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Dokumentenidentifikation DE60031317T2 31.05.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001025980
Titel Stereolithografische Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Gegenstände, wobei Abglättungsparameter für Schichtengruppen gelten
Anmelder 3D Systems, Inc., Valencia, Calif., US
Erfinder Nguyen, Hop D., Quartz Hill California 93536, US;
Manners, Chris R., Moorpark California 93021, US
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Bardehle, Pagenberg, Dost, Altenburg, Geissler, 81679 München
DE-Aktenzeichen 60031317
Vertragsstaaten DE, FR, GB, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 08.02.2000
EP-Aktenzeichen 003009669
EP-Offenlegungsdatum 09.08.2000
EP date of grant 18.10.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse B29C 67/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G05B 19/4099(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B29C 41/12(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft das Bilden von dreidimensionalen Objekten unter Benutzung einer Rapid Prototyping and Manufacturing (RP & M) – Technik (zum Beispiel Stereolithographie). Die Erfindung betrifft insbesondere das Bilden von dreidimensionalen Objekten unter Benutzung von Stereolithographie mit Wiederbeschichtungsparametern die innerhalb einer Gruppe von Schichten variiert werden aber in aufeinander folgenden Gruppe wiederholt werden.

Hintergrund der Erfindung 1. Stand der Technik

Rapid Prototyping and Manufacturing (RP & M) ist die Bezeichnung für ein Technologiegebiet, das benutzt werden kann, um dreidimensionale Objekte schnell und automatisch aus dreidimensionalen Computerdaten zu bilden, welche die Objekte darstellen. RP & M kann als drei Technologieklassen beinhaltend angesehen werden: (1) Stereolithographie, (2) Modelierung mit selektiver Ablagerung (Selective Deposition Modeling) und (3) Herstellung schichtweise aufgebauter Objekte (Laminated Object Manufacturing).

Die Stereolithographie-Technologieklasse erzeugt dreidimensionale Objekte basierend auf dem sukzessiven Aufbau von Schichten eines flüssigkeitsähnlichen Materials anschließend an vorher geformte Materialschichten und der selektiven Verfestigung jener Schichten gemäß der Querschnittsdaten, die aufeinander folgende Schichten des dreidimensionalen Objekts repräsentieren, um Lagen (d.h. verfestigte Schichten) zu bilden und hinzuzufügen. Eine besondere Stereolithographie-Technologie ist einfach als Stereolithographie bekannt und benutzt ein flüssiges Material das selektiv durch das Aussetzen einer vorgeschriebenen Stimulierung verfestigt wird. Das flüssige Material ist typischerweise ein Photopolymer und die vorgeschriebene Stimulierung ist typischerweise sichtbare oder ultraviolette elektromagnetische Strahlung. Die Strahlung wird typischerweise durch einen Laser erzeugt, obwohl auch andere Strahlungsquellen möglich sind, wie zum Beispiel Lichtbogenlampen, Widerstandslampen und ähnliches. Die Bestrahlung kann durch scannen eines Strahls erfolgen oder durch Steuern einer Flutbeleuchtung, indem ein Lichtwert verwendet wird, der die Strahlung selektiv überträgt oder reflektiert. Die auf Flüssigkeit basierende Stereolithographie wird in verschiedenen Patenten, Patentanmeldungen und Publikationen beschrieben, von denen eine Auswahl in dem zugehörigen Abschnitt dieser Anmeldung später kurz beschrieben werden wird.

Eine weitere Stereolithographie-Technologie ist als selektives Lasersintern (Selective Laser Sintering) (SLS) bekannt. SLS basiert auf der selektiven Verfestigung von Schichten eines pulverförmigen Materials durch Belichten der Schichten mit infraroter elektromagnetischer Strahlung, um die pulverförmigen Teilchen zu sintern oder zu verschmelzen. SLS ist in dem US-Patent Nr. 4,863,538 beschrieben, das am 05. September 1989 an Deckert erteilt wurde. Eine dritte Technologie ist als dreidimensionales Drucken (Three Dimensional Printing) (3DP) bekannt. 3DP basiert auf der selektiven Verfestigung von Schichten eines pulverförmigen Materials, die durch die selektive Ablagerung eines Bindemittels auf dieselben verfestigt werden. 3DP ist in dem US Patent Nr. 5,204,055 beschrieben, welches am 20. April 1993 an Sachs erteilt wurde.

Modellierung durch selektive Ablagerung, SDM, umfasst den Aufbau von dreidimensionalen Objekten durch selektives Ablagern eines verfestigbaren Materials auf einer Schicht für Schicht-Basis gemäß den Querschnittsdaten, die Schnitte des dreidimensionalen Objekts repräsentieren. Eine derartige Technik wird Modellierung durch verschmolzene Ablagerung (Fused Deposition Modelling), FDM, genannt und schließt die Extrusion von erhitztem, fließbaren Material ein, welches sich verfestigt, wenn es auf die zuvor gebildeten Schichten des Objekts aufgetragen wird. FDM ist in dem US Patent Nr. 5,121,392 beschrieben, das am 09. Juni 1992 an Crump erteilt wurde. Eine weitere Technik wird Herstellung mit ballistischen Teilchen (Ballistic Particle Manufacturing), BPM, genannt, bei der ein fünfachsiger Tintenstrahlspender verwendet wird, um Teilchen eines Materials auf zuvor verfestigte Schichten eines Objekts zu richten. Die BPM Technik ist in den PCT-Veröffentlichungen mit den Nummern WO 96–12607 von Braun, veröffentlicht am 02. Mai 1996; WO 96–12608 von Braun, veröffentlicht am 02. Mai 1996; WO 96–12609 von Menhennett, veröffentlicht am 02. Mai 1996 und WO 96–12610 von Menhennett, veröffentlicht am 2. Mai 1996, beschrieben. Eine dritte Technik wird Vieldüsen-Modelierung (Multijet Modeling), MJM, genannt und umfasst die selektive Ablagerung von Tropfen eines Materials aus einer Vielhzahl von Tintenstrahlöffnungen, um den Aufbauprozess zu beschleunigen. MJM ist in dem US Patent Nr. 5,943,235 beschrieben, das am 24. August 1999 an Earl et al erteilt wurde sowie in der Anmeldung 08/722 335, die am 27. September 1996 von Leyden et al eingereicht wurde (beide sind auf 3D Systems, Inc. übertragen, ebenso wie die vorliegende Anmeldung).

Die Techniken der Herstellung schichtweise aufgebauter Objekte (Laminated Object Manufacturing), LOM, umfassen das Bilden von dreidimensionalen Objekten durch das Stapeln, Zusammenfügen und selektiven Schneiden von Materialblättern in einer ausgewählten Reihenfolge, entsprechend den Querschnittsdaten, die das zu bildende dreidimensionale Objekte repräsentieren. Die LOM Technik ist in den US Patenten Nr. 4,752,352, das am 21. Juni 1988 an Feygin erteilt wurde; 5,015,312, das am 14. Mai 1991 an Kinzie erteilt wurde; 5,192,559, das am 09. März 1993 an Hull et al erteilt wurde und in der PCT-Veröffentlichung Nr. WO 95–18009 von Morita, die am 6. Juli 1995 veröffentlicht wurde, beschrieben.

Die Techniken der vorliegenden Erfindung richten sich primär auf Flüssigkeitsbasierte stereolithographische Bildung von Objekten und insbesondere auf eine Schichtenbildung, wenn Bestrahlungstechniken angewendet werden, die einige Objektteile auf einigen Schichten unbelichtet lassen und dann diese Objekteile in Verbindung mit einer nachfolgenden Schicht belichten. Im Stand der Technik existiert ein Bedarf nach verbesserten Techniken zum Bilden von Beschichtungen eines Materials in einer genaueren und/oder rechtzeitigen Weise.

2. Andere verwandte Patente und Anmeldungen

Tabelle 1 bietet eine Liste von Patenten und. Anmeldungen, die ebenfalls vom Inhaber der vorliegenden Anmeldung gehalten werden. In der Tabelle ist eine kurze Beschreibung des Gegenstands, der in den jeweiligen Patenten und Anmeldungen behandelt wird, enthalten, um den Leser das Auffinden bestimmter Lehren zu erleichtern.

Die EP 0 429 196 A2, Anmelder ist 3D System, Inc, betrifft ein stereolithograpisches Verfahren, welches eine verbesserte strukturelle Integrität bietet und weniger Störungen nach der Aushärtung, indem Haut (skin) auf mehr als nur den nach oben und unten gerichteten Oberflächen des im Aufbau befindlichen Teils bereit gestellt wird. Hier werden viele verschiedene Aushärtungsparameter auf verschiedene Bereiche der Struktur angewendet, je nachdem ob der Bereich einer äußeren Grenze entspricht, einer inneren Schraffur oder eine Hautfüllung (skin filling).

Die WO 98/51479, Anmelder ist 3D System, Inc., betrifft ein stereolitographisches Verfahren, dass den Gebrauch von zwei Wiederbeschichtungsarten umfasst. Diese Wiederbeschichtungsarten werden automatisch, abhängig von den Charakteristiken der Form ausgewählt, die durch die vorher gebildeten Lagen definiert ist. Wenn zum Beispiel ein eingeschlossenes Volumen unterhalb der Schicht vorhanden ist, wird sich das Glättungsgerät darüber mit einer höheren Geschwindigkeit bewegen, wohin gegen sich das Glättungsgerät, wenn eine große horizontale flache Fläche unterhalb der Schicht vorhanden ist, darüber mit einer geringeren Geschwindigkeit bewegen wird. Das kann eine zuverlässigere Schichtdicke sicherstellen.

Die US 5,597,520 betrifft ein Verfahren, welches das Verzögern der Aushärtung von zumindest Teilen einiger Querschnitte beinhaltet, bis ein oder mehrere zusätzliche Querschnitte wiederbeschichtet werden.

Die US 5,198,159 betrifft ein stereolithographisches Verfahren bei dem verschiedene Aushärtungsbedingungen verwendet werden, um verschiedene Bereiche in aufeinander folgenden Schichten herzustellen.

Auf die folgenden zwei Bücher wird ebenfalls Bezug genommen:

  • (1) Rapid Prototyping and Manufacturing: Fundamentals of Stereolithography, von Paul F. Jacobs; veröffentlicht von. der Society of Manufacturing Engineers, Dearborn MI; 1992; und (2) Stereolithography and other RP&M Technologies: from Rapid Prototyping to Rapid Tooling; von Paul F. Jacobs; veröffentlicht von der Society of Manufacturing Engineers, Dearborn MI, 1996.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung (Anspruch 1), umfasst ein Verfahren zum Bilden eines dreidimensionalen Objekts aus einer Mehrzahl von zusammengefügten (bzw. anhaftenden/anklebenden) Lagen:

Bestimmen einer Zahl S von aufeinander folgenden Schichten als eine Menge;

Bestimmen einer Mehrzahl von Mengen von Schichten;

Bestimmen einer Mehrzahl von Gruppen von Schichten, wobei die Gruppen ein oder mehr Schichten von der Mehrzahl von Mengen enthalten;

Zuordnen von Wiederbeschichtungsparametern zu jeder der definierten Gruppen;

Bilden von aufeinander folgenden Schichten von Material anschließend an irgendeine zuletzt gebildete Materialschicht in Vorbereitung zum Bilden von anschließenden Lagen des Objekts, wobei die Wiederbeschichtungsparameter, die zum Bilden einer bestimmten Schicht verwendet werden, durch die Wiederbeschichtungsparameter bestimmt werden, die für die Gruppe spezifiziert sind, die die bestimmte Schicht enthält;

selektives Bestrahlen der Schichten, um zumindest Teile der ihnen zugeordneten Lage zu bilden, um das Objekt aus einer Vielzahl von zusammengefügten Lagen zu bilden.

Gemäß eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung (Anspruch 15) umfasst ein Gerät zum Bilden eines dreidimensionalen Objekts aus einer Vielzahl von zusammengefügten Lagen:

Mittel zum Definieren einer Zahl S von aufeinanderfolgenden Schichten als eine Menge;

Mittel zum Bestimmen einer Vielzahl von Mengen von Schichten;

Mittel zum Definieren einer Vielzahl von Gruppen von Schichten, wobei die Gruppen eine oder mehrere Schichten aus jeder der Vielzahl von Mengen enthalten;

Mittel zum Zuordnen von Wiederbeschichtungsparametern zu jeder der definierten Gruppen;

Mittel zum Bilden von aufeinander folgenden Materialschichten, anschließend an irgendeine zuletzt geformte Materialschicht in Vorbereitung zum Bilden von aufeinander folgenden Lagen des Objekts, wobei die Wiederbeschichtungsparameter, die zum Bilden einer bestimmten Schicht verwendet werden, durch Wiederbeschichtungsparameter bestimmt werden, die für die Gruppe spezifiziert sind, die die bestimmte Schicht enthält;

Mittel zum selektiven Bestrahlen der Schichten, um zumindest Teile der damit assoziierten Lagen zu bilden, um das Objekt aus einer Vielzahl von zusammengefügten Lagen zu formen.

Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung sind der Gegenstand der entsprechenden abhängigen Ansprüche.

Die Aspekte der Erfindung werden aus den Beispielen der Erfindung klar werden, die unten in Verbindung mit den zugehörigen Figuren beschrieben sind.

Kurze Beschreibung, der Zeichnungen

1a und 1b zeigen Seitenansichten eines Stereolithographiegeräts zum Ausführen der vorliegenden Erfindung.

2a zeigt eine Seitenansicht eines Objekts, das unter Gebrauch von Stereolithographie gebildet werden soll.

2b zeigt eine Seitenansicht des Objekts aus 2a, das unter Benutzung einer strengen Schicht für Schicht Aufbau Technik gebildet wird.

2c zeigt eine Seitenansicht des Objekts aus 2b, bei der die verschiedenen Bestrahlungsbereiche, die zu jeder Schicht gehören, dargestellt sind.

2d zeigt eine Seitenansicht des Objekts aus 2a, bei der als eine minimale Verfestigungstiefe fünf Schichtdicken angenommen wird.

3 zeigt eine Seitenansicht eines Objekts, das mit primären und sekundären Schichten gebildet wird, und wobei vier sekundäre Schichten zwischen Paaren von aufeinander folgenden primären Schichten existieren.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung

1a und 1b zeigen schematische Darstellungen eines bevorzugten Stereolithographiegeräts 1 (SLA) zum Gebrauch mit der vorliegenden Erfindung. Die grundlegenden Komponenten einer SLA werden in den US Patenten Nr. 4,575,330; 5,184,307 und 5,182,715, wie oben angegeben beschrieben. Das bevorzugte SLA umfasst einen Behälter 3 zum Beinhalten des Baumaterials 5 (zum Beispiel ein Photopolymer), aus dem ein Objekt 15 geformt werden wird, einen Heber 7 und Antriebsmittel (nicht gezeigt), eine Hebebühne 9, Bestrahlungssystem 11, eine Wiederbeschichtungsschiene 13 und Antriebsmittel (nicht gezeigt), mindestens einen Computer (nicht gezeigt) zum Manipulieren von Objektdaten (wie benötigt) und zum Steuern des Bestrahlungssystems, des Hebers und. des Beschichtungsgeräts.

1a zeigt das teilweise gebildete Objekt, wobei dessen zuletzt gebildete Lage in eine Position abgesenkt wurde, die etwa eine Schichtdicke unterhalb der gewünschten Höhe der oberen Oberfläche des Baumaterials 5 (d.h. der gewünschten. Arbeitsoberfläche) ist. Da die Schichtdicke klein ist und das Baumaterial sehr zähflüssig ist, zeigt 1a, dass das Material selbst nach dem Senken der Bühne 9 nicht signifikant über die zuletzt gebildete Lage geflossen ist. 1b zeigt die Wiederbeschichtungsschiene 13, wie sie teilweise über die zuvor gebildete Lage geschwenkt wird und das die nächste Schicht von Baumaterial teilweise gebildet worden ist.

Ein bevorzugtes Bestrahlungssystem wird in mehreren der Patente und Anmeldungen auf die oben Bezug genommen wurde beschrieben, einschließlich jenen mit der Nummer 5,058,988; 5,059,021; 5,123,734; 5,133,987; 08/792,347; 09/248,352 und 09/247,120. Dieses bevorzugte System enthält einen Laser, ein System zur Strahlfokussierung und ein Paar von Computer gesteuerten XY-rotierbaren Scannspiegeln, die entweder von motorangetriebener oder galvanometerangetriebener Art sind.

Bevorzugte Steuer- und Daten-Manipulationssysteme und Software sind in einer Anzahl der oben erwähnten Patente beschrieben; einschließlich der US Patente Nr. 5,184,307; 5,321,622 und 5,597,520.

Ein bevorzugtes Wiederbeschichtungsgerät ist in der US Patentanmeldung Nr. 08/790,005 beschrieben, auf die oben Bezug genommen wurde, und enthält eine Wiederbeschichtungsschiene 13, eine regulierte Vakuumpumpe 17 und eine Vakuumleitung 19, die die Schiene 13 und die Pumpe 17 verbindet.

Andere Komponenten einer bevorzugten SLA (nicht gezeigt) können ein Steuersystem der Flüssigkeitshöhe, eine Aufbaukammer, ein Umweltsteuersystem einschließlich eines Temperatursteuerungssystem, Sicherheitssperren, ein Beobachtungsgerät und ähnliches enthalten.

SLAs bei denen die gegenwärtige Erfindung benutzt werden kann, sind von 3D Systems Inc. aus Valencia Kalifornien erhältlich. Diese SLAs umfassen das SLA-250 System, welches einen CW HeCd Laser aufweist, der mit 325 nm betrieben wird; das SLA-3500, SLA-5000 und das SLA 7000 System, die einen Festkörperlaser, der mit einer Wellenlänge von 355 nm betrieben wird und mit einer Puls-wiederholungsrate von 22.2 KHz, 40 KHz, bzw. 25 KHz. Bevorzugte Baumaterialien sind Photopolymere, die von CIBA Specialty Chemicals of Los Angeles, Kalifornien hergestellt werden und von 3D Systems, Inc. erhältlich sind. Diese Materialien umfassen SL 5170, SL 5190 und SL 5530 HT.

Der typische Betrieb einer SLA beinhaltet das abwechselnde Bilden von Beschichtungen eines Materials (zum Beispiel Materialschichten) und die selektive Verfestigung in diesen Schichten, um ein Objekt aus einer Vielzahl von zusammengefügten Lagen zu bilden. Der Prozess kann konzeptionell so gesehen werden, dass er damit beginnt, dass die Hebebühne 9 um eine Schichtdicke unterhalb der oberen Oberfläche 20 des Photopolymeres 5 abgesenkt wird. Die Beschichtung aus Photopolymer wird selektiv einer vorgeschriebenen Stimulation ausgesetzt (zum Beispiel einem Strahl von UV-Strahlung), was das Material bis zu einer gewünschten Tiefe aushärtet, um eine Anfangslage des Objekts zu bilden, welche an der Hebebühne anhaftet. Diese Anfangslage entspricht einem Anfangsquerschnitt des zu bildenden Objekts oder sie entspricht einem Anfangsquerschnitt von Unterstützungselementen, die verwendet werden können, um das Objekt mit der Bühne zusammenzufügen. Nach dem Bilden dieser Anfangslage werden die Hebebühne und die daran haftende Anfangslage um einen Netto-Betrag von einer Schichtdicke in das Material abgesenkt.

Im Folgenden können hierin Schichtdicken und andere Abstandeinheiten in jeder der drei folgenden Einheiten ausgedrückt werden: (1) inches, (2) milli-inches (d.h. mils), oder (3) Millimetern. Da das Material typischerweise sehr zähflüssig ist und die Dicke von jeder Schicht sehr dünn ist (zum Beispiel 4 mils bis 10 mils), bildet das Material möglicherweise nicht sofort eine Beschichtung über der zuletzt verfestigten Lage (wie in 1a gezeigt). In dem Fall bei dem eine Beschichtung nicht sofort gebildet wird, kann ein Wiederbeschichtungsgerät über oder entlang der Oberfläche des Baumaterials (zum Beispiel ein flüssiges Photopolymer) bewegt werden, um bei der Bildung einer frischen Beschichtung zu helfen. Der Bildungsprozess der Beschichtung kann das ein- oder mehrmalige Bewegen der Wiederbeschichtungsschiene bei einer gewünschten Geschwindigkeit mit sich bringen.

Nach dem Bilden dieser Beschichtung wird die zweite Schicht durch eine zweite Bestrahlung des Materials mit einer vorgeschriebenen Stimulation verfestigt, entsprechend den Daten, die einen zweiten Querschnitt des Objekts repräsentieren. Dieser Prozess der Beschichtungsbildung und Verfestigung wird immer wieder Wiederholt bis das Objekt aus einer Vielzahl von zusammengefügten Lagen gebildet ist (21, 23, 25, 27, 29, 31 und 33).

Bei einigen Bautechniken kann eine unvollständige Verfestigung von einigen oder allen Querschnitten des Objekts auftreten. In einigen Prozessen darf eine Objekt-Lage, die einer gegebenen Schicht zugeordnet ist (d.h. eine Lage deren Ort relativ zum Rest des Objekts in der Höhe positioniert sein sollte, die zu jener Materialschicht gehört) nicht bestrahlt werden oder sie darf nur teilweise in Verbindung mit jener Schicht bestrahlt werden (d.h. wenn sich diese Schicht an der Oberfläche der Flüssigkeit befindet). Stattdessen kann diese Lage als ganzes oder teilweise in Verbindung mit einer nachfolgend gebildeten Schicht gebildet werden, wobei die Bestrahlung, die auf jene nachfolgende Schicht angewandt wird, derart ist, das eine Materialumwandlung in einem solchen Grade stattfindet, dass eine Verfestigung im Material auf der Höhe des zugehörigen Querschnitts bewirkt wird. In anderen Worten: die Schicht, die zu einer gegebenen Lage gehört muss nicht die Schicht sein, in deren Verbindung die Lage verfestigt wird. Es kann gesagt werden, dass die Schicht in deren Verbindung eine Lage oder ein Teil einer Lage gebildet wird, jene Schicht ist, die sich zu dem Zeitpunkt, wenn die Lage verfestigt wird, an. der Oberfläche des Materials befindet. Die Schicht mit der eine Lage verbunden ist, ist jene Schicht, die dem dimensional richtigen Ort der Schicht relativ zum Rest des Objekts entspricht.

Das US Patent Nr. 5,902,538 liefert Bestrahlungstechniken und Wiederbeschichtungstechniken zum Gebrauch beim Bilden von Objekten mit höherer Auflösung als es typischerweise für möglich gehalten wurde, wenn ein Baumaterial verwendet wird, das eine minimale Beschichtungstiefe (MRD) hat, die größer als die gewünschte Auflösung ist. In diesem Kontext kann MRD als die Tiefe der Beschichtung betrachtet werden, die gebildet werden muss, um zuverlässige oder rechtzeitige Schichtungen eines Materials über vollständig verfestigte Lagen oder Querschnitte des Objekts zu bilden. Wenn nur Teile der Querschnitte gebildet werden, kann es möglich sein, ausreichend zuverlässige Beschichtungen zu bilden, die eine Dicke kleiner als die MRD haben. Bevorzugte Ausführungsformen, die in dieser erwähnten Anmeldung offenbart sind, basierend auf dem Erkennen und der Ausnutzung dieses Phänomens.

Weiterhin erreichen die bevorzugten Ausformungen in dem Patent Nr. 5,902,538 durch die Verwendung von vordefinierten Schichthöhen (zum Beispiel vertikalen Höhen, wenn die Schichten horizontal gebildet werden) eine vereinfachte Datenverarbeitung zum Implementieren von Variationen in den Bauparametern, die bei der Bildung der Objekte genutzt werden. Diese vordefinierten Höhen können sein: (1) unabhängig von dem Ort des Objekts (zum Beispiel dem vertikalen Ort), (2) basierend auf dem Ort der ersten Schicht des Objekts oder (3) basierend auf dem Ort eines bestimmten vertikalen Orts eines Objektmerkmals.

2a zeigt eine Seitenansicht eines Objekts 40, dass stereolithographisch produziert werden soll. Bezüglich des Bildens von horizontalen Schichten zeigt diese Figur die vertikale Achse (Z) und eine der horizontalen Achsen (X). Dieses Objekt wird benutzt werden, um einige Aspekte einer bevorzugten Ausführungsform und einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen. Dieses Objekt enthält zwei horizontale (d.h. flache) nach unten gerichtete Merkmale: eines am unteren Ende 42 des Objekts und das andere am oberen Rand 44 des Lochs 46 durch die Mitte des Objekts. Ähnlich enthält dieses Objekt zwei horizontale (d.h. flache) nach oben gerichtete Merkmale: eines an der Spitze 48 des Objekts und das andere an dem unteren Rand 50 des Lochs 46 durch die Mitte des Objekts. Dieses Objekt enthält zwei vertikale Wände 52 und 54, die sich an jeder Seite des Lochs 46 befinden. Dieses Objekt enthält auch zwei nichthorizontale (manchmal auch als „nahezu flach" bezeichnete) nach oben gerichtete Bereiche 56 und 58, die an jeder Seite des Objekts angeordnet sind und zwei nicht-horizontale nach unten gerichtete Bereiche 60, 62, die sich an jeder Seite des Objekts befinden.

2b zeigt das Objekt, wie es mit einer gewünschten Auflösung unter Benutzung von Stereolithographie gebildet werden könnte, wobei die MSD und MRD (diskutiert im US Patent Nr. 5,597,520 und im US Patent Nr. 5,902,538) des Materials beide kleiner oder gleich der gewünschten Schichtdicke (d.h. Auflösung) sind. In diesem Beispiel ist die Dicke 100 einer jeden Schicht dieselbe. Wie angezeigt, ist das Objekt aus 20 zusammengefügten Lagen 101120 und 20 zugehörigen Schichten von Material 201220 gebildet. Da Schichten typischerweise von ihrer oberen Oberfläche ausgehend nach unten verfestigt werden, ist es typisch Querschnittsdaten, Lagen und Schicht- Bezeichnungen bei der oberen Ausdehnung ihrer Positionen zuzuordnen. Um ein Zusammenhaften zwischen Lagen sicherzustellen, werden zumindest Teile einer jeden Lage typischerweise einer Menge von Bestrahlung ausgesetzt, die eine Aushärtungstiefe von mehr als einer Schichtdicke bewirkt. In einigen Fällen muss der Gebrauch von Aushärtungstiefen, die größer als eine Schichtdicke sind, nicht notwendig sein, um ein Anhaften zu erreichen. Um die Genauigkeit zu optimieren, ist es typisch die Objektdaten so zu manipulieren, um eine MSD größer als eine Schichtdicke zu berücksichtigen oder die Bestrahlung von nach unten gerichteten Bereiche so zu begrenzen, dass sie nicht bis zu einer Tiefe von mehr als einer Schichtdicke ausgehärtet werden.

Ein Vergleich von 2a und 2b zeigt, dass das Objekt wie es in diesem Beispiel reproduziert ist, relativ zu seinem ursprünglichen Design überdimensioniert ist. Vertikale und horizontale Merkmale sind richtig positioniert; aber jene Merkmale, die geneigt sind oder nahezu flach (weder horizontal noch vertikal) haben verfestigte Schichten, deren minimale Ausdehnung den Umriss des ursprünglichen Designs berührt und deren maximale Ausdehnung über das ursprüngliche Design herausragt. Weitere Diskussionen von Datenzuordnung, Bestrahlung und Maßstabsfragen können in den US-Patenten Nr. 5,184,307 und 5,321,622, wie auch in einer Anzahl von anderen oben erwähnten Patenten gefunden werden.

2c zeigt das Objekt, wie es in 2b produziert wird, wobei aber verschiedene Bereiche des Objekts und der Objektschichten unterschiedlich sind. In einem Klassifikationsschema (wie im US Patent Nr. 5,321,622 beschrieben) kann sich jede Lage eines Objekts aus einer, zwei oder drei verschiedenen Bereichen zusammensetzten: (1) nach unten gerichtete Bereiche, (2) nach oben gerichtete Bereiche und (3) kontinuierliche Bereiche (d.h. Bereiche die weder nach unten gerichtet noch nach oben gerichtet sind). In diesem Schema könnten die folgenden acht Vektorarten benutzt werden, obwohl auch andere definiert und benutzt werden könnten: Nach unten gerichtete Grenzen Grenzen, die nach unten gerichtete Bereiche des Objekts umgeben. Nach oben gerichtete Grenzen Grenzen, die nach oben gerichtete Bereiche des Objekts umgeben. Kontinuierliche Grenzen Grenzen, die Bereiche eines Objekts umgeben, die weder nach oben gerichtet noch nach unten gerichtet sind. Nach unten gerichtete Schraffierung Bestrahlungslinien, die sich innerhalb der nach unten gerichteten Grenzlinien befinden. Diese Linien können nah oder weit voneinander entfernt sein und sie können sich in eine oder mehrere Richtungen erstrecken.
Nach oben gerichtete Schraffierung Bestrahlungslinien, die sich innerhalb der nach oben gerichteten Grenzlinien befinden. Diese Linien können nah oder weit voneinander entfernt sein und sie können sich in einer oder mehrere Richtungen erstrecken. Kontinuierliche Schraffierung Bestrahlungslinien, die sich innerhalb der kontinuierlichen Grenzlinien befinden. Diese Linien können nah oder weit voneinander entfernt sein und sie können sich in einer oder mehreren Richtungen erstrecken. Nach unten gerichtete Haut Bestrahlungslinien, die sich innerhalb der nach unten gerichteten Grenzlinien befinden und so nahe beieinander sind, dass sie einen kontinuierlichen Bereich von verfestigtem Material bilden. Nach oben gerichtete Haut Bestrahlungslinien, die sich innerhalb der nach oben gerichteten Grenzlinien befinden und so nahe beieinander liegen, dass sie einen kontinuierlichen Bereich von verfestigtem Material bilden.

Zusammengenommen definieren die nach unten gerichteten Grenzen, Schraffuren und Füllung (Fill), die nach unten weisenden Bereiche des Objekts. Die nach oben gerichteten Grenzen, nach oben gerichtete Schraffierung und die nach oben gerichtete Füllung (Fill) definieren die nach oben gerichteten Bereiche des Objekts. Die kontinuierlichen Grenzen und die kontinuierliche Schraffierung definieren die kontinuierlichen Bereiche des Objekts. Da nach unten gerichtete Bereiche nichts unter sich haben, an dem eine Anhaftung wünschenswert wäre (mit der Ausnahme von eventuellen Stützen) umfasst die Quantität der Strahlung, die auf diese Bereiche ausgeübt wird, keine extra Menge, um eine Anhaftung an eine untere Lage zu verursachen, obwohl eine zusätzliche Strahlungsaussetzung vorgesehen werden kann, um geeignet mit jeglichen MSD Problemen umzugehen, die existieren. Da nach oben gerichtete und kontinuierliche Bereiche verfestigtes Material unter sich angeordnet haben, umfasst die Menge an Strahlungsaussetzung, die auf diese Bereiche angewandt wird, typischerweise eine extra Menge, um eine Anhaftung an untere Lagen sicherzustellen.

Die Tabelle 2 gibt die verschiedenen Bereiche an, die an jeder Lage von 2c gefunden werden können, basierend auf der Bezeichnung der Schichten und Lagen von 2b.

Andere Schemata für die Bereichsidentifikation und die Vektortyperzeugung sind in verschiedenen der oben genannten Patente und Anmeldungen beschrieben, einschließlich der US Patente mit den Nummern 5,184,307; 5,209,878; 5,238,639; 5,597,520; 5,943,235; 5,902,538 und der Anmeldenummer 08/855,125 (nicht erteilt). Manche Schemata können die Verwendung von weniger Bezeichnungen vorsehen, wie zum Beispiel:

  • (1) Definieren von nur nach außen gerichteten Bereichen und kontinuierlichen Bereichen, wobei nach unten gerichtete und nach oben gerichtete Bereiche kombiniert werden, um die nach außen gerichteten Bereiche zu bilden;
  • (2) Kombinieren von allen Fülltypen (Fill-Types) in einer einzigen Bezeichnung; und
  • (3) Kombinieren von nach oben gerichteten und kontinuierlichen Schraffierungen in einer einzigen Bezeichnung oder von sogar allen drei Schraffierungstypen in einer einzigen Bezeichnung. Andere Schemata können die Verwendung von mehr Bezeichnungen vorsehen, in dem zum Beispiel eine oder beide der nach oben gerichteten und nach unten gerichteten Bereiche in flache Bereiche und beinahe flache Bereiche aufgeteilt werden.

Andere Bereichsidentifikationen können die Identifikation vorsehen, welche Teile von Grenzen von Bereichen, die mit jeder Lage zugeordnet sind nach außen gerichtet sind und/oder zu der Lage nach innen gerichtet sind. Nach außen gerichtete Grenzbereiche sind mit den ursprünglichen Querschnittsgrenzen (initial cross section boundaries) (ICSB) verbunden. Die ICSB's können als die Querschnittsgrenzenbereiche angesehen werden, die vor den Querschnitten in den verschiedenen gewünschten Bereichen vorliegen. Die ICSB's sind in den US Patenten Nr. 5,321,622 und 5,597,520 beschrieben. Innere Grenzen sind an beiden Seiten durch Objektbereiche der Lage begrenzt, wohingegen nach außen gerichtete Grenzen an einer Seite durch einen Objektteil der Lage begrenzt sind und an der anderen Seite durch einen Nichtobjektteil der Lage.

Objekte die unter Verwendung der Beschichtungstechniken von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gebildet werden, verwenden Schichtbildungstechniken analog denen, die in dem US Patent Nr. 5,902,538 verwendet werden. Schichten werden vorzugsweise gemäß den Primär- und Sekundärschichtkriterien verfestigt, welche auf MRD Begrenzungen oder anderen Gründen basieren können (wie zum Beispiel um großformatige Bereiche unter Verwendung von dickeren Schichten zu bilden, um die Grünstärke des Objekts zu erhöhen, wenn. individuelle Lagen hinzugefügt werden), um einen analogen Aufbaustil zu verwenden.

Abhängig von der MRD des Materials, dass für die Bildung des Objekts von 2c verwendet wird, kann das Objekt nicht mit einer feineren Auflösung erzeugt werden, als der dargestellten. Wenn die MRD größer ist, als die Schichtdicke 100 (2b) wäre es nicht möglich dieses Objekt mit der in 2b dargestellten Auflösung herzustellen. Allerdings wäre, gemäß der Lehre des 5,902,538 Patents eine derartige Herstellung möglich, da die Bautechnik von der strikten Bildung einer jeden kompletten Lage in Verbindung mit der Lage, zu der sie gehört, abweicht.

Die in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendeten Bautechniken sind für eine minimale Verfestigungstiefe (Minimum solidification depth) (MSD) geeignet, die größer ist als eine Schichtdicke. In einigen Ausführungsformen ist es bevorzugt, dass der MSD Korrekturfaktor wenigstens so groß ist, wie der verwendete MRD Faktor. 2d zeigt ein Objekt, das mit einem MSD-Wert gebildet wurde, der 5 Schichtdicken gleichkommt. Die Daten zur Erzeugung des gezeigten Objekts können von den Daten der 2a bis 2c in Kombination mit der Lehre der US Patents Nr. 5,597,520 entnommen werden. Gemäß dieser Lehre kann ein Objekt mit hoher Auflösung gebildet werden, in dem die der Lage zugeordneten, nach unten gerichteten Merkmale relativ, wie in 2b gezeigt, nach oben in höhere Schichten geschoben werden und in dem ursprüngliche Querschnittsdaten entfernt werden, die den Schichten zugehören, durch welche die nach unten gerichteten Bereiche geschoben wurden. Da alle nach unten gerichteten Bereiche bis zu einer Tiefe von wenigstens 5 Schichtdicken verfestigt werden müssen, wird jede von ihrer ursprünglich zugehörigen Schicht und Lage nach oben geschoben, so dass sie sowohl mit ihrer ursprünglichen Lage und Schicht als auch mit den nächsten 4 höheren Lagen und Schichten verbunden ist und so dass sie in Zusammenhang mit der nächst höheren Schicht gebildet wird. Wie in 2c sind Bereiche, die mit diagonalen Linien dargestellt sind, die von oben links nach unten rechts laufen nach unten gerichtete Bereiche. Bereiche, die mit Schraffierung gezeichnet sind, die von oben Rechts nach unten Links laufen, sind nach oben gerichtete Bereiche und Bereiche, die mit einem ausgefüllten Hintergrund und ohne Schraffierung dargestellt sind, sind kontinuierliche Bereiche.

Ein Beispiel einer Bestrahlungstechnik, die primäre und sekundäre Schichtbezeichnungen verwendet, ist in 2d gegeben. Die Figur zeigt ein Objekt, das unter Verwendung eines MSD Werts von 5 Schichtdicken, sowie eines MRD Werts von 5 Schichtdicken geformt wird (die MRD kann auf einer physischen minimalen Wiederbeschichtungstiefe basieren oder alternativ eine Variable sein, die verwendet wird, um eine Objektbildung gemäß analogen Bestrahlungskriterien zu verursachen. Das Objekt wird gemäß den primären und sekundären Schichtbezeichnungen geformt, die in 3 gegeben sind, wobei „P" die Schicht anzeigt, die eine primäre Schicht ist, und „S" die Schicht anzeigt, die eine sekundäre Schicht ist.

In dem Kontext der vorliegenden Erfindung können diejenigen Schichten als primäre Schichten angesehen werden, die einen Großteil ihrer zugehörigen Lagen in Verbindung mit diesen Schichten geformt haben. Es wird mehr bevorzugt, dass die primären Lagen im Wesentlichen in Verbindung mit ihren jeweiligen Schichten geformt werden. Die sekundären Schichten können als diejenigen Schichten angesehen werden, deren Lagen nicht mehr als nur nebengeordnete Teile von zumindest kontinuierlichen Bereichen in Zusammenhang mit ihren jeweiligen Schichten geformt haben. In einer alternativen Definition können „primär" und „sekundär" Bezeichnungen sein, die Schichten zugeordnet werden, unabhängig von dem Ausmaß der Lagenbildung, die in Zusammenhang mit jeder Lage stattfinden wird, wobei die primären Schichten als periodische Niveaus verwendet werden können, bei denen zu korrigierende Wiederbeschichtungsfehler aufgebaut haben, als ein Ergebnis von inadäquaten Beschichtungsparametern, die beim Bilden der sekundären Schichten verwendet werden.

Individuelle Schichten des Objekts können in Gruppen zur Zuordnung von Wiederbeschichtungsparametern aufgeteilt werden. In dieser Hinsicht können Schichten in Mengen und Gruppen platziert werden. Sogar Übermengen und Übergruppen können definiert werden.

Mengen von Schichten können als Reihen von aufeinanderfolgenden Schichten angesehen werden, wobei bestimmte Merkmale von individuellen Schichten. in jeder Menge in nachfolgenden Mengen wiederholt werden. Eine Menge von Schichten kann als umfassend eine einzige primäre Schicht und eine Anzahl von sekundären Schichten definiert werden, die zu der Anzahl äquivalent sind, die zwischen den aufeinanderfolgenden primären Schichten existieren.

Unter Verwendung einer derartigen Definition kann eine Anzahl von Mengen in einer Vielzahl von verschiedenen Weisen definiert werden. Zum Beispiel können die sekundären Schichten einer Menge alle unterhalb der primären Schicht der Menge angeordnet. sein. Dies kann veranschaulicht werden, in dem man zwei Mengen betrachtet, die aus 3 entnehmbar sind: (1) Schichten 201 bis 205, und (2) 206 bis 210. Als ein zweites Beispiel können sekundäre Schichten oberhalb der primären Schicht, die in der Menge enthalten ist, angeordnet sein. Dies kann veranschaulicht werden, in dem man zwei Mengen betrachtet, die aus 3 entnehmbar sind: (1) Schichten 205 bis 209 und Schichten 210 bis 214. Als ein drittes Beispiel können einige der sekundären Schichten unterhalb der primären Schicht sein, die in der Menge enthalten ist, während die anderen darüber sein können. Dies kann veranschaulicht werden, in dem zwei Mengen betrachtet werden, die aus 3 entnehmbar sind: (1) Schichten 203 bis 207 und (2) Schichten 204 bis 212.

Übermengen von Schichten können aus zwei oder mehr Mengen bestehen. Diese Übermengen können bei der Definition von komplexen Wiederbeschichtungsparametern nützlich sein, die wiederholt werden, aber nicht notwendigerweise mit jeder Menge. Stattdessen kann die Wiederholung nach der Bildung von zwei oder mehr Mengen erfolgen. Natürlich sind auch andere Mengendefinitionen möglich, sowie Supermengendefinitionen und sogar Mengendefinitionen höherer Ordnung.

In einem Beispiel und in Übereinstimmung mit dem Definieren von Schichten in Mengen werden Wiederbeschichtungsparameter zwischen einigen der Schichten innerhalb der Menge variiert, während die Wiederbeschichtungsparameter dieselben für analoge Schichten in zwei unterschiedlichen Mengen sein werden. Zum Beispiel, wenn Menge 1 Schichten 201 bis 205 umfasst und Menge 2 Schichten 206 bis 210 enthält, würden Schichten 201 und 206 als analoge Schichten angesehen werden, da sie dieselben Positionen relativ zu ihren jeweiligen primären Schichten haben. Ähnlich. würden auch Schichten 202 und 207, 203 und 208, 204 und 209, und 205 und 210 analog sein.

Eine andere Art Schichten zu betrachten, ist es, analoge Schichten in jeder Menge oder jeder Übermenge in Gruppen zu platzieren. Alternativ kann eine Mehrzahl von Schichten. in individuellen Mengen zum Bilden von Gruppen verwendet werden. Zum Beispiel können primäre Schichten als eine Gruppe angesehen werden. Die ersten sekundären Schichten unterhalb der primären Schichten können als eine zweite Gruppe angesehen werden, während die sekundären Schichten unmittelbar über den primären Schichten. als eine dritte Gruppe angesehen werden können. Ein weiteres Beispiel kann sowohl die primären Schichten als auch eine sekundäre Schicht, die unmittelbar der primären Schicht folgt, als zu einer ersten Gruppe gehörend angesehen werden, während die verbleibenden sekundären Schichten eine zweite Gruppe bilden können. Allgemein können Wiederbeschichtungsparameter auf einer Gruppe- für Gruppe-Basis spezifiziert werden. Diese Wiederbeschichtungsparameter können dieselben für jede Gruppe sein oder sie können zwischen einer oder mehreren Gruppen oder sogar zwischen allen Gruppen unterschiedlich sein. Die Anzahl von Gruppen kann gleich der Anzahl von Schichten sein, die eine Menge oder eine Übermenge bilden. Alternativ kann die Anzahl von Gruppen geringer sein als die Anzahl von Schichten in einer Menge (zum Beispiel 2 oder mehr). In bestimmten Fällen ist die Anzahl. von Gruppen vorzugsweise 3 oder mehr.

Die Gruppierung kann darauf basieren, wie akzeptabel Wiederbeschichtungsparameter im Allgemeinen mit dem Abstand oder der Anzahl von Schichten variieren, welche die zu beschichtende Schicht von einer zuvor gebildeten primären Lage oder nachfolgenden zu bildenden primären Lage trennt. Als ein Beispiel können die primären Lagen eine erste Gruppierung bilden, da bestimmte Wiederbeschichtungsparameter verwendet werden sollen, um sicherzustellen, dass eine gute Beschichtung gebildet wird, so dass eine vernünftige Lage gebildet wird.

Eine oder mehrere sekundäre Schichten unmittelbar über der primären Lage können von einer zweiten Gruppe sein, wie es wünschenswert sein kann, um Beschichtungsparameter zu verwenden, die zum Bilden von Beschichtungen über große verfestigte Bereiche geeignet sind. Eine oder mehrere sekundäre Schichten unmittelbar nachfolgend einer primären Lage können von einer dritten Gruppe sein, da es wünschenswert sein kann, spezielle Wiederbeschichtungsparameter zu verwenden, die den Untergrund zum Bilden der nachfolgenden primären Lage bilden oder einfach weil die Beschichtungstiefe über der vorherigen primären Lage wächst. Eine vierte Gruppierung, oder sogar mehrere zusätzliche Gruppierungen, können zwischen den zweiten und dritten Gruppierungen definiert werden, basierend auf einem Wunsch die Beschichtungsparameter zu variieren. Für jede der Gruppierungen können die Beschichtungsparameter variiert werden, um die Beschichtungsbildung zu verbessern und/oder um Zeit zu sparen.

Die Verwendung von Schichtgruppierungen erlaubt es die Aufbauzeit zu verringern und/oder die Beschichtungsqualität zu verbessern. Diese Vorteile können dadurch erreicht werden, indem kritische Schichten eine adäquate Zeit, Darüberfahrgeschwindigkeit etc. zugestanden werden, um gewünschte Beschichtungen zu bilden, ohne die anderen Gruppen mit übermäßigen oder nicht geeigneten Beschichtungsparametern zu belasten und ohne einen Anwender mit spezifischen Beschichtungsparametern für jede einzelne der hunderten oder tausenden von Schichten zu belasten, aus denen das Teil geformt werden wird.

Andere Beispiele bieten Mengen mit jeweils „S"-Schichten, wobei „S" auf 5 gesetzt wird (eine primäre Schicht und vier sekundäre Schichten) und unterschiedliche Beschichtungsparameter, die für „M"-Gruppen von Schichten spezifiziert werden, wobei „M" auf 3 gesetzt wird. D.h., dieses Beispiel ordnet 3 Mengen von Beschichtungsparametern jeder Menge von 5 Schichten zu.

In diesem Beispiel enthält die erste Gruppe von Schichten die primären Schichten. Die zweite Gruppe von Schichten umfasst „N" sekundäre Schichten, wobei „N" auf 2 gesetzt wird. Diese „N" sekundären Schichten sind unmittelbar nachfolgend der primären Schichten der ersten Gruppe angeordnet. Der maximale Wert von „N" beträgt weniger als oder gleich der Anzahl von sekundären Schichten in jeder Menge. Jegliche verbleibende sekundäre Schichten in jeder Menge werden als zu einer dritten Gruppe zugehörig behandelt.

Dieses Beispiel bildet Objekte unter Verwendung einer 1 mil (25 Mikrometer) Schichtdicke, wobei jede 5. Schicht eine primäre Schicht ist. An sekundären Schichten werden nur Grenzen und nach oben gerichtete und nach unten gerichtete Bereiche gebildet. An primären Schichten werden Grenzen, nach oben gerichtete Bereiche, nach unten gerichtete Bereiche und kontinuierliche Bereiche (zum Beispiel kontinuierliche Schraffierung) unter Verwendung einer ausreichenden Bestrahlung gebildet, um eine Verfestigung in den nachfolgenden sekundären Schichten zu verursachen und eine Anhaftung der in Verbindung mit der vorhergehenden primären Schicht gebildeten Lage zu verursachen. Einige bevorzugte Wiederbeschichtungsparameter für diese erste Ausführungsform sind in Tabelle 3 wiedergegeben. Diese Parameter umfassen die Anzahl von Überfahrten, die der Wiederbeschichter vornehmen muss, wenn eine Beschichtung für jede Gruppe von Schichten gebildet wird, die Geschwindigkeit, mit der der Wiederbeschichter darüberfährt, der Abstand zwischen der Unterseite des Wiederbeschichters und der zuletzt verfestigten Lage während des Darüberfahrens, die Z-Wartezeit (d.h. die Verzögerung, die zwischen der Vervollständigung eines Darüberfahrens und dem Beginn der nächsten Bestrahlung existiert); und die Verzögerung einer vorherigen Absenkung (pre-dip delay) (d.h. der Zeit zwischen dem Vervollständigen der Bestrahlung und dem Beginn des Wiederbeschichtungsprozesses).

Wie in diesem Beispiel gesehen werden kann, wird nur die Z-Wartezeit für eine der Gruppen von Schichten variiert. Ohne diese einzige Variation, würde die Bildungszeit für jede Gruppe von 5 Schichten um 40 Sekunden erhöht, und somit würde sich die Aufbauzeit zum Bilden eines Objekts von 1 inch Größe um 8000 Sekunden oder 2,2 Stunden erhöhen (40 Sekunden·200 Gruppen pro Inch). Wenn das Objekt 10 inches hoch wäre, würde die Zeitersparnis 22 Stunden betragen. Mit anderen Worten, fasst ein voller Tag könnte von der Objektbildungszeit gekürzt werden. Noch drastischere Zeiteinsparungen können in Situationen erzielt werden, in denen längere Z-Wartezeiten für einige Schichten benötigt werden oder weitere Überfahrten für einige Schichten benötigt, werden aber nicht für andere etc. Diese Beispiele illustrieren die Verbesserung des Objektbildungsprozesses, die ermöglicht wird, in dem die Spezifikation von Beschichtungsparametern basierend auf individuellen verschachtelten Gruppen von Schichten erlaubt wird.

Es wird bevorzugt, dass eine oder mehrere dieser Parameterwerte, und potenziell andere Wiederbeschichtungsparameter ebenso, in einen Speicher zur Verwendung durch den Computer eingeben werden können, so das Objekte geformt werden können, ohne das der Anwender diese Parameter noch einmal eingeben muss. Es ist noch mehr bevorzugt, dass geeignete Werte für zumindest einen dieser und möglicherweise auch anderer Parameter in einer Datei für die Wiederbeschichtungsart eingegeben werden, die zum Steuern des Wiederbeschichtungsprozesses genutzt werden wird. Diese Datei kann manuell von einem Anwender ausgewählt werden oder mehr bevorzugt durch die Beantwortung einiger weniger grundsätzlicher Fragen über den gewünschten Aufbauprozess, aus denen der Steuerungscomputer oder ein anderer Computer automatisch die geeignete Datei für die Wiederbeschichtungsart auswählen wird, um sie beim Bilden des Objekts zu verwenden. Die Zuordnung von Dateien für die Wiederbeschichtungsart mit Objekten wird weiter in der US Patentanmeldung Nr. 09/247,119 diskutiert (angemeldet am 08. Februrar 1999).

In alternativen Beispielen können verschiedene Modifikationen an den obigen Beispielen durchgeführt werden: (1) In die zweite Gruppe können unterschiedliche Anzahlen von Schichten aufgenommen werden (N kann einen Wert von 1,3 oder 4 annehmen); (2) die Mengen können. andere Anzahlen von Schichten als 5 annehmen (zum Beispiel 2, 3, 4, 6 bis 10 oder sogar mehr); (3) einige Mengen können andere anzahlen von Schichten umfassen, verglichen mit anderen Mengen; (4) Übermengen können definiert werden und die Gruppierung darauf basiert werden; (5) mehr oder weniger Wiederbeschichtungsparameter können zwischen Gruppen spezifiziert oder variiert werden; (6) die Schichtdicke kann variieren (zum Beispiel 5 &mgr;m, 10 &mgr;m, 0,5 mils, 20 &mgr;m, 2 mils, etc); (7) die Bestrahlungsfläche auf primären Schichten und sekundären Schichten kann unterschiedlich sein, als die in der ersten Ausführungsform beschriebene. Tatsächlich kann die Wiederbeschichtungstechnik der vorliegenden Erfindung mit einem normalen Schicht- für Schichtweisen Aufbauprozess verwendet werden, in dem aus irgendwelchen Gründen entschieden wurde, dass variable Wiederbeschichtung über Mengen von Schichten nützlich sein würde.

Für unterschiedliche Aufbauparameter, wie zum Beispiel Schichtdicke, Bestrahlungsart, Anzahl von Schichten pro Menge, Harztyp, etc. können bevorzugte Wiederbeschichtungsparameter empirisch vom Fachmann bestimmt werden, in dem Testobjekte mit unterschiedlichen Beschichtungsparametern aufgebaut werden, und bestimmt wird, welche Parameter für jede Gruppe am besten geeignet sind, so dass die Aufbauzeit reduziert wird und/oder die Qualität der Beschichtungen verbessert wird.

Die Implementierung der hierin beschriebenen Verfahren, um eine Vorrichtung zu bilden, um Objekte gemäß der hierin beschriebenen Lehre zu bilden, kann durch Programmieren eines SLA-Steuerungscomputers implementiert werden, oder eines separaten Datenverarbeitungscomputers, durch Software oder Hardwarecodierung, um eine Eintragung von gewünschten Parametern in das System und die Verwendung dieser Parameter durch das System zu ermöglichen.

Oben wurde auf US Patentanmeldungen Bezug genommen, welche die folgenden Nummern haben und deren Offenbarung wie folgt veröffentlicht wurde:

07/722,335: (Leyden et al.) angemeldet am 27. September 1996,

08/780,005: US Patentnummer 5,902,537 (Almquist et al.)

09/247,119: (Kulkarny et al.)

09/247,120: (Everett et al.)


Anspruch[de]
Ein Verfahren zum Bilden eines dreidimensionalen Objekts (40) aus einer Vielzahl von zusammengefügten Lagen (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110), umfassend:

Definieren einer Zahl S von aufeinander folgenden Schichten als eine Menge (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210);

Definieren einer Vielzahl von Mengen von Schichten;

Definieren einer Vielzahl von Gruppen von Schichten (201, 206; 202, 207; 203, 208; 204, 209; 205, 210), wobei die Gruppen ein oder mehr Schichten von jeder der Vielzahl von Mengen enthalten;

Zuordnen von Wiederbeschichtungsparametern zu jeder der definierten Gruppen (201, 206; 202, 207; 203, 208; 204, 209; 205, 210);

Bilden von aufeinander folgenden Materialschichten (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210), anschließend an irgendeine zuletzt gebildete Materialschicht in Vorbereitung zum Bilden von nachfolgenden Lagen des Objekts, wobei die Beschichtungsparameter, die zum Bilden einer bestimmten Schicht benutzt werden, von den Beschichtungsparametern bestimmt werden, die für die Gruppe spezifiziert sind, die die bestimmte Schicht enthält.

Selektives Bestrahlen der Schichten (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210), um zumindest Teile einer ihnen zugeordneten Lage zu bilden, um das Objekt (40) aus einer Vielzahl von zusammengefügten Lagen (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110) zu bilden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren umfasst:

Bilden von aufeinderfolgenden Materialschichten (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210), anschließend an irgendwelche zuletzt gebildeten Materialschichten in Vorbereitung zum Bilden von nachfolgenden Lagen (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110) des Objekts, wobei einige der aufeinanderfolgenden Schichten (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210) primäre Schichten (205, 210) sind, die voneinander durch eine oder mehr sekundäre Schichten (201, 202, 203, 204, 206, 207, 208, 209) getrennt sind, die sich dazwischen befinden;

Definieren zumindest einer ersten und zweiten Gruppe von Schichten, wobei die erste Gruppe (205, 210) eine Vielzahl von primären Schichten (205, 210) umfasst und die zweite Gruppe (204, 209) eine oder mehr sekundäre Schichten (206, 207, 208, 209) umfasst, welche sich zwischen dem Paar von aufeinander folgenden primären Schichten (205, 210) in der ersten Gruppe befinden;

selektives Bestrahlen der primären Schichten (205, 210), um zumindest Mehrheitsanteile der primären Lagen (105, 110) in Beziehung dazu zu bilden und zumindest Teile der sekundären Lagen (101, 102, 103, 104, 106, 107, 108, 109) zu bilden und

selektives Bestrahlen der sekundären Schichten (201, 202, 203, 204, 206, 207, 208, 209), um zumindest Minderheitsanteile der sekundären Lagen (101, 102, 103, 104, 106, 107, 108, 109) in Beziehung dazu zu bilden,

wobei die Bestrahlung der primären Schichten (205, 210) und sekundären Schichten (201, 202, 203, 204, 206, 207, 208, 209) in einer Zusammenfügung der Lagen zu den vorher gebildeten Lagen resultiert, um so das Objekt aus einer Vielzahl von zusammengefügten Lagen zu bilden;

wobei die Bildung der ersten Gruppe von Schichten (205, 210) durch eine erste Menge von Wiederbeschichtungsparameter gesteuert wird und die Bildung der zweiten Gruppe von Schichten (204, 209) durch eine zweite Menge von Wiederbeschichtungsparametern gesteuert wird, die verschieden von der ersten Menge ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei mindestens eine dritte Schichtengruppe ein oder mehr sekundäre Schichten (206, 207, 208) umfasst, die nicht in der zweiten Gruppe (204, 209) sind, sondern die sich zwischen den primären Schichten (205, 210) in der ersten Gruppe befinden und wobei mindestens eine dritte Menge von Wiederbeschichtungsparametern während der Bildung der Schichten (206), die in der mindestens dritten Gruppe enthalten sind, angewandt wird. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die mindestens dritte Gruppe zumindest eine dritte Gruppe (208) und eine vierte Gruppe (207) umfasst, wobei die dritte Menge von Wiederbeschichtungsparametern beim Bilden der Schichten in der dritten Gruppe verwendet wird und eine vierte Menge von Wiederbeschichtungsparametern beim Bilden der Schichten der vierten Gruppe verwendet wird. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die mindestens dritte Gruppe mindestens eine dritte Gruppe (208), eine vierte Gruppe (207) und eine fünfte Gruppe (206) umfasst und wobei die dritte Gruppe von Wiederbeschichtungsparametern beim Bilden der Schichten in der dritten Gruppe (208) verwendet wird, eine vierte Menge von Wiederbeschichtungsparametern beim Bilden der Schichten der vierten Gruppe (207) verwendet gebraucht wird und eine fünfte Menge von Wiederbeschichtungsparametern beim Bilden der Schichten der fünften Gruppe (206) verwendet wird. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei dieselbe Zahl von sekundären Schichten zwischen jedem Paar von aufeinanderfolgenden primären Schichten (205, 210) existiert. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei eine verschiedene Zahl von sekundären Schichten (206, 207, 208, 209, 211, 212, 213, 214) zwischen einem ersten Paar von aufeinanderfolgenden primären Schichten (205, 210) und einem zweiten (210, 215) Paar von aufeinanderfolgenden primären Schichten (210, 215) existiert. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die zweite Gruppe von Schichten (204, 209) eine einzige sekundäre Schicht (209) einschließt, die sich zwischen jedem Paar von aufeinanderfolgenden primären Schichten (205, 210) befindet und wobei mindestens eine zusätzliche sekundäre Schicht (206, 207, 208) zwischen mindestens einigen der aufeinanderfolgenden primären Schichten (205, 210) existiert. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die zweite Gruppe von Schichten zwei oder mehr aufeinanderfolgende sekundäre Schichten (206, 207, 208, 209) enthält, die sich zwischen jedem Paar von aufeinanderfolgenden primären Schichten (205, 210) befinden. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die mindestens dritte Gruppe von Schichten eine einzige sekundäre Schicht (206) enthält, die sich zwischen zwei aufeinanderfolgenden primären Schichten (205, 210) befindet. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die mindestens dritte Gruppe von Schichten zwei oder mehr aufeinanderfolgende sekundäre Schichten (206, 207, 208) enthält, die sich zwischen jedem Paar von aufeinanderfolgenden primären Schichten (205, 210) befinden. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die mindestens dritte Menge von Wiederbeschichtungsparameter von der ersten und zweiten Menge von Wiederbeschichtungsparametern verschieden ist. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, welches zusätzlich umfasst das Darüberfahren eines Wiederbeschichtungsgeräts (13, 17, 19) über zumindest einige Lagen (21, 23, 25, 27, 29, 31, 33) während der Bildung von mindestens einigen Schichten, wobei die Wiederbeschichtungsparameter ein oder mehr der folgenden enthalten:

die Zahl der Male, die das Beschichtungsgerät (13, 17, 19) darüber gefahren werden soll;

die Geschwindigkeit für mindestens ein Darüberfahren;

der Abstand während des Darüberfahrens zwischen einer oberen Oberfläche einer zuletzt gebildeten Lage (33) und einem unteren Rand des Wiederbeschichtungsgeräts;

ein Z-Warten (Z-wait) zwischen dem Beenden des Darüberfahrens und der beginnenden Bestrahlung der Schicht und

eine Verzögerung einer vorherigen Absenkung (a predip delay).
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei eine minimale Zahl N von sekundären Schichten (201, 202, 203, 204, 206, 207, 208, 209) zwischen aufeinanderfolgenden primären Schichten (205, 210) existiert und die Zahl von Schichten in der zweiten Gruppe, die sich zwischen jedem Paar von primären Schichten (205, 210) befindet, durch eine Zahl S spezifiziert wird, wobei S kleiner als N ist, wobei die Schichten in der zweiten Gruppe unmittelbar einer primäre Schicht (205, 210) vorangehen. Bin Gerät zum Bilden eines dreidimensionalen Objekts (40) aus einer Vielzahl von zusammengefügten Lagen (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110), umfassend:

Mittel zum Definieren einer Zahl S von aufeinanderfolgenden Schichten als eine Menge (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210);

Mittel zum Bestimmen einer Vielzahl von Mengen von Schichten;

Mittel zum Definieren einer Vielzahl von Gruppen von Schichten (201, 206; 202, 207; 203, 208; 204, 209; 205, 210), wobei die Gruppen ein oder mehr Schichten aus jeder der Vielzahl von Mengen enthalten;

Mittel zum Zuordnen von Wiederbeschichtungsparametern zu jeder der definierten Gruppen (201, 206; 202, 207; 203, 208; 204, 209; 205, 210),

Mittel zum Bilden von aufeinanderfolgenden Materialschichten (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210), anschließend an irgendwelche zuletzt gebildete Materialschichten in Vorbereitung zum Bilden von aufeinanderfolgenden Lagen des Objekts, wobei die Wiederbeschichtungsparameter, die zum Bilden einer bestimmten Schicht verwendet werden, durch Wiederbeschichtungsparameter bestimmt werden, die für die Gruppe spezifiziert sind, die die bestimmte Schicht enthält;

Mittel zum selektiven Bestrahlen der Schichten (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210), um zumindest Teile der Lagen zu bilden, die ihnen zugeordnet sind, um das Objekt (40) aus einer Vielzahl von zusammengefügten Lagen (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109) zu bilden.
Ein Gerät gemäß Anspruch 15, umfassend:

Ein Beschichtungssystem zum Bilden von aufeinanderfolgenden Materialschichten, anschließend an vorher gebildete Materialschichten zur Vorbereitung des Bildens von nachfolgenden Lagen des Objekts, wobei einige der aufeinanderfolgenden Schichten. primäre Schichten (205, 210) sind, die voneinander durch eine oder mehr sekundäre Schichten (201, 202, 203, 204, 206, 207, 208, 209) getrennt sind, welche dazwischen positioniert sind;

Ein Computer, der programmiert ist, um mindestens erste und zweite Gruppen von Schichten zu definieren, wobei die erste Gruppe eine Vielzahl von primären Schichten (205, 210) umfasst und die zweite Gruppe ein oder mehr sekundäre Schichten (201, 202, 203, 204, 206, 207, 208, 209) umfasst, die sich zwischen Paaren von aufeinander folgenden primären Schichten befinden;

Ein Bestrahlungssystem zum selektiven Bestrahlen der Materialschichten, einschließend das Bestrahlen der primären Schichten (205, 210), um mindestens Mehrheitsanteile der ihnen zugeordneten primären Lagen (105, 110) zu bilden und mindestens Teile der sekundären Lagen (101, 102, 103, 104, 106, 107, 108, 109) zu bilden und der sekundären Schichten (201, 202, 203, 204, 206, 207, 208, 209), um mindestens Minderheitsanteile der ihnen zugeordneten sekundären Lagen (101, 102, 103, 104, 106, 107, 108, 109) zu bilden,

wobei die Bestrahlung der primären Schichten (205, 210) und sekundären Schichten (201, 202, 203, 204, 206, 207, 208, 209) in der Anhaftung von Lagen an vorher gebildete Lagen resultiert, um das Objekt (40) aus einer Vielzahl von zusammengefügten Lagen zu bilden;

wobei das Beschichtungssystem die erste Gruppe von Schichten unter der Steuerung einer ersten Menge von Wiederbeschichtungsparametern bildet und die zweite Gruppe von Schichten unter der Steuerung einer zweiten Menge von Wiederbeschichtungsparametern bildet, die verschieden von der ersten Menge ist.






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