WO1995025003A1 - Stereolithographic process and device for producing objects in a bath of a radiation-hardenable liquid - Google Patents

Stereolithographic process and device for producing objects in a bath of a radiation-hardenable liquid Download PDF

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WO1995025003A1
WO1995025003A1 PCT/DE1995/000348 DE9500348W WO9525003A1 WO 1995025003 A1 WO1995025003 A1 WO 1995025003A1 DE 9500348 W DE9500348 W DE 9500348W WO 9525003 A1 WO9525003 A1 WO 9525003A1
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layer
solidified
liquid
bath
electrodes
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PCT/DE1995/000348
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Inventor
Matthias Fockele
Dieter Schwarze
Original Assignee
Matthias Fockele
Dieter Schwarze
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Publication date
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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
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    • B29C2791/004Shaping under special conditions
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    • B29C2791/004Shaping under special conditions
    • B29C2791/008Using vibrations during moulding

Definitions

  • the invention relates to a stereolithographic method for producing an object in a bath of a dielectric liquid that can be solidified by the action of radiation, the object being solidified by irradiating the liquid in accordance with the desired object shape.
  • the invention relates in particular to a stereolithographic method for the layer-by-layer production of an object in a bath of a dielectric liquid that can be solidified by the action of radiation, wherein a layer of the object that was last solidified by irradiation near the surface of the bath continues into the bath is moved and / or the liquid level of the bath is raised relative to the surface of the last solidified layer in order to provide a liquid layer to be subsequently solidified by irradiation on the last solidified layer.
  • the liquid photopolymer plastic is solidified under the surface of the bath in the overlap region of two laser beams which are directed into the photopolymer bath from different sides.
  • their overlap area in the photopolymer bath can be shifted in order to solidify coherent areas of an object.
  • EP 0 171 069 A2 is known, the object is solidified in layers, whereby a carrier plate is first arranged closely below the bath surface and the layer of the liquid lying above the carrier plate is irradiated in accordance with the desired cross section of the object, in order to add a base layer to the object solidify, which rests on the carrier plate.
  • the carrier plate with the layer solidified thereon is then moved further into the plastic bath in order to provide a liquid layer to be subsequently solidified over the already solidified layer, the liquid layer thickness corresponding to the thickness of the subsequently solidified layer.
  • Irradiation of the liquid layer then forms the next solid object layer that adheres to the previously formed object layer. In this way, further layers are solidified until the desired object is solidified overall.
  • the irradiation of the liquid in the commonly used photopolymers is preferably carried out by means of electromagnetic radiation, in particular ultraviolet light.
  • EP 0 171 069 A2 also refers to the
  • a method for the stereolithographic layer-by-layer production of a plastic object is further described in the article by Hideo Kodama, "Automatic Method for Fabricating a Three-Dimensional Plastic Model with Photohardening Polymer", Rev. Sei. Instr. 52 (11), November 1981, pages 1770 to 1773.
  • the problem with these methods of layer-by-layer stereolithographic production of an object is that it is difficult to form a liquid layer on the last solidified layer that is sufficiently uniform for the subsequent irradiation process. In particular, after lowering the last solidified layer, areas of insufficient wetting of the last solidified layer and areas with excess liquid compared to the general level of the liquid bath were frequently observed.
  • DE 41 34 265 A1 proposes using a flexible wiper lip in order to
  • the invention is based on the object of specifying a stereolithographic method with a new type of preparation of the region of the liquid to be subsequently solidified and an apparatus for carrying out the method.
  • a first aspect of the invention according to claim 1 it is proposed to achieve the object that in the stereolithographic method for the layer-by-layer production of an object an electric field is generated by means of high-voltage electrodes and the liquid to be subsequently solidified is allowed to act.
  • the electrical high-voltage field is used for dielectric polarization, in particular orientation polarization of molecules of the dielectric liquid, so that due to the interaction of the electrical field with the dielectric material, internal forces are generated which compensate for the unevenness of the liquid over the last solidified layer of the already solidified part of the property can be used.
  • the high-voltage electrodes can be, for example, plate electrodes that are on opposite sides of the object being created tes are arranged and at least partially immersed in the liquid.
  • the electrodes of the high-voltage electrode arrangement do not necessarily have to be immersed in the liquid.
  • the desired effect can also be achieved if the electrodes are appropriately held just above the liquid surface.
  • the desired wetting and smoothing effect can be increased further if an electrical high-voltage alternating field is allowed to act on the liquid forming the layer to be subsequently solidified, when it flows onto the last solidified layer.
  • an electrical high-voltage alternating field can be deliberately generated with appropriate selection of the alternating frequency dielectric losses in the area of the liquid penetrated by the field above the last solidified layer, which lead to local heating of the liquid and thus improve its fluidity. It will therefore both
  • the force of the electric field on the molecules of the dielectric liquid as well as the local improvement in fluidity are used to prepare a uniformly thick layer of liquid for the subsequent irradiation process.
  • the effect is exploited that dielectric liquid is drawn into the area between the electrodes when an electric field acts between two high-voltage electrodes if the electrodes are brought sufficiently close to the surface of the bath or, if appropriate, partially into the bath be immersed.
  • the high-voltage electrodes which are preferably in the form of sheet electrodes, are initially held to the side of the area in which the object to be produced is produced. After the respective last solidified layer has been lowered, the high-voltage electrode arrangement is moved over the last solidified layer, the lower edges of the electrodes in question preferably being kept just above or exactly at the level of the desired liquid level.
  • the liquid electrostatically picked up between the electrodes exits through a gap between the electrodes when the electrode arrangement sweeps over the last solidified layer. It is not necessary to reduce the electrode voltage in order to dispense the liquid from the area between the electrodes in question. It has been shown that due to Adhesion effects liquid is released from the electrodes to the last solidified layer.
  • the electrode voltage can of course be reduced in order to control the amount of liquid to be dispensed.
  • the electrode arrangement can be moved one or more times over the already solidified part of the object to prepare the desired layer to be subsequently solidified, if necessary,
  • the method according to the invention can be used beyond the purpose of producing a uniformly thick layer that is subsequently to be solidified and, independently thereof, to prepare the material to be solidified in the sense explained below.
  • anisotropic physical properties can be imparted to the solidified material if a static high-voltage electric field acts on the currently irradiated area of the liquid during the solidification by irradiation. It is assumed that due to the orientation polarization in the electric field, the liquid molecules experience a preferred orientation in accordance with the direction of the electric field and that the corresponding structure is quasi "frozen” during solidification, so that a texture-like structure is formed.
  • This aspect of the invention makes it possible for the first time not only to preselect the shape of an object to be produced stereolithographically, but also physical, in particular mechanical, properties that are dependent on location and direction. to produce more complicated anisotropies, the
  • a device for performing the method according to the invention is specified in claim 9. Further developments of the device for implementing different method variants are specified in claims 10 to 24.
  • the invention furthermore relates to a stereolithographic method for the layer-by-layer production of an object in a bath of a liquid that can be solidified by the action of radiation, a layer of the object that was last solidified by irradiation near the surface of the bath being moved further into the bath and / or the liquid level of the bath is raised relative to the surface of the last solidified layer in order to provide a liquid layer to be subsequently solidified by irradiation on the last solidified layer, the method being characterized in that sound waves, in particular ultrasound waves, act on the liquid forming the layer to be subsequently solidified leaves.
  • this method is also based on the idea of allowing a field to act on the liquid in order to ensure that the wetting layer is as uniformly thick as possible on the surface to provide the last solidified layer.
  • a sound field is used instead of an electrical field in order to exert non-contact forces on the material to form the layer to be subsequently solidified.
  • a combination of the method according to claim 1 and the method according to claim 8 can also be realized by using both an electric field and a sound field in order to bring about a uniform wetting of the last solidified layer.
  • a device for performing the method according to claim 8 is specified in claims 25 to 27.
  • FIG. 1 a shows a device according to the invention for stereolithographic production of an object in a schematic side view, partly in section.
  • FIG. 1 b shows a top view of the container shown in FIG. 1 a.
  • FIG. 2 shows components of a second exemplary embodiment of the invention in a schematic sectional side view.
  • FIG. 3 shows a variant of the high-voltage electrode arrangement shown in FIG. 2.
  • the device for stereolithographic production of an object shown in FIG. 1 a comprises a container 2 to take up a liquid under normal conditions
  • Plastic 4 which can be solidified under the action of radiation.
  • Suitable plastic materials which can be crosslinked or hardened by the action of electromagnetic radiation are mentioned, for example, in DE 41 38 309 A1.
  • a support plate 6 for holding the object 8 to be produced is provided in the container 2.
  • the carrier plate 6 is fastened to a rod 10 which extends out of the container 2 through a sealing arrangement in the container base 14.
  • the rod 10 is axially movable by means of a drive, not shown, so that the carrier plate 6 and the part of the object 8 supported thereon and already solidified can be moved deeper into the plastic bath 4.
  • FIG. 1a 16 denotes a UV radiation source, in particular a laser, which provides the UV light required to solidify the photopolymer plastic 4.
  • a deflection mirror 18 is arranged approximately in the middle above the carrier plate 6 and deflects the bundled light beam 20 towards the surface 22 of the plastic bath 4.
  • Deflecting mirror 18 can be pivoted by means of a schematically indicated pivoting device 24, so that the UV beam 25 reflected by the mirror 18 can be directed in a controlled manner to any desired location on the surface 22 of the plastic bath 4.
  • the carrier plate 6 is located at a short distance from the surface 22 in the plastic bath 4.
  • the swiveling device 24 of the deflecting mirror 18 is then controlled by a computer (not shown) in such a way that the UV beam 25 is at the Surface 22 scans a surface area which corresponds to the desired cross section of the first layer of object 8 to be solidified, namely the layer directly adjacent to the carrier plate 6.
  • the carrier plate 6 is moved a certain amount substantially into the plastic bath 4 under the control of the control computer, in accordance with the thickness of the layer to be subsequently hardened, in order to form a new layer of liquid plastic 4 on the already solidified layer.
  • the invention shows ways in which the preparation of the liquid layer to be subsequently solidified can be carried out quickly and reliably.
  • a high-voltage electrode arrangement 26 is proposed, by means of which an electric field is generated in the region of the layer to be subsequently solidified in order to exert non-contact force effects on the dielectric photopolymerization liquid 4 by dielectric polarization, in particular orientation polarization.
  • dielectric polarization in particular orientation polarization.
  • FIG 1b take the resulting object 8 between them.
  • the plate electrodes 28 to 31 are aligned essentially transversely to the surface 22 of the plastic bath 4 and dip slightly into the bath with their lower edges 32, 33.
  • the device according to the invention shown schematically in Fig. 1a can be operated according to an operating mode such that after lowering the last solidified layer of the object 8 at least two electrodes of different polarity, in particular electrodes opposite each other, are supplied with an electrical high voltage in order to To generate an area of the layer to be subsequently solidified, which due to the dielectric polarization interacts with the liquid here. It has been shown that due to the action of the electric field, better wetting of the last solidified surface of the object 8 takes place and unevenness on the surface 22 of the plastic bath 4 in the area between the electrodes 28 to 31 tends to be compensated, so that a
  • the electric field generated by the electrodes 28 to 31 can be a static electric field.
  • the frequency of the alternating electric field can be set such that dielectric losses in the liquid in the region of the layer to be subsequently solidified, which lead to local heating of the plastic 4 in the region of the layer, occur quite deliberately. In this way, the flowability of the plastic in the heated area is increased, which also contributes to the better and faster setting of a largely uniform liquid layer over the last solidified layer.
  • the electrode plates 28 to 31 are arranged on a mounting mechanism 34, which is only partially and schematically shown, which makes it possible to move the electrodes 28 to 31 and thus the distances between the
  • the holding tion mechanism 34 also enables the height of the electrode arrangement 26 to be adjusted.
  • two ultrasonic RF modulators 38 are attached to the side walls 40 of the container 2 approximately at the level of the surface 22 of the plastic bath 4 in order to generate ultrasonic waves which are in the liquid, in particular in the surface area of interest Liquid 4, reproduce.
  • the ultrasonic transmitters 38 can be designed and arranged such that they set the container walls 40 in vibration in order to feed ultrasonic energy into the liquid 4 via the container walls 40.
  • the ultrasonic transmitters 38 can, however, also be set up to couple the sound energy generated by them directly into the liquid 4.
  • the ultrasound transmitters 38 are switched off by the control computer before the layer to be subsequently hardened is exposed.
  • the further use of the high-voltage electrode arrangement 26 which has already been indicated is explained below. This use also relates to the preparation of the material of the layer of the object 8 to be subsequently solidified, but the focus is not on the formation of a liquid layer that is as uniformly thick as possible, but on the electrical influencing of the material during the solidification process.
  • the corresponding operating mode of the high-voltage electrode arrangement 26 determines
  • Electrode combinations are supplied with corresponding DC voltages in order to form a static electric field in the desired direction in the liquid layer to be solidified and to maintain it during the exposure of this layer, possibly depending on the point currently exposed. It has It has been shown that layers hardened in this way with specifically anisotropic physical properties can be produced. In this way, in particular mechanical and optical properties, such as light transmission, strength, elasticity, dimensional stability and. Like., Depending on the relevant position of the material in the object 8 and in particular directional influence. In order to be able to set as many different field directions as possible, it is proposed that the high-voltage electrode arrangement 26 be around 42 in FIG. 1a
  • the respective rotational position of the high-voltage electrode arrangement 26 can be set by the control computer as a function of the currently exposed point of the layer to be solidified, in order to determine the desired anisotropic effects in a program-controlled manner when the corresponding points are exposed.
  • a possible physical explanation of the effect of the selectively producible anisotropy of the solidified material could be that the molecules of the liquid, which usually have a permanent dipole moment Because of the orientation polarization, photopolymers in the high-voltage electrical field experience a preferred orientation corresponding to the electrical field profile and that this preferred orientation is "frozen", so to speak, during solidification.
  • the device according to FIG. 1 a comprises a polarization device 46 in the beam path of the beam 25 in order to adjust the polarization direction of the light used for curing in a controlled manner, in particular depending on the direction of the high-voltage field of the electrode arrangement 26 at the location of the currently exposed point.
  • Liquid is not cured in the area of the surface of a photopolymer bath, but the curing takes place inside a photopolymer bath, as described, for example, in Journal of Imaging Technology, Vol. 4, August 1989, pp. 186-190, in the article "A Review of 3D Solid
  • the invention is in no way limited to the fact that electromagnetic radiation is used for curing. It works in all its forms even when a polymer material that can be solidified by particle radiation, such as electron radiation, is used and irradiated accordingly.
  • anisotropic plastic bodies can also be exploited in the context of the invention to initially only produce solidified or semi-finished material by stereolithographic means, which is brought into a desired shape by later mechanical processing or the like.
  • stereolithographic means which is brought into a desired shape by later mechanical processing or the like.
  • cylindrical or cuboid bodies with anisotropic properties can easily be produced for further processing,
  • the electrical field applied by means of the high-voltage electrodes being able to be kept constant with respect to the field direction during the exposure of the layer in question.
  • FIG. 2 which functionally correspond to elements of the exemplary embodiment shown in FIG. 1a, are identified by the same reference numerals plus 100, so that reference can be made to the description of the exemplary embodiment according to FIGS. 1a and 1b.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 2 comprises two high-voltage electrodes 128, 129 which are arranged at an angle to one another and which are arranged electrically insulated from one another on a carriage 134 which is guided on a frame, not shown, in accordance with the directions of the arrows labeled 170.
  • the electrodes 128, 129 are sheet electrodes, which extend essentially over the entire inner dimension of the container 102 in the direction perpendicular to the drawing plane of FIG. 2.
  • the sheet electrodes 128, 129 are located essentially above the liquid level 122 and are essentially arranged such that they run towards one another in the direction of the interior of the container, so that the electrode edges 132, 133 facing the liquid have the smallest distance between the electrodes 128, 129 define.
  • the selectable height adjustment of the slide is adjusted so that the electrode edges 132, 133 at the desired level of the Plastic bath 104 ends.
  • the electrodes 128, 129 or at least one of the electrodes 128, 129 can then additionally act as a doctor blade. However, the desired success is also achieved if the electrode edges 132, 133 end slightly above the liquid level 122 or slightly below the liquid level 122.
  • the clear distance between the electrodes 128, 129 between the edges 132, 133 is preferably in the range from 1 mm to 5 mm and serves to provide a receiving and dispensing gap for receiving liquid 104 between the electrodes 132, 133 and for dispensing this liquid .
  • the high-voltage electrode arrangement 126 is in an inoperative position near one of the container walls 140. After the already completed part of the object has been lowered 108 is then applied to the high voltage electrodes 128, 129 high voltage, with the result that the electrical photopolymer liquid 104 is drawn into the space between the two high voltage electrodes. The carriage 134 is then set to move
  • the electrode arrangement 126 Moving the electrode arrangement 126 over the last solidified layer of the object 104, the high voltage at the electrodes 128, 129 remaining switched on. It has been found that liquid emerges from the gap between the electrodes 128, 129 through the gap 172 when the electrode arrangement subsequently moves over surface areas that have already solidified, which can be attributed to adhesion effects. In this way, the wetting of the surface areas in question is improved and overall a more uniform liquid layer of that in FIG leave electrode arrangement 126 drawn right to left over the last solidified layer. If necessary, the electrode arrangement 126 can also be repeatedly moved over the already solidified part of the object 108, but this is not normally necessary. Liquid delivery through gap 172 can also be controlled by varying the electrode voltage. With a lower electrode voltage, more liquid escapes from the relevant space per unit time than with a higher electrode voltage.
  • the next exposure process can be carried out in order to solidify the liquid layer in question in accordance with the desired cross section of the object.
  • the carrier plate 106 is then lowered further and the electrode arrangement 126 is used repeatedly in order to prepare the next layer to be solidified.
  • an ultrasound device supporting the wetting and smoothing process can also be provided in the exemplary embodiment according to FIG. 2 in order to allow ultrasound waves to act on the liquid in the region of the liquid layer to be solidified.
  • FIG. 3 shows a variant of the electrode arrangement 126 shown in FIG. 2.
  • the electrode arrangement 226 has two further corresponding leaf electrodes 274, 276 between corresponding outer electrodes 228 and 229, which are also in FIG 3 substantially along the inside dimension of a corresponding container (not shown) for the photopolymer 204.
  • the two inner electrodes 274, 276 may also be inclined.
  • adjacent electrodes each have different voltage polarities.
  • the advantage of an arrangement according to FIG. 3 is that, with comparable high voltage electrodes, a larger amount of liquid can be taken up in the space between the two outer electrodes 228, 229.
  • mechanical wipers can be provided within the scope of the invention, which contribute to smoothing the liquid surface 222.
  • the mechanical wipers 280 are preferably elastic
  • Lips are formed which, for example, extend over the entire length of the electrodes 228, 229 in the direction perpendicular to the plane of the drawing and are arranged on the outer electrodes 228, 229 on their outer sides.
  • the high-voltage electrodes are preferably operated from a relevant high-voltage source which has a current limitation to a comparatively small current value, in particular below 1 mA, and a safety circuit so that if the electrodes are accidentally touched by a person, no life-threatening currents flow and in the event of current flow an emergency shutdown of the voltage source takes place immediately.
  • the electrode high voltage set in successful tests was in the range of about 5-10 kV.
  • the high voltage electrodes are preferably blocked, ie provided with a thin insulating, in particular material-repellent layer.
  • sound waves includes mechanical waves of any suitable wavelength.
  • a continuous sound field is preferably used to produce a uniform liquid layer on the last solidified layer, the sound wavelength being adjustable such that resonance effects are used to trigger sufficiently strong liquid movements.
  • the solidified object or partial object can be subjected to an ultrasound aftertreatment in any suitable liquid, but preferably in the photopolymer liquid in the container. This occurs at least in the case of thermally curable

Abstract

A stereolithographic process and device are disclosed for producing an object (8) in a bath of a radiation-hardenable dielectric liquid (4). The layer of the object (8) most recently hardened by radiation next to the surface (22) of the bath is moved forward in the bath in order to provide a liquid layer to be subsequently radiation-hardened on the previously hardened layer. In order to produce a subsequently hardened layer having a uniform thickness on the previously hardened layer, an electric field is generated by high-voltage electrodes (28, 29) and/or an ultrasonic field is generated by ultrasonic sources and the field is made to act on the liquid that forms the layer to be subsequently hardened. Another aspect of the invention is that an electric field is made to act on the presently irradiated area while the liquid is hardened. This allows privileged directions of the liquid molecules to be set that are expressed in the hardened object (8) by anisotropies of its physical properties.

Description

STEREOLITHOGRAFISCHES VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES STEREOLITHOGRAPHIC METHOD FOR PRODUCING A
OBJEKTES IN EINEM BAD EINER DURCH STRAHLUNGSEINWIRKUNGOBJECTS IN A BATHROOM BY RADIATION
VERFESTIGBAREN FLÜSSIGKEIT UND VORRICHTUNG ZURESTABLISHABLE LIQUID AND DEVICE FOR
DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS IMPLEMENTATION OF THE PROCEDURE
Die Erfindung betrifft ein stereolithografisches Verfahren zur Herstellung eines Objektes in einem Bad einer durch Strahlungseinwirkung verfestigbaren, dielektrischen Flüssigkeit, wobei man das Objekt durch Bestrahlung der Flüssigkeit nach Maßgabe der gewünschten Objektform verfestigt. The invention relates to a stereolithographic method for producing an object in a bath of a dielectric liquid that can be solidified by the action of radiation, the object being solidified by irradiating the liquid in accordance with the desired object shape.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein stereolithografisches Verfahren zur schichtweisen Herstellung eines Objektes in einem Bad einer durch Strahlungseinwirkung verfestigbaren, dielektrischen Flüssigkeit, wobei eine jeweils zuletzt durch Bestrahlung nahe der Oberfläche des Bades verfestigte Schicht des Objektes weiter in das Bad bewegt wird und/oder der Flüssigkeitsspiegel des Bades relativ zur Oberfläche der zuletzt verfestigten Schicht angehoben wird, um eine jeweils nachfolgend durch Bestrahlung zu verfestigende Flüssigkeitsschicht auf der zuletzt verfestigten Schicht bereitzustellen. The invention relates in particular to a stereolithographic method for the layer-by-layer production of an object in a bath of a dielectric liquid that can be solidified by the action of radiation, wherein a layer of the object that was last solidified by irradiation near the surface of the bath continues into the bath is moved and / or the liquid level of the bath is raised relative to the surface of the last solidified layer in order to provide a liquid layer to be subsequently solidified by irradiation on the last solidified layer.
Stereolithografische Verfahren der vorstehend genannten Art sind beispielsweise in der Publikation "A Review of 3D Solid Object Generation", A.J. Herbert in Journal of Imaging Technology, Vol. 15, 1989, Seiten 186 bis 190, beschrieben. Stereolithographic methods of the type mentioned above are described, for example, in the publication "A Review of 3D Solid Object Generation", A.J. Herbert in Journal of Imaging Technology, Vol. 15, 1989, pages 186 to 190.
Bei einer der bekannten Verfahrensvarianten erfolgt die Verfestigung des flüssigen Fotopoylmer-Kunststoffs unter der Oberfläche des Bades im Überschneidungsbereich zweier Laserstrahlen, die von unterschiedlichen Seiten her in das Fotopolymerbad gerichtet sind. Durch entsprechende Bewegung der Laserstrahlen kann ihr Überschneidungsbereich im Fotopolymerbad verschoben werden, um so zusammenhängende Bereiche eines Objektes zu verfestigen. In one of the known process variants, the liquid photopolymer plastic is solidified under the surface of the bath in the overlap region of two laser beams which are directed into the photopolymer bath from different sides. By moving the laser beams appropriately, their overlap area in the photopolymer bath can be shifted in order to solidify coherent areas of an object.
Gemäß einer anderen Variante der stereolithografischenAccording to another variant of the stereolithographic
Herstellung von Kunststoffobj ekten, wie sie aus der Production of plastic objects such as those from the
EP 0 171 069 A2 bekannt ist, erfolgt die Verfestigung des Objektes schichtweise, wobei man eine Trägerplatte zunächst dicht unterhalb der Badoberfläche anordnet und die über der Trägerplatte liegende Schicht der Flüssigkeit nach Maßgabe des gewünschten Querschnitts des Objektes bestrahlt, um so eine Basisschicht des Objektes zu verfestigen, die auf der Trägerplatte aufliegt. Sodann wird die Trägerplatte mit der darauf verfestigten Schicht weiter in das Kunststoffbad hineinbewegt, um eine nachfolgend zu verfestigende Flüssigkeitsschicht über der bereits verfestigten Schicht vorzusehen, wobei die Flüssigkeitsschichtdicke mit der Dicke der nachfolgend verfestigten Schicht korrespondiert. Durch entsprechende Bestrahlung der Flüssigkeitsschicht wird nun die nächste feste Objektschicht gebildet, die an der zuvor gebildeten Objektschicht anhaftet. Auf diese Weise werden weitere Schichten verfestigt, bis das gewünschte Objekt insgesamt verfestigt ist. EP 0 171 069 A2 is known, the object is solidified in layers, whereby a carrier plate is first arranged closely below the bath surface and the layer of the liquid lying above the carrier plate is irradiated in accordance with the desired cross section of the object, in order to add a base layer to the object solidify, which rests on the carrier plate. The carrier plate with the layer solidified thereon is then moved further into the plastic bath in order to provide a liquid layer to be subsequently solidified over the already solidified layer, the liquid layer thickness corresponding to the thickness of the subsequently solidified layer. By appropriate Irradiation of the liquid layer then forms the next solid object layer that adheres to the previously formed object layer. In this way, further layers are solidified until the desired object is solidified overall.
Die Bestrahlung der Flüssigkeit erfolgt bei den üblicherweise herangezogenen Fotopolymeren vorzugsweise mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere ultraviolettem Licht. In der EP 0 171 069 A2 ist ferner auf dieThe irradiation of the liquid in the commonly used photopolymers is preferably carried out by means of electromagnetic radiation, in particular ultraviolet light. EP 0 171 069 A2 also refers to the
Verwendung von Elektronenstrahlen zur Aushärtung entsprechender flüssiger Kunststoffe hingewiesen. Use of electron beams for curing appropriate liquid plastics pointed out.
Ein Verfahren zur stereolithografischen schichtweisen Herstellung eines KunststoffObjektes ist ferner in dem Artikel von Hideo Kodama, "Automatic Method for Fabricating a Three-Dimensional Plastic Model with Photohardening Polymer", Rev. Sei. Instr. 52(11), November 1981, Seiten 1770 bis 1773, beschrieben. Bei diesen Verfahren der schichtweisen stereolithografischen Herstellung eines Objektes tritt das Problem auf, daß es schwierig ist, eine für den folgenden Bestrahlungsvorgang hinreichend gleichmäßige Flüssigkeitsschicht auf der zuletzt verfestigten Schicht auszubilden. Insbesondere wurden nach der Absenkung der zuletzt verfestigten Schicht häufig Stellen unzureichender Benetzung der zuletzt verfestigten Schicht und Stellen mit Flüssigkeitsüberschuß gegenüber dem allgemeinen Pegel des Flüssigkeitsbades beobachtet. A method for the stereolithographic layer-by-layer production of a plastic object is further described in the article by Hideo Kodama, "Automatic Method for Fabricating a Three-Dimensional Plastic Model with Photohardening Polymer", Rev. Sei. Instr. 52 (11), November 1981, pages 1770 to 1773. The problem with these methods of layer-by-layer stereolithographic production of an object is that it is difficult to form a liquid layer on the last solidified layer that is sufficiently uniform for the subsequent irradiation process. In particular, after lowering the last solidified layer, areas of insufficient wetting of the last solidified layer and areas with excess liquid compared to the general level of the liquid bath were frequently observed.
Die an sich naheliegende Maßnahme, den bereits fertiggestellten Teil des Objektes und damit die zuletzt verfestigte Schicht zunächst weiter als eine Schichtdicke in das Bad einzutauchen und dann nach ausreichender Benetzung der zuletzt verfestigten Schicht wieder anzuheben, bringt nur bedingt bessere Resultate, da durch Adhäsion anhaftender Überschuß auf diese Weise nicht wirksam beseitigt wird und ferner die Steuerung der jeweiligen The obvious measure to immerse the already completed part of the object and thus the last solidified layer further than a layer thickness into the bath and then to raise it again after sufficient wetting of the last solidified layer only gives better results to a limited extent, since it is due to adhesion adhering excess is not effectively eliminated in this way and also the control of the respective
Höheneinstellung des Trägen komplizierter wird. Ein stereolithografisches Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist ferner in der DE 41 34 265 A1 beschrieben. Zur Präparation einer hinreichend gleichmäßig dicken Flüssigkeitsschicht über der zuletzt verfestigten Schicht des Objektes wird in der DE 41 34 265 A1 vorgeschlagen, eine flexible Abstreiflippe heranzuziehen, um die Height adjustment of the wearing becomes more complicated. A stereolithographic method and an apparatus for carrying out the method is also described in DE 41 34 265 A1. For the preparation of a sufficiently uniformly thick layer of liquid over the last solidified layer of the object, DE 41 34 265 A1 proposes using a flexible wiper lip in order to
Badoberfläche glatt zu streichen, nachdem die zuletzt Brush the bathroom surface smooth after the last one
verfestigte Schicht abgesenkt worden ist. solidified layer has been lowered.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein stereolithografisches Verfahren mit einer neuen Art der Präparation des nachfolgend zu verfestigenden Bereichs der Flüssigkeit und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gemäß Anspruch 1 wird zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, daß man bei dem stereolithografischen Verfahren zur schichtweisen Herstellung eines Objektes ein elektrisches Feld mittels Hochspannungselektroden erzeugt und auf die die nachfolgend zu verfestigende Schicht bildende Flüssigkeit einwirken läßt. The invention is based on the object of specifying a stereolithographic method with a new type of preparation of the region of the liquid to be subsequently solidified and an apparatus for carrying out the method. According to a first aspect of the invention according to claim 1 it is proposed to achieve the object that in the stereolithographic method for the layer-by-layer production of an object an electric field is generated by means of high-voltage electrodes and the liquid to be subsequently solidified is allowed to act.
Das elektrische Hochspannungsfeld wird zur dielektrischen Polarisation, insbesondere Orientierungspolarisation von Molekülen der dielektrischen Flüssigkeit ausgenutzt, so daß aufgrund der Wechselwirkung des elektrischen Feldes mit dem dielektrischen Material innere Kräfte erzeugt werden, die zum Ausgleich der Unebenheiten der Flüssigkeit über der zuletzt verfestigten Schicht des bereits verfestigten Teils des Objektes ausgenutzt werden. Die Hochspannungselektroden können beispielsweise Plattenelektroden sein, die an gegenüberliegenden Seiten des entstehenden Objek tes angeordnet sind und zumindest teilweise in die Flüssigkeit eintauchen. Gute Ergebnisse bezüglich der Benetzung der zuletzt verfestigten Schicht mit einer hinreichend gleichmäßig dicken, nachfolgend zu verfestigenden Flüssigkeitsschicht wurden mit einem elektrischen Feld erzielt, das Feldkomponenten parallel zur Oberfläche der zuletzt verfestigten Schicht enthielt, welche während des Absenkens oder nach dem Absenken des bereits verfestigten Teils des Objektes die auf die zuletzt verfestigte Schicht nachströmende Flüssigkeit durchsetzten. Als elektrisches Feld kann ein homogenes oder inhomogenes statisches Feld herangezogen werden, um die nachfolgend zu verfestigende Schicht zu präparieren. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es insbesondere nicht erforderlich, die zuletzt verfestigte Schicht weiter in das Bad hineinzubewegen oder den Flüssigkeitsspiegel relativ zur zuletzt verfestigten Schicht weiter anzuheben, als es die Dicke der nachfolgend zu verfestigenden Schicht erfordert. Ferner erfolgt die gewünschte Benetzung und die Glättung der nachfolgend zu verfestigenden Schicht berührungslos ohne mechanische Glättungsmittel. Das bei der Glättung mit mechanischen Mitteln auftretende Problem der Verletzung der zuletzt verfestigten Oberflächenschicht mit einem Glättungsmesser oder dgl. tritt somit nicht auf. The electrical high-voltage field is used for dielectric polarization, in particular orientation polarization of molecules of the dielectric liquid, so that due to the interaction of the electrical field with the dielectric material, internal forces are generated which compensate for the unevenness of the liquid over the last solidified layer of the already solidified part of the property can be used. The high-voltage electrodes can be, for example, plate electrodes that are on opposite sides of the object being created tes are arranged and at least partially immersed in the liquid. Good results regarding the wetting of the last solidified layer with a sufficiently uniformly thick liquid layer to be subsequently solidified were achieved with an electric field which contained field components parallel to the surface of the last solidified layer, which during the lowering or after lowering the already solidified part of the The liquid flowing through onto the last solidified layer. A homogeneous or inhomogeneous static field can be used as the electric field in order to prepare the layer to be subsequently solidified. In the method according to the invention, it is in particular not necessary to move the last solidified layer further into the bath or to raise the liquid level further than the last solidified layer than the thickness of the layer subsequently to be solidified requires. Furthermore, the desired wetting and smoothing of the layer to be subsequently solidified takes place without contact and without mechanical smoothing agents. The problem of damage to the last solidified surface layer with a smoothing knife or the like, which occurs during smoothing by mechanical means, does not therefore occur.
Hinzuweisen ist darauf, daß die Elektroden der Hochspannungselektrodenanordnung nicht unbedingt in die Flüssigkeit eingetaucht werden müssen. Der erwünschte Effekt ist auch zu erzielen, wenn die Elektroden dicht oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche entsprechend gehalten werden. It should be pointed out that the electrodes of the high-voltage electrode arrangement do not necessarily have to be immersed in the liquid. The desired effect can also be achieved if the electrodes are appropriately held just above the liquid surface.
Der erwünschte Benetzungs- und Glättungseffekt kann noch gesteigert werden, wenn man ein elektrisches Hochspannungswechselfeld auf die die nachfolgend zu verfestigende Schicht bildende Flüssigkeit einwirken läßt, wenn diese auf die zuletzt verfestigte Schicht nachströmt. Durch das Wechselfeld können bei entsprechender Wahl der Wechselfrequenz ganz bewußt dielektrische Verluste in dem vom Feld durchsetzten Bereich der Flüssigkeit oberhalb der zuletzt verfestigten Schicht erzeugt werden, die zu einer lokalen Erwärmung der Flüssigkeit führen und somit deren Fließfähigkeit verbessern. Es wird daher sowohl die The desired wetting and smoothing effect can be increased further if an electrical high-voltage alternating field is allowed to act on the liquid forming the layer to be subsequently solidified, when it flows onto the last solidified layer. By the Alternating field can be deliberately generated with appropriate selection of the alternating frequency dielectric losses in the area of the liquid penetrated by the field above the last solidified layer, which lead to local heating of the liquid and thus improve its fluidity. It will therefore both
Kraftwirkung des elektrischen Feldes auf die Moleküle der dielektrischen Flüssigkeit als auch die örtliche Verbesserung der Fließfähigkeit ausgenutzt, um eine gleichmäßig dicke Flüssigkeitsschicht für den folgenden Bestrahlungsvorgang zu präparieren. The force of the electric field on the molecules of the dielectric liquid as well as the local improvement in fluidity are used to prepare a uniformly thick layer of liquid for the subsequent irradiation process.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante der Verfahrensweise wird der Effekt ausgenutzt, daß dielektrische Flüssigkeit bei der Wirkung eines elektrischen Feldes zwischen zwei Hochspannungselektroden in den Bereich zwischen den Elektroden hineingezogen wird, wenn die Elektroden hinreichend dicht an die Oberfläche des Bades herangeführt werden oder gegebenenfalls teilweise in das Bad eingetaucht werden. Die vorzugsweise als Blattelektroden ausgebildeten Hochspannungselektroden werden zunächst seitlich des Bereichs gehalten, in dem das herzustellende Objekt entsteht. Nach Absenkung der jeweiligen zuletzt verfestigten Schicht wird die HochspannungselektrodenanOrdnung über die zuletzt verfestigte Schicht hinwegbewegt, wobei die unteren Kanten der betreffenden Elektroden vorzugsweise knapp oberhalb oder exakt auf der Höhe des gewünschten Flüssigkeitsspiegels gehalten werden. Die elektrostatisch zwischen den Elektroden aufgenommene Flüssigkeit tritt durch einen Spalt zwischen den Elektroden aus, wenn die Elektrodenanordnung die zuletzt verfestigte Schicht überstreicht. Dabei ist es zur Abgabe der Flüssigkeit aus dem Bereich zwischen den betreffenden Elektroden nicht erforderlich, die Elektrodenspannung herabzusetzen. Es hat sich gezeigt, daß aufgrund von Adhäsionseffekten Flüssigkeit von den Elektroden an die zuletzt verfestigte Schicht abgegeben wird. According to a variant of the procedure according to the invention, the effect is exploited that dielectric liquid is drawn into the area between the electrodes when an electric field acts between two high-voltage electrodes if the electrodes are brought sufficiently close to the surface of the bath or, if appropriate, partially into the bath be immersed. The high-voltage electrodes, which are preferably in the form of sheet electrodes, are initially held to the side of the area in which the object to be produced is produced. After the respective last solidified layer has been lowered, the high-voltage electrode arrangement is moved over the last solidified layer, the lower edges of the electrodes in question preferably being kept just above or exactly at the level of the desired liquid level. The liquid electrostatically picked up between the electrodes exits through a gap between the electrodes when the electrode arrangement sweeps over the last solidified layer. It is not necessary to reduce the electrode voltage in order to dispense the liquid from the area between the electrodes in question. It has been shown that due to Adhesion effects liquid is released from the electrodes to the last solidified layer.
Andererseits kann jedoch selbstverständlich die Elektrodenspannung herabgesetzt werden, um die abzugebende Flüssigkeitsmenge zu steuern. Die Elektrodenanordnung kann zur Präparation der gewünschten nachfolgend zu verfestigenden Schicht bei Bedarf ein oder mehrere Male über den bereits verfestigten Teil des Objektes hinwegbewegt werden, On the other hand, however, the electrode voltage can of course be reduced in order to control the amount of liquid to be dispensed. The electrode arrangement can be moved one or more times over the already solidified part of the object to prepare the desired layer to be subsequently solidified, if necessary,
Das erfindungsgemäße Verfahren kann über den Zweck der Herstellung einer gleichmäßig dicken, nachfolgend zu verfestigenden Schicht hinaus und unabhängig davon zu einer Präparierung des zu verfestigenden Materials im nachfolgend erläuterten Sinn eingesetzt werden. The method according to the invention can be used beyond the purpose of producing a uniformly thick layer that is subsequently to be solidified and, independently thereof, to prepare the material to be solidified in the sense explained below.
Es hat sich gezeigt, daß dem verfestigten Material anisotrope physikalische Eigenschaften mitgegeben werden können, wenn während der Verfestigung durch Bestrahlung ein statisches elektrisches Hochspannungsfeld auf den aktuell bestrahlten Bereich der Flüssigkeit einwirkt. Es wird vermutet, daß die Flüssigkeitsmoleküle aufgrund der Orientierungspolarisation im elektrischen Feld eine Vorzugsausrichtung nach Maßgabe der Richtung des elektrisehen Feldes erfahren und daß die entsprechende Struktur bei der Verfestigung quasi "eingefroren" wird, so daß sich eine texturartige Struktur bildet. It has been shown that anisotropic physical properties can be imparted to the solidified material if a static high-voltage electric field acts on the currently irradiated area of the liquid during the solidification by irradiation. It is assumed that due to the orientation polarization in the electric field, the liquid molecules experience a preferred orientation in accordance with the direction of the electric field and that the corresponding structure is quasi "frozen" during solidification, so that a texture-like structure is formed.
Dieser Gesichtspunkt der Erfindung ermöglicht es erstmals, nicht nur die Form eines stereolithografisch herzustellenden Objektes vorzuwählen, sondern auch orts- und richtungsabhängige physikalische, insbesondere mechanische Eigenschaften. zur Herstellung komplizierterer Anisotropien kann die This aspect of the invention makes it possible for the first time not only to preselect the shape of an object to be produced stereolithographically, but also physical, in particular mechanical, properties that are dependent on location and direction. to produce more complicated anisotropies, the
Richtung und gegebenenfalls die Intensität des elektri- sehen Feldes in Abhängigkeit von der aktuell bestrahlten Stelle eingestellt werden. Direction and possibly the intensity of the electrical see field depending on the currently irradiated location.
Es sei darauf hingewiesen, daß der letztgenannte Aspekt der Erfindung sowohl bei einem Verfahren mit schichtweiser Verfestigung des Objektes nach Anspruch 1 als auch bei einem stereolithografischen Verfahren ausgenutzt werden kann, bei dem die Verfestigung im Volumen des Bades stattfindet, etwa im Kreuzungsbereich zwei einander schneidender Laserstrahlen. It should be pointed out that the latter aspect of the invention can be used both in a method with layer-wise solidification of the object according to claim 1 and in a stereolithographic method in which the solidification takes place in the volume of the bath, for example in the intersection area of two intersecting laser beams .
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Anspruch 9 angegeben. Weiterbildungen der Vorrichtung zur Realisierung verschiedener Verfahrensvarianten sind in den Ansprüchen 10 bis 24 angegeben. A device for performing the method according to the invention is specified in claim 9. Further developments of the device for implementing different method variants are specified in claims 10 to 24.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein stereolithografisches Verfahren zur schichtweisen Herstellung eines Objektes in einem Bad einer durch Strahlungseinwirkung verfestigbaren Flüssigkeit, wobei eine jeweils zuletzt durch Bestrahlung nahe der Oberfläche des Bades verfestigte Schicht des Objektes weiter in das Bad bewegt wird und/oder der Flüssigkeitsspiegel des Bades relativ zur Oberfläche der zuletzt verfestigten Schicht angehoben wird, um eine jeweils nachfolgend durch Bestrahlung zu verfestigende Flüssigkeitsschicht auf der zuletzt verfestigten Schicht bereitzustellen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen, auf die die nachfolgend zu verfestigende Schicht bildende Flüssigkeit einwirken läßt. The invention furthermore relates to a stereolithographic method for the layer-by-layer production of an object in a bath of a liquid that can be solidified by the action of radiation, a layer of the object that was last solidified by irradiation near the surface of the bath being moved further into the bath and / or the liquid level of the bath is raised relative to the surface of the last solidified layer in order to provide a liquid layer to be subsequently solidified by irradiation on the last solidified layer, the method being characterized in that sound waves, in particular ultrasound waves, act on the liquid forming the layer to be subsequently solidified leaves.
Entsprechend dem oben genannten ersten Gesichtspunkt der Erfindung liegt auch diesem Verfahren die Idee zugrunde, ein Feld auf die Flüssigkeit einwirken zu lassen, um eine möglichst gleichmäßig dicke Benetzungsschicht auf der jeweils zuletzt verfestigten Schicht bereitzustellen.According to the above-mentioned first aspect of the invention, this method is also based on the idea of allowing a field to act on the liquid in order to ensure that the wetting layer is as uniformly thick as possible on the surface to provide the last solidified layer.
Jedoch wird in diesem Fall statt eines elektrischen Feldes ein Schallfeld herangezogen, um berührungslos Kräfte auf das Material zur Bildung der nachfolgend zu verfestigenden Schicht auszuüben. In this case, however, a sound field is used instead of an electrical field in order to exert non-contact forces on the material to form the layer to be subsequently solidified.
Im Rahmen der Erfindung kann überdies eine Kombination des Verfahrens nach Anspruch 1 mit dem Verfahren nach Anspruch 8 realisiert werden, indem sowohl ein elektrisches Feld als auch ein Schallfeld herangezogen wird, um eine möglichst gleichmäßige Benetzung der zuletzt verfestigten Schicht zu bewirken. Within the scope of the invention, a combination of the method according to claim 1 and the method according to claim 8 can also be realized by using both an electric field and a sound field in order to bring about a uniform wetting of the last solidified layer.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8 ist in den Ansprüchen 25 bis 27 angegeben. A device for performing the method according to claim 8 is specified in claims 25 to 27.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. The invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments with reference to the figures.
Fig. 1a zeigt in einer schematischen, teils im Schnitt gezeichneten Seitenansicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur stereolithografischen Herstellung eines Objektes Fig. 1b zeigt eine Draufsicht auf den in Fig. 1a gezeigten Behälter. FIG. 1 a shows a device according to the invention for stereolithographic production of an object in a schematic side view, partly in section. FIG. 1 b shows a top view of the container shown in FIG. 1 a.
Fig. 2 zeigt Komponenten eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung in einer schematischen Schnittseitenansicht. 2 shows components of a second exemplary embodiment of the invention in a schematic sectional side view.
Fig. 3 zeigt eine Variante der in Fig. 2 dargestellten Hochspannungselektrodenanordnung. Die in Fig. 1a gezeigte Vorrichtung zur stereolithografischen Herstellung eines Objektes umfaßt einen Behälter 2 zur Aufnahme eines unter Normalbedingungen flüssigenFIG. 3 shows a variant of the high-voltage electrode arrangement shown in FIG. 2. The device for stereolithographic production of an object shown in FIG. 1 a comprises a container 2 to take up a liquid under normal conditions
Kunststoffs 4, der unter Einwirkung von Strahlung verfestigbar ist. Geeignete, durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung vernetzbare bzw. härtbare Kunststoffmaterialien sind beispielsweise in der DE 41 38 309 A1 genannt. Plastic 4, which can be solidified under the action of radiation. Suitable plastic materials which can be crosslinked or hardened by the action of electromagnetic radiation are mentioned, for example, in DE 41 38 309 A1.
In dem Behälter 2 ist eine Trägerplatte 6 zur Halterung des herzustellenden Objektes 8 vorgesehen. Die Trägerplatte 6 ist an einer Stange 10 befestigt, die sich durch eine Dichtungsanordnung im Behälterboden 14 hindurch aus dem Behälter 2 heraus erstreckt. Die Stange 10 ist mittels eines nicht gezeigten Antriebs axial beweglich, so daß die Trägerplatte 6 und der darauf abgestützte und bereits verfestigte Teil des Objektes 8 tiefer in das Kunststoffbad 4 hineinbewegt werden können. A support plate 6 for holding the object 8 to be produced is provided in the container 2. The carrier plate 6 is fastened to a rod 10 which extends out of the container 2 through a sealing arrangement in the container base 14. The rod 10 is axially movable by means of a drive, not shown, so that the carrier plate 6 and the part of the object 8 supported thereon and already solidified can be moved deeper into the plastic bath 4.
Mit 16 ist in Fig. 1a eine UV-Strahlungsquelle, insbesondere Laser, gekennzeichnet, die das zur Verfestigung des Fotopolymer-Kunststoffs 4 erforderliche UV-Licht bereitstellt. In FIG. 1a, 16 denotes a UV radiation source, in particular a laser, which provides the UV light required to solidify the photopolymer plastic 4.
Etwa mittig oberhalb der Trägerplatte 6 ist ein Umlenkspiegel 18 angeordnet, der den gebündelten Lichtstrahl 20 zur Oberfläche 22 des Kunststoffbades 4 ablenkt. DerA deflection mirror 18 is arranged approximately in the middle above the carrier plate 6 and deflects the bundled light beam 20 towards the surface 22 of the plastic bath 4. The
Umlenkspiegel 18 ist mittels einer schematisch angedeuteten Schwenkvorrichtung 24 schwenkbar, so daß der vom Spiegel 18 reflektierte UV-Strahl 25 in gesteuerter Weise auf jede gewünschte Stelle der Oberfläche 22 des Kunststoffbades 4 gerichtet werden kann. Deflecting mirror 18 can be pivoted by means of a schematically indicated pivoting device 24, so that the UV beam 25 reflected by the mirror 18 can be directed in a controlled manner to any desired location on the surface 22 of the plastic bath 4.
Zu Beginn der Herstellung eines Objektes befindet sich die Trägerplatte 6 in geringem Abstand von der Oberfläche 22 in dem Kunststoffbad 4. Die Schwenkvorrichtung 24 des Umlenkspiegels 18 wird sodann von einem nicht gezeigten Computer derart gesteuert, daß der UV-Strahl 25 an der Oberfläche 22 einen Flächenbereich abtastet, der dem gewünschten Querschnitt der ersten zu verfestigenden Schicht des Objektes 8, nämlich der unmittelbar an der Trägerplatte 6 angrenzenden Schicht, entspricht. At the start of the production of an object, the carrier plate 6 is located at a short distance from the surface 22 in the plastic bath 4. The swiveling device 24 of the deflecting mirror 18 is then controlled by a computer (not shown) in such a way that the UV beam 25 is at the Surface 22 scans a surface area which corresponds to the desired cross section of the first layer of object 8 to be solidified, namely the layer directly adjacent to the carrier plate 6.
Nachdem diese erste Schicht durch die Einwirkung der After this first layer by the action of the
Strahlung verfestigt worden ist, wird die Trägerplatte 6 um ein bestimmtes Maß im wesentlichen entsprechend der Dicke der nachfolgend auszuhärtenden Schicht unter Kontrolle des Steuercomputers weiter in das Kunststoffbad 4 hineinbewegt, um auf der bereits verfestigten Schicht eine neue Schicht aus flüssigem Kunststoff 4 zu bilden. Radiation has been solidified, the carrier plate 6 is moved a certain amount substantially into the plastic bath 4 under the control of the control computer, in accordance with the thickness of the layer to be subsequently hardened, in order to form a new layer of liquid plastic 4 on the already solidified layer.
Prinzipiell könnte nun die Flüssigkeitsschicht durch In principle, the liquid layer could now pass through
Abtastung mit dem UV-Strahl 25 entsprechend dem Querschnitt der nächsten auszuhärtenden Schicht des Objektes 8 verfestigt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß durch Adhäsionseffekte und dgl. der Flüssigkeitsspiegel oberhalb der zuletzt verfestigten Schicht häufig nicht eben und die nachfolgend zu verfestigende Flüssigkeitsschicht daher nicht gleichmäßig dick war. Bei komplizierteren Querschnitten kam es überdies vor, daß bei den üblichen Absenktiefen Oberflächenbereiche höchst unzulänglich benetzt wurden. Scanning with the UV beam 25 corresponding to the cross section of the next layer of the object 8 to be hardened. However, it has been shown that the liquid level above the last solidified layer was often not even due to adhesion effects and the like, and the liquid layer subsequently to be solidified was therefore not uniformly thick. In the case of more complicated cross-sections, it was also the case that surface areas were wetted extremely inadequately at the usual lowering depths.
Die Erfindung zeigt Wege auf, wie die Präparation der jeweils nachfolgend zu verfestigenden Flüssigkeitsschicht schnell und zuverlässig erfolgen kann. Zu diesem Zweck wird eine Hochspannungselektrodenanordnung 26 vorgeschlagen, mittels der ein elektrisches Feld in dem Bereich der nachfolgend zu verfestigenden Schicht erzeugt wird, um berührungsfrei Kraftwirkungen durch dielektrische Polarisation, insbesondere Orientierungspolarisation, auf die dielektrische Fotopolymerisationsflüssigkeit 4 auszuüben. Wenngleich hinsichtlich der Anzahl, der Formen und Anordnungen der Elektroden der Hochspannungselektrodenanordnungen zahlreiche Variationen möglich sind, umfaßt das in Fig. 1a gezeigte Ausführungsbeispiel vier Hochspannungsplattenelektroden 28, 29, 30, 31, die paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind, und zwar derart, daß sie in der Draufsicht gemäß Fig. 1b das entstehende Objekt 8 zwischen sich aufnehmen. Die Plattenelektroden 28 bis 31 sind im wesentlichen quer zur Oberfläche 22 des Kunststoffbades 4 ausgerichtet und tauchen mit ihren unteren Rändern 32, 33 geringfügig in das Bad ein. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß es nicht unbedingt erforderlich ist, daß die Elektroden 28 bis 31 eintauchen, da der beabsichtigte Zweck, ein elektrisches Feld auf die oberste Flüssigkeitsschicht einwirken zu lassen, auch dann erreicht werden kann, wenn die Elektrodenkanten 32, 33 knapp oberhalb der Oberfläche 22 des Kunststoffbades 4 gehalten sind. Die in Fig. 1a schematisch gezeigte Vorrichtung nach der Erfindung ist gemäß einer Betriebsart derart betreibbar, daß nach dem Absenken der zuletzt verfestigten Schicht des Objektes 8 wenigstens zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität, insbesondere einander gegenüberliegende Elektroden, mit einer elektrischen Hochspannung versorgt werden, um in dem Bereich der nachfolgend zu verfestigenden Schicht ein elektrisches Feld zu erzeugen, das aufgrund der dielektrischen Polarisation mit der Flüssigkeit hier wechselwirkt. Es hat sich gezeigt, daß aufgrund der Einwirkung des elektrischen Feldes eine bessere Benetzung der zuletzt verfestigten Oberfläche des Objektes 8 erfolgt und Unebenheiten an der Oberfläche 22 des Kunststoffbades 4 im Bereich zwischen den Elektroden 28 bis 31 tendentiell ausgeglichen werden, so daß eine The invention shows ways in which the preparation of the liquid layer to be subsequently solidified can be carried out quickly and reliably. For this purpose, a high-voltage electrode arrangement 26 is proposed, by means of which an electric field is generated in the region of the layer to be subsequently solidified in order to exert non-contact force effects on the dielectric photopolymerization liquid 4 by dielectric polarization, in particular orientation polarization. Although numerous variations are possible in the number, shape and arrangement of the electrodes of the high-voltage electrode arrangements, the exemplary embodiment shown in FIG 1b, take the resulting object 8 between them. The plate electrodes 28 to 31 are aligned essentially transversely to the surface 22 of the plastic bath 4 and dip slightly into the bath with their lower edges 32, 33. In this connection, it should be pointed out that it is not absolutely necessary for the electrodes 28 to 31 to be immersed, since the intended purpose of applying an electric field to the uppermost layer of liquid can also be achieved if the electrode edges 32, 33 are held just above the surface 22 of the plastic bath 4. The device according to the invention shown schematically in Fig. 1a can be operated according to an operating mode such that after lowering the last solidified layer of the object 8 at least two electrodes of different polarity, in particular electrodes opposite each other, are supplied with an electrical high voltage in order to To generate an area of the layer to be subsequently solidified, which due to the dielectric polarization interacts with the liquid here. It has been shown that due to the action of the electric field, better wetting of the last solidified surface of the object 8 takes place and unevenness on the surface 22 of the plastic bath 4 in the area between the electrodes 28 to 31 tends to be compensated, so that a
nachfolgende Belichtung mittels des UV-Strahls 25 entsprechend dem gewünschten Querschnitt der nachfolgend zu verfestigenden Schicht stattfinden kann. subsequent exposure by means of the UV beam 25 according to the desired cross section of the following consolidating layer can take place.
Das mittels der Elektroden 28 bis 31 erzeugte elektrische Feld kann ein statisches elektrisches Feld sein. The electric field generated by the electrodes 28 to 31 can be a static electric field.
Sehr gute Ergebnisse wurden jedoch auch mit elektrischen Wechselfeldern erzielt. Hier kann insbesondere die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes derart eingestellt werden, daß ganz bewußt dielektrische Verluste in der Flüssigkeit im Bereich der nachfolgend zu verfestigenden Schicht auftreten, die zu einer lokalen Erwärmung des Kunststoffs 4 im Bereich der Schicht führen. Auf diese Weise wird die Fließfähigkeit des Kunststoffs im erwärmten Bereich erhöht, wodurch ebenfalls ein Beitrag zur besseren und schnelleren Einstellung einer weitgehend gleichmäßigen Flüssigkeitsschicht über der zuletzt verfestigten Schicht geleistet wird. However, very good results have also been achieved with alternating electrical fields. Here, in particular, the frequency of the alternating electric field can be set such that dielectric losses in the liquid in the region of the layer to be subsequently solidified, which lead to local heating of the plastic 4 in the region of the layer, occur quite deliberately. In this way, the flowability of the plastic in the heated area is increased, which also contributes to the better and faster setting of a largely uniform liquid layer over the last solidified layer.
In den bisher besprochenen Betriebsarten der Hochspannungselektrodenanordnung wird das elektrische Feld abgeschaltet, bevor der Belichtungsvorgang einsetzt. In the operating modes of the high-voltage electrode arrangement discussed so far, the electrical field is switched off before the exposure process begins.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Ein- und Abschaltung sowie die gesamte Steuerung der Hochεpannungselektrodenanordnung 26 gesteuert durch den nicht gezeigten Steuercomputer erfolgt. Darauf hinzuweisen ist ferner, daß nicht gezeigte, an sich bekannte Mittel vorgesehen sind, die dafür sorgen, daß der Flüssigkeitspegel des Kunststoffbades 4 während der Herstellung des Objektes 8 im wesentlichen konstant bleibt. It should be pointed out that the switching on and off and the entire control of the high-voltage electrode arrangement 26 are controlled by the control computer (not shown). It should also be pointed out that means which are not shown and are known per se are provided, which ensure that the liquid level of the plastic bath 4 remains essentially constant during the manufacture of the object 8.
Die Elektrodenplatten 28 bis 31 sind an einem nur teilweise und schematisch gezeigten Halterungsmechanismus 34 angeordnet, der es ermöglicht, die Elektroden 28 bis 31 zu verschieben und somit die Abstände zwischen den The electrode plates 28 to 31 are arranged on a mounting mechanism 34, which is only partially and schematically shown, which makes it possible to move the electrodes 28 to 31 and thus the distances between the
Elektrodenplatten nach Bedarf einzustellen. Der Halte- rungsmechanismus 34 ermöglicht ferner eine Hδhenverstellung der Elektrodenanordnung 26. Adjust electrode plates as required. The holding tion mechanism 34 also enables the height of the electrode arrangement 26 to be adjusted.
Auf eine von der beschriebenen Funktion der ElektrodenanOrdnung 26 unabhängige, höchst interessante Verwendungsmöglichkeit wird nachstehend noch eingegangen. An extremely interesting possible use which is independent of the described function of the electrode arrangement 26 will be discussed below.
Zuvor wird eine weitere Möglichkeit erläutert, durch Einwirkung eines Feldes eine bessere und gleichmäßigere Benetzung der zuletzt verfestigten Schicht des Objektes 8 zu erreichen. Hierbei handelt es sich um ein Schallfeld, insbesondere Ultraschallfeld, welches mittels einer oder mehrerer Ultraschallquellen erzeugt und an die Flüssigkeit zur Benetzung der zuletzt verfestigten Schicht des Objektes 8 angekoppelt wird. A further possibility is explained beforehand of achieving a better and more uniform wetting of the last solidified layer of the object 8 by the action of a field. This is a sound field, in particular an ultrasound field, which is generated by means of one or more ultrasound sources and is coupled to the liquid for wetting the last solidified layer of the object 8.
Bei dem in Fig. 1a gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Ultraschall-HF-Modulatoren 38 an den Seitenwänden 40 des Behälters 2 etwa in Höhe der Oberfläche 22 des Kunststoffbades 4 angebracht, um Ultraschallwellen zu erzeugen, die sich in der Flüssigkeit, insbesondere im interessierenden Oberflächenbereich der Flüssigkeit 4, fortpflanzen. Die Ultraschallsender 38 können so beschaffen und angeordnet sein, daß sie die Behälterwände 40 in Vibration versetzen, um über die Behälterwände 40 Ultraschallenergie in die Flüssigkeit 4 einzuspeisen. Alternativ können die Ultraschallsender 38 jedoch auch dazu eingerichtet sein, die von ihnen erzeugte Schallenergie unmittelbar in die Flüssigkeit 4 einzukoppeln. In the embodiment shown in Fig. 1a, two ultrasonic RF modulators 38 are attached to the side walls 40 of the container 2 approximately at the level of the surface 22 of the plastic bath 4 in order to generate ultrasonic waves which are in the liquid, in particular in the surface area of interest Liquid 4, reproduce. The ultrasonic transmitters 38 can be designed and arranged such that they set the container walls 40 in vibration in order to feed ultrasonic energy into the liquid 4 via the container walls 40. Alternatively, the ultrasonic transmitters 38 can, however, also be set up to couple the sound energy generated by them directly into the liquid 4.
Es hat sich gezeigt, daß durch die Einwirkung eines derartigen Ultraschallfeldes auf die Flüssigkeit unerwünschte Unebenheiten im Bereich der nachfolgend zu verfestigenden Schicht weitestgehend beseitigt werden können und somit eine für den nachfolgenden Belichtungsvorgang hinreichend gleichmäßige Benetzung erzielt wird. Wenngleich in Fig. 1a sowohl die Hochspannungselektrodenanordnung 26 als auch die Ultraschallquellen 38 eingezeichnet sind, so kann dennoch jede dieser Einrichtungen unabhängig von der jeweils anderen, insbesondere auch unter Weglassung der jeweils anderen, herangezogen werden, um eine hinreichend gleichmäßige Flüssigkeitsschicht bei oder nach dem Absenken der zuletzt verfestigten It has been shown that the action of such an ultrasound field on the liquid can largely eliminate undesirable unevenness in the region of the layer to be subsequently solidified, and wetting that is sufficiently uniform for the subsequent exposure process is thus achieved. Although both the high-voltage electrode arrangement 26 and the ultrasound sources 38 are shown in FIG. 1 a, each of these devices can nevertheless be used independently of the other, in particular also with the omission of the other, in order to provide a sufficiently uniform liquid layer during or after the lowering the last solidified
Schicht des Objektes 8 zu präparieren. Selbstverständlich können auch beide Einrichtungen 26 und 38 simultan eingesetzt werden, um das verfolgte Ziel zu erreichen. In diesem Zusammenhang wird auf die Möglichkeit hingewiesen, eine oder mehrere der Elektrodenplatten 28 bis 31 als Ultraschallvibratoren auszugestalten oder mit einem Ultraschallsender zu koppeln. Prepare layer of object 8. Of course, both devices 26 and 38 can also be used simultaneously in order to achieve the goal pursued. In this context, reference is made to the possibility of designing one or more of the electrode plates 28 to 31 as ultrasonic vibrators or to couple them to an ultrasonic transmitter.
In einer bevorzugten Betriebsweise der Ultraschallsender 38 werden diese vor der Belichtung der nachfolgend auszuhärtenden Schicht von dem Steuercomputer abgeschaltet. In a preferred mode of operation of the ultrasound transmitters 38, these are switched off by the control computer before the layer to be subsequently hardened is exposed.
Nachfolgend wird die bereits angedeutete weitere Verwendungsweise der Hochspannungselektrodenanordnung 26 erläutert. Diese Verwendungsweise bezieht sich ebenfalls auf die Präparation des Materials der nachfolgend zu verfestigenden Schicht des Objektes 8, wobei jedoch nicht die Ausbildung einer möglichst gleichmäßig dicken Flüssigkeitsschicht im Vordergrund steht, sondern die elektrische Beeinflussung des Materials während des Verfestigungsvorgangs. In der entsprechenden Betriebsart der Hochspannungselektrodenanordnung 26 werden bestimmteThe further use of the high-voltage electrode arrangement 26 which has already been indicated is explained below. This use also relates to the preparation of the material of the layer of the object 8 to be subsequently solidified, but the focus is not on the formation of a liquid layer that is as uniformly thick as possible, but on the electrical influencing of the material during the solidification process. The corresponding operating mode of the high-voltage electrode arrangement 26 determines
Elektrodenkombinationen mit entsprechenden Gleichspannungen versorgt, um ein statisches elektrisches Feld entsprechend gewünschter Richtung in der zu verfestigenden Flüssigkeitsschicht auszubilden und während der Belichtung dieser Schicht - gegebenenfalls abhängig von der momentan belichteten Stelle - aufrechtzuerhalten. Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise verfestigte Schichten mit gezielt anisotropen physikalischen Eigenschaften herstellbar sind. Auf diese Weise lassen sich insbesondere mechanische und optische Eigenschaften, etwa Lichtdurchlässigkeit, Festigkeit, Elastizität, Dimensionsstabilität u. dgl., in Abhängigkeit von der betreffenden Lage des Materials im Objekt 8 und insbesondere richtungsabhängig beeinflussen. Um möglichst viele verschiedene Feldrichtungen einstellen zu können, wird vorgeschlagen, die Hochspannungselektrodenanordnung 26 um die in Fig. 1a mit 42 bezeichnete Electrode combinations are supplied with corresponding DC voltages in order to form a static electric field in the desired direction in the liquid layer to be solidified and to maintain it during the exposure of this layer, possibly depending on the point currently exposed. It has It has been shown that layers hardened in this way with specifically anisotropic physical properties can be produced. In this way, in particular mechanical and optical properties, such as light transmission, strength, elasticity, dimensional stability and. Like., Depending on the relevant position of the material in the object 8 and in particular directional influence. In order to be able to set as many different field directions as possible, it is proposed that the high-voltage electrode arrangement 26 be around 42 in FIG. 1a
Achse gesteuert drehbar auszubilden. Die jeweilige Drehstellung der Hochspannungselektrodenanordnung 26 kann von dem Steuerungscomputer in Abhängigkeit von der aktuell belichteten Stelle der zu verfestigenden Schicht eingestellt werden, um die gewünschten anisotropen Effekte programmgesteuert bei der Belichtung der entsprechenden Stellen festzulegen. Hierdurch wird erstmals die Möglichkeit geschaffen, nicht nur die Form des stereolithografisch herzustellenden Objektes, sondern bis zu einem gewissen Maße auch die Anisotropie physikalischer Eigenschaften des Objektes 8 vor der Herstellung des Objektes 8 programmgemäß festzulegen bzw. entsprechende Daten zur Steuerung der Schwenkvorrichtung 24 des Umlenkspiegels 18 und der Elektrodenanordnung 26 zwecks Festlegung der jeweiligen Richtung und gegebenenfalls Stärke des elektrischen Feldes in Abhängigkeit von der aktuell belichteten Stelle in einem Speicher des Steuercomputers abrufbar für den späteren Steuerungsverlauf der erfindungsgemäßen Train axis to be rotatable. The respective rotational position of the high-voltage electrode arrangement 26 can be set by the control computer as a function of the currently exposed point of the layer to be solidified, in order to determine the desired anisotropic effects in a program-controlled manner when the corresponding points are exposed. This creates for the first time the possibility of not only defining the shape of the stereolithographically manufactured object, but also to a certain extent the anisotropy of physical properties of the object 8 prior to the manufacture of the object 8, or corresponding data for controlling the pivoting device 24 of the deflecting mirror 18 and the electrode arrangement 26 for the purpose of determining the respective direction and, if appropriate, strength of the electric field as a function of the currently exposed location in a memory of the control computer, which can be called up for the later control process of the invention
Vorrichtung zu speichern. Save device.
Eine mögliche physikalische Erklärung des Effektes der gezielt herstellbaren Anisotropie des verfestigten Materials könnte sein, daß die üblicherweise ein permanentes Dipolmoment aufweisenden Moleküle des flüssigen Fotopolymers im elektrischen Hochspannungsfeld aufgrund der Orientierungspolarisation eine Vorzugsausrichtung entsprechend dem elektrischen Feldverlauf erfahren und daß diese Vorzugsausrichtung bei der Verfestigung sozusagen "eingefroren" wird. A possible physical explanation of the effect of the selectively producible anisotropy of the solidified material could be that the molecules of the liquid, which usually have a permanent dipole moment Because of the orientation polarization, photopolymers in the high-voltage electrical field experience a preferred orientation corresponding to the electrical field profile and that this preferred orientation is "frozen", so to speak, during solidification.
Weitere Versuche haben ergeben, daß der Effekt noch gesteigert werden kann, wenn das zur Aushärtung verwendete Licht der UV-Lichtquelle polarisiert ist, insbesondere linear polarisiert. Der Anisotropie-Effekt wird dann gesteigert, wenn die Polarisationsrichtung des E-Feldvektors des Aushärtlichtes im Bereich der auszuhärtenden Flüssigkeitsschicht im wesentlichen parallel zum E-Feldvektor des von den Hochspannungselektroden 28 bis 31 erzeugten Feldes ist. Zur Ausnutzung dieses Effektes umfaßt die Vorrichtung nach Fig. 1a im Strahlengang des Strahls 25 eine Polarisationseinrichtung 46, um die Polarisationsrichtung des zur Aushärtung herangezogenen Lichtes in gesteuerter Weise, insbesondere abhängig von der Richtung des Hochspannungsfeldes der Elektrodenanordnung 26 am Ort der aktuell belichteten Stelle einzustellen. Further tests have shown that the effect can be increased if the light from the UV light source used for curing is polarized, in particular linearly polarized. The anisotropy effect is increased if the direction of polarization of the E-field vector of the curing light in the region of the liquid layer to be cured is essentially parallel to the E-field vector of the field generated by the high-voltage electrodes 28 to 31. To take advantage of this effect, the device according to FIG. 1 a comprises a polarization device 46 in the beam path of the beam 25 in order to adjust the polarization direction of the light used for curing in a controlled manner, in particular depending on the direction of the high-voltage field of the electrode arrangement 26 at the location of the currently exposed point.
Es sei betont, daß die Beeinflussung des momentan verfestigten flüssigen Kunststoffs 4 durch ein elektrisches Feld einer Hochspannungselektrodenanordnung ein von den beschriebenen Ausführungsbeispielen unabhängiger Gesichtspunkt der Erfindung sein kann. Insbesondere läßt sich die zugrundeliegende Idee ganz allgemein bei jeder beliebigen Form der stereolithografischen Herstellung von Objekten verwirklichen, und zwar auch dann, wenn dieIt should be emphasized that the influencing of the currently solidified liquid plastic 4 by an electric field of a high-voltage electrode arrangement can be an aspect of the invention that is independent of the described exemplary embodiments. In particular, the underlying idea can be generally realized in any form of stereolithographic production of objects, even if the
Flüssigkeit nicht im Bereich der Oberfläche eines Fotopolymerbades ausgehärtet wird, sondern die Aushärtung im Inneren eines Fotopolymerbades stattfindet, wie es etwa in Journal of Imaging Technology, Vol. 15, No. 4, August 1989, S. 186-190, in dem Artikel "A Review of 3D SolidLiquid is not cured in the area of the surface of a photopolymer bath, but the curing takes place inside a photopolymer bath, as described, for example, in Journal of Imaging Technology, Vol. 4, August 1989, pp. 186-190, in the article "A Review of 3D Solid
Objekt Generation", A. J. Herbert, beschrieben ist. Dabei kann durch entsprechende Anordnung von Hochspannungselektroden jede beliebige Feldrichtung im dreidimensionalen Raum eingestellt werden, um entsprechende anisotrope Effekte zu erzielen. Object Generation ", AJ Herbert Any field direction in three-dimensional space can be set by appropriate arrangement of high-voltage electrodes in order to achieve corresponding anisotropic effects.
Die Erfindung ist überdies keineswegs darauf festgelegt, daß zur Aushärtung elektromagnetische Strahlung herangezogen wird. Sie funktioniert in sämtlichen Ausprägungen auch dann, wenn ein durch Teilchenstrahlung, etwa Elektronenstrahlung, verfestigbares Polymermaterial verwendet und entsprechend bestrahlt wird. Moreover, the invention is in no way limited to the fact that electromagnetic radiation is used for curing. It works in all its forms even when a polymer material that can be solidified by particle radiation, such as electron radiation, is used and irradiated accordingly.
Die Möglichkeit der Herstellung in bezug auf physikalische Eigenschaften anisotroper Kunststoffkörper läßt sich im Rahmen der Erfindung auch dazu ausnutzen, auf stereolithografischem Weg zunächst nur verfestigtes Material bzw. Halbzeugmaterial herzustellen, das durch spätere mechanische Bearbeitung oder dgl. in eine gewünschte Form gebracht wird. So lassen sich beispielsweise ohne weiteres zylindrische oder quaderförmige Körper mit anisotropen Eigenschaften für die weitere Verarbeitung herstellen, The possibility of manufacturing in terms of physical properties of anisotropic plastic bodies can also be exploited in the context of the invention to initially only produce solidified or semi-finished material by stereolithographic means, which is brought into a desired shape by later mechanical processing or the like. For example, cylindrical or cuboid bodies with anisotropic properties can easily be produced for further processing,
Insbesondere bei derart einfach geformten Körpern kann es zweckmäßig sein, anstelle der Einzelstrahlabtastung der betreffenden auszuhärtenden Schicht eine flächenhafteIn particular in the case of such simply shaped bodies, it may be expedient to use a flat area instead of the individual beam scanning of the layer to be hardened
Belichtung zu wählen, wobei das mittels der Hochspannungselektroden angelegte elektrische Feld während der Belichtung der betreffenden Schicht auch hinsichtlich der Feldrichtung gegebenenfalls konstant gehalten werden kann. To choose exposure, the electrical field applied by means of the high-voltage electrodes being able to be kept constant with respect to the field direction during the exposure of the layer in question.
Je nach Bedarf kann erfindungsgemäß mit weitgehend homogenen elektrischen Feldern oder aber mit inhomogenen elektrischen Feldern gearbeitet werden. Hier bleiben dem Fachmann im Rahmen der Erfindung - weitestgehende Gestaltungsfreiheiten in bezug auf die Geometrie, die Anzahl, die Kombination jeweils unter Spannung stehender Elektro- den und die jeweilige Richtungseinstellung der Elektroden, um ein gewünschtes elektrisches Feld am Ort cfer aktuell verfestigten Stelle bereitzustellen. Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Hochspannungselektrodenanordnung zur Glättung einer nachfolgend zu verfestigenden Schicht aus flüssigem Fotopolymer über der zuletzt verfestigten According to the invention, largely homogeneous electric fields or inhomogeneous electric fields can be used according to the invention. Here, the person skilled in the art remains within the scope of the invention - the greatest possible freedom of design with regard to the geometry, the number, the combination of live electrical the and the respective direction setting of the electrodes in order to provide a desired electric field at the location cfer currently solidified. 2 shows a further exemplary embodiment of the invention with a high-voltage electrode arrangement for smoothing a layer of liquid photopolymer to be subsequently solidified over the last solidified one
Schicht eines stereolithografisch herzustellenden Objektes. Layer of an object to be produced stereolithographically.
Elemente in Fig. 2, die wirkungsmäßig Elementen des in Fig. 1a gezeigten Ausführungsbeispiels im wesentlichen entsprechen, sind mit entsprechend gleichen Bezugszeichen zuzüglich 100 gekennzeichnet, so daß insoweit auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1a und lb verwiesen werden kann. Elements in FIG. 2, which functionally correspond to elements of the exemplary embodiment shown in FIG. 1a, are identified by the same reference numerals plus 100, so that reference can be made to the description of the exemplary embodiment according to FIGS. 1a and 1b.
Abweichend von dem ersten Ausführungsbeispiel umfaßt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zwei schräg zueinander angestellte Hochspannungselektroden 128, 129, die elektrisch voneinander isoliert an einem Schlitten 134 angeordnet sind, der entsprechend den Richtungen der mit 170 bezeichneten Pfeile verfahrbar an einem nicht gezeigten Rahmen geführt ist. Die Elektroden 128, 129 sind Blattelektroden, die sich im wesentlichen über die gesamte Innendimension des Behälters 102 in Richtung senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 2 erstrecken. Die Blattelektroden 128, 129 befinden sich im wesentlichen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 122 und sind im wesentlichen derart angeordnet, daß sie in Richtung zum Behälterinneren hin aufeinander zu laufen, so daß die der Flüssigkeit zugewandten Elektrodenränder 132, 133 den geringsten Abstand zwischen den Elektroden 128, 129 definieren. Die wählbare Höheneinstellung des Schlittens ist so justiert, daß die Elektrodenränder 132, 133 an dem gewünschten Pegel des Kunststoffbades 104 enden. Die Elektroden 128, 129 oder wenigstens eine der Elektroden 128, 129 können dann zusätzlich als Abstreifmesser wirken. Der gewünschte Erfolg wird jedoch auch dann erzielt, wenn die Elektrodenränder 132, 133 geringfügig oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 122 oder geringfügig unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 122 enden. Der lichte Abstand der Elektroden 128, 129 zwischen den Rändern 132, 133 liegt vorzugsweise im Bereich von 1 mm bis 5 mm und dient dazu, einen Aufnähme- und Abgabespalt zur Aufnahme von Flüssigkeit 104 zwischen den Elektroden 132, 133 und zur Abgabe dieser Flüssigkeit bereitzustellen. In a departure from the first exemplary embodiment, the exemplary embodiment according to FIG. 2 comprises two high-voltage electrodes 128, 129 which are arranged at an angle to one another and which are arranged electrically insulated from one another on a carriage 134 which is guided on a frame, not shown, in accordance with the directions of the arrows labeled 170. The electrodes 128, 129 are sheet electrodes, which extend essentially over the entire inner dimension of the container 102 in the direction perpendicular to the drawing plane of FIG. 2. The sheet electrodes 128, 129 are located essentially above the liquid level 122 and are essentially arranged such that they run towards one another in the direction of the interior of the container, so that the electrode edges 132, 133 facing the liquid have the smallest distance between the electrodes 128, 129 define. The selectable height adjustment of the slide is adjusted so that the electrode edges 132, 133 at the desired level of the Plastic bath 104 ends. The electrodes 128, 129 or at least one of the electrodes 128, 129 can then additionally act as a doctor blade. However, the desired success is also achieved if the electrode edges 132, 133 end slightly above the liquid level 122 or slightly below the liquid level 122. The clear distance between the electrodes 128, 129 between the edges 132, 133 is preferably in the range from 1 mm to 5 mm and serves to provide a receiving and dispensing gap for receiving liquid 104 between the electrodes 132, 133 and for dispensing this liquid .
Während der Belichtung einer zu verfestigenden Schicht des Objektes 108 und während des Absenkens der Trägerplatte 106 um das Maß der Schichtdicke der nachfolgend zu verfestigenden Schicht befindet sich die Hochspannungselektrodenanordnung 126 in einer Außerbetriebsstellung nahe einer der Behälterwände 140. Nach dem Absenken des bereits fertiggestellten Teils des Objektes 108 wird dann an die Hochspannungselektroden 128, 129 Hochspannung angelegt, was zur Folge hat, daß die elektrische Fotopolymerflüssigkeit 104 in den Zwischenraum zwischen den beiden Hochspannungselektroden hineingezogen wird. Der Schlitten 134 wird dann in Bewegung gesetzt, um die During the exposure of a layer of the object 108 to be solidified and during the lowering of the carrier plate 106 by the measure of the layer thickness of the layer to be subsequently solidified, the high-voltage electrode arrangement 126 is in an inoperative position near one of the container walls 140. After the already completed part of the object has been lowered 108 is then applied to the high voltage electrodes 128, 129 high voltage, with the result that the electrical photopolymer liquid 104 is drawn into the space between the two high voltage electrodes. The carriage 134 is then set to move
Elektrodenanordnung 126 über die zuletzt verfestigte Schicht des Objektes 104 hinwegzubewegen, wobei die Hochspannung an den Elektroden 128, 129 eingeschaltet bleibt. Es hat sich gezeigt, daß Flüssigkeit aus dem Zwischenraum zwischen den Elektroden 128, 129 durch den Spalt 172 austritt, wenn die Elektrodenanordnung nachher über bereits verfestigte Flächenbereiche hinwegfährt, was auf Adhäsionseffekte zurückzuführen ist. Auf diese Weise wird die Benetzung der betreffenden Flächenbereiche verbessert und insgesamt eine gleichmäßigere Flüssigkeitsschicht von der in Fig. 2 in einem Moment bei ihrer Bewegung von rechts nach links gezeichneten Elektrodenanordnung 126 über der zuletzt verfestigten Schicht hinterlassen. Bei Bedarf kann die Elektrodenanordnung 126 auch wiederholt über den bereits verfestigten Teil des Objektes 108 hinweggefahren werden, was jedoch regelmäßig nicht erforderlich ist. Die Flüssigkeitsabgabe durch den Spalt 172 kann darüber hinaus gesteuert werden, indem die Elektrodenspannung variiert wird. Bei kleinerer Elektrodenspannung tritt pro Zeiteinheit mehr Flüssigkeit aus dem betreffenden Zwischenraum aus als bei höherer Elektrodenspannung. Moving the electrode arrangement 126 over the last solidified layer of the object 104, the high voltage at the electrodes 128, 129 remaining switched on. It has been found that liquid emerges from the gap between the electrodes 128, 129 through the gap 172 when the electrode arrangement subsequently moves over surface areas that have already solidified, which can be attributed to adhesion effects. In this way, the wetting of the surface areas in question is improved and overall a more uniform liquid layer of that in FIG leave electrode arrangement 126 drawn right to left over the last solidified layer. If necessary, the electrode arrangement 126 can also be repeatedly moved over the already solidified part of the object 108, but this is not normally necessary. Liquid delivery through gap 172 can also be controlled by varying the electrode voltage. With a lower electrode voltage, more liquid escapes from the relevant space per unit time than with a higher electrode voltage.
Nachdem die Elektrodenanordnung 126 wieder in ihre Außerbetriebsstellung bewegt worden ist, kann der nächste Belichtungsvorgang vorgenommen werden, um die betreffende Flüssigkeitsschicht nach Maßgabe des entsprechend gewünschten Querschnitts des Objektes zu verfestigen. Danach erfolgt eine weitere Absenkung der Trägerplatte 106 und ein wiederholter Einsatz der Elektrodenanordnung 126, um die nächste zu verfestigende Schicht zu präparieren. After the electrode arrangement 126 has been moved back into its non-operating position, the next exposure process can be carried out in order to solidify the liquid layer in question in accordance with the desired cross section of the object. The carrier plate 106 is then lowered further and the electrode arrangement 126 is used repeatedly in order to prepare the next layer to be solidified.
Selbstverständlich kann auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 eine den Benetzungε- und Glättungsvorgang unterstützende Ultraschalleinrichtung vorgesehen sein, um Ultraschallwellen auf die Flüssigkeit im Bereich der zu verfestigenden Flüssigkeitsschicht einwirken zu lassen. Of course, an ultrasound device supporting the wetting and smoothing process can also be provided in the exemplary embodiment according to FIG. 2 in order to allow ultrasound waves to act on the liquid in the region of the liquid layer to be solidified.
Fig. 3 zeigt eine Variante der in Fig. 2 dargestellten Elektrodenanordnung 126. Abweichend von der Elektrodenan-Ordnung 126 in Fig. 2 weist die Elektrodenanordnung 226 zwischen entsprechenden äußeren Elektroden 228 und 229 zwei weitere entsprechende Blattelektroden 274, 276 auf, die sich ebenfalls in Richtung quer zur Zeichenebene in Fig. 3 im wesentlichen längs der Innendimension eines entsprechenden (nicht gezeigten) Behälters für das Fotopolymer 204 erstrecken. Wie in Fig. 3 gezeigt, können auch die beiden inneren Elektroden 274, 276 schräg angestellt sein. Bei der in Fig. 3 gezeigten Elektrodenanordnung 226 weisen jeweils benachbarte Elektroden unterschiedliche Spannungspolaritäten auf. Der Vorteil einer Anordnung nach Fig. 3 besteht darin, daß bei vergleichbarer Elektrodenhochspannung eine größere Flüssigkeitsmenge in den Zwischenraum zwischen den beiden äußeren Elektroden 228, 229 aufgenommen werden kann. Diese Flüssigkeitsmenge wird dann zur Realisierung einer besseren Benetzung der zuletzt verfestigten Schicht des Objektes ganz oder teilweise wieder abgegeben, wenn die Elektrodenanordnung über den bereits verfestigten Teil des betreffenden Objektes hinwegbewegt wird. Wie bei 280 angedeutet, können im Rahmen der Erfindung mechanische Abstreifer vorgesehen sein, die zur Glättung der Flüssigkeitsoberfläche 222 beitragen. Vorzugsweise sind die mechanischen Abstreifer 280 als elastische FIG. 3 shows a variant of the electrode arrangement 126 shown in FIG. 2. In deviation from the electrode arrangement 126 in FIG. 2, the electrode arrangement 226 has two further corresponding leaf electrodes 274, 276 between corresponding outer electrodes 228 and 229, which are also in FIG 3 substantially along the inside dimension of a corresponding container (not shown) for the photopolymer 204. As shown in Fig. 3, can the two inner electrodes 274, 276 may also be inclined. In the electrode arrangement 226 shown in FIG. 3, adjacent electrodes each have different voltage polarities. The advantage of an arrangement according to FIG. 3 is that, with comparable high voltage electrodes, a larger amount of liquid can be taken up in the space between the two outer electrodes 228, 229. In order to achieve better wetting of the last solidified layer of the object, this amount of liquid is then released in whole or in part again when the electrode arrangement is moved over the already solidified part of the object in question. As indicated at 280, mechanical wipers can be provided within the scope of the invention, which contribute to smoothing the liquid surface 222. The mechanical wipers 280 are preferably elastic
Lippen ausgebildet, die sich beispielsweise über die gesamte Länge der Elektroden 228, 229 in Richtung senkrecht zur Zeichenebene erstrecken und an den äußeren Elektroden 228, 229 an deren Außenseiten angeordnet sind. Lips are formed which, for example, extend over the entire length of the electrodes 228, 229 in the direction perpendicular to the plane of the drawing and are arranged on the outer electrodes 228, 229 on their outer sides.
Vorzugsweise werden die Hochspannungselektroden bei sämt- liehen Ausführungsbeispielen der Erfindung von einer betreffenden Hochspannungsquelle aus betrieben, die eine Strombegrenzung auf einen vergleichsweise kleinen Stromwert, insbesondere unterhalb 1 mA, und eine Sicherheitsschaltung aufweist, so daß bei versehentlicher Berührung der Elektroden durch eine Person keine lebensgefährlichen Ströme fließen und im Falle von Stromfluß unverzüglich eine Notabschaltung der Spannungsquelle stattfindet. Die bei erfolgreichen Versuchen eingestellte Elektrodenhochspannung lag in dem Bereich von etwa 5-10 kV. In all of the exemplary embodiments of the invention, the high-voltage electrodes are preferably operated from a relevant high-voltage source which has a current limitation to a comparatively small current value, in particular below 1 mA, and a safety circuit so that if the electrodes are accidentally touched by a person, no life-threatening currents flow and in the event of current flow an emergency shutdown of the voltage source takes place immediately. The electrode high voltage set in successful tests was in the range of about 5-10 kV.
Die Hochspannungselektroden sind vorzugsweise geblockt, d.h. mit einer dünnen isolierenden, insbesondere materialabweisenden Schicht versehen. The high voltage electrodes are preferably blocked, ie provided with a thin insulating, in particular material-repellent layer.
Soweit bisher von Schallwellen die Rede war, sei angemerkt, daß der Begriff Schallwellen mechanische Wellen irgendeiner geeigneten Wellenlänge umfaßt. Vorzugsweise wird zur Herstellung einer gleichmäßigen Flüssigkeitsschicht auf der zuletzt verfestigten Schicht ein kontinuierliches Schallfeld verwendet, wobei die Schallwellenlänge so einstellbar ist, daß Resonanzeffekte ausgenutzt werden, um hinreichend starke Flüssigkeitsbewegungen auszulösen. As far as there has been talk of sound waves, it should be noted that the term sound waves includes mechanical waves of any suitable wavelength. A continuous sound field is preferably used to produce a uniform liquid layer on the last solidified layer, the sound wavelength being adjustable such that resonance effects are used to trigger sufficiently strong liquid movements.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, diskontinierlich mechanische Stoßwellen in der Fotopolymerflüssigkeit zu erzeugen, um eine Flüssigkeitsbewegung zu bewirken. However, there is also the possibility of intermittently generating mechanical shock waves in the photopolymer liquid in order to cause liquid movement.
Erfindungsgemäß kann das verfestigte Objekt oder Teilobjekt einer Ultraschallnachbehandlung in irgendeiner geeigneten Flüssigkeit, vorzugsweise aber in der Fotopolymerflüssigkeit in dem Behälter, ausgesetzt werden. Hierbei tritt zumindest bei thermisch nachhärtbaren According to the invention, the solidified object or partial object can be subjected to an ultrasound aftertreatment in any suitable liquid, but preferably in the photopolymer liquid in the container. This occurs at least in the case of thermally curable
Polymeren eine Nachhärtung des verfestigten Objektes ein. Polymers a post-hardening of the solidified object.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Stereolithografisches Verfahren zur schichtweisen Herstellung eines Objektes (8; 108) in einem Bad einer durch Strahlungseinwirkung verfestigbaren, dielektrischen Flüssigkeit (4; 104; 204), wobei eine jeweils zuletzt durch Bestrahlung nahe der Oberfläche (22; 122; 222) des Bades verfestigte Schicht des Objektes (8; 108) weiter in das Bad bewegt wird und/oder der Flüssigkeitsspiegel des Bades relativ zur Oberfläche der zuletzt verfestigten Schicht angehoben wird, um eine jeweils nachfolgend durch Bestrahlung zu verfestigende Flüssigkeitsschicht auf der zuletzt verfestigten Schicht bereitzustellen, PATENT CLAIMS 1. Stereolithographic method for the layer-by-layer production of an object (8; 108) in a bath of a dielectric liquid (4; 104; 204) which can be solidified by the action of radiation, one of which is last by irradiation near the surface (22; 122; 222) of the Bath solidified layer of the object (8; 108) is moved further into the bath and / or the liquid level of the bath is raised relative to the surface of the last solidified layer in order to provide a subsequent liquid layer to be solidified by irradiation on the last solidified layer,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man mittels Hochspannungselektroden (26; 126; 226) ein elektrisches Feld erzeugt und auf die die nachfolgend zu verfestigende Schicht bildende Flüssigkeit einwirken läßt.  that is, that an electric field is generated by means of high-voltage electrodes (26; 126; 226) and is allowed to act on the liquid to be subsequently solidified.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld ein statisches elektrisches Feld ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the electric field is a static electric field.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld ein Wechselfeld ist. 3. The method according to claim 1, characterized in that the electric field is an alternating field.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das elektrische Feld zumindest zeitweise während der Bestrahlung der Flüssigkeit (4) der zu verfestigenden Schicht auf die Flüssigkeit einwirken läßt. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the electric field is allowed to act on the liquid at least temporarily during the irradiation of the liquid (4) of the layer to be solidified.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei man die jeweils zu verfestigende Schicht gemäß dem betreffenden Querschnitt des herzustellenden Objektes (8) bereichsweise, insbesondere durch Abtasten mit gebündelter elektromagnetischer Strahlung bestrahlt, 5. The method according to claim 4, wherein the respective layer to be solidified is irradiated in regions, in particular by scanning, with bundled electromagnetic radiation, in accordance with the relevant cross section of the object (8) to be produced,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man das elektrische Feld auf den aktuell bestrahlten Bereich der zu verfestigenden Schicht einwirken läßt und daß man die Richtung des elektrischen Feldes abhängig vom aktuell bestrahlten Bereich einstellt.  that is, that the electric field is allowed to act on the currently irradiated area of the layer to be solidified and that the direction of the electric field is set depending on the currently irradiated area.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Bestrahlung polarisiertes Licht, insbesondere linear polarisiertes Licht, heranzieht und daß man die Polarisationsrichtung abhängig vom aktuell bestrahlten Bereich und/oder abhängig von der Richtung des elektrischen Feldes der Hochspannungselektroden im bestrahlten Bereich einstellt. 6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that polarized light, in particular linearly polarized light, is used for the irradiation and that the direction of polarization is dependent on the currently irradiated area and / or on the direction of the electric field of the high-voltage electrodes in the irradiated area sets.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, daß man zur Präparation der jeweils nachfolgend zu verfestigenden Schicht Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen, auf die die nachfolgend zu verfestigende Schicht bildende Flüssigkeit einwirken läßt.  characterized in that sound waves, in particular ultrasonic waves, are allowed to act on the liquid forming the layer to be subsequently solidified in order to prepare the layer to be subsequently solidified.
8. Stereolithografisches Verfahren zur schichtweisen 8. Stereolithographic process for layers
Herstellung eines Objektes (8) in einem Bad (4) einer durch Strahlungseinwirkung verfestigbaren Flüssigkeit, wobei eine jeweils zuletzt durch Bestrahlung nahe der Oberfläche des Bades (4) verfestigte Schicht des Objektes (8) weiter in das Bad (4) bewegt wird und/oder der Flüssigkeitsspiegel des Bades relativ zur Oberfläche der zuletzt verfestigten Schicht angehoben wird, um eine jeweils nachfolgend durch Bestrahlung zu verfestigende Flüssigkeitsschicht auf der zuletzt verfe- stigten Schicht bereitzustellen, Production of an object (8) in a bath (4) of a liquid that can be solidified by the action of radiation, a layer of the object (8) last solidified by irradiation near the surface of the bath (4) being moved further into the bath (4) and / or the liquid level of the bath is raised relative to the surface of the last solidified layer in order to in each case a liquid layer subsequently to be solidified by radiation on the last solidified to provide a constant layer,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen, auf die nachfolgend zu verfestigende Schicht einwirken läßt.  That means that sound waves, especially ultrasonic waves, are allowed to act on the layer to be subsequently solidified.
9. Vorrichtung zur stereolithografischen schichtweisen Herstellung eines Objektes gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, umfassend 9. Device for the stereolithographic layer-by-layer production of an object according to the method of claim 1, comprising
- einen Behälter (2; 102) zur Aufnahme eines Bades aus einer durch Strahlungseinwirkung verfestigbaren, dielektrischen Flüssigkeit (4; 104; 204),  a container (2; 102) for receiving a bath of a dielectric liquid (4; 104; 204) that can be solidified by the action of radiation,
- einer Bestrahlungseinrichtung (16, 18, 46) zur  - An irradiation device (16, 18, 46) for
Bestrahlung einer jeweils nahe der Oberfläche des Bades zu verfestigenden Schicht der Flüssigkeit (4; Irradiation of a layer of the liquid (4;
104; 204), 104; 204),
- einen Träger (6; 106) zur Halterung des bereits durch Bestrahlung der Flüssigkeit (4; 104; 204) verfestigten Teils des Objektes (8; 108), und  - a carrier (6; 106) for holding the part of the object (8; 108) that has already solidified by irradiation of the liquid (4; 104; 204), and
- eine Einrichtung (6, 10; 106, 110) zur Benetzung der zuletzt verfestigten Schicht mit einer nachfolgend zu verfestigenden Schicht der Flüssigkeit (4; 104), insbesondere eine Einrichtung zur Bewegung des Trägers (6; 106) relativ zur Oberfläche (22; 122; 222) des Bades, um die jeweils zuletzt verfestigte Schicht des Objektes (8; 108) weiter in das Bad zu bewegen und eine jeweils nachfolgend zu verfestigende Flüssigkeitsschicht auf der zuletzt verfestigten Schicht bereitzustellen,  - A device (6, 10; 106, 110) for wetting the last solidified layer with a layer of liquid (4; 104) to be subsequently solidified, in particular a device for moving the carrier (6; 106) relative to the surface (22; 122; 222) of the bath, in order to move the layer of the object (8; 108) that was last solidified further into the bath and to provide a liquid layer to be subsequently solidified on the last solidified layer,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h  marked by
eine elektrische Hochspannungselektrodenanordnung (26; 126; 226), die dazu eingerichtet ist, ein das Bad zumindest nahe der Badoberfläche im Bereich der nachfolgend zu verfestigenden Schicht durchsetzendes elektrisches Hochspannungsfeld zu erzeugen. an electrical high-voltage electrode arrangement (26; 126; 226) which is set up to generate an electrical high-voltage field which penetrates the bath at least near the bath surface in the region of the layer to be subsequently solidified.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrodenanordnung (26; 126; 226) dazu eingerichtet ist, ein statisches elektrisches Feld zu erzeugen. 10. The device according to claim 9, characterized in that the high-voltage electrode arrangement (26; 126; 226) is set up to generate a static electric field.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrodenanordnung dazu eingerichtet ist, ein inhomogenes elektrisches Feld bereitzustellen. 11. The device according to claim 9, characterized in that the high-voltage electrode arrangement is set up to provide an inhomogeneous electric field.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrodenanordnung (26) dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Wechselfeld zu erzeugen. 12. The apparatus of claim 9 or 11, characterized in that the high-voltage electrode arrangement (26) is set up to generate an alternating electric field.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrodenanordnung (126; 226) zwei im Abstand voneinander angeordnete Elektrodenelemente (128, 129; 228, 229) mit im wesentlichen parallel zueinander angeordneten, länglichen Elektrodenkanten (132, 133; 232; 233), insbesondere Flächenelektroden, aufweist und daß die Elektrodenelemente (128, 129; 228, 229) beweglich geführt sind, so daß sie im wesentlichen parallel zur gewünschten Badoberfläche über die zuletzt verfestigte Schicht des Objektes (8; 108) hinweg bewegbar sind 13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the high-voltage electrode arrangement (126; 226) two spaced-apart electrode elements (128, 129; 228, 229) with substantially parallel, elongated electrode edges (132, 133; 232 ; 233), in particular surface electrodes, and that the electrode elements (128, 129; 228, 229) are movably guided so that they can be moved essentially parallel to the desired bath surface over the last solidified layer of the object (8; 108)
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenelemente mittels einer Antriebsvorrichtung, insbesondere Schlittenanordnung, relativ zu dem Behälter verfahrbar sind. 14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the electrode elements can be moved relative to the container by means of a drive device, in particular a carriage arrangement.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenelemente (128, 129; 228, 229) schräg zueinander angeordnete Flächenelektroden sind, die zwischen sich ein Reser- voir der Flüssigkeit (104; 204) aufnehmen können. 15. Device according to one of claims 13 to 14, characterized in that the electrode elements (128, 129; 228, 229) are obliquely arranged surface electrodes which have a reserve between them voir of liquid (104; 204) can accommodate.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zwei Elektrodenelementen (228, 229) wenigstens zwei weitere 16. The device according to one of claims 13 to 15, characterized in that between the two electrode elements (228, 229) at least two more
Elektrodenelemente (274, 276) angeordnet sind, wobei sämtliche Elektrodenelemente in Abstand voneinander angeordnet sind und wobei unmittelbar benachbarte Elektrodenelemente unterschiedliche Polaritäten haben.  Electrode elements (274, 276) are arranged, all of the electrode elements being arranged at a distance from one another and immediately adjacent electrode elements having different polarities.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Antriebsvorrichtung der Elektrodenanordnung (126; 226), derart, daß die Elektroden in einem insbesondere vorbestimmten Abstand von der zuletzt verfestigten Schicht über diese Schicht hinweg bewegt werden. 17. The device according to one of claims 14 to 16, characterized by a control device for controlling the drive device of the electrode arrangement (126; 226), such that the electrodes are moved over this layer at a particularly predetermined distance from the last solidified layer.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, gekennzeichnet durch mit der Elektrodenanordnung (226) bewegbare mechanische Abstreifelemente (280) zum 18. Device according to one of claims 13 to 17, characterized by mechanical stripper elements (280) movable with the electrode arrangement (226) for
Glattstreichen der Badoberfläche umfaßt.  Smoothing the bath surface covered.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstreifelemente von den Elektroden (128,19. The apparatus according to claim 18, characterized in that the stripping elements from the electrodes (128,
129; 228, 229) gebildet - oder mit diesen verbunden sind. 129; 228, 229) - or are connected to them.
20. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrodenanordnung (26) ein20. The apparatus according to claim 9, characterized in that the high voltage electrode arrangement (26)
Paar im wesentlichen parallel gegenüberliegend angeordneter Flächenelektroden (28, 29) aufweist, die dazu eingerichtet sind, den zu verfestigenden Bereich der nachfolgend zu verfestigenden Schicht quer zur Schichtebene zwischen sich aufzunehmen. A pair of substantially parallel surface electrodes (28, 29) arranged to receive between them the area to be solidified of the layer to be subsequently solidified transversely to the layer plane.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrodenanordnung (26) mehrere Paare im wesentlichen parallel einander gegenüberliegend angeordneter Flächenelektroden (28, 29 bzw. 30, 31) aufweist, die dazu eingerichtet sind, gemeinsam den zu verfestigenden Bereich der nachfolgend zu verfestigenden Schicht quer zur Schichtebene zwischen sich aufzunehmen. 21. The apparatus according to claim 20, characterized in that the high-voltage electrode arrangement (26) has a plurality of pairs of substantially parallel opposite surface electrodes (28, 29 and 30, 31) which are set up to jointly consolidate the area of the following solidifying layer transverse to the layer plane between them.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen der jeweiligen Elektrodenpaare (28, 29 bzw. 30, 31) unabhängig voneinander einstellbar sind. 22. The apparatus according to claim 21, characterized in that the voltages of the respective electrode pairs (28, 29 or 30, 31) are adjustable independently of one another.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, 23. The device according to one of claims 20 to 22,
dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Elektroden eines Elektrodenpaares betriebsmäßig einstellbar ist.  characterized in that the distance between the electrodes of a pair of electrodes is operationally adjustable.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, 24. The device according to one of claims 20 to 23,
dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelektroden (28, 29, 30, 31) gemeinsam um eine Drehachse (42) gesteuert drehbar gehalten sind, die quer zur Oberfläche (22) des Bades verläuft.  characterized in that the surface electrodes (28, 29, 30, 31) are rotatably held in a controlled manner about an axis of rotation (42) which extends transversely to the surface (22) of the bath.
25. Vorrichtung zur stereolithografischen schichtweisen Herstellung eines Objektes gemäß dem Verfahren nach Anspruch 8, umfassend 25. Device for the stereolithographic layer-by-layer production of an object according to the method of claim 8, comprising
- einen Behälter zur Aufnahme eines Bades aus einer durch Strahlungseinwirkung verfestigbaren Flüssigkeit,  a container for receiving a bath from a liquid that can be solidified by the action of radiation,
- eine Bestrahlungseinrichtung zur Bestrahlung einer jeweils nachfolgend nahe der Oberfläche des Bades zu verfestigenden Schicht der Flüssigkeit (4), - einen Träger (6) zur Halterung des bereits durch - an irradiation device for irradiating a layer of liquid (4) which is subsequently to be solidified near the surface of the bath, - a carrier (6) for holding the already
Bestrahlung der Flüssigkeit (4) verfestigten Teils des Objektes (8) und Irradiation of the liquid (4) solidified part of the object (8) and
- eine Einrichtung (6, 10) zur Benetzung der zuletzt verfestigten Schicht mit einer nachfolgend zu verfestigenden Schicht der Flüssigkeit (4) , insbeson- dere eine Einrichtung zur Bewegung des Trägers (6) relativ zur Oberfläche (22) des Bades, um die jeweils zuletzt verfestigte Schicht des Objektes (8) weiter in das Bad zu bewegen und eine jeweils nachfolgend zu verfestigende Flüssigkeitsschicht auf der zuletzt verfestigten Schicht bereitzustellen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h  - A device (6, 10) for wetting the last solidified layer with a layer of liquid (4) to be subsequently solidified, in particular a device for moving the carrier (6) relative to the surface (22) of the bath by the respective to move the last solidified layer of the object (8) further into the bath and to provide a subsequent liquid layer to be solidified on the last solidified layer, characterized by
eine Einrichtung (38) zur Erzeugung von Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen, im Bereich der nachfolgend zu verfestigenden Schicht.  a device (38) for generating sound waves, in particular ultrasound waves, in the region of the layer to be subsequently solidified.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (38) zur Erzeugung von Schallwellen wenigstens einen eine Wand (40) des Behälters (2) in Schwingungen versetzenden Schallsender (38) auf- weist. 26. The apparatus according to claim 25, characterized in that the device (38) for generating sound waves has at least one wall (40) of the container (2) vibrating sound transmitter (38).
27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallfrequenz der schallerzeugenden Einrichtung (38) änderbar ist. 27. The apparatus according to claim 25 or 26, characterized in that the sound frequency of the sound generating device (38) can be changed.
28. Verfahren zur Herstellung eines Objektes in einem Bad aus einem unter Normalbedingungen flüssigen Kunst- stoffmaterial , wobei man das Objekt durch Bestrahlung des Kunststoffs nach Maßgabe der gewünschten Ob- jektform verfestigt, 28. Process for producing an object in a bath from a plastic material that is liquid under normal conditions, the object being solidified by irradiating the plastic in accordance with the desired object shape,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man während der Bestrahlung ein mittels Hochspannungselektroden erzeugtes elektrisches Feld auf den aktuell bestrahlten Bereich einwirken läßt.  That is, that an electric field generated by high-voltage electrodes is allowed to act on the currently irradiated area during the irradiation.
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