Stereolithographie- System stereolithography system

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

dreidimensionalen Bauteilen. three-dimensional components.

Die DE 10 2009 009 503 B3 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur The DE 10 2009 009 503 B3 relates to a device and a method for

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 Producing a workpiece according to a rapid prototyping method with a laser for generating a laser beam for the curing of a material and a workpiece support, which is predetermined by the laser from a

Raumwinkelbereich direkt bestrahlbar ist. is solid angle directly irradiated. 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 bestrahl bar 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 bestrahl bar.

In der DE 10 2004 057 527 B4 wird ein Verfahren zur Herstellung eines In DE 10 2004 057 527 B4 discloses a process for the preparation of a

Elektrodenkörpers für die elektro- chemische Bearbeitung (ECM) für Werkstücke beschrieben, wobei der Stempel im Stereolithographie-Verfahren hergestellt wird. described electrode body for the electrochemical machining (ECM) of workpieces, wherein the plunger in stereolithography is made. Im Rapid Prototyping- Verfahren (RP) wird der Elektrodenkörper in einem flüssige Kunststoffbad schichtweise aufgebaut. In rapid prototyping process (RP) of the electrode body is constructed 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 US 2003 001313 A offenbart ein Verfahren und eine The invention according to US 2003 001313 A discloses a method and

Vorrichtung zur Herstellung von keramischen Formkörpern durch Sintern von ausgewählten Stellen eines keramischen Materials mit einem Laserstrahl zur Bildung des Formkörpers. 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 The apparatus for producing ceramic molded bodies has a

Auflagefläche, eine Auftragseinheit zum Auftragen von Schichten eines keramischen Materials, eine Trocknungseinheit für die aufgetragenen Schichten und eine Supporting surface, an applicator unit for applying layers of a ceramic material, a drying unit for the coated layers, and a

Lasereinheit zur Erzeugung eines Laserstrahls mit Mitteln zum gesteuerten Laser unit for generating a laser beam with means for the controlled

Ausrichten des Laserstrahls auf ausgewählte Stellen einer jeweiligen Schicht des keramischen Materials, um das bestrahlte Material zu sintern und den Formkörper zu bilden. Directing the laser beam at selected locations of a respective layer of the ceramic material to sinter the irradiated material to form the molding. 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 controlled alignment of the laser beam are preferably designed 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, a production 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 over the surface of the coated layer and ready the corresponding layer of the molding to be produced on the coated layer.

Die US 2002 185 782 (A1 ) beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines The US 2002 185 782 (A1) describes a method for producing a

dreidimensionalen Objektes durch Stereolithographie. 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 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. In the US 2004 094 728 A discloses an apparatus for sintering and optionally removing and / or labeling is described and the subsequent revision of the finished workpiece by means of electromagnetic radiation bundled. Die Vorrichtung besteht aus einem Maschinengehäuse, in dem ein Bauraum untergebracht ist. The device comprises a machine housing in which a space is housed. Im oberen Bereich des Bauraums ist ein Scanner angeordnet, in dem der Strahl eines Sinter-Lasers eingekoppelt wird. In the upper portion of the building space, a scanner is arranged in 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 displaceable workpiece platform and a material supply device are provided, can be transported from a storage container into the process area above the workpiece platform with the powder-like or even 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 movable in one axis moved, arranged on an above the workpiece platform motor-driven scanner support bridge, the scanner-girder bridge on two parallel, in a width of Baugefäßes appropriate 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. Motorized drive elements of the scanner carrier 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 housing of the scanner. Neben einer möglichen In addition to possibly

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 Displacement of the scanner along the x-axis and the y-axis is also a displacement of the scanner along the z-axis possible, so the scanner over the workpiece platform or also in adjacent areas

höhenverfahrbar ist. is moved vertically. 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, the two mutually parallel support to run again as a bridge on two vertically arranged carrier in the form of linear axes on the right and left walls of 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 In addition to the high expenditure by the arrangement of three linear axes in the two-axis movement capability or the seven linear axes in the three-axis movement capability and the use of four mirrors, problems arise in the

Synchronisation der Motoren der Linearachsen, die bis zum Totalausfall der Synchronization of the motors of the linear axes of up to total failure

Stereolithographie- Anlage führen können. can lead stereolithography system.

Die Erfindung gemäß 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 The invention according to DE 100 53 741 C1 relates to a device for sintering, ablating and / or inscribing by means of electromagnetic bundled radiation, especially 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 means of

Kreuzschlittenanordnung in alle Richtungen verfahrbaren Scanner, in dem der Strahl einer Sinter-Energiequelle eingekoppelt wird, eine höhenverfahrbare Cross slide arrangement in all directions movable scanners, in which the beam of a sintering energy source is coupled, a vertically movable

Werkstückplattform sowie eine Materialzuführungseinrichtung mit einem zur Workpiece platform and a material supply device with a to

Zuführung von Sinter-Material aus einem Vorratsbehälter in den Prozessbereich über der Werkstückplattform dienenden Beschichter angeordnet sind, wobei die Supplying sintered material are arranged from a reservoir to the process area serving on the workpiece platform coater, said

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. is workpiece platform can be removed as a removable element from the space in which the vertically movable workpiece platform, the reservoir and the application device are formed as contiguous removable from the space Prozessplattform- exchange unit and for carrying out 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 for the movable scanner in all directions is formed as a movable bridge support in the y direction, to 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 parallel to each other, arranged in one of the width of the Baugefäßes appropriate distance from each other in the 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 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. As in the invention according to US 2004 094 728 A formed in addition to the high expense of 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 plant a total failure of stereolithography. 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, to be used in this solution powerful laser with high energy and cost to compensate for the loss of energy through the mirror

In der US 2002 171 178 (A1 ) wird ein Verfahren zur Herstellung eines In US 2002 171 178 (A1) describes a process for preparing a

dreidimensionalen, prothetischen und ein poröses Netzwerk aufweisendes three-dimensional, prosthetic and a porous network exhibiting

Implantats aus biologisch zersetzbaren Polymer beschrieben Das Verfahren verwendet eine Stereolithographie- Vorrichtung, wobei mittels eines Implant from biodegradable polymer described The process uses a stereolithography apparatus, by means of a

dreidimensionalen CAD-Bildes Ketten von einem oder mehreren Photopolymerren und einem Photoinitiator ein aus Schichten zusammengesetztes, polymeres prothetisches Implantats bilden . three-dimensional CAD image chains of one or more form Photopolymerren and a photoinitiator, a composite of layers of polymeric 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 photo-curable, bioerodible polymer 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 the stereolithography apparatus (a commercial stereolithography system SLA 250). Der Of the

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. Container contains 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 over scanner mirrors on vector base in which is disposed in the x- and y-axis moveable over the container (www. Klartext-pr.de / .... / articles / the culture of prototyping .pdf).

In der US 45.753.30B1 wird eine Anlage mit externer Laserquelle, optischer In the US 45.753.30B1 is a system with external laser source, optical

Strahlaufbereitung (Expander, Shutter, etc.), Laserscanner zur Strahlablenkung und F-Theta-Linse zur Versatzkompensation des Laserfokus beschrieben. Beam treatment (expander, shutter, etc.), laser scanners for beam deflection and F-theta lens for offset compensation of the laser focus described. Der Of the

Laserstrahl wird über zwei rotierende Spiegel geführt, um das gesamte Baufeld zu erreichen. 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 required. Außerdem muss der Fokus ständig durch die F-Theta-Linse korrigiert werden, so dass der Arbeitsabstand je nach Winkel Laserstrahl/Oberfläche variiert. Furthermore, the focus must always be corrected by the F-Theta lens, so that the working distance varies laser / surface depending on the angle. Ein zusätzlicher Nachteil ist, dass der Laserstrahl im Randbereich sehr schräg in das Polymer eindringt. An additional drawback is that the laser beam very obliquely enters the polymer at the edges. Der Scanner, die F-Theta-Linse und die ausreichend The scanner, the F-Theta lens and the sufficient

leistungsstarke Strahlquelle sind in ihrer Anschaffung sehr teuer. 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 constantly changing angle substrate / laser beam no Teleoptik or replaceable optics above the bath can be positioned.

Die in der US 55 95 703 A dargestellte Vorrichtung für das Fertigen eines Objekts durch Stereolithographie ist von einer an sich bekannten Konstruktion. The device shown in the US 55 95 703 A 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 This device comprises mainly a container filled with a liquid photopolymerizable prepolymer, a mounted therein

Plateau, das durch einen nicht dargestellten Mechanismus in dem flüssigen Plateau that liquid by a not shown mechanism in the

Präpolymer auf- und abwärts bewegt werden kann, und eine Prepolymer in design and can be moved downwards, and a

Laserstrahlquelle, die durch einen ebenfalls nicht dargestellten Mechanismus gemäß einem bestimmten Muster über die Oberfläche des flüssigen Präpolymers bewegt werden kann. Laser beam source, which can be moved by a mechanism, also not shown in accordance with 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 -1 1 , 2010). As a 2D-opto-mechanical laser scanner, a solution is referred to, in which the laser beam is not controlled by a scanner with rotating mirrors, but over several parallel movable mirror (Gandhi, PS et al Micromech Microeng, No 20, pp 1.... - 1 1, 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 building field. 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, can 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 system technology in the height.

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 glass fiber bundle then multiplies the beam source and an XY plotter, the contour is processed line way or vectors. Durch die Multiplikation erreicht man den Bau mehrerer identischer Komponenten parallel bei senkrechtem Einfall der Laserstrahlung. The multiplication to reach the construction of several identical components in parallel at normal incidence of the laser radiation. Der Einsatz von Glasfasern zum The use of glass fibers for

Multiplizieren der Strahlquelle ermöglicht das parallele Herstellen von Bauteilen (K.lkuta et.al."New Mikro Stereo Lithography for freely movable 3 D Mikro Structure", IEEE, pp. 290-295, 1998). Multiplying the beam source enables the parallel production of components (K.lkuta et.al. "New micro Stereo Lithography for freely movable 3 D Micro Structure", IEEE, pp. 290-295, 1998). Die Bearbeitungsgeschwindigkeit gegenüber einer Scanneroptik wird sich aber kaum erhöhen. The processing speed compared to a scanner optics 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) and the exact uniform distribution of the laser power to the individual fiber strands. Liefert nicht jede Faser identische Parameter, leidet die Qualität/Maßhaltigkeit der Bauteile. Returns not every fiber of identical parameters, the quality suffers / dimensional stability of the components. Außerdem führt der Einsatz von Fasern mit UV-Lasern oft zu einem Moreover, the use of fibers with UV lasers often leads to a

Altem ngsprozess der Faser. Old ngsprozess 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, 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 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. Wichtig ist hier, dass das ausgehärtete Harz nicht an der Glasscheibe haften bleibt. Die Zuführung des Laserstrahls erfolgt über Scanner oder Glasfaser und es bestehen auch bei diesem Verfahren die oben beschriebenen Nachteile. The component is on the build platform "stuck" and then raised in layers. It is important here that the cured resin does not adhere to the glass plate. The supply of the laser beam is carried out via scanner or glass fiber and there is also in this method the drawbacks described above.

Andere technische Lösungen für die Stereolithographie bieten sogenannte Other technical solutions for stereolithography provide so-called

Maskenverfahren. Mask process. Bezeichnet werden diese Varianten als flächige Bearbeitung. Inscribed are these variants as area processing. 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 technology respectively to the processing of the above as well, inspired by the Colamm process, from below (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. The polymerization of the resin is carried out here by visible, non-coherent light. Das erforderliche Muster wird entweder durch Mikrospiegel oder durch eine dynamische LCD Maske direkt auf das Harz abgebildet. The required pattern is mapped either by micromirrors or by a dynamic LCD screen directly to the resin. Es wird die gesamte Schicht gleichzeitig ausgehärtet. It is cured, the entire layer simultaneously. Nachteilig bei dieser Methode ist, dass die Größe des Baufeldes bzw. die Anzahl der Bildpunkte (Pixel) fest sind. A disadvantage of this method is that the size of the construction site or the number of dots (pixels) are fixed. Je höher die Auflösung der zu bauenden Strukturen gewählt wird, desto kleiner sind diese these higher the resolution of the structures to be built is selected, the smaller

Strukturen. Structures. Gebräuchliche Systeme erreichen innerhalb der x y-Ebene Auflösungen von 1 bis zu 5 μπι bei einer Schichtdicke von 10 m (Maier, Ch. Diplomarbeit „Herstellung biometrischer Materialien mit Rapid- Protoyping- Verfahren" Universität Wien 2005). Common systems are within the x y plane resolutions from 1 to 5 μπι at a film thickness of 10 m (Maier, Ch. Thesis "Preparation biometric materials Rapid Protoyping- processes" 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 All devices described in the prior art for stereolithography have facilities for optical beam treatment, such as expander and shutter, for beam deflection systems, such as laser scanners, rotating or parallel

verschiebbare Umlenkspiegel, Anlagen zur Versatzkompensation des Strahls, wie F- Theta- Linsen oder Vorrichtungen zur Strahlführung, wie Glasfasern, auf. movable reflecting mirror, Equipment for 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, particularly 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, powerful lasers have to be used by the losses occurring in the beam processing, which also are in turn very costly.

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 to vertically above the Baugefäß arranged Mounting of laser scanners require a high expenditure, since the suspension either in the form of a movable in the z-axis linear drive to a support bridge or directly to the support bridge, in turn, parallel to two arranged mutually carriers runs, 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 area, because 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 construction site is located in these solutions in squares, the scanner after irradiation of a square is moved by means of the cross slide to the next square and irradiated this square of the construction area. Hier bleiben die oben beschriebenen Probleme trotz über dem Baufeld senkrechter Anordnung des Scanners erhalten. Here the problems described above are retained despite perpendicular to the working field of the scanner assembly.

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. Moreover, with these solutions a significant problem with the synchronization of the motors of the linear axes, especially at longer maturities, arise, which then leads to the failure of stereolithography equipment.

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 The object of the invention is to provide for stereolithography systems a new suspension of the radiation source and a substantially simplified beamforming and steering, with significant cost savings through the reduction of components and sensitive components while increasing the

Bearbeitungsmöglichkeiten und der -qualität sowie der Zuverlässigkeit, auch bei längeren Laufzeiten, der Stereolithographie- Systeme, insbesondere der Mikro- Stereolithographie- Systeme erzielt werden sollen. Processing options and the quality and reliability, even at longer maturities, the stereolithography systems, in particular the micro stereolithography systems are to be achieved.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Stereolithographie- System gelöst, dass aus einem Aufnahmeblock (12 ) für in y- und x- Achse verfahrbare According to the invention the object is achieved by a stereolithography system that movable from a receiving block (12) for in the y and x axis

Linearantriebe (3,4) als gekreuzte Anordnung und für ein Baugefäß (1 ) mit integrierter, in z- Achse verfahrbarer Bauplattform (2) besteht, wobei die gekreuzte Anordnung der Linearantriebe für die y- Achse (3) und für die x- Achse (4) in vertikaler Richtung senkrecht über dem Baugefäß (2) angeordnet sind. Linear actuators (3.4) as a crossed arrangement and for a Baugefäß (1) with integrated, movable in the z-axis construction platform (2), wherein the crossed arrangement of linear drives for the y-axis (3) and for the x-axis (4) are arranged in a vertical direction vertically above the Baugefäß (2). Eine A

Laserquelle (6) ist, mit dem Strahlaustritt senkrecht nach unten in Richtung des mit Harz gefüllten Baugefäßes (1 ) gerichtet, über ein Befestigungsmittel (5) am Laser source (6) is directed to the beam exit vertically downwardly in the direction of the resin-filled Baugefäßes (1), an attachment means (5) at the

Linearantrieb für die x- Achse (4), befestigt. Linear drive for the X axis (4) fixed. Direkt an der Laserquelle (6) ist die Halterung mit den integrierten Fokussieroptiken (7) angeordnet, die das austretende Laserlicht (8) direkt in die benötigte Ebene fokussiert. Just off the laser source (6) the holder with the integrated focussing optics (7) is arranged which focuses the laser light emerging (8) directly into the required level. So erfolgt der schichtweise Aufbau des Bauteils (9) entweder durch zeilenweises oder vektorielles Verfahren des Laserkopfs. Thus the layered structure of the component (9) is carried out either by line-or vectorial moving the laser head. Während des Verfahrens härtet der Laser das flüssige Photopolymer aus. During the process of laser hardens the liquid photopolymer. Durch eine praktikable Anordnung der elektrischen Anschlüsse (1 1 ) der A workable arrangement of electrical connections (1 1) of the

Laserquelle (6) kann die Versorgung leicht über Schleppkabel sichergestellt werden. Laser source (6) can supply easily be ensured via trailing cable. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Fokussieroptik (7) als auswechselbare Fokussieroptik (7) ausgebildet sein. In a further embodiment of the invention, the focusing optical system (7) may be formed as a replaceable optical focusing (7). Damit ist es möglich, unterschiedliche Strichbreiten bei der Photopolymerisation zu erzeugen und die Auflösung und die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu optimieren. Thus, it is possible to create 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 motorized telescope or by a driven revolving nosepiece and thus dynamically adjust the line width of the laser beam while modulating the laser power during the building process. Dadurch wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit stark erhöht. Thus, the processing speed is greatly increased.

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

1 Baugefäß 1 Baugefäß

2 Bau plattform 2 construction platform

3 Linearantrieb für die y- Achse 3 linear drive for the Y axis

4 Linearantrieb für die x- Achse 4 linear drive for the x-axis

5 Befestigungselement für den Laserkopf 5 fastener for the laser head

6 Laserquelle 6 laser source

7 Fokussieroptiken 7 focusing optics

8 Laserstrahl 8 laser beam

9 Bauteil 9 component

10 Harz 10 resin

11 elektrische Anschlüsse 11 electrical connections

12 Aufnahmeblock 12 receiving block

Die Fig.1 zeigt eine schematische Darstellung mit den essentiellen Komponenten für die erfindungsgemäße Stereolithographie. The Figure 1 shows a schematic representation of the essential components for stereolithography according to the invention. Direkt über dem Baugefäß (1 ), mit der integrierten, absenkbaren Bauplattform (2), ist ein lineares Achsensystem an einem Aufnahmeblock (12) aus Granit montiert. Directly above the Baugefäß (1), with the integrated, lowerable building platform (2), a linear axis system to a receiving block (12) is mounted made of granite. An der gekreuzten Anordnung aus der y- Achse (3) und der x- Achse (4) wird über ein geeignetes Befestigungselement (5) die Laserquelle (6) so montiert, das der Strahlaustritt des Laserstrahls senkrecht nach unten auf das mit Harz (10) gefüllte Baugefäß (1 ) zeigt. To the crossed arrangement of the y axis (3) and the x-axis (4) via a suitable fastener (5), the laser source (6) is mounted so that the beam outlet of the laser beam vertically downwards on the resin (10 ) filled Baugefäß (1) shows. Als Laserquelle (6) wird ein Dioden-Laser eingesetzt. As the laser source (6), a diode laser is used. Direkt an der Laserquelle (6) ist die Halterung mit den integrierten Fokussieroptiken (7) befestigt, die das austretende Laserlicht (8) direkt in die benötigte Ebene fokussiert. Just off the laser source (6) the holder with the integrated focussing optics (7) is fixed, which focuses the laser light emerging (8) directly into the required level. So kann der schichtweise Aufbau des Bauteils (9) entweder durch zeilenweises oder vektorielles Verfahren der Laserquelle (6) erfolgen. Thus the layered structure of the component (9) can be carried out by line-or vectorial moving the laser source (6) either. Während des Verfahrens härtet der Laserstrahl das flüssige Photopolymer aus. During the process of laser hardens the liquid photopolymer. Durch eine praktikable Anordnung der elektrischen Anschlüsse (1 1 ) der A workable arrangement of electrical connections (1 1) of the

Laserquelle kann die Versorgung leicht über Schleppkabel sichergestellt werden. 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 [im ausgehärtet. Liquid photopolymer by a laser beam in thin layers with a standard thickness in the range 0.05-0.25 mm, with micro-stereolithography also up to 1 [cured in. Das Verfahren geschieht im Baugefäß (1 ), welches mit dem Photopolymer, in diesem Beispiel mit Epoxidharz, gefüllt ist. The process is done in Baugefäß (1) which is filled with the photopolymer, in this example, with epoxy resin. Im Baugefäß (1 ) wird die in z- Achse verfahrbaren Bauplattform (2) in das Epoxidharz durch Verfahren der Bauplattform (2) in der z- Achse getaucht, danach um den Betrag der In Baugefäß (1) is immersed in the z-axis moveable build platform (2) in the epoxy resin by methods of the building platform (2) in the z-axis, then by the amount of

Schichtstärke in der z- Achse nach oben gefahren und mit einem Wischer das Epoxidharz aufgetragen. driven film thickness in the z-axis up and applied the epoxy resin with a wiper. Nach dem Auftragen des Epoxidharzes wird die Laserquelle (6) mittels der x- und y- Achsen (4,3) über die Bauplattform (2) geführt und das Epoxidharz durch den Laserstrahl ausgehärtet. After application of the epoxy resin, the laser source (6) by means of the x and y axes (4,3) on the building platform (2) is guided and the epoxy resin is cured by the laser beam. Die Laserquelle (6) wird dabei zeilenweise über das Baufeld bewegt und positionsabhängig über seinen digitalen Eingang moduliert. The laser source (6) is in this case line by line moves across the building field and position-dependent modulated from 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 layer 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 evenly distributed by a wiper. Dann fährt die Laserquelle (6) mittels der gekreuzten Anordnung der x- und y- Achse (4,3), von einem Computer gesteuert, auf der neuen Schicht über die Flächen, die ausgehärtet werden sollen. Then, the laser source (6) drives by means of the crossed arrangement of the x and y axes (4,3), controlled by a computer, on the new layer over the surfaces to be cured. Nach dem Aushärten erfolgt der nächste Schritt, so dass nach und nach ein dreidimensionales Teil entsteht. After curing is the next step, so as to form gradually a three-dimensional part.

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. In stereolithography also supporting structures are built with in the preparation 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 safe to fix. Nach dem Bauprozess wird die Bauplattform (2) mit dem/den Teil(en) aus dem Baugefäß (1 ) herausgefahren. After the construction process, the building platform (2) with the / the part (s) from the Baugefäß is (1) moved out. Nach dem Abtropfen des nicht gehärteten Harzes wird das Modell von der Bauplattform entfernt, von den After draining, the uncured resin, the model is removed from the build platform from the

Stützstrukturen befreit, mit Lösungsmitteln gewaschen und in einem Schrank unter UV-Licht vollständig ausgehärtet. Support structures removed, washed with solvents and completely cured in an oven under UV light.

Bei der erfindungsgemäßen Stereolithographie-Anlage werden die Laserquelle (6) und die fokussierende Optik (7) direkt über den Baugefäß (1 ) und so über das gesamte Baufeld mittels linearer Achsen verfahren, wobei der Strahlaustritt und damit der Laserstrahl immer senkrecht über dem Baugefäß verbleibt. In stereolithography system of the invention, the laser source (6) and the focusing optics (7) directly via the Baugefäß (1) and so moved over the entire building area using linear axes, the beam exit and thus the laser beam is always perpendicular to the Baugefäß remains , 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 fibers or similar beam-influencing components. Die erfindungsgemäße The invention

Stereolithographie- Anlage ist bei ansonsten gleicher Leistungsfähigkeit somit deutliche einfacher und benötigt Laserquellen mit deutlich geringer Leistungsfähigkeit (Dioden- Laser). Stereolithography system is otherwise identical performance thus significantly simpler and requires laser sources with much lower efficiency (diode laser). Dadurch entsteht ein erheblicher Kostenvorteil gegenüber allen bisherigen Laser-basierten Stereolithographie-Systemen. This produces a significant cost advantage over all previous laser based stereolithography systems. Weiterhin bestehen durch die Verwendung von nur zwei Linearantrieben, die auch noch unabhängig Furthermore, there are through the use of only two linear actuators that also independently

voneinander verfahren werden, keine Probleme bei der Synchronisation der Motoren für die Linearantriebe und die Störanfälligkeit des Stereolithographie- Systems wird erheblich gesenkt. be apart procedure, no problems with the synchronization of the motors for the linear drives and the susceptibility of the stereolithography system is significantly reduced.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Stereolithographie- Systems sind in den geringeren Verlusten der Laserleistung im optischen System durch Further advantages of the stereolithography system according to the invention are in the lower losses of the laser power in the optical system by

Komponentenreduzierung und der immer senkrechten Anordnung der Laserquelle und des senkrechten Austritts des Laserstrahles gegenüber des Baugefäßes zu sehen. Component reduction and always perpendicular arrangement of the laser source and the vertical exit of the laser beam over the Baugefäßes seen. 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 in laser scanner method exposure to a non-normal 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 (zB Lichtleiter) auf und das System weist eine hohe Wartungsfreundlichkeit auf, da ein ausgetauschter Laser nicht ins optische System justiert werden muss. Further occur no aging appearance on functional components (eg, optical fiber) and the system has a good maintainability, since an exchanged laser must not be adjusted to the optical system.

Das Stereolithographie- System zeichnet sich weiterhin durch geringe The stereolithography system is further characterized by low

Energieaufnahme und damit verbunden durch geringere Betriebskosten aus. Energy consumption and associated by lower operating costs.

Das erfindungsgemäße System kann ebenso auch beim Lasersintern und beim Laserschneiden und Beschriften mittels Laserquellen angewendet werden. The inventive system can also be applied by means of laser sources also during laser sintering and laser cutting and marking. Zitierte Nichtpatentliteratur Cited non-patent literature

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