Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9. The invention relates to a device for producing a three-dimensional object according to the preamble of claim 1 and a method according to the preamble of claim 9.

Eine derartige Vorrichtung bzw. ein derartiges Verfahren ist unter dem Begriff "Stereographie" bekannt und kann, wie beispielsweise in der EP-A-0 171 069 beschrieben, durch schichtweises Verfestigen eines flüssigen, photopolymeri sierbaren Materials mittels eines gebündelten Laserstrahls erfolgen. Such an apparatus and such a method is known under the term "stereography" and, as described for example in EP-A-0171069, be made by layer-wise solidification of a liquid, photopolymeri sierbaren material using a focused laser beam. Ebenso kann dieses Verfahren auch durch Sinterung von Pulver mittels des Laserstrahls durchgeführt werden (siehe EP-A-0 287 657). Similarly, this method can also be carried out by sintering powder by means of the laser beam (see EP-A-0287657). In allen Fällen tritt das Problem auf, daß beispielsweise durch Erschütterungen, Alterung des Lasers oder sonstige Einwirkungen eine Dejustierung des Strahls oder eine Verschlechterung der Strahlqualität und stattfindet und damit die Herstellungsgenauigkeit verschlechtert wird. In all cases, the problem arises that takes place, for example, by vibration, aging of the laser or other causes misalignment of the beam or deterioration of the beam quality and, thus, the manufacturing accuracy is degraded.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine konstante Qualität bei der Herstellung des Objekts sicherzustellen. It is therefore an object of the invention to ensure a constant quality during production of the object.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. This object is achieved by a device with the features of claim 1 and by a method comprising the features of claim 9.

Erfindungsgemäß wird der zur Verfestigung verwendete Strahl möglichst unmittelbar über der Oberfläche der Materialschicht, also unmittelbar vor der Einwirkung auf das Material, vorzugsweise an einer Mehrzahl von über die Schicht verteilten Stellen gemessen und mit Referenzwerten verglichen. According to the invention the beam used for solidification is measured as directly as possible on the surface of the material layer, that is immediately prior to the action on the material, preferably at a plurality of locations distributed across the layer and compared with reference values. Damit kann eine eventuelle Verstaubung oder Dejustierung der Optik, ein Defekt der optischen oder elektronischen Komponenten zur Einstellung des Strahls und eine Strahländerung aufgrund von Alterungserscheinungen festgestellt, angezeigt und gegebenenfalls korrigiert werden. Thus, a possible dusting or misalignment of the optical system, a defect of the optical or electronic components for adjusting the beam and a beam change observed due to aging, displayed and corrected if necessary.

Die Erfindung wird im weiteren anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezug auf die Figuren beschrieben. The invention will be further described based on Ausführungsbeispie len with reference to the figures. Von den Figuren zeigen: In the drawings:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 1 is a schematic representation of the device according to the invention;

Fig. 2 eine perspektivische, schematische Darstellung einer Positioniervorrichtung für einen erfindungsgemäßen Sensor; Fig. 2 is a perspective, schematic representation of a positioning device for a sensor according to the invention;

Fig. 3 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform des Sensors; Fig. 3 is an illustration of a first embodiment of the sensor; und and

Fig. 4 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Sensors. Fig. 4 is an illustration of a second embodiment of the sensor.

Die Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Fig. 1 zeigt eine Schicht 1 eines mittels elektromagnetischer Strahlung verfestigbaren Materials, beispielsweise einer polymerisierbaren Flüssigkeit oder Paste oder eines sinterbaren Pulvermaterials, sowie eine über dieser Schicht 1 angeordnete Vorrichtung 2 zum Verfestigen des Materials der Schicht 1 an dem herzustellenden Objekt entsprechenden Stellen. The representation of the device according to the invention in Fig. 1 shows a layer 1 of a solidifiable by electromagnetic radiation material, such as a polymerizable liquid or paste or a sinterable pulverulent material, as well as an arranged above this layer 1 device 2 for solidifying the material of the layer 1 to the produced corresponding object points. Die Verfestigungsvorrichtung 2 weist eine Strahlungsquelle 3 in Form eines Lasers auf, die einen gebündelten Lichtstrahl 4 auf eine Ablenkeinrichtung 5 richtet, mittels der der Lichtstrahl 4 auf die gewünschten Stellen der Schicht 1 abgelenkt werden kann. The solidification apparatus 2 comprises a radiation source 3 in the form of a laser, which directs a focused light beam 4 to a deflector 5, by means of which the light beam can be deflected onto the four desired locations of the layer 1. Zu diesem Zweck ist die Ablenkeinrichtung mit einer Steuereinheit 6 zur entsprechenden Steuerung der Ablenkeinrichtung 5 verbunden. To this end, the deflection device is connected to a control unit 6 for controlling the respective deflector 5.

Zwischen der Strahlungsquelle 3 und der Ablenkeinrichtung 5 ist im Lichtstrahl 4 nacheinander ein Modulator 7 und eine variable Fokuseinheit 8 angeordnet, die ebenfalls mit der Steuereinheit 6 verbunden sind. Between the radiation source 3 and the deflector 5, a modulator 7 and a variable focus unit 8 is arranged in the light beam 4 in succession, which are also connected to the control unit 6. Der Modulator kann beispielsweise als akusto-optischer, elektro-optischer oder mechanischer Modulator ausgebildet sein und dient als "Schalter" zum Durchschalten bzw. Unterbrechen des Strahls 4 . The modulator may for example be constructed as acousto-optic, electro-optical or mechanical modulator and serves as a "switch" for switching or interrupting the beam 4th Die variable Fokuseinheit 8 dient dazu, die Bündelung des Strahls 4 zu verändern. The variable focusing device 8 is used to change the focusing of the beam 4.

Zwischen der Ablenkeinrichtung 5 und der Schicht 1 ist ferner ein Sensor 9 angeordnet, der mittels der in Fig. 2 näher dargestellten Positioniervorrichtung 10 in einer Ebene paral lel zu und vorzugsweise unmittelbar oberhalb der Schicht 1 an jede Stelle oberhalb der Schicht 1 verschoben werden kann. Between the deflector 5 and the layer 1, a sensor 9 is further arranged in a plane paral lel to and preferably directly above the layer 1 at each point can be moved above the layer 1 by means of the positioning device 10 shown in detail in FIG. 2. Die Positioniervorrichtung 10 ist als x,y-Positioniervorrich tung ausgebildet, wobei der Sensor 9 in einer ersten X-Richtung entlang der Oberseite eines sich in X-Richtung über die Schicht 1 erstreckenden Abstreifers 11 verschiebbar ist, der wiederum in Y-Richtung über die Schicht 1 zum einstellen einer gewünschten Schichtdicke des Materials verschoben werden kann. The positioning device 10 is designed as a x, y-Positioniervorrich device, wherein the sensor 9 in a first X direction along the top of a layer over the one extending in the X-direction of the scraper 11 is movable, in turn, in the Y direction on the layer 1 can be moved to set a desired layer thickness of the material. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Sensor 9 aber auch unabhängig vom Abstreifer positioniert werden. According to another embodiment, the sensor 9 can also be positioned independently of the scraper. Der Ausgang des Sensors ist mit der Steuereinheit 6 verbunden. The output of the sensor is connected to the control unit 6.

Eine erste Ausführungsform des Sensors 9 ist in Fig. 3 dargestellt. A first embodiment of the sensor 9 is shown in Fig. 3. Der Sensor 12 nach Fig. 3 ist als Quadrantensensor mit einer in jedem Quadranten angeordneten lichtempfindlichen Element in Form einer Photodiode 12 , 13 , 14 , 15 ausgebildet. The sensor 12 of FIG. 3 is formed as a quadrant having a sensor disposed in each quadrant of the photosensitive element in the form of a photodiode 12, 13, 14, 15. Die Photodiode 15 eines Quadranten ist mittels einer strahlungsundurchlässigen Abdeckung, beispielsweise eines Metallplättchens 16 , abgedeckt, in deren Mitte sich eine Blendenöffnung 17 befindet. The photodiode 15 is a quadrant using a radio-opaque covering, such as a metal plate 16, covered, in the center of which an aperture is 17. Gemäß einer in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungsform ist der Sensar 9 als Einzelsensor mit nur einem einzigen Feld ausgebildet, wobei in dem Feld ein lichtempfindliches Element in Form einer Photodiode 18 angeordnet ist, die wiederum mit einer strahlungsundurchlässigen Abdeckung, beispielsweise einem Metallplättchen 19 , bis auf eine zentrale Blendenöffnung 20 abgedeckt ist. According to a second embodiment shown in Fig. 4 of the Sensar 9 is formed as a single sensor with only a single field, in which field a photosensitive member in the form of a photodiode 18 is located, in turn, with a radio-opaque covering, such as a metal plate 19, to is covered with a central aperture 20. Der Durchmesser der Blendenöffnungen 17 , 20 ist etwa 20 bis 50 µm, vorzugsweise etwa 35 µm. The diameter of the apertures 17, 20 is about 20 to 50 microns, preferably about 35 microns.

Im Betrieb wird zunächst der Laserstrahl 4 bezüglich seiner Position, Leistung und seines Durchmessers gemessen. In operation, the laser beam 4 is first measured with respect to its position, performance, and its diameter. Die Positionsbestimmung erfolgt dabei beispielsweise mittels des in Fig. 3 gezeigten Sensors 9 dadurch, daß der Sensor 9 an einer bestimmten definierten X,Y-Stelle positioniert wird und die Ablenkeinrichtung 5 von der Steuereinheit 6 so gesteuert wird, daß der abgelenkte Strahl 4 den Sensor 9 überstreicht und dabei vom Feld der Photodiode 12 zu dem der Photodiode 13 wandert. The position determination takes place for example by means of the sensor 9 shown in FIG. 3, characterized in that the sensor 9 is positioned at a certain defined X, Y location and the deflection device 5 is controlled by the control unit 6 so that the deflected beam 4 the sensor 9 sweeps while from the photodiode 12 field to the photodiode 13 moves. Dabei werden die von beiden Photodioden abgegebenen Ausgangssignale verglichen; The votes of the two photodiode outputs are compared; bei Gleichheit entspricht die Po sition des Strahls 4 genau dem Übergang zwischen den beiden Photodiodenfeldern und damit der Mittenposition des Sensors 9 . equality in the bottom position of the beam 4 corresponds exactly to the transition between the two photodiodes fields and thus the center position of the sensor. 9 Dieselbe Messung wird auch für den Übergang von der Photodiode 12 zur Photodiode 14 vorgenommen. The same measurement is also performed for the transition from the photodiode 12 to the photodiode 14. Durch Vergleich der erhaltenen Positionsdaten mit der entsprechenden Posi tionsvorgabe für die Ablenkeinrichtung 5 wird festgestellt, ob die Steuerung für den Strahl 4 korrekt ist oder ob eine Dejustierung vorliegt. By comparing the obtained position data with the corresponding posi tion handicap for the deflector 5 is determined whether the control for the beam 4 is correct or whether a misalignment is present. Im letzteren Fall wird eine Korrekur der Steuerung in der Steuereinheit 6 oder auch eine Neujusta ge der Vorrichtung vorgenommen. In the latter case a Korrekur the control in the control unit 6 or a Neujusta ge of the device is made.

Die beschriebene Positionsmessung wird durch Verfahren des Sensors 9 an über die Schichtoberfläche 1 verteilte Posi tionen mittels der Positioniervorrichtung 10 an beliebigen Stellen innerhalb des Belichtungsfeldes vorgenommen, so daß die Positioniergenauigkeit der Verfestigungsvorrichtung 2 exakt bestimmbar ist. The position measurement is described functions by moving the sensor 9 to distributed on the surface layer 1 Posi carried out at any position within the exposure field, so that the positioning accuracy of the solidification apparatus 2 is precisely determined by means of the positioning device 10. Ebenso ist es allerdings auch möglich, nur an ausgewählen Punkten, beispielsweise an 2 Punkten, zu messen, um eine globale Drift beispielsweise aufgrund von Temperaturänderungen festzustellen. Likewise, it is however also possible to measure only select points out, for example, at 2 points, to determine a global drift for example due to temperature changes. Diese kann wiederum durch entsprechende Korrektur der Steuereinheit 6 bzw. This can in turn by appropriate correction of the control unit 6 and der darin gespeicherten Steuersoftware kompensiert werden. stored therein control software can be compensated.

Die Leistung des Strahls 4 wird durch direkte Auswertung der Ausgangssignale der Photodioden 12 , 13 und 14 , deren Ampli tude der Leistung entspricht, vorgenommen. The power of the beam 4 is by direct evaluation of the output signals of the photodiodes 12, 13 and 14, the Ampli tude of the power corresponding made. Durch Vergleich mit Sollwerten kann wiederum ein Fehler in der Verfesti gungsvorrichtung 2 festgestellt werden, beispielsweise eine Verstaubung der Optik, eine Alterung oder auch ein Ausfall von optischen oder elektronischen Komponenten. By comparison with reference values ​​again, an error in the Verfesti generating device 2 can be found, for example, a dusting of optics, aging or even a loss of optical or electronic components.

Für die Messung des Durchmessers bzw. des Fokus des Strahls 4 wird die Ablenkeinrichtung 5 und/oder die Positioniervor richtung 10 so gesteuert, daß der abgelenkte Strahl 4 die Blendenöffnung 17 des Sensors nach Fig. 3 oder die Blenden öffnung 20 des Sensors nach Fig. 4 in zwei Koordinatenrich tungen überstreicht. For the measurement of the diameter or the focus of the beam 4, the deflector 5 and / or the Positioniervor device 10 is controlled so that the deflected beam 4, the aperture 17 of the sensor of FIG. 3 or the aperture 20 of the sensor of FIG. 4 sweeps in two coordinate Rich obligations. Dadurch wird das Intensitätsprofil des Strahls 4 abgetastet und aus den gewonnenen Intensitätsdaten des Profils der Fokus bzw. Durchmesser der Strahls 4 berechnet. Thereby, the intensity profile of the beam 4 is scanned, and calculates from the obtained intensity data of the profile or diameter of the focus of the beam 4. Diese Messung kann im gesamten Belichtungsfeld oder auch nur an ausgewählten Punkten, beispielsweise in Verbindung mit der Leistungsmessung, durchgeführt werden. This measurement may be in the entire exposure field or only at selected points, for example in connection with the power measurement can be performed. Durch Vergleich mit entsprechenden Sollwerten kann wiederum eine Abweichung beispielsweise aufgrund der Alterung des La sers oder einer Dejustage des optischen Systems festgestellt werden. By comparison with corresponding target values, again a deviation, for example, due to the aging of the La sers or a misalignment of the optical system are detected. In diesem Fall kann in gewissem Rahmen eine Korrektur durch Veränderung des Fokus mittels Ansteuerung der variablen Fokuseinheit 8 über die Steuereinheit 6 vorgenommen werden. In this case can be made ​​8 via the control unit 6 to a certain extent by changing a correction of the focus control means of the variable focus unit.

Bei Verwendung des in Fig. 4 gezeigten Sensors 9 wird die Position und Leistung des Strahls 4 aufgrund von Berechnungen ermittelt, und zwar die Position durch Bestimmung des Intensitätsmaximums und die Leistung durch Integration des Profils. When using the sensor 9 shown in FIG. 4, the position and power of the beam 4 is determined on the basis of calculations, namely the position by determining the maximum intensity and power, by integrating the profile. Derartige Rechenverfahren sind bekannt, so daß sie hier nicht näher erläutert werden müssen. Such calculation methods are known, so that they need not be discussed further here.

Nach der Einstellung und Messung des Strahls 4 wird eine Materialschicht 1 aufgetragen und durch gezieltes Bestrahlen der Schicht 1 mittels des abgelenkten Strahls 4 an den dem Objekt entsprechenden Punkten in der üblichen Weise verfestigt. After the adjustment and measurement of the beam 4, a material layer 1 is applied and solidified by selective irradiation of the layer 1 by means of the deflected beam 4 at points corresponding to the object in the usual manner.

Die Messung des Strahls in der oben beschriebenen Weise kann vor der Herstellung eines Objekts, aber auch zwischen der Verfestigung einzelner Schichten oder auch in größeren Abständen, z. B. tageweise, vorgenommen werden. The measurement of the beam in the manner described above can be carried out prior to the preparation of an object, but also between the solidification of individual layers or at longer intervals, eg. As a daily basis. Festgestellte Abweichungen von zulässigen Werten können auch auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt werden. Any deviations of allowed values ​​can also be displayed on a display device.