Die Erfindung betrifft ein Stereolithographie-System zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen. The invention relates to a stereolithography system for the production of three-dimensional components.

Die The DE 10 2009 009 503 B3 DE 10 2009 009 503 B3 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks gemäß eines Rapid-Prototyping-Verfahrens mit einem Laser zum Erzeugen eines Laserstrahls für das Aushärten eines Werkstoffs und einem Werkstückträger, der durch den Laser aus einem vorgegebenen Raumwinkelbereich direkt bestrahlbar ist. relates to an apparatus and a method for producing a workpiece according to a rapid prototyping process using a laser for generating a laser beam for the curing of a material and a workpiece carrier which is directly irradiated by the laser from a predetermined spatial angle range. Die Vorrichtung besteht aus einem Laser zum Erzeugen eines Laserstrahls für das Aushärten des Werkstoffs und einem Werkstückträger, der durch den Laser direkt bestrahlbar ist. The device consists of a laser for generating a laser beam for the curing of the material, and a workpiece carrier which is directly irradiated by the laser. Darüber hinaus weist die Vorrichtung eine Optikeinrichtung, insbesondere einen Spiegel auf, mit der der Laserstrahl umgelenkt wird, so dass der Werkstückträger mit dem Laser auch indirekt bestrahlbar ist. In addition, the apparatus includes an optical device, in particular a mirror, with which the laser beam is deflected so that the workpiece carrier with the laser is also indirectly irradiated.

In der In the DE 10 2004 057 527 B4 DE 10 2004 057 527 B4 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenkörpers für die elektro-chemische Bearbeitung (ECM) für Werkstücke beschrieben, wobei der Stempel im Stereolithographie-Verfahren hergestellt wird. a process for producing an electrode structural body for the electro-chemical machining (ECM) is described for workpieces, wherein the die in the stereolithography process is prepared. Im Rapid Prototyping-Verfahren (RP) wird der Elektrodenkörper in einem flüssige Kunststoffbad schichtweise aufgebaut. In the rapid prototyping process (RP) of the electrode body is built up in layers in a liquid synthetic material bath. Hierzu wird mittels eines Lasers, der sowohl in der Horizontalebene verfahrbar als auch höhenverstellbar ist, der gewünschte Querschnitt einer Schicht des Elektrodenkörpers erzeugt. For this purpose, the desired cross-section of a layer of the electrode body by means of a laser which is both movable in the horizontal plane as well as adjustable in height, is generated. Dazu wird der Laser entsprechend der gewünschten Kontur in der Horizontalebene verfahren und durch entsprechendes Belichten ein Teil der Kunststoffschicht des flüssigen Kunststoffs belichtet und damit ausgehärtet. For this purpose, the laser according to the desired contour is moved in the horizontal plane and exposed to a portion of the plastic layer of the liquid plastic by suitable exposure to light and thus cured.

Die Erfindung gemäß The invention according to US 2003 001313 A US 2003 001313 A offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von keramischen Formkörpern durch Sintern von ausgewählten Stellen eines keramischen Materials mit einem Laserstrahl zur Bildung des Formkörpers. discloses a method and an apparatus for producing ceramic moldings by sintering of selected locations of a ceramic material with a laser beam to form the shaped body. Zur Herstellung des Formkörpers wird die flüssige Suspension oder plastische Masse schichtweise aufgetragen und die jeweilige Schicht des Materials mit dem Laserstrahl an ausgewählten Stellen gesintert. For the preparation of the shaped body the liquid suspension or plastic mass is applied in layers and the respective sintered layer of the material with the laser beam at selected locations. Hierbei wird der Laserstrahl vorzugsweise mittels der schichtweisen Konstruktionsdaten gesteuert. Here, the laser beam is preferably controlled by means of layer-wise construction data. Die Vorrichtung zur Herstellung von keramischen Formkörpern hat eine Auflagefläche, eine Auftragseinheit zum Auftragen von Schichten eines keramischen Materials, eine Trocknungseinheit für die aufgetragenen Schichten und eine Lasereinheit zur Erzeugung eines Laserstrahls mit Mitteln zum gesteuerten Ausrichten des Laserstrahls auf ausgewählte Stellen einer jeweiligen Schicht des keramischen Materials, um das bestrahlte Material zu sintern und den Formkörper zu bilden. The apparatus for the production of ceramic molded bodies has a supporting surface, an application unit for applying layers of a ceramic material, a drying unit for the coated layers, and a laser unit for generating a laser beam with means for the controlled alignment of the laser beam on selected areas of each layer of the ceramic material to sinter the irradiated material and to form the shaped body. Die Mittel zum gesteuerten Ausrichten, des Laserstrahls sind vorzugsweise als Laserscanner ausgebildet, wobei die Steuerung des Laserscanners mittels digitaler Konstruktionsdaten für das Formteil erfolgt. The means for the controlled alignment, of the laser beam are preferably formed as a laser scanner, wherein the controller of the laser scanner is carried out by means of digital design data for the molded part. Damit kann eine Herstellung eines Prototyps direkt aus den Konstruktionsdaten erfolgen. This can be done directly from the design data fabrication of a prototype. Die Lasereinheit wird von einem Roboterarm über die Oberfläche der aufgetragenen Schicht bewegt und die entsprechende Schicht des herzustellenden Formkörpers auf der aufgetragenen Schicht abgebildet. The laser unit is moved by a robot arm on the surface of the applied layer and ready the corresponding layer of the molding to be produced on the coated layer.

Die The US 2002 185 782 (A1) US 2002 185 782 (A1) beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch Stereolithographie. describes a method for producing a three-dimensional object by stereolithography. Feste Verstärkungsmaterialien werden mit dem flüssigen Medium gemischt, so dass zumindest ein Teil der festen Verstärkungsmittel in der Schicht des flüssigen Mediums zwischen der oberen Fläche der zuletzt gebildeten Schicht und der oberen Oberfläche des flüssigen Mediums angeordnet ist. Fixed gain materials are mixed with the liquid medium, so that at least a part of the fixed gain means is arranged in the layer of the liquid medium between the upper surface of the last formed layer, and the upper surface of the liquid medium. Ein akustisches Feld wird dann in dem flüssigen Medium erzeugt, so dass das akustische Feld in mindestens einem Teil der Schicht des flüssigen Mediums zwischen der oberen Fläche der zuletzt gebildeten Schicht und der oberen Oberfläche des flüssigen Mediums vorhanden ist, wobei das flüssige Medium ausgehärtet wird. An acoustic field is generated in the liquid medium, so that the acoustic field is present in at least part of the layer of the liquid medium between the upper surface of the last formed layer, and the upper surface of the liquid medium wherein the liquid medium is cured.

In der In the US 2004 094 728 A US 2004 094 728 A wird eine Vorrichtung zum Sintern und gegebenenfalls Abtragen und/oder Beschriften und zur anschließenden Überarbeitung des fertiggestellten Werkstückes mittels elektromagnetischer gebündelter Strahlung beschrieben. a device for sintering and optionally removing and / or labeling and subsequent revision of the finished workpiece by means of electromagnetic focused radiation is described. Die Vorrichtung besteht aus einem Maschinengehäuse, in dem ein Bauraum untergebracht ist. The device comprises a machine housing in which a space is accommodated. Im oberen Bereich des Bauraums ist ein Scanner angeordnet, in dem der Strahl eines Sinter-Lasers eingekoppelt wird. In the upper area of ​​the installation space, a scanner is arranged, in which the beam of a sintering laser is coupled. Im unteren Bereich des Bauraums sind eine höhenverfahrbare Werkstückplattform sowie eine Materialzuführungseinrichtung vorgesehen, mit der pulverartiges oder auch pastöses oder flüssiges Sintermaterial aus einem Vorratsbehälter in den Prozessbereich über die Werkstückplattform transportiert werden kann. In the lower part of the building space a vertically movable work platform and a material supply means are provided, can be transported from a reservoir in the process area above the workpiece platform with the powdery or pasty or liquid sintering material. Der Scanner ist im oberen Bereich des Bauraums beweglich, in einer Achse verfahrbar, an einer über der Werkstückplattform motorisch verfahrbaren Scanner-Trägerbrücke angeordnet, wobei der Scanner-Trägerbrücke auf zwei parallel zueinander, in einem der Breite des Baugefäßes entsprechenden Abstand voneinander, Trägern in der zweiten Achse verfahrbar läuft. The scanner is in the upper portion of the building space movably in an axis movably disposed on an over the workpiece platform motor-driven scanner support bridge, wherein the scanner support bridge on two parallel to each other, in one of the width of the Baugefäßes corresponding distance from each other carriers in the second axis is moved. Motorische Antriebselemente des Scanner-Trägers sind an einen Steuerungsrechner angeschlossen, der für den gesamten Prozessablauf zuständig ist. Motor drive elements of the scanner beam are connected to a control computer, which is responsible for the entire process. Dieser Steuerungsrechner steuert während des Bauprozesses sowohl die Bewegung des Scanners über die Werkstückplattform als auch die Bewegung des Scannerspiegels im Gehäuse des Scanners. This control computer controls during the construction process, both the movement of the scanner over the work platform and the movement of the scanner mirror in the body of the reader. Neben einer möglichen Verschiebung des Scanners entlang der x-Achse und der y-Achse ist auch eine Verschiebung des Scanners entlang der z-Achse möglich, wodurch der Scanner über die Werkstückplattform oder auch in daneben liegenden Bereichen höhenverfahrbar ist. In addition to a possible displacement of the scanner along the x-axis and the y-axis, a displacement of the scanner along the Z-axis is possible, so that the scanner over the workpiece platform, or in adjacent regions is vertically displaceable. Dazu laufen die zwei parallel zueinander angeordneten Träger wiederum als Brücke auf jeweils zwei vertikal angeordnete Träger in Form von Linearachsen an der rechten und linken Wand des Baugefäßes. For this purpose, the two parallel disposed carrier run again as a bridge on two vertically arranged carrier in the form of linear axes on the right and left wall of the Baugefäßes. Die Einstrahlung des Strahls des Sinter-Lasers in den Bereich des Scanner-Trägers erfolgt parallel zu den Achsen der Aufhängung des Scanner-Trägers und über Ablenkspiegel zum optischen Eingang des Scanners. The irradiation of the beam of the sintering laser into the region of the scanner carrier is performed parallel to the axes of the suspension of the scanner carrier and via deflecting mirrors to the optical input of the scanner.

Neben den hohen Aufwand durch die Anordnung der drei Linearachsen bei der Zwei-Achs-Verfahrbarkeit beziehungsweise der sieben Linearachsen bei der Drei-Achs-Verfahrbarkeit und den Einsatz von vier Spiegel entstehen Probleme bei der Synchronisation der Motoren der Linearachsen, die bis zum Totalausfall der Stereolithographie-Anlage führen können. In addition to the high cost due to the arrangement of the three linear axes in the two-axis movability or the seven linear axes in the three-axis movability and the use of four levels caused problems with the synchronization of the motors of the linear axes, the complete failure of the stereo can result Plant.

Die Erfindung gemäß The invention according to DE 100 53 741 C1 DE 100 53 741 C1 betrifft eine Vorrichtung zum Sintern, Abtragen und/oder Beschriften mittels elektromagnetischer gebündelter Strahlung, insbesondere Laser-Sintermaschine und/oder Laser-Oberflächenbearbeitungsmaschine mit einem in einem Maschinengehäuse untergebrachten Bauraum, in oder über welchem eine Lichtleiteinrichtung, insbesondere ein mittels einer Kreuzschlittenanordnung in alle Richtungen verfahrbaren Scanner, in dem der Strahl einer Sinter-Energiequelle eingekoppelt wird, eine höhenverfahrbare Werkstückplattform sowie eine Materialzuführungseinrichtung mit einem zur Zuführung von Sinter-Material aus einem Vorratsbehälter in den Prozessbereich über der Werkstückplattform dienenden Beschichter angeordnet sind, wobei die Werkstückplattform als Wechselelement aus dem Bauraum entnehmbar ist, wobei die höhenverfahrbare Werkstückplattform, der Vorratsbehälter und der Beschichter als zusammenhängend aus dem Bauraum entnehmbare Prozessplattform-Wechseleinheit ausgebildet sind und zur Durchführung gleicher oder anderer Bearbeitungsprozesse weitere Prozessplattform-Wechseleinheiten gleicher oder unterschiedlicher Ausbildungen in den Bauraum einbringbar sind. relates to a device for sintering, ablating and / or inscribing by means of electromagnetic focused radiation, in particular laser sintering machine and / or laser surface processing machine with an accommodated in a machine housing space, in or through which a light guide device, in particular a movable in all directions by means of a cross-slide arrangement Scanners in which the beam of a sintering energy source is coupled, a vertically displaceable workpiece platform and a material supply device are arranged at a for feeding sintering material from a storage container to the process area serving above the workpiece platform coater, wherein the workpiece platform can be removed as a change-over element from the construction space , said vertically movable work platform, the reservoir and the coater are formed as contiguous removable from the space process platform change-over unit and perform the same or different machining processes further process platform change-over units of the same or different configurations are introduced into the space.

Der Kreuzschlittens für den in alle Richtungen verfahrbaren Scanner ist als eine in y-Richtung verfahrbare Trägerbrücke ausgebildet, an der ein Linearantrieb für die z-Achse mit einem Laserscanner angeordnet ist. The cross slide movable in all directions for the scanner is designed as a movable bridge support in the y-direction, on which a linear drive for the z-axis with a laser scanner is disposed. Diese Trägerbrücke läuft auf zwei parallel zueinander, in einem der Breite des Baugefäßes entsprechende Abstand voneinander angeordneten, in x-Achse verfahrbaren Trägern. This support bridge runs on two mutually parallel, arranged in one of the width of the Baugefäßes corresponding distance from one another in x-axis movable carriers. Der Laserstrahl wird über eine Vielzahl von Spiegeln entlang der Träger und der Trägerbrücke sowie des Linearantrieb für die z-Achse zum Laserscanner geführt. The laser beam is guided over a plurality of mirrors along the carrier and the carrier bridge as well as the linear drive for the Z-axis to the laser scanner. Die parallel angeordneten Träger und die Trägerbrücke sind als Linearantriebe ausgebildet. The parallel arranged support and the support bridge are formed as linear drives.

Wie in der Erfindung gemäß As in accordance with the invention US 2004 094 728 A US 2004 094 728 A entstehen neben dem hohen Aufwand durch die Anordnung der vier Linearantriebe und den Einsatz von fünf Spiegeln Problem bei der Synchronisation der Motoren der Linearantriebe, die bis zum Totalausfall der Stereolithographie-Anlage führen können. formed in addition to the high expense by the arrangement of four linear actuators and the use of five mirrors problem with the synchronization of the motors of the linear drives, which can lead to total failure of the stereo system. Des Weiteren müssen in dieser Lösung leistungsstarke Laser mit einem hohen Energie- und Kostenaufwand zum Ausgleich des Verlustes an Energie durch die Spiegel eingesetzt werden Furthermore, this solution must be used in high-power laser with a high energy and cost required to compensate the loss of energy by the mirror

In der In the US 2002 171 178 (A1) US 2002 171 178 (A1) wird ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen, prothetischen und ein poröses Netzwerk aufweisendes Implantats aus biologisch zersetzbaren Polymer beschrieben Das Verfahren verwendet eine Stereolithographie-Vorrichtung, wobei mittels eines dreidimensionalen CAD-Bildes Ketten von einem oder mehreren Photopolymerren und einem Photoinitiator ein aus Schichten zusammengesetztes, polymeres prothetisches Implantats bilden. A process for producing a three-dimensional, prosthetic, and a porous network exhibiting implant from biodegradable polymer described The process uses a stereolithography apparatus, wherein by means of a three-dimensional CAD image chains of one or more Photopolymerren and a photoinitiator, a composite of layers of polymeric form prosthetic implant. Als ein photohärtbares, bioerodierbares Polymer wird die Lösung aus Poly(propylen)-fumarat (PPF) und einem Lösungsmittel zur Einstellung der Viskosität der Lösung beschrieben. As a photocurable, bioerodible polymer, the solution of poly (propylene) is described fumarate (PPF) and a solvent to adjust the viscosity of the solution. Während des Herstellungsprozesses wird die Lösung in einem Behälter in der Stereolithographie-Vorrichtung (einer handelsüblichen Stereolithographie-Anlage SLA 250) angeordnet. During the manufacturing process, the solution is placed in a container in stereolithography apparatus (a commercially available stereo system SLA 250). Der Behälter enthält eine in z-Achse bewegliche Bauplatte zum Tragen jedes der kovalent gebundenen Schichten des polymeren prothetischen Implantats, die der UV-Lichtenergie bei aufeinander folgenden Schichten der Lösung ausgesetzt werden. The container includes a movable in the z-axis building board for supporting each of the covalently bound polymeric layers of the prosthetic implant, which are exposed to the UV light energy at successive layers of the solution. Die UV-Lichtenergie wird mittels eines handelsüblichen UV-Lasers erzeugt, wobei der Strahl des Lasers über Scannerspiegel auf Vektorbasis in der in x- und y-Achse bewegbar über dem Behälter angeordnet ist ( www.klartext-pr.de/..../artikel/Die Kultur der Prototypenherstellung.pdf ). The UV light energy is generated by means of a commercially available UV-laser, the beam of the laser scanning mirror via vector-based in which is arranged in the x- and y-axis moveable over the container (www.klartext-pr.de / .... / articles / The culture of Prototypenherstellung.pdf).

In der In the US 45.753.30B1 US 45.753.30B1 wird eine Anlage mit externer Laserquelle, optischer Strahlaufbereitung (Expander, Shutter, etc.), Laserscanner zur Strahlablenkung und F-Theta-Linse zur Versatzkompensation des Laserfokus beschrieben. a system with external laser source, optical beam treatment (expander, shutter, etc.), laser scanner is described for beam deflection and F-theta lens for offset compensation of the laser focus. Der Laserstrahl wird über zwei rotierende Spiegel geführt, um das gesamte Baufeld zu erreichen. The laser beam is guided over two rotating mirrors to reach the entire construction site. Benötigt man eine hohe Auflösung werden sehr exakte Motoren benötigt. Do you need a high resolution can be very precise motors needed. Außerdem muss der Fokus ständig durch die F-Theta-Linse korrigiert werden, so dass der Arbeitsabstand je nach Winkel Laserstrahl/Oberfläche variiert. In addition, the focus must be continuously corrected by the F-theta lens, so that the working distance varies laser beam / surface depending on the angle. Ein zusätzlicher Nachteil ist, dass der Laserstrahl im Randbereich sehr schräg in das Polymer eindringt. An additional disadvantage is that the laser beam penetrates very obliquely into the polymer at the edges. Der Scanner, die F-Theta-Linse und die ausreichend leistungsstarke Strahlquelle sind in ihrer Anschaffung sehr teuer. The scanner, the F-theta lens and sufficiently powerful beam source are very expensive to purchase. Aufgrund der sich ständig ändernden Winkel Substrat/Laserstrahl kann auch keine Teleoptik oder austauschbare Optik über dem Bad positioniert werden. Due to the ever-changing substrate angle / telephoto lens or laser beam also not interchangeable optics over the bath can be positioned.

Die in der In the US 55 95 703 A US 55 95 703 A dargestellte Vorrichtung für das Fertigen eines Objekts durch Stereolithographie ist von einer an sich bekannten Konstruktion. illustrated apparatus for the manufacturing of an object by stereolithography is of a per se known construction.

Diese Vorrichtung umfasst in der Hauptsache einen Behälter, gefüllt mit einem flüssigen fotopolymerisierbaren Präpolymer, ein darin angebrachtes Plateau, das durch einen nicht dargestellten Mechanismus in dem flüssigen Präpolymer auf- und abwärts bewegt werden kann, und eine Laserstrahlquelle, die durch einen ebenfalls nicht dargestellten Mechanismus gemäß einem bestimmten Muster über die Oberfläche des flüssigen Präpolymers bewegt werden kann. This device comprises mainly a vessel filled with a liquid photopolymerizable prepolymer, a mounted therein plateau up by a not shown mechanism in the liquid prepolymer and can be moved downwards, and a laser beam source, by a likewise not illustrated mechanism can be moved according to a certain pattern on the surface of the liquid prepolymer.

Als ein 2D-optomechanisch Laserscanner wird eine Lösung bezeichnet, bei der der Laserstrahl nicht durch einen Scanner mit rotierenden Spiegeln gesteuert wird, sondern über mehrere parallel verschiebbare Umlenkspiegel ( Gandhi, PS et. al. Micromech. Microeng., no 20, pp 1–11, 2010 ). As a 2D-opto-mechanical laser scanner is known a solution in which the laser beam is not controlled by a scanner with rotating mirrors, but over several parallel movable deflecting mirror (Gandhi, PS et. Al. Micromech. Microeng., No 20, pp 1- 11, 2010). Durch die Führung über rechte Winkel kann der Laserfokus immer senkrecht über dem Baufeld positioniert werden. Through the lead right angle of the laser focus can be always positioned vertically above the construction site. Die entscheidenden Nachteile sind die Anzahl der benötigten Umlenkspiegel. The key disadvantages are the number of required deflection mirror. Da die Umlenkspiegel dynamisch geführt werden, wird ein hohes Maß an Präzision in jedem Spiegelantrieb und auch in der Planheit des Spiegels benötigt. Since the deflection mirror are performed dynamically, a high degree of precision is required in each mirror drive and also in the flatness of the mirror. Des Weiteren ist auf jeder spiegelnden Oberfläche mit einem Verlust der Laserleistung von ca. 10% zu rechnen. Furthermore, it is to be expected at any reflective surface with a loss of laser power of about 10%. Daher wird auch hier eine leistungsstarke Strahlquelle benötigt. Therefore also a powerful beam source is required. Beide Faktoren, Präzision an mehreren Stellen und Laserleistung, treiben die Kosten für die Anlagentechnik in die Höhe. Both factors, precision in several places and laser power, driving up costs for the plant technology in the air.

Eine Weiterentwicklung bezüglich der Fertigung mehrerer identischer Bauteile parallel zueinander bietet die Bauform mit mehreren parallel geführten Glasfasern auf einem XY-Plotter. A further development with respect to the production of multiple identical components in parallel provides the structural shape with a plurality of parallel guided fibers on an XY plotter. Der Laser wird über Shutter und Strahlführungsoptiken gesteuert. The laser is controlled by shutter and beam delivery optics. Ein Glasfaserbündel multipliziert dann die Strahlquelle und über ein XY-Plottersystem wird die Kontur zeilenhaft oder über Vektoren abgearbeitet. A fiber bundle then multiplies the beam source and an XY plotter, the contour is processed line by line or excessively vectors. Durch die Multiplikation erreicht man den Bau mehrerer identischer Komponenten parallel bei senkrechtem Einfall der Laserstrahlung. The multiplication is achieved the construction of several identical components in parallel at normal incidence of the laser radiation. Der Einsatz von Glasfasern zum Multiplizieren der Strahlquelle ermöglicht das parallele Herstellen von Bauteilen ( K. Ikuta et. al. " New Mikro Stereo Lithography for freely movable 3D Mikro Structure ", IEEE, pp. 290–295, 1998 ). The use of glass fibers for multiplying the beam source allows for the parallel production of components (K. Ikuta et. Al. " New micro Stereo Lithography for freely movable 3D Micro Structure ", IEEE, pp. 290-295, 1998). Die Bearbeitungsgeschwindigkeit gegenüber einer Scanneroptik wird sich aber kaum erhöhen. The processing speed compared to an optical scanner that will hardly increase. Probleme bereiten die Komponenten zum Aufspalten des Laserstrahls aus der Strahlquelle (der Kollimator) sowie die exakte gleichförmige Verteilung der Laserleistung auf die einzelnen Faserstränge. Problems are the components for splitting the laser beam from the beam source (the collimator), as well as the precise uniform distribution of the laser power to the individual fiber strands. Liefert nicht jede Faser identische Parameter, leidet die Qualität/Maßhaltigkeit der Bauteile. Does not provide any fiber identical parameters, the quality suffers / dimensional accuracy of the components. Außerdem führt der Einsatz von Fasern mit UV-Lasern oft zu einem Alterungsprozess der Faser. Moreover, the use of fibers with UV lasers often leads to an aging process of the fiber. Um genügend Licht in alle Fasern zu verteilen, muss auch genügend Leistung zur Verfügung stehen. To get enough light to spread in all fibers, whether sufficient power must be available. Aufgrund der Vielzahl an teuren Einzelkomponenten wie Laser, Kollimator, Fasern und Antriebsachsen für die Fasern ist die Anlagentechnik sehr kostenintensiv. Due to the number of expensive components such as lasers, collimator, fibers and drive axles for the fibers of the plant technology is very expensive.

Das Colamm-Verfahren ( Maruo, S. et. al. Sensors and Actuators, vol A 100, pp. 70–76, 2002 ) umgeht die Probleme des Recoatings mit einem Wischer. The Colamm method (Maruo, S. et. Al. Sensors and Actuators, vol A 100, pp. 70-76, 2002) avoids the problems of the Recoatings with a wiper. Dazu wird durch ein Fenster am Boden des Gefäßes das Harz belichtet. For this purpose, the resin is exposed through a window at the bottom of the vessel. Das Bauteil wird an der Bauplattform „festgeklebt” und dann schichtweise angehoben. The component is on the build platform "stuck" and then raised in layers. Wichtig ist hier, dass das ausgehärtete Harz nicht an der Glasscheibe haften bleibt. Important here is that the cured resin does not adhere to the glass pane. Die Zuführung des Laserstrahls erfolgt über Scanner oder Glasfaser und es bestehen auch bei diesem Verfahren die oben beschriebenen Nachteile. The supply of the laser beam scanner or via glass fiber and there are also, in this method the above described drawbacks.

Andere technische Lösungen für die Stereolithographie bieten sogenannte Maskenverfahren. Other technical solutions for stereolithography offer so-called mask method. Bezeichnet werden diese Varianten als flächige Bearbeitung. They are referred to as two-dimensional processing variants. Dabei kommt kein Laser, sondern eine UV-Lampe zum Einsatz. In this case no laser, but a UV lamp is used. Durch eine schaltbare LCD-Maske oder vorgefertigte Masken können dann die Konturen für die jeweilige Schicht in einem Arbeitsgang erzeugt werden ( Ikuta, K. IEEE, pp. 290–295, 1998 ). Through a switchable LCD screen or prefabricated masks then the contours for each layer can be produced in one operation (Ikuta, K. IEEE, pp. 290-295, 1998). Anwendung findet diese Technik jeweils mit der Bearbeitung von oben sowie auch, angelehnt an das Colamm-Verfahren, von unten ( Schuster, M. et. al. Journal of Polymer Sience: Part A: Polymer Chemistry, vol. 47, pp. 7070–7089, 2009 ) Applications of this technique to the processing of each above and also similar to the Colamm process, from the bottom (Schuster, M. et al, Journal of Polymer Sience:.. Part A: Polymer Chemistry, vol 47, pp 7070-.. 7089, 2009)

Das Digital Light Processing (DLP) ist eine weitere Modifikation der Stereolithographie. The Digital Light Processing (DLP) is a further modification of the stereo. Die Polymerisation des Harzes erfolgt hier durch sichtbares, nicht kohärentes Licht. Polymerization of the resin takes place here by visible, not coherent light. Das erforderliche Muster wird entweder durch Mikrospiegel oder durch eine dynamische LCD Maske direkt auf das Harz abgebildet. The required pattern is imaged by either micro-mirror or in a dynamic LCD screen directly on the resin. Es wird die gesamte Schicht gleichzeitig ausgehärtet. It is cured, the entire layer at the same time. Nachteilig bei dieser Methode ist, dass die Größe des Baufeldes bzw. die Anzahl der Bildpunkte (Pixel) fest sind. The disadvantage of this method is that the size of the building site or the number of dots (pixels) are fixed. Je höher die Auflösung der zu bauenden Strukturen gewählt wird, desto kleiner sind diese Strukturen. The higher the resolution of the structures to be built is selected, the smaller these structures. Gebräuchliche Systeme erreichen innerhalb der x y-Ebene Auflösungen von 1 bis zu 5 μm bei einer Schichtdicke von 10 μm ( Maier, Ch. Diplomarbeit „Herstellung biometrischer Materialien mit Rapid-Protoyping-Verfahren" Universität Wien 2005 ). Conventional systems are within the x-y plane resolution of 1 to 5 micron at a layer thickness of 10 microns (Maier, Ch. Thesis "production biometric materials with rapid prototyping process" University of Vienna 2005).

Da bei diesen beiden Verfahren keine Laserquelle zum Einsatz kommt, betreffen diese Verfahren nicht unmittelbar die Erfindung. Since these two methods no laser source is used, these methods do not directly concern the invention.

Alle im Stand der Technik beschriebenen Vorrichtungen für die Stereolithographie weisen Einrichtungen zur optischen Strahlaufbereitung, wie Expander und Shutter, Anlagen zur Strahlablenkung, wie Laserscanner, rotierender oder parallel verschiebbare Umlenkspiegel, Anlagen zur Versatzkompensation des Strahls, wie F-Theta-Linsen oder Vorrichtungen zur Strahlführung, wie Glasfasern, auf. All devices described in the prior art for stereolithography have facilities for optical beam treatment, such as expanders and shutter, systems for beam deflection, such as laser scanners, rotating or parallel displaceable deflection mirror, plants for the offset compensation of the beam, such as F-Theta lenses or devices for beam guidance such as glass fibers on. Damit werden die Anlagen für die Stereolithographie, insbesondere der Mikro-Stereolithographie kostspielig und teuer und schränken die Einsatzmöglichkeiten der Stereolithographie ein. Thus, the systems for stereolithography, especially the micro-stereolithography costly and expensive and limit the possibilities for using stereolithography. Außerdem müssen durch die auftretenden Verluste bei der Strahlaufbereitung leistungsstarke Laser eingesetzt werden, die wiederum auch sehr kostspielig sind. In addition, high-power laser must be used by the losses occurring in the beam conditioning, which in turn are also very expensive.

Auch alle aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zur senkrecht über dem Baugefäß angeordneten Aufhängungen von Laserscanner benötigen eine hohen Aufwand, da die Aufhängung entweder in Form eines in z-Achse verfahrbaren Linearantriebes an einer Trägerbrücke oder direkt an dieser Trägerbrücke, die wiederum auf zwei parallel zueinander angeordneten Trägern läuft, ausgebildet ist. Also, all known from the prior art solutions for vertically above the Baugefäß arranged suspensions of laser scanners, require high effort, since the suspension either in the form of a movable in the z-axis linear drive to a support bridge or directly to this girder bridge, which in turn parallel on two each other carriers arranged running, is formed. Außerdem werden diese Lösungen zur Vergrößerung des Baufeldes eingesetzt, da die Scanner nur eine begrenzte Fläche des Baufeldes bestrahlen können. In addition, these solutions are used to increase the construction field, since the scanner can irradiate only a limited area of ​​the construction site. Aus diesem Grund ist das Baufeld bei diesen Lösungen in Quadrate eingeteilt, wobei der Scanner nach Bestrahlen eines Quadrates mittels des Kreuzschlittens zum nächsten Quadrat bewegt wird und dieses Quadrat des Baufeldes bestrahlt. For this reason, the building area is divided into squares with these solutions, wherein the scanner after irradiation of a square is moved by means of the cross slide to the next square and this square irradiated of the construction field. Hier bleiben die oben beschriebenen Probleme trotz über dem Baufeld senkrechter Anordnung des Scanners erhalten. Here the problems described above remain intact despite perpendicular to the construction site arrangement of the scanner.

Außerdem können bei diesen Lösungen erhebliche Problem bei der Synchronisation der Motoren der Linearachsen, insbesondere bei längeren Laufzeiten, entstehen, die dann zum Ausfall der Stereolithographie-Anlagen führt. In addition, in these solutions significant problem in synchronization of the motors of the linear axes, especially at longer maturities, arise, which then leads to failure of stereolithography machines.

Aufgabe der Erfindung ist es, für Stereolithographie-Anlagen eine neue Aufhängung der Strahlungsquelle sowie eine wesentlich vereinfachte Strahlformung und -lenkung zu schaffen, wobei wesentliche Kosteneinsparungen durch die Reduzierung von Bauteilen und sensibler Komponenten bei gleichzeitiger Erhöhung der Bearbeitungsmöglichkeiten und der -qualität sowie der Zuverlässigkeit, auch bei längeren Laufzeiten, der Stereolithographie-Systeme, insbesondere der Mikro-Stereolithographie-Systeme erzielt werden sollen. The object of the invention is to provide for stereolithography machines a new suspension of the radiation source and a significantly simplified beam shaping and steering, with significant cost savings through the reduction of components and sensitive components while increasing processing capabilities and the quality and reliability, are to be achieved even with longer maturities, stereolithography systems, especially the micro-stereolithography systems.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Stereolithographie-System gelöst, dass aus einem Aufnahmeblock ( According to the invention, this object is achieved by a stereo system that a mounting block ( 12 12 ) für in y- und x-Achse verfahrbare Linearantriebe ( ) For movable in the y and x-axis linear drives ( 3 3 , . 4 4 ) als gekreuzte Anordnung und für ein Baugefäß ( ) As crossed arrangement and a Baugefäß ( 1 1 ) mit integrierter, in z-Achse verfahrbarer Bauplattform ( ) With integrated, movable in the z-axis build platform ( 2 2 ) besteht, wobei die gekreuzte Anordnung der Linearantriebe für die y-Achse ( ), Wherein the crossed arrangement of the linear drives for the y-axis ( 3 3 ) und für die x-Achse ( ) And for the x-axis ( 4 4 ) in vertikaler Richtung senkrecht über dem Baugefäß ( ) In the vertical direction perpendicular to the Baugefäß ( 2 2 ) angeordnet sind. Are arranged). Eine Laserquelle ( A laser source ( 6 6 ) ist, mit dem Strahlaustritt senkrecht nach unten in Richtung des mit Harz gefüllten Baugefäßes ( ) Is connected to the beam exit vertically downwardly in the direction of the filled resin Baugefäßes ( 1 1 ) gerichtet, über ein Befestigungsmittel ( ) Addressed, an attachment means ( 5 5 ) am Linearantrieb für die x-Achse ( ) On the linear drive for the X-axis ( 4 4 ), befestigt. ) Attached. Direkt an der Laserquelle ( Directly at the laser source ( 6 6 ) ist die Halterung mit den integrierten Fokussieroptiken ( ) Is the holder with the integrated focusing optics ( 7 7 ) angeordnet, die das austretende Laserlicht ( ) Positioned that the exiting laser light ( 8 8 ) direkt in die benötigte Ebene fokussiert. ) Directly focused at the required level. So erfolgt der schichtweise Aufbau des Bauteils ( Thus, the layered structure of the component takes place ( 9 9 ) entweder durch zeilenweises oder vektorielles Verfahren des Laserkopfs. ) By either line by line or vectorial moving the laser head. Während des Verfahrens härtet der Laser das flüssige Photopolymer aus. During the process, the laser cures the liquid photopolymer. Durch eine praktikable Anordnung der elektrischen Anschlüsse ( Through a practical arrangement of the electrical connections ( 11 11 ) der Laserquelle ( ) Of the laser source ( 6 6 ) kann die Versorgung leicht über Schleppkabel sichergestellt werden. ), The supply easily be ensured via trailing cable. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Fokussieroptik ( In a further embodiment of the invention, the focusing optical system ( 7 7 ) als auswechselbare Fokussieroptik ( ) As interchangeable focusing optics ( 7 7 ) ausgebildet sein. Be formed). Damit ist es möglich, unterschiedliche Strichbreiten bei der Photopolymerisation zu erzeugen und die Auflösung und die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu optimieren. This makes it possible to produce different line widths at the photopolymerization and to optimize the resolution and processing speed. Im Falle einer statischen Optik ist pro Baujob nur eine Auflösung fest vorgegeben. In a static appearance only resolution is fixed within each job. Es besteht aber auch die Möglichkeit, diese statische Optik durch ein motorgesteuertes Teleskop oder durch einen angetriebenen Objektivrevolver zu ersetzen und damit dynamisch während des Bauprozesses die Strichbreite des Laserstrahls bei gleichzeitiger Modulierung der Laserleistung anzupassen. However, it is also possible to replace this static appearance by a motor-controlled telescope or by a driven revolving nosepiece and thus dynamically change the line width of the laser beam while modulating the laser power during the construction process. Dadurch wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit stark erhöht. As a result, the processing speed is greatly increased.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die The invention will now be explained in more detail with reference to an embodiment wherein the 1 1 eine schematische Darstellung des Stereolithographie-Systems darstellt, mit is a schematic representation of the stereolithography system, with

Bezugszeichenliste Reference numeral list

Die The 1 1 zeigt eine schematische Darstellung mit den essentiellen Komponenten für die erfindungsgemäße Stereolithographie. shows a schematic representation of the essential components for stereolithography according to the invention. Direkt über dem Baugefäß ( Directly above the Baugefäß ( 1 1 ), mit der integrierten, absenkbaren Bauplattform ( ), With the integrated, retractable construction platform ( 2 2 ), ist ein lineares Achsensystem an einem Aufnahmeblock ( ), Is a linear axis system at a mounting block ( 12 12 ) aus Granit montiert. ) Mounted in granite. An der gekreuzten Anordnung aus der y-Achse ( To the crossed arrangement of the y-axis ( 3 3 ) und der x-Achse ( ) And the x-axis ( 4 4 ) wird über ein geeignetes Befestigungselement ( ) Is a suitable fastener ( 5 5 ) die Laserquelle ( ) The laser source ( 6 6 ) so montiert, das der Strahlaustritt des Laserstrahls senkrecht nach unten auf das mit Harz ( ) Is mounted so that the beam outlet of the laser beam vertically downwards on the resin ( 10 10 ) gefüllte Baugefäß ( ) Filled Baugefäß ( 1 1 ) zeigt. ) Shows. Als Laserquelle ( The laser source ( 6 6 ) wird ein Dioden-Laser eingesetzt. ) Used is a diode laser. Direkt an der Laserquelle ( Directly at the laser source ( 6 6 ) ist die Halterung mit den integrierten Fokussieroptiken ( ) Is the holder with the integrated focusing optics ( 7 7 ) befestigt, die das austretende Laserlicht ( ) Attached to the exiting laser light ( 8 8 ) direkt in die benötigte Ebene fokussiert. ) Directly focused at the required level. So kann der schichtweise Aufbau des Bauteils ( Thus, the layered structure of the component ( 9 9 ) entweder durch zeilenweises oder vektorielles Verfahren der Laserquelle ( ) By either line by line or vectorial moving the laser source ( 6 6 ) erfolgen. ) Take place. Während des Verfahrens härtet der Laserstrahl das flüssige Photopolymer aus. During the process, the laser beam cures the liquid photopolymer. Durch eine praktikable Anordnung der elektrischen Anschlüsse ( Through a practical arrangement of the electrical connections ( 11 11 ) der Laserquelle kann die Versorgung leicht über Schleppkabel sichergestellt werden. ) Of the laser source can supply easily be ensured via trailing cable. Flüssiges Photopolymer wird von einem Laserstrahl in dünnen Schichten mit einer Standardschichtstärke im Bereich 0,05–0,25 mm, bei Mikrostereolithografie auch bis zu 1 μm ausgehärtet. Liquid photopolymer is cured by a laser beam in thin layers with a standard layer thickness in the range 0.05-0.25 mm, wherein micro stereolithography also up to 1 micron. Das Verfahren geschieht im Baugefäß ( The procedure is done in Baugefäß ( 1 1 ), welches mit dem Photopolymer, in diesem Beispiel mit Epoxidharz, gefüllt ist. ), Which is filled with the photopolymer, in this example, with epoxy resin. Im Baugefäß ( In Baugefäß ( 1 1 ) wird die in z-Achse verfahrbaren Bauplattform ( ) Is movable in the z-axis of the build platform ( 2 2 ) in das Epoxidharz durch Verfahren der Bauplattform ( ) In the epoxy resin by moving the build platform ( 2 2 ) in der z-Achse getaucht, danach um den Betrag der Schichtstärke in der z-Achse nach oben gefahren und mit einem Wischer das Epoxidharz aufgetragen. ) Immersed in the z-axis, then driven by the amount of layer thickness in the z-axis points upwards and the epoxy resin is applied with a wiper. Nach dem Auftragen des Epoxidharzes wird die Laserquelle ( After application of the epoxy resin, the laser source is ( 6 6 ) mittels der x- und y-Achsen ( ) By means of the x- and y-axes ( 4 4 , . 3 3 ) über die Bauplattform ( ) Across the build platform ( 2 2 ) geführt und das Epoxidharz durch den Laserstrahl ausgehärtet. ) And is the epoxy resin is cured by the laser beam. Die Laserquelle ( The laser source ( 6 6 ) wird dabei zeilenweise über das Baufeld bewegt und positionsabhängig über seinen digitalen Eingang moduliert. ) Is it line by line moves across the building field and position-dependent modulated via its digital input.

Nach jedem Schritt wird das Werkstück einige Millimeter in die Flüssigkeit abgesenkt und auf eine Position zurückgefahren, die um den Betrag einer Schichtstärke unter der vorherigen liegt. After each step, the workpiece is lowered a few millimeters into the liquid and returned to a position that is lower by the amount of thickness of the previous ones. Das Epoxidharz über dem Bauteil wird dann durch einen Wischer gleichmäßig verteilt. The epoxy resin to the component is then distributed evenly through a wiper. Dann fährt die Laserquelle ( Then, the laser source moves ( 6 6 ) mittels der gekreuzten Anordnung der x- und y-Achse ( ) By means of the crossed arrangement of the x- and y-axis ( 4 4 , . 3 3 ), von einem Computer gesteuert, auf der neuen Schicht über die Flächen, die ausgehärtet werden sollen. ), Controlled by a computer, on the new layer over the surfaces that are to be cured. Nach dem Aushärten erfolgt der nächste Schritt, so dass nach und nach ein dreidimensionales Teil entsteht. After curing, the next step is carried out, so as to form a three-dimensional part gradually.

Beim Stereolithographie-Verfahren werden bei der Herstellung typischerweise auch Stützstrukturen mit gebaut, da das vom Laser gehärtete Harz noch relativ weich ist und auch bestimmte Formelemente (z. B. Überhänge) während des Bauprozesses sicher zu fixieren sind. When stereolithography and support structures are built with in the manufacture typically because the cured resin from the laser is still relatively soft and also certain form elements (eg. As overhangs) during the construction process are sure to fix. Nach dem Bauprozess wird die Bauplattform ( After build the build platform ( 2 2 ) mit dem/den Teil(en) aus dem Baugefäß ( ) With the / the part (s) of the Baugefäß ( 1 1 ) herausgefahren. ) Moved out. Nach dem Abtropfen des nicht gehärteten Harzes wird das Modell von der Bauplattform entfernt, von den Stützstrukturen befreit, mit Lösungsmitteln gewaschen und in einem Schrank unter UV-Licht vollständig ausgehärtet. After draining, the uncured resin, the model is removed from the build platform, free of the supporting structures, washed with solvents and fully cured in an oven under UV light.

Bei der erfindungsgemäßen Stereolithographie-Anlage werden die Laserquelle ( In stereo system of the present invention, the laser source ( 6 6 ) und die fokussierende Optik ( ) And the focusing optics ( 7 7 ) direkt über den Baugefäß ( ) Directly over the Baugefäß ( 1 1 ) und so über das gesamte Baufeld mittels linearer Achsen verfahren, wobei der Strahlaustritt und damit der Laserstrahl immer senkrecht über dem Baugefäß verbleibt. ) And then moved over the entire construction site by linear axes, said beam exit, and thus the laser beam always remains perpendicular to the Baugefäß. Im Vergleich zu im Stand der Technik beschriebenen Laser basierten Stereolithographie-Anlagen kommt die erfindungsgemäße Anlage ganz ohne Umlenkspiegel, Glasfasern oder ähnliche strahlbeeinflussende Bauteile aus. Compared to described in the prior art laser based stereolithography machines, the inventive system to work without any deflection mirror, glass or similar beam-influencing components. Die erfindungsgemäße Stereolithographie-Anlage ist bei ansonsten gleicher Leistungsfähigkeit somit deutliche einfacher und benötigt Laserquellen mit deutlich geringer Leistungsfähigkeit (Dioden-Laser). The invention stereolithography system is otherwise identical performance thus significantly simpler and requires laser sources with significantly lower performance (diode laser). Dadurch entsteht ein erheblicher Kostenvorteil gegenüber allen bisherigen Laser-basierten Stereolithographie-Systemen. This results in a significant cost advantage over all previous laser-based stereolithography systems. Weiterhin bestehen durch die Verwendung von nur zwei Linearantrieben, die auch noch unabhängig voneinander verfahren werden, keine Probleme bei der Synchronisation der Motoren für die Linearantriebe und die Störanfälligkeit des Stereolithographie-Systems wird erheblich gesenkt. Persist through the use of only two linear actuators that are also still proceed independently, no problems with the synchronization of the motors for the linear drives and the susceptibility of the stereolithography system is greatly reduced.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Stereolithographie-Systems sind in den geringeren Verlusten der Laserleistung im optischen System durch Komponentenreduzierung und der immer senkrechten Anordnung der Laserquelle und des senkrechten Austritts des Laserstrahles gegenüber des Baugefäßes zu sehen. Further advantages of the stereolithography system of the invention can be seen in the lower loss of the laser power in the optical system by reduction components and always perpendicular arrangement of the laser source and the perpendicular exit of the laser beam relative to the Baugefäßes. Der senkrechte Einfallwinkel der Laserstrahlung vermeidet die bei Laser-Scanner-Verfahren übliche Belichtung mit einem nicht senkrechten Einfallwinkel im Randbereich des Baufelds und gewährleistet somit über das gesamte Baufeld eine gleichbleibend hohe Fertigungspräzision. The vertical angle of incidence of the laser radiation avoids the usual method in laser scanner exposure to a non-perpendicular angle of incidence in the edge region of the construction field and thus ensured over the entire construction site consistently high manufacturing precision. Weiterhin treten keine Alterungserscheinung bei Funktionskomponenten (z. B. Lichtleiter) auf und das System weist eine hohe Wartungsfreundlichkeit auf, da ein ausgetauschter Laser nicht ins optische System justiert werden muss. Further contact no sign of aging on functional components (eg. As optical fiber) and the system has a high maintainability, since a laser exchanged must not be adjusted in the optical system.

Das Stereolithographie-System zeichnet sich weiterhin durch geringe Energieaufnahme und damit verbunden durch geringere Betriebskosten aus. The stereo system is also characterized by low energy consumption and thus connected by lower operating costs.

Das erfindungsgemäße System kann ebenso auch beim Lasersintern und beim Laserschneiden und Beschriften mittels Laserquellen angewendet werden. The system of the invention can also be applied by means of laser sources also during laser sintering and laser cutting and marking.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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