquide et la non pénétration du bras mécanique dans le liquide. Cette souplesse mécanique offre également l'avantage de ne pas provoquer des dommages à la pièce lorsque des aspérités de faible dimension (liées aux déformations induites par le retrait ou à l'insertion de charges ou pièces mécaniques au sein de la pièce lors de sa création) apparaissent au-dessus de la dernière couche formée.REPLACEMENT SHEET nature of the film, low quality guidance largely sufficient insofar as it simply ensures permanent contact of the lower end of the film with the liquid and the non-penetration of the mechanical arm in the liquid. This mechanical flexibility also offers the advantage of not causing damage to the part when small asperities (linked to the deformations induced by the withdrawal or the insertion of loads or mechanical parts within the part during its creation ) appear above the last layer formed.
De plus, la rigidité de ce bras mécanique peut être très faible, offrant ainsi la possibilité d'utiliser des matériaux peu onéreux et légers, et donc une motorisation également peu onéreuse. Ajoutons que par principe, le "mouilleur" ne provoque que de très faibles perturbations de la surface de la résine, ce qui permet des vitesses de balayage efficaces nettement plus grandes que les limites techniques engendrées par l'utilisation de racleurs ( rigides ou semi-rigides) . Etant donnée la nature des phénomènes physiques mis en jeu, cette vitesse limite de balayage est pratiquement indépendante de l'épaisseur de la couche à réaliser, ainsi que, dans une moindre mesure, de la viscosité de la résine. Sachant que l'un des problèmes fondamentaux de ce procédé réside dans le fait que, sous l'effet du retrait dû à la solidification , la pièce subit des déformations globales liées à l'apparition de tensions internes, on conçoit aisément l'avantage du mouilleur : le retrait diminue notablement lorsqu'on utilise des résines de forte viscosité (qui présentent généralement un faible retrait à la polymérisation), résines qui jusqu'alors ont été abandonnées du fait des temps de mise en place des couches prohibitifs qu'elles induisaient.In addition, the rigidity of this mechanical arm can be very low, thus offering the possibility of using inexpensive and light materials, and therefore an equally inexpensive motorization. Let us add that in principle, the "wetting" causes only very small disturbances of the surface of the resin, which allows effective scanning speeds much higher than the technical limits generated by the use of scrapers (rigid or semi- rigid). Given the nature of the physical phenomena involved, this scanning speed limit is practically independent of the thickness of the layer to be produced, as well as, to a lesser extent, the viscosity of the resin. Knowing that one of the fundamental problems of this process resides in the fact that, under the effect of the shrinkage due to solidification, the part undergoes global deformations linked to the appearance of internal tensions, the advantage of the wetting agent: the shrinkage decreases notably when high viscosity resins are used (which generally have a low shrinkage on polymerization), resins which hitherto have been abandoned due to the time taken to set up the prohibitive layers which they induced .
A ce stade de la présentation, nous pouvons donc affirmer que le fait de procéder à une mise en place des couches par l'intermédiaire d'un "mouilleur" présente les avantages suivants par rapport à l'art antérieur : gain de temps de mise en place des couches, dû à :At this stage of the presentation, we can therefore affirm that the fact of carrying out a positioning of the layers by means of a "wetting agent" has the following advantages compared to the prior art: saving in setting time in place of the layers, due to:
FEUILLE DE REMPLACEMENT - l'amplitude du mouvement de la plate-forme (ou de la surface de la résine) limitée à sa valeur minimale, c'est à dire l'épaisseur de couche, ce mouvement pouvant de plus être réalisé en "temps masqué" pendant celui du mouilleurREPLACEMENT SHEET the amplitude of the movement of the platform (or of the surface of the resin) limited to its minimum value, that is to say the thickness of the layer, this movement also being able to be carried out in "masked time" during that of the moistener
- vitesse de balayage maximale sensiblement plus grande temps de relaxation des déformation de la surface pratiquement annulés - possibilité de réaliser des couches très fines (25 micromètres au lieu de 100) sans augmentation du temps de mise en place- significantly higher maximum scanning speed relaxation time of practically canceled surface deformations - possibility of making very thin layers (25 micrometers instead of 100) without increasing the installation time
- possibilité d'utiliser des résines à faible retrait- possibility of using low shrinkage resins
(en général très visqueuses) sans augmentation prohibitive du temps de mise en place des couches(in general very viscous) without prohibitive increase in the time of installation of the layers
- annulation complète du "problème des bols" précédemment décrit .- complete cancellation of the "bowl problem" previously described.
Contrairement au racleur, le mouilleur, du fait de sa grande souplesse, peut conduire à des inconvénients mineurs pour les mouvements nécessitant un changement de direction (cf figure 8) . Il est intéressant, en effet, d'effectuer un balayage dans un sens pour une couche, puis dans l'autre pour la suivante, etc ... L'intérêt d'un tel mouvement est simplement de limiter l'amplitude de la course du dispositif pour gagner du temps. Or il est possible que le retournement du film provoqué par 1 ' inversion du mouvement du bras mécanique puisse provoquer une déformation locale de la surface liquide, qu'il est souhaitable d'éviter. Pour pallier à ce problème, on pourra avantageusement profiter du temps de balayage laser (solidification de la couche venant d'être mise en place) pour que le bras mécanique effectue un trajet de retour à la position de départ suivant un chemin extérieur à la surface de travail, ledit chemin pouvant avantageusement se présenter sous forme de gouttière (cf figure 9) contenant de la résine et communiquant avec la cuve proprement dite. Cette solution a pour avantage d'éviter l'inversion du sens de balayage du mouilleur, mais elle implique une ergonomie de machine mal optimisée. Une autre solution consiste à utiliserUnlike the scraper, the moistener, due to its great flexibility, can lead to minor inconveniences for movements requiring a change of direction (see Figure 8). It is interesting, in fact, to carry out a sweep in one direction for one layer, then in the other for the next, etc. The advantage of such a movement is simply to limit the amplitude of the stroke of the device to save time. However, it is possible that the reversal of the film caused by the inversion of the movement of the mechanical arm may cause local deformation of the liquid surface, which it is desirable to avoid. To overcome this problem, it is advantageous to take advantage of the laser scanning time (solidification of the layer which has just been put in place) so that the mechanical arm makes a return path to the starting position following a path outside the surface. working, said path can advantageously be in the form of a gutter (see Figure 9) containing resin and communicating with the tank itself. This solution has the advantage of avoiding reversing the wiper direction of scanning, but it involves poorly optimized machine ergonomics. Another solution is to use
FEUILLE DE REMPLACEMENT un film replié en forme de U (cf figure 10) qui permet de rendre le mouilleur symétrique, limitant ainsi les effets néfastes de retournement d'un film simple. Il peut être également avantageux à cet effet de réduire la longueur de contact du film avec le liquide, sans toutefois perdre l'avantage cité plus haut concernant la facilité de mise en oeuvre du guidage mécanique.REPLACEMENT SHEET a film folded in the shape of a U (see Figure 10) which makes the damper symmetrical, thus limiting the harmful effects of turning over a simple film. It may also be advantageous for this purpose to reduce the length of contact of the film with the liquid, without however losing the advantage mentioned above concerning the ease of implementation of the mechanical guidance.
Un autre problème conséquent à l'emploi d'un mouilleur peut également survenir lorsque la partie solidifiée à recouvrir représente une importante fraction de la surface de travail; il s'agit de ce que nous appellerons le problème de "l'alimentation en liquide". En effet, on conçoit aisément que dans le cas extrême où la partie solidifiée représente la totalité de la surface de travail, le mouilleur ne pourra pas assurer complètement sa fonction étant donné qu'il ne fait que répartir le volume de liquide situé en surface à l'extérieur des surfaces polymérisées (qui est nul dans ledit cas extrême) . Il faut donc prévoir des situations où le problème de l'alimentation en liquide peut devenir prohibitif. Nous proposons donc dans la suite un certain nombre de solutions qui permettent de s'en affranchir.Another problem consequent to the use of a moistener can also arise when the solidified part to be covered represents a large fraction of the working surface; this is what we will call the problem of "liquid supply". Indeed, it is easily understood that in the extreme case where the solidified part represents the entire working surface, the wetting machine cannot fully perform its function since it only distributes the volume of liquid located on the surface to the exterior of the polymerized surfaces (which is zero in said extreme case). It is therefore necessary to anticipate situations where the problem of supplying liquid can become prohibitive. We therefore propose in the following a number of solutions which make it possible to overcome them.
On pourrait imaginer une première solution consistant à alimenter le mouilleur en résine par un dispositif extérieur, tout au long de son trajet. La réalisation d'un tel dispositif se heurte à différentes difficultés techniques :One could imagine a first solution consisting in supplying the wetting agent with resin by an external device, all along its path. The realization of such a device faces various technical difficulties:
- problème d'écoulement de la résine (perte de charge) au sein du dispositif d'alimentation du mouilleur;- problem of flow of the resin (pressure drop) within the wetting device supply;
- problème de régulation de la quantité de liquide à fournir au mouilleur; - problème de régulation du niveau du liquide dans la cuve; etc ... La présente invention est caractérisée par le fait que, par souci de simplification, le "mouilleur" utilisé ne nécessite pas d'alimentation en liquide pour remplir sa fonction. Nous donnons ici des moyens d'y parvenir.- problem of regulating the quantity of liquid to be supplied to the moistener; - problem of regulation of the level of the liquid in the tank; etc ... The present invention is characterized in that, for the sake of simplification, the "wetting" used does not require a supply of liquid to fulfill its function. Here we give ways to achieve it.
Tout d'abord, il est intéressant d'effectuer un balayage par le mouilleur tel que la surface balayée soit supérieure àFirst of all, it is advantageous to carry out a wiper sweep such that the swept area is greater than
FEUILLE DE REMPLACEMENT la surface de travail (cf figure 11), ce qui permet d'une part de réduire l'inconvénient de l'alimentation en liquide, et d'autre part de reporter les perturbations éventuelles dues aux effets de bords (extrémités des mouilleurs) en dehors de la surface de travail. On pourra avantageusement donner au bras mécanique une forme non rectiligne de type concave par exemple, pour tirer parti de manière optimale de l'apport de liquide potentiel offert par la partie de la surface balayée par le mouilleur externe au champ de travail. Il est également avantageux dans ces conditions de donner à la cuve une forme évasée dans sa partie supérieure (cf figure 11) pour permettre d'avoir une grande surface de liquide sans pour autant augmenter substantiellement la quantité de résine (investissement de départ assez lourd) nécessaire pour remplir ladite cuve.REPLACEMENT SHEET the work surface (see Figure 11), which allows on the one hand to reduce the disadvantage of the liquid supply, and on the other hand to postpone any disturbances due to edge effects (ends of the wetters) in outside the work surface. Advantageously, the mechanical arm may be given a non-rectilinear shape of the concave type for example, in order to take optimal advantage of the supply of potential liquid offered by the part of the surface swept by the wiper external to the working field. It is also advantageous under these conditions to give the tank a flared shape in its upper part (see Figure 11) to allow a large surface area of liquid without substantially increasing the amount of resin (fairly heavy initial investment) necessary to fill said tank.
A cette première solution peut s'ajouter un balayage effectué par au moins deux mouilleurs successifs (cf figure 12) . L'avantage est double : risque de non recouvrement de la pièce divisé par au moins deux, et atténuation des défauts résiduels de planéité après le passage du premier mouilleur.To this first solution can be added a sweep carried out by at least two successive wetters (cf. FIG. 12). The advantage is twofold: risk of non-recovery of the part divided by at least two, and attenuation of residual flatness defects after the passage of the first damper.
De plus, toujours pour s'affranchir du problème de l'alimentation en liquide, le mouilleur pourra être composé de plusieurs films souples séparés par une ou plusieurs interfaces de résine maintenue par capillarité (cf figure 13) . Suivant cette même solution, des variantes peuvent consister à utiliser pour le (ou les) films des matériaux capables d'absorber de la résine, comme par exemple des films, tressés ou non.In addition, still to overcome the problem of supplying liquid, the wetting machine may be composed of several flexible films separated by one or more resin interfaces maintained by capillarity (see FIG. 13). According to this same solution, variants may consist in using for the film (s) materials capable of absorbing resin, such as for example films, braided or not.
Enfin, en plus des solutions relatives au mouilleur en lui-même, on pourra avantageusement recourir à une modification radicale des procédés antérieurs. En effet, le problème de "l'alimentation en liquide" devient critique lorsque l'une au moins des couches à solidifier présente une zone connexe de grande surface . Ce problème peut être contourné en procédant à une décomposition originale du volume occupé par la (ou des) pièce (s) à fabriquer.Finally, in addition to the solutions relating to the moistener itself, it is advantageous to have recourse to a radical modification of the prior methods. Indeed, the problem of "liquid supply" becomes critical when at least one of the layers to be solidified has a related area of large area. This problem can be overcome by performing an original breakdown of the volume occupied by the part (s) to be manufactured.
La méthode classique dans les procédés de fabrication d'objets par couche consiste à décomposer l'objet en couchesThe classic method in the process of manufacturing objects by layer is to decompose the object into layers
FEUILLE DE REMPLACEMENT horizontales parallèles successives (cf figure 14) . Ici, on souhaite plutôt le diviser en volumes élémentaires dont la face supérieure est plane et horizontale.REPLACEMENT SHEET successive parallel horizontal lines (see Figure 14). Here, we rather wish to divide it into elementary volumes whose upper face is flat and horizontal.
La phase de fabrication, après cette division en volumes élémentaires, comportera les étapes suivantes :The manufacturing phase, after this division into elementary volumes, will include the following stages:
(1) Classer lesdits volumes élémentaires par ordre croissant d'altitude de leur face supérieure, définissant ainsi une suite de plans horizontaux d'altitude croissante (2) Faire coïncider le niveau du liquide avec le premier plan de la suite de plans définis dans l'étape (1) (3) Solidifier par phototransformation du liquide chaque volume élémentaire dont la face supérieure correspond à l'altitude du plan sélectionné dans l'étape (2) (4) Recouvrir de liquide le ou tous les volumes élémentaires venant juste d'être solidifié (s)(1) Classify said elementary volumes in ascending order of altitude of their upper face, thus defining a series of horizontal planes of increasing altitude (2) Make the level of the liquid coincide with the first plane of the series of planes defined in l '' step (1) (3) Solidify by phototransformation of the liquid each elementary volume whose upper face corresponds to the altitude of the plane selected in step (2) (4) Cover with liquid the or all the elementary volumes just d '' be solidified
(5) Faire coïncider le niveau du liquide avec le plan suivant de la suite de plans définis dans l'étape (1)(5) Make the level of the liquid coincide with the following plane of the series of plans defined in step (1)
(6) Solidifier par phototransformation du liquide chaque volume élémentaire dont la face supérieure correspond à l'altitude du plan sélectionné dans l'étape (5)(6) Solidify by phototransformation of the liquid each elementary volume, the upper face of which corresponds to the altitude of the plane selected in step (5)
(7) Répéter les opérations (4), (5) et (6) jusqu'à ce que les volumes élémentaires soient tous solidifiés.(7) Repeat operations (4), (5) and (6) until the elementary volumes are all solidified.
Le découpage en volumes élémentaires peut être réalisé de manière à limiter considérablement la surface des zones à solidifier, celles-ci étant alors solidifiées de manière fragmentée en plusieurs étapes successives (cf. figure 15) entrecoupées par un balayage du mouilleur afin d'obtenir le recouvrement par le liquide des zones solidifiées. Avantageusement, les zones solidifiées dans chacune desdites étapes successives seront disjointes afin d'offrir la possibilité au liquide de circuler entre ces zones. On pourra par exemple effectuer des découpages de type bandes (cf. figure 15) ou damier (cf. figure 17) . II est clair que par un tel procédé, il n'est pas possible de réaliser des pièces comportant des faces_ horizontales de grande dimension parfaitement planes sans se retrouver dans la situation délicate mentionnée ci-dessus .The division into elementary volumes can be carried out in such a way as to considerably limit the surface of the zones to be solidified, these then being solidified in a fragmented manner in several successive stages (cf. FIG. 15) interspersed with a sweep of the wetting agent in order to obtain liquid covering of solidified areas. Advantageously, the zones solidified in each of said successive stages will be separated in order to offer the possibility for the liquid to circulate between these zones. We could for example perform strip type cuts (see Figure 15) or checkerboard (see Figure 17). It is clear that by such a method, it is not possible to produce parts comprising horizontal faces of large dimension perfectly flat without being in the delicate situation mentioned above.
FEUILLE DE REMPLACEMENT Par contre, étant données les très faibles épaisseurs de couche que l'on peut facilement obtenir par l'utilisation d'un mouilleur, le défaut de planéité consécutif à une solidification fragmentée par blocs d'altitude différentes peut être limité en amplitude, de façon à rendre pratiquement imperceptible la rugosité d'une face plane (cf. figure 15) .REPLACEMENT SHEET On the other hand, given the very small thicknesses of layer which can easily be obtained by the use of a wetting machine, the defect in flatness consecutive to a solidification fragmented by blocks of different altitude can be limited in amplitude, so to make the roughness of a flat surface practically imperceptible (see Figure 15).
De plus, si toutefois on désire obtenir des faces horizontales de grande surface sans rugosité notable, il est possible de réaliser une couche de finition sur la partie inférieure, rugueuse, afin d'éliminer les défauts de planéitéIn addition, if however it is desired to obtain horizontal surfaces of large surface area without notable roughness, it is possible to produce a finishing layer on the lower, rough part, in order to eliminate the flatness defects.
(cf figure 16) . On se retrouve alors face au problème initial(see figure 16). We are then faced with the initial problem
"d'alimentation en liquide" (grande surface connexe à recouvrir), limité toutefois à la couche de finition. Il est clair qu'à la couche suivante, un recouvrement parfait sera peu probable, celui-ci sera par contre obtenu quelques étapes plus tard (plusieurs passages du mouilleur) ."liquid supply" (large related surface to be covered), limited however to the topcoat. It is clear that at the next layer, perfect recovery will be unlikely, it will however be obtained a few steps later (several passes of the moistener).
En résumé, nous voyons que l'utilisation de mouilleurs présente de nombreux avantages, et qu'un découpage particulier du volume à polymériser non plus en couches mais en volumes élémentaires de profondeur variable à face supérieure plane et horizontale permet d'employer ces mouilleurs de façon simple (pas de dispositif complexe d'alimentation et de régulation de niveau de liquide) et fiable (sans risque de "démouillage") .In summary, we see that the use of wetters has many advantages, and that a particular cutting of the volume to be polymerized no longer in layers but in elementary volumes of variable depth with flat and horizontal upper face makes it possible to use these wetters. simple (no complex device for supplying and regulating the liquid level) and reliable (without risk of "dewetting").
La description qui va suivre en regard des dessins annexés exposera plus en détail les inconvénients des systèmes clmassiques et comment l'invention peut être réalisée.The description which follows with reference to the appended drawings will explain in more detail the drawbacks of conventional systems and how the invention can be implemented.
Figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention.Figure 1 schematically shows an embodiment of the device according to the invention.
Figure 2 représente la difficulté d'obtenir un recouvrement par le liquide des parties venant d'être solidifiées.Figure 2 shows the difficulty of obtaining a recovery by the liquid of the parts which have just been solidified.
Figure 3 sont représentées les étapes de mise en place d'une couche de liquide plane sur la partie de la pièce déjà solidifiée. Figure 4 illustre les inconvénients liés à l'emploi d'un racleur rigide mal guidé mécaniquement.Figure 3 are shown the steps of setting up a layer of planar liquid on the part of the part already solidified. Figure 4 illustrates the drawbacks associated with the use of a rigid scraper poorly guided mechanically.
Figure 5 montre que l'emploi d'un racleur semi-rigide peut limiter le risque décrit figure 4.Figure 5 shows that the use of a semi-rigid scraper can limit the risk described in Figure 4.
FEUILLE DE REMPLACEMENT Figure 6 illustre le "problème des bols".REPLACEMENT SHEET Figure 6 illustrates the "bowl problem".
Figure 7 illustre l'innovation relative au procédé revendiqué.Figure 7 illustrates the innovation relating to the claimed process.
Figure 8 illustre le risque de provoquer une déformation locale du liquide lors de l'inversion du sens de balayage d'un mouilleur.Figure 8 illustrates the risk of causing local deformation of the liquid when the wiper direction is reversed.
Figure 9 illustre un dispositif permettant d'éviter l'inversion du sens de balayage du film.Figure 9 illustrates a device making it possible to avoid reversing the direction of scanning of the film.
Figure 10 illustre une solution consistant à utiliser un film en forme de U.Figure 10 illustrates a solution of using a U-shaped film.
Figure 11 illustre un dispositif permettant d'effectuer un balayage particulier par le mouilleur.Figure 11 illustrates a device making it possible to carry out a particular sweeping by the moistener.
Figure 12 illustre un balayage effectué par plusieurs mouilleurs successifs. Figure 13 illustre un dispositif permettant de profiter de la tension superficielle du liquide pour s'affranchir du problème de l'alimentation en liquide.Figure 12 illustrates a sweep carried out by several successive wetters. Figure 13 illustrates a device for taking advantage of the surface tension of the liquid to overcome the problem of supplying liquid.
Figure 14 représente les étapes sucessives de création d'une pièce par le procédé classique. Figure 15 représente les étapes successives de création d'une pièce par un procédé consistant à solidifier des volumes allongés (bandes) .Figure 14 represents the successive stages of creation of a part by the traditional process. Figure 15 represents the successive stages of creation of a part by a process consisting in solidifying elongated volumes (bands).
Figure 16 montre comment on peut obtenir une planéité convenable à la suite des opérations décrites dans la figure 15.Figure 16 shows how one can obtain a suitable flatness following the operations described in Figure 15.
Figure 17 représente les étapes successives de création d'une pièce, consistant à solidifier des volumes non allongés.Figure 17 represents the successive stages of creation of a part, consisting in solidifying unelongated volumes.
La figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Sur la figure 1, est représenté un système de mémoires 1, disposé à la sortie d'un ordinateur non représenté, qui a été utilisé pour déterminer par la méthode CAO, les caractéristiques géométriques d'une pièce. Un générateur de lumière 2 est connecté à la sortie du système 1 à travers un circuit de traitement 3 et émet un rayonnement 4.FIG. 1 schematically represents an embodiment of the device according to the invention. In Figure 1, a memory system 1 is shown, arranged at the output of a computer not shown, which was used to determine by the CAD method, the geometric characteristics of a part. A light generator 2 is connected to the output of the system 1 through a processing circuit 3 and emits radiation 4.
Le rayonnement 4 est mis en forme par un système optique 7 puis est défléchi par un autre système optique 8 sur une portion 9 de la surface du liquide 5, contenu dans une cuve 6. FEUILLE DE REMPLACEMENT 14The radiation 4 is shaped by an optical system 7 then is deflected by another optical system 8 on a portion 9 of the surface of the liquid 5, contained in a tank 6. SUBSTITUTE SHEET 14
Un système motorisé 9bis, relié à 3 permet de commander 7 et 8.A motorized system 9bis, connected to 3 allows control of 7 and 8.
Le dispositif comporte en outre un système mécanique 10, commandé par un système motorisé 11, relié à 3, qui permet de mouvoir un plateau 12 dans le liquide, par l'intermédiaire d'une pièce mécanique 13 assurant une liaison rigide entre 10 et 12.The device further comprises a mechanical system 10, controlled by a motorized system 11, connected to 3, which makes it possible to move a plate 12 in the liquid, by means of a mechanical part 13 ensuring a rigid connection between 10 and 12 .
Un autre système mécanique 14 , commandé par un système motorisé 15, relié à 3, permet de mouvoir un racleur 16 parallèlement à la surface du liquide .Another mechanical system 14, controlled by a motorized system 15, connected to 3, makes it possible to move a scraper 16 parallel to the surface of the liquid.
Sur cette figure, on peut apercevoir un objet 17 en cours de fabrication . Cette fabrication est réalisée par répétition des opérations suivantes :In this figure, we can see an object 17 during manufacture. This production is carried out by repeating the following operations:
- solidification de la couche en cours par balayage du faisceau lumineux 4 à la surface du liquide,solidification of the layer in progress by scanning the light beam 4 at the surface of the liquid,
- mise en place d' une nouvelle couche de liquide au- dessus de la couche venant d' être solidifiée .- placement of a new layer of liquid above the layer which has just been solidified.
Sur la figure 2 est représentée la difficulté d' obtenir un recouvrement par le liquide des part ies venant d' être solidifiées . L' étape A représente la situation juste après solidification partielle d' un couche . La partie venant d' être solidifiée 18 sous l ' action de la lumière à partir de la surface 20 du liquide 5 adhère aux couches solidifiées antérieurement 19 . L' étape B représente la situation après un mouvement relatif de la pièce en cours de création ( 18 + 19) par rapport à la surface 20 du l iquide , ef fectué verticalement , d' amplitude égale à l ' épaisseur désirée "e" de la couche suivante . On constate que le liquide 5 n ' arrive pas à recouvrir 18 pour des raisons de problèmes de tension interfaciale (mouillabilité insuffisante ) . Un volume mort W apparait , ne permettant plus la bonne poursuite des opérations .In FIG. 2 is shown the difficulty of obtaining recovery by the liquid of the parts which have just been solidified. Step A represents the situation just after partial solidification of a layer. The part which has just been solidified 18 under the action of light from the surface 20 of the liquid 5 adheres to the previously solidified layers 19. Step B represents the situation after a relative movement of the part being created (18 + 19) with respect to the surface 20 of the liquid, carried out vertically, of amplitude equal to the desired thickness "e" of the next layer. It is found that the liquid 5 does not manage to cover 18 for reasons of problems of interfacial tension (insufficient wettability). A dead volume W appears, no longer allowing proper continuation of operations.
Sur la figure 3 sont représentées les étapes de mise en place d' une couche de liquide plane sur la partie de la pièce dé jà solidifiée , permettant de s ' affranchir du problème illustré par la figure 2 .In FIG. 3 are shown the steps for placing a layer of plane liquid on the part of the part already solidified, making it possible to overcome the problem illustrated in FIG. 2.
FEUILLE DE REMPLACEMENT L'étape A montre un mouvement relatif de la pièce (18 + 19) avec la surface 20 du liquide 5, d'amplitude "a" supérieure à l'épaisseur "e" de la couche désirée. Ce mouvement, par sa grande amplitude, permet d'obtenir un recouvrement forcé de la pièce (18 + 19) par le liquide 5, faisant intervenir des écoulements provoqués par les forces de gravité.REPLACEMENT SHEET Step A shows a relative movement of the part (18 + 19) with the surface 20 of the liquid 5, of amplitude "a" greater than the thickness "e" of the desired layer. This movement, by its large amplitude, makes it possible to obtain a forced covering of the part (18 + 19) by the liquid 5, involving flows caused by the forces of gravity.
Après recouvrement, le mouvement est inversé de manière à positionner la pièce à l'altitude adéquate permettant d'obtenir l'épaisseur désirée de la couche.After covering, the movement is reversed so as to position the part at the appropriate altitude allowing the desired thickness of the layer to be obtained.
L'étape B montre la forme des déformations de la surface 21 du liquide consécutifs au mouvement d'aller-retour décrit ci-dessus (page??, lignes ??) . Afin d'atteindre la planéité de surface 22 désirée, il est nécessaire d'attendre que le liquide se stabilise, ce temps étant d'autant plus important que l'on désire réaliser des couches fines.Step B shows the shape of the deformations of the surface 21 of the liquid following the round-trip movement described above (page ??, lines ??). In order to achieve the desired surface flatness 22, it is necessary to wait for the liquid to stabilize, this time being all the more important when it is desired to produce thin layers.
L'étape C montre l'action d'un racleur rigide 23 se déplaçant de manière à provoquer des écoulements forcés ayant pour conséquence une sensible réduction des déformations de surface citées ci-dessus. La ligne 21 bis rappelle la forme prise par la surf ace du liquide à la fin de l'étape B.Step C shows the action of a rigid scraper 23 moving so as to cause forced flows, resulting in a significant reduction in the surface deformations mentioned above. Line 21 bis recalls the shape taken by the surf ace of the liquid at the end of step B.
L'étape D enfin montre les déformations résiduelles de la surface :Stage D finally shows the residual deformations of the surface:
- 25 : en amont et en aval du racleur, - et 24 : vague de faible amplitude laissée au dessus des parties solidifiées. Par conséquent ce procédé de mise en place d'une couche fait intervenir plusieurs phases distinctes, au cours desquelles les forces mises en jeu sont essentiellement liées à l'action de la gravité et à des écoulements forcés provoqués par une interaction liquide / solide, la tension superficielle du liquide ayant des effets négligeables par rapport aux autres phénomènes physiques mis en jeu.- 25: upstream and downstream of the scraper, - and 24: low amplitude wave left above the solidified parts. Consequently, this method of placing a layer involves several distinct phases, during which the forces brought into play are essentially linked to the action of gravity and to forced flows caused by a liquid / solid interaction, the surface tension of the liquid having negligible effects compared to other physical phenomena involved.
La figure 4 illustre les inconvénients liés à l'emploi d'un racleur rigide mal guidé mécaniquement. Lorsque le guidage n'est pas assez précis pour respecter la trajectoire idéale donnée par le chemin I, il peut se présenter des situations telles que le racleur rigide 23 entre en contactFIG. 4 illustrates the drawbacks associated with the use of a rigid scraper poorly guided mechanically. When the guidance is not precise enough to respect the ideal trajectory given by the path I, situations may arise such that the rigid scraper 23 comes into contact
FEUILLE DE REMPLACEMENT (point 26) avec la pièce, au risque de provoquer par exemple l'arrachement d'une partie 27 de celle-ci.REPLACEMENT SHEET (point 26) with the part, at the risk of causing for example the tearing of a part 27 of it.
La figure 5 montre que l'emploi d'un racleur semi-rigide 28 peut limiter le risque décrit figure 4. On constate en effet que pour cause de mauvais guidage mécanique (chemin II au lieu du chemin I), lorsqu'un racleur semi-rigide entre en contact avec la pièce, il se déforme (28 bis) sans l'endommager.FIG. 5 shows that the use of a semi-rigid scraper 28 can limit the risk described in FIG. 4. It is indeed observed that due to poor mechanical guidance (path II instead of path I), when a semi-scraper -rigid comes into contact with the part, it deforms (28 bis) without damaging it.
La figure 6 illustre le "problème des bols" cité plus haut . L'étape A montre la situation après le mouvement d'aller- retour décrit dans la figure 3 (étapes A et B) pour une pièce 29 possédant la forme d'un puits fermé, ou d'un U si l'on se contente d'une représentation en deux dimensions. Le retour à la planéité 22 de la surface de liquide 20 déformée impose des écoulement ne pouvant se produire que dans les zones 30 et 31. L'épaisseur de liquide restant faible (de l'ordre de e) dans ces zones, la vitesse d'écoulement du liquide est très limitée, et donc le ménisque ne peut pas disparaître rapidement. L'étape B de cette figure illustre le fait que le passage d'un racleur 23 dans une telle situation provoque des mouvements de liquide essentiellement confinés dans le volume V. Par conséquent, comme le montre l'étape C, le ménisque présent à l'étape A ne peut pas être complètement réduit par le passage d'un racleur. La ligne 20bis rappelle la situation à l'étape A.Figure 6 illustrates the "bowl problem" cited above. Step A shows the situation after the back-and-forth movement described in Figure 3 (steps A and B) for a part 29 having the shape of a closed well, or of a U if one is satisfied a two-dimensional representation. The return to the flatness 22 of the deformed liquid surface 20 imposes flow which can only occur in zones 30 and 31. The thickness of liquid remaining small (of the order of e) in these zones, the speed d The flow of liquid is very limited, and therefore the meniscus cannot disappear quickly. Step B of this figure illustrates the fact that the passage of a scraper 23 in such a situation causes movements of liquid essentially confined in the volume V. Consequently, as shown in step C, the meniscus present at the step A cannot be completely reduced by the passage of a scraper. Line 20bis recalls the situation in step A.
La figure 7 illustre l'innovation relative au procédé revendiqué. Le recouvrement s'effectue tout d'abord par un mouvement relatif de la surface de résine par rapport à la pièce d'amplitude e égale à l'épaisseur de la couche désirée. La situation est alors similaire à celle décrite par l'étape B de la figure 2; c'est ce que représente l'étape A de la figure 7. Le recouvrement de la partie déjà polymérisée (18 + 19) est obtenu par la mise en mouvement d'un bras mécanique 32 parallèlement à la surface du liquide 20, lequel bras entraine un film souple 33 dont la partie inférieure repose sur la surface du liquide. Les étapes successives B et C montrent comment, grâce à la tension superficielle du liquide, leditFIG. 7 illustrates the innovation relating to the claimed process. The recovery is carried out firstly by a relative movement of the resin surface with respect to the piece of amplitude e equal to the thickness of the desired layer. The situation is then similar to that described by step B of FIG. 2; this is represented by step A of FIG. 7. The covering of the already polymerized part (18 + 19) is obtained by setting in motion a mechanical arm 32 parallel to the surface of the liquid 20, which arm causes a flexible film 33, the lower part of which rests on the surface of the liquid. The successive steps B and C show how, thanks to the surface tension of the liquid, said
FEUILLE DE REMPLACEMENT film permet de vaincre les problèmes de mouillabilité illustrés par la figure 2.REPLACEMENT SHEET film overcomes the wettability problems illustrated in Figure 2.
La situation à l'étape C illustre également le faible écart à la planéité 34 après passage du mouilleur, contrairement aux déformations 24 et 25 (de la figure 3) induites par l'utilisation d'un racleur.The situation in step C also illustrates the small difference in flatness 34 after passage of the moistener, in contrast to the deformations 24 and 25 (of FIG. 3) induced by the use of a scraper.
La figure 8 illustre le risque de provoquer une déformation locale du liquide lors de l'inversion du sens de balayage d'un mouilleur. Lorsque le bras effectue le changement de sens de déplacement, le film souple 33 se retourne progressivement, laissant derrière lui une déformation de la surface 35.FIG. 8 illustrates the risk of causing local deformation of the liquid when the wiper direction of the wiper is reversed. When the arm changes the direction of movement, the flexible film 33 gradually turns over, leaving behind a deformation of the surface 35.
La figure 9 illustre un dispositif permettant d'éviter l'inversion du sens de balayage du film. La surface utile S du liquide situé au dessus de la cuve est balayée par le mouilleur (composé du bras mécanique 32 et du film 33) par un mouvement lui permettant de passer de la position I à la position II. Durant le temps de solidification de la couche venant ainsi d'être formée, le mouilleur effectue un mouvement de retour à la position I (positions successives III, IV, V) en balayant la surface T du liquide contenu dans une gouttièreFIG. 9 illustrates a device making it possible to avoid reversing the direction of scanning of the film. The useful surface S of the liquid located above the tank is swept by the moistener (composed of the mechanical arm 32 and the film 33) by a movement allowing it to pass from position I to position II. During the solidification time of the layer which has just been formed, the wetting agent makes a return movement to position I (successive positions III, IV, V) by sweeping the surface T of the liquid contained in a gutter.
36 en forme de boucle. La profondeur q de la gouttière 36 est avantageusement plus faible que celle p de la cuve 6, ce qui limite la quantité de liquide présente dans ladite gouttière. La figure 10 illustre une solution consistant à utiliser un film en forme de U 37 afin de limiter les éventuels problèmes dus à une inversion de sens du mouvement du mouilleur : lorsque l'on passe du sens I au sens II, la partie de film située entre les points 38 et 39 reste toujours en contact avec le liquide, ce qui fait que le problème lié au retournement du film (cf. fig 8) est évité.36 in the form of a loop. The depth q of the gutter 36 is advantageously less than that p of the tank 6, which limits the amount of liquid present in said gutter. FIG. 10 illustrates a solution consisting in using a U-shaped film 37 in order to limit the possible problems due to a reversal of the direction of movement of the moistener: when moving from direction I to direction II, the part of film located between points 38 and 39 always remains in contact with the liquid, which means that the problem linked to the turning of the film (cf. fig 8) is avoided.
La figure 11 illustre un dispositif permettant d'effectuer un balayage par le mouilleur tel que la surface balayée SB soit supérieure à la surface de travail SV. Sur la vue de face est illustrée la forme évasée de la cuve conduisant à deux profondeurs de liquide p et q.FIG. 11 illustrates a device making it possible to carry out a sweep by the moistener such that the swept surface SB is greater than the working surface SV. In the front view is illustrated the flared shape of the tank leading to two depths of liquid p and q.
La figure 12 illustre un balayage effectué par plusieurs mouilleurs successifs.FIG. 12 illustrates a sweep carried out by several successive wetters.
FEUILLE DE REMPLACEMENT La figure 13 illustre un dispositif permettant de profiter de la tension superficielle du liquide pour s'affranchir du problème de l'alimentation en liquide cité plus haut. Le mouilleur est constitué de plusieurs films 40, 41, 42, 43 et 44 attachés à un même bras mécanique 32, entre lesquels une réserve de liquide 45 est maintenue par capillarité.REPLACEMENT SHEET FIG. 13 illustrates a device making it possible to take advantage of the surface tension of the liquid to overcome the problem of the supply of liquid mentioned above. The moistener consists of several films 40, 41, 42, 43 and 44 attached to the same mechanical arm 32, between which a reserve of liquid 45 is maintained by capillarity.
La figure 14 représente une pièce à réaliser PIE, de forme parallélépipédique et ayant une grande surface dans le plan XY. Les étapes successives de création de cette pièce par le procédé classique, c'est à dire par empilement de couches horizontales successives sont représentées par les étapes A à D. La vue de dessus montre pour chaque étape la surface solidifiée à recouvrir, on peut constater qu'à chaque étape celle-ci est grande et correspond à la totalité de la surface de la pièce (dans le plan XY correspondant à l'altitude de la couche sélectionnée) .FIG. 14 represents a part to be produced PIE, of parallelepiped shape and having a large surface in the XY plane. The successive stages of creation of this part by the conventional process, that is to say by stacking successive horizontal layers are represented by stages A to D. The top view shows for each stage the solidified surface to be covered, it can be seen that at each stage it is large and corresponds to the entire surface of the part (in the XY plane corresponding to the altitude of the selected layer).
Remarque : Dans la description des figures 15 à 17, on entend par l'expression "solidifier un volume", le fait de "solidifier les parties de la pièces situées dans le volume".Note: In the description of Figures 15 to 17, the expression "solidify a volume" means the fact of "solidifying the parts of the part located in the volume".
La figure 15 représente les étapes successives de création d'une pièce par un procédé consistant à solidifier des volumes allongés (bandes) . Comme on peut le constater sur les vues de dessus, les surfaces solidifiées à recouvrir sont des fractions de la surface globale de la pièce (XY) , disjointes, de manière à faciliter les écoulements de liquide.FIG. 15 represents the successive stages of creation of a part by a process consisting in solidifying elongated volumes (strips). As can be seen in the top views, the solidified surfaces to be covered are fractions of the overall surface of the part (XY), disjoint, so as to facilitate the flow of liquid.
La figure représente un exemple de réalisation de pièce par bandes mais elle ne constitue en aucun cas une généralité.The figure represents an exemplary embodiment of a piece by strips but it does not constitute a generality in any case.
Sur cette figure sont également indiquées les différentes altitudes H^ ... H4 avec lesquelles il faut faire coïncider le niveau du liquide pour chaque étape. On peut constater sur cette figure que l'épaisseur des bandes solidifiées n'est pas forcément égale à la différence de hauteur H^ - H^_ι séparant deux étapes. Ainsi, la face supérieure de la pièce pourra présenter des défauts de planéité liés au procédé d'amplitude très faible (H4- H3 ) même si l'on solidifie des bandes de grande épaisseur.In this figure are also indicated the different altitudes H ^ ... H4 with which the liquid level must be made to coincide for each step. It can be seen in this figure that the thickness of the solidified strips is not necessarily equal to the difference in height H ^ - H ^ _ ι separating two stages. Thus, the upper face of the part may have flatness defects linked to the very low amplitude process (H4-H3) even if very thick strips are solidified.
FEUILLE DE REMPLACEMENT La figure 16 montre comment on peut obtenir une planéïté convenable à la suite des opérations décrites dans la figure 15, pour la face supérieure d'une pièce.REPLACEMENT SHEET FIG. 16 shows how a suitable flatness can be obtained following the operations described in FIG. 15, for the upper face of a part.
La figure 17 représente les étapes successives de création d'une pièce, consistant à solidifier des volumes non allongés. L'exemple décrit ne constitue en aucun cas une généralité. On peut constater sur les vues de dessus que les surfaces à recouvrir pour chaque étape représentent à chaque fois une faible fraction de la surface totale de la pièce, ces surfaces sont disjointes pour permettre une bonne circulation du liquide lors du recouvrement . On peut constater également que la face supérieure finale n'est pas parfaitement plane.FIG. 17 represents the successive stages of creation of a part, consisting in solidifying unelongated volumes. The example described in no way constitutes a generality. It can be seen on the top views that the surfaces to be covered for each step each time represent a small fraction of the total surface of the part, these surfaces are separated to allow good circulation of the liquid during recovery. It can also be seen that the final upper face is not perfectly flat.
Par un procédé analogue à celui décrit figure 16 pour corriger les défauts de planéité issus d'une fabrication basée sur le principe décrit par figure 15, on peut corriger les défauts de la fabrication basée sur la figure 17 en ajoutant une couche de finition dont la profondeur en chaque point est judicieusement choisie pour compléter le volume solidifié précédemment .By a process analogous to that described in FIG. 16 to correct the flatness defects resulting from a manufacturing based on the principle described in FIG. 15, the manufacturing defects based on FIG. 17 can be corrected by adding a finishing layer, the depth at each point is judiciously chosen to complete the volume previously solidified.
FEUILLE DE REMPLACEMENT REPLACEMENT SHEET

Claims

Revendications Claims
1) Procédé de fabrication d'une ou plusieurs pièce (s) solide (s) tridimensionnelle (s) par phototransformation de liquide, comportant les étapes suivantes :1) Method for manufacturing one or more solid three-dimensional part (s) by phototransformation of liquid, comprising the following steps:
(a) Décomposer le volume de la ou des pièces en volumes élémentaires dont la face supérieure est plane et horizontale(a) Decompose the volume of the part (s) into elementary volumes whose upper face is flat and horizontal
(b) Classer lesdits volumes élémentaires par ordre croissant d'altitude de leur face supérieure, définissant ainsi une suite de plans horizontaux d'altitude croissante(b) Classify said elementary volumes in ascending order of altitude of their upper face, thus defining a series of horizontal planes of increasing altitude
(c) Faire coïncider le niveau du liquide avec le premier plan de la suite de plans définis dans l'étape (b) (d) Solidifier par phototransformation du liquide chaque volume élémentaire dont la face supérieure correspond à l'altitude du plan sélectionné dans l'étape (c) (e) Recouvrir de liquide les volumes élémentaires venant juste d'être solidifiés (f) Faire coïncider le niveau du liquide avec le plan suivant de la suite de plans définis dans l'étape (b) (g) Solidifier par phototransformation du liquide chaque volume élémentaire dont la face supérieure correspond à l'altitude du plan sélectionné dans l'étape (g) (h) Répéter les opérations (e) , (f) et (g) jusqu'à ce que les volumes élémentaires soient tous solidifiés.(c) make the level of the liquid coincide with the first plane of the series of planes defined in step (b) (d) solidify by phototransformation of the liquid each elementary volume whose upper face corresponds to the altitude of the plane selected in step (c) (e) Cover with liquid the elementary volumes which have just been solidified (f) Make the level of the liquid coincide with the following plane of the series of plans defined in step (b) (g) Solidify by phototransformation of the liquid each elementary volume, the upper face of which corresponds to the altitude of the plane selected in step (g) (h) Repeat operations (e), (f) and (g) until the elementary volumes are all solidified.
caractérisé en ce qu'il utilise des moyens tirant essentiellemnt parti de la tension superficielle du liquide pour recouvrir la partie déjà polymérisée de la pièce par une fine couche dudit liquide, sans recourir ni à un apport extérieur de liquide, ni à des écoulements forcés par gravité ou par interaction mécanique.characterized in that it uses means essentially taking advantage of the surface tension of the liquid to cover the already polymerized part of the part with a thin layer of said liquid, without resorting either to an external supply of liquid, or to forced flows by gravity or by mechanical interaction.
2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le liquide est contenu dans une cuve évasée dans sa partie supérieure .2) Method according to claim 1 characterized in that the liquid is contained in a flared tank in its upper part.
FEUILLE DE REMPLACEMENT 3) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les volumes solidifiés lors de l'une des phases (d) ou (g) sont disjoints.REPLACEMENT SHEET 3) Method according to claim 1 characterized in that the volumes solidified during one of the phases (d) or (g) are disjoint.
4) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de mise en place des fines couches de liquide comprennent des pièces mécaniques en mouvement parcourant une trajectoire sans inversion du sens de parcours.4) Method according to claim 1 characterized in that the means for setting up thin layers of liquid comprise moving mechanical parts traversing a trajectory without reversing the direction of travel.
5) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de mise en place des fines couches de liquide comprennent des pièces mécaniques en mouvement parcourant une trajectoire alternativement dans un sens puis dans le sens opposé .5) Method according to claim 1 characterized in that the means for positioning the thin layers of liquid comprise moving mechanical parts traversing a path alternately in one direction then in the opposite direction.
6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les fines couches planes de liquide sont mises en place grâce à la mise en mouvement d'un film souple mince dont la partie inférieure est en contact avec le liquide.6) Device according to claim 1 characterized in that the thin flat layers of liquid are put in place by setting in motion a thin flexible film whose lower part is in contact with the liquid.
7) Dispositif selon les revendications 1 et 5 caractérisé en ce que le film souple mince est replié sur lui-même en forme de U.7) Device according to claims 1 and 5 characterized in that the thin flexible film is folded back on itself in a U shape.
8) Dispositif selon les revendications 1 et 5 caractérisé en ce que le film souple mince est constitué de fibres.8) Device according to claims 1 and 5 characterized in that the thin flexible film consists of fibers.
9) Dispositif selon les revendications 1 et 5 caractérisé en ce que le film souple mince est constitué de plusieurs couches de matière capables de retenir du liquide par capillarité.9) Device according to claims 1 and 5 characterized in that the thin flexible film consists of several layers of material capable of retaining liquid by capillarity.
10) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les couches fines de liquide sont mises en place par le passage d'au moins deux films minces souples successifs.10) Device according to claim 1 characterized in that the thin layers of liquid are put in place by the passage of at least two successive flexible thin films.
FEUILLE DE REMPLACEMENT REPLACEMENT SHEET
PCT/FR1993/000538 1992-06-05 1993-06-04 Method and device for making an industrial part model in order to achieve a partial transformation of a liquid under the action of the light WO1993025377A1 (en)

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FR9207022A FR2692066A1 (en) 1992-06-05 1992-06-05 Method for producing a model of an industrial part by partial transformation of a liquid under the action of light and device for implementing this method.
FR92/07022 1992-06-05

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WO1993025377A1 true WO1993025377A1 (en) 1993-12-23

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