DE69621001T2

DE69621001T2 - Schnelles glättungsverfahren für schichtweise hergestellte dreidimensionale gegenstände

Info

Publication number: DE69621001T2
Application number: DE69621001T
Authority: DE
Inventors: A. Almquist; W. Hull; F. Jacobs; N. Leyden; R. Smalley; S. Thayer
Original assignee: 3D Systems Inc
Current assignee: 3D Systems Inc
Priority date: 1995-02-01
Filing date: 1996-01-29
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2016-01-30
Also published as: DE69621001D1; MX9705844A; CN1172451A; EP0807014B1; BR9607005A; US5902537A; CA2210802A1; EP0807014A2; JP3839479B2; ATE216951T1; WO1996023647A3; WO1996023647A2; AU4971396A; JPH10513130A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bilden von zumindest einem Abschnitt eines dreidimensionalen Gegenstandes auf einer im Wesentlichen querschnittsmäßigen Basis aus einem Material, das geeignet ist für eine physikalische Transformation auf ein Exponieren gegen eine synergistische Stimulation hin.
Im Allgemeinen bezieht das obige technische Gebiet, das als Schnell- Prototypisieren und Herstellen ("RP&M"), Stereolithography oder Raumbilderzeugung bekannt ist, die Fertigung von dreidimensionalen Gegenständen auf einer im Wesentlichen Querschnitt-über-Querschnitt-Basis ein.
Verfahren und Vorrichtungen dieses Typs sehen eine Schicht eines Arbeitsmaterials angrenzend an einen bereits gebildeten Querschnitt eines Gegenstandes vor, in Vorbereitung zum Bilden eines darauffolgenden Gegenstandsquerschnitts aus der Schicht des Arbeitsmaterials.
Raumbilderzeugung bezieht im Allgemeinen die Bildung von dreidimensionalen Gegenständen gemäß computerbasierten Befehlen basierend auf einem Computer- Aided-Design ("CAD") oder anderer dreidimensionaler Darstellung des Gegenstandes ein. Eine Raumbilderzeugungs-Technik, die neuerdings entwickelt wurde, ist Stereolithography, welche in den US-Patenten Nr. 4,575,330 und 5,184,307 beschrieben ist. Unten erscheinend ist eine Zusammenfassung der Grundschritte einer stereolithopraphischen Ausführungsform:
1. Erzeugung eines dreidimensionalen Gegenstandsdesigns in einem CAD- System und Speichern der Designdaten in einer CAD-Datei;
2. Kompilieren von Daten der CAD-Datei in viele dünne "Scheiben", wobei jede eine dünne Querschnittsschicht des dreidimensionalen Gegenstandes darstellt;
3. Transfer der kompilierten CAD-Daten auf eine Stereolithographie-Vorrichtung("SLA");
4. Beschichten einer Schicht des Arbeitsmaterials angrenzend an einen zuvor gebildeten Gegenstandsquerschnitt in Vorbereitung zum Bilden eines darauf folgenden Gegenstandsquerschnitts. Die Arbeitsmaterialschicht ist vorzugsweise einheitlich beschichtet von einer geeigneten Dicke, so dass der nachfolgend gebildete Gegenstandquerschnitt die Toleranzerfordemisse erfüllt;
5. Selektives Exponieren der Arbeitmaterialschicht gegenüber einer synergistischen Stimulation, um die Arbeitsmaterialschicht zu verfestigen oder anderenfalls physikalisch zu transformieren an denjenigen Stellen, welche kollektiv den Gegenstandquerschnitt, der zu bilden ist, repräsentieren;
6. Wiederholen der Schritte (4) und (5), um abwechselnd sukzessive Arbeitsmaterialschichten und Gegenstandsquerschnitte zu bilden, bis der dreidimensionale Gegenstand gebildet ist; und
7. Nachbearbeiten des neugebildeten Gegenstandes durch Entfernen von Rest-Arbeitsmaterial, welches dem Gegenstand anhaftet, Entfernen des Gegenstandes von der Plattform, auf welcher es gebildet wurde, Exponieren des Gegenstandes gegenüber einer zusätzlichen synergistischen Stimulation, um eine vollständige Verfestigung des Arbeitsmaterials sicherzustellen und Entfernen von Trägem.
Zusätzliche Details über Stereolithographie sind verfügbar in den folgenden Publikationen und Patenten:
PCT Pub. #WO 92/20505 PCT Pub. #WO 91/06378
PCT Pub. #WO 92/08200 JP Patent Anm. #291647/1990
PCT Pub. #WO 89/10256 U.S. Patent 5,059,359
PCT Pub. #WO 89/10249 U.S. Patent 4,996,010
PCT Pub. #WO 89/10254 U.S. Patent 4,999,143
PCT Pub. #WO 89/10259 U.S. Patent 5,015,424
PCTPub. #WO89/11085 U.S. Patent 5,058,988
PCTPub. #WO89/10801 U.S. Patent 5,123,734
EPO Pub. #85/171069 U.S. Patent 5,059,021
JP Pub. #62-3596 U.S. Patent 5,184,307
PCT Pub. #WO 90/03255 U.S. Patent 5,104,592
PCT Pub. #WO 90/15674 U.S. Patent 5,143,663
U.S. Patent 5,182,056
U.S. Patent 5,130,064
U.S. Patent 5,174,931
U.S. Patent 5,096,530
U.S. Patent 5,141,680
U.S. Patent 5,192,469
U. S. Patent 5,321,622
U.S. Patent 5,182,715
U.S. Patent 5,234,636
U.S. Patent 5,238,639
U.S. Patent 5,256,340
U.S. Patent 5,182,055
Arbeitsmaterialen, welche typischerweise bei der Raumbilderzeugung verwendet werden, können Fluid-ähnliche Charakteristika aufweisen, verfestigen sich aber oder anderenfalls transformieren sich physikalisch in Reaktion auf eine synergistische Stimulation hin. Die Fluid-ähnlichen Charakteristika erleichtern ein Verteilen einer Arbeitsmaterialschicht angrenzend an einen vorher gebildeten Gegenstandsquerschnitt sowie ein Glätten der Arbeitsmaterialschichtoberfläche in Vorbereitung des Bildens des nächsten Gegenstandsquerschnitts. In Abhängigkeit der Beschichtungstechnik, die verwendet wird, enthalten geeignete Materialien transformierbare Flüssigkeiten, wie beispielsweise thermisch polymerisierbare Harze, photopolymerisierbare Harze, einen ersten Teil eines zweiteiligen Epoxidharzes, sinterbare Pulver, abbindende Pulver oder Kombinationen davon und ähnliches. Flüssige Materialien können auch inerte Füllmaterialien enthalten.
Verschiedene Formen der synergistischen Stimulation können verwendet werden, solange das Arbeitsmaterial auf eine synergistische Stimulation reagiert. Diese enthalten bestimmte Wellenlängen von elektromagnetischer Strahlung, wie beispielsweise infrarote Strahlung, sichtbare Strahlung und ultraviolette Strahlung. Andere Formen der synergistischen Stimulation, welche verwendet werden können, sind Teilchen-Strahlen, reaktive Chemikalien, die auf dem Arbeitsmaterial verteilt werden, wie beispielsweise ein Photoinitiator, das zweite Elements des zweiteiligen Epoxidharzes, Bindematerialien und ähnliches.
Die Designdaten, die repräsentativ für den dreidimensionalen Gegenstand sind, können aus verschiedenen Quellen erhalten werden, enthaltend CAD-Daten, CAT-Scan-Daten, manuell programmierte Daten und Daten, die von Techniken zum Scannen von physikalischen Objekten erhalten werden. Falls diese Daten zuerst in Schichtform sind, kann der Kompilierungsprozess reduziert werden durch Erzeugen geeigneter Schichtfülldaten. Jedoch kann eine zusätzliche Kompilierung gewünscht oder erforderlich sein, um die Daten in eine richtige Form zu transformieren, um die Genauigkeit, das Verfahren oder andere Erfordernisse zu erfüllen, wie z. B., wie Träger zusammen mit dem Gegenstand gebildet werden können. Die Verfahren und Vorrichtungen, die in U.S. Patenten Nrn. 5,182,055, 5,184,307, 5,192,469, 5,209,878, 5,238,639, 5,256,340 5,273,691, 5,321,622, 5,345,391 und US 5,597,520 beschrieben sind, sprechen die Generierung von geeigneten Schichtdaten an. Die Publikation mit dem Titel Rapid Prototyping and Manufacturing: Fundamentals of Stereolithography, erste Ausgabe, des Autors Paul F. Jacobs, Ph. D., und publiziert durch die Society of Manufacturing Engineers, Dearbom, Michigan in 1992, ist auch von Relevanz.
Die aktuelle Erfindung ist primär auf den obigen Schritt (4) gerichtet, d. h. Beschichten einer Arbeitsmaterialschicht angrenzend an einen zuvor gebildeten Gegenstandsquerschnitt in Vorbereitung zum Bilden eines darauf folgenden Gegenstandsquerschnitts. Verschiedene Ansätze sind in der Vergangenheit verwendet worden, um diesen Beschichtungsschritt durchzuführen, am häufigsten mit einem Arbeitsmaterial, welches einen flüssigen photopolymerisierbaren Harz umfasst. Jedoch haben diese vorherigen Ansätze im Variieren der Schichtgenauigkeits- und Nichteinheitlichkeits-Grade resultiert und/oder haben eine übermäßige Zeit erfordert, um die Beschichtungen zu bilden, diese Probleme weisen die folgenden Verzweigungen auf:
Erstens ist es wichtig, dass die Arbeitsmaterialschicht einheitlich und von geeigneter Dicke ist, so dass auf eine Verfestigung hin der resultierende Gegenstandsquerschnitt eine dimensionale Genauigkeit hervorbringt. In der Tat schlägt sich die Genauigkeit der aufeinanderfolgenden Arbeitsmaterialschichten direkt auf die Genauigkeit des fertigen Gegenstands nieder hinsichtlich einer potentiellen Fehlplatzierung von Gegenstandsmerkmalen auf ein Exponieren gegenüber einer synergistischen Stimulation hin und potentielle akkumulierte Fehler, welche aus den Fehlem aufeinanderfolgenden Schichten resultieren können.
Zweitens ist es wünschenswert, die Zeit zu minimieren, die erforderlich ist, um eine Arbeitsmaterialschicht zu bilden, da die kumulative Beschichtungszeit der aufeinanderfolgenden Schichten einen signifikanten Abschnitt der Gesamtgegenstandsbildungszeit darstellt. In der Tat entfalten photopolymere Harze langsame Fließgeschwindigkeiten auf Grund der Viskosität und Oberflächenspannung. Wenn sie nur durch die Schwerkraft angetrieben werden, können Defekte in Photopolymer-Arbeitsmaterialoberflächen unzulässig lange Zeit in Anspruch nehmen, um zu entspannen oder anderenfalls mit dem Rest der Arbeitsmaterialschichtoberfläche einheitlich zu werden. Dies wiederum erhöht die Gegenstandsherstellungszeit, reduziert den Maschinendurchsatz und reduziert die Kosteneffektivität der Raumbilderzeugung.
Drittens kann das Ausmaß der Ungenauigkeit und Nichteinheitlichkeit der Arbeitsmaterialschicht sowie des Betrages an notwendiger Zeit, um es zu bilden, mit der Geometrie der zuvor gebildeten Querschnitte variieren. Dementsprechend ist ein automatisiertes Beschichten von Arbeitsmaterialschichten schwierig, da keine Korrekturparameter eingestellt sein könnten, die anderenfalls zu verwenden wären, falls Beschichtungsungenauigkeiten konstant wären.
Eine Beschreibung verschiedener vorheriger Ansätze wird in den folgenden US- Patenten und Patentanmeldungen dargelegt:
1. U.S. Patent Nr. 5,447,822 ist auf das Überziehen der Arbeitsmaterialschichtoberfläche mit einem Film gerichtet, welcher dann von der Oberfläche abgeschält wird. Vor und nach dem Abschälen wird die Oberfläche einer synergistischen Stimulation ausgesetzt, um den nächsten Gegenstandsquerschnitt zu bilden.
2. U.S. Patent Nr. 5,693,144 ist auf die Verwendung von Schwingungsenergie gerichtet, welche direkt auf die Arbeitsmaterialschichtoberfläche aufgebracht wird oder auf einen vorher gebildeten Gegenstandsquerschnitt, um die Zeit zu vermindern, die notwendig ist, damit Oberflächendefekte verschwinden oder sich auf ein tolerierbares Niveau ausgleichen.
3. U.S. Patent Nr. 5,174,931 ist unter anderem auf das Verwenden eines Elements gerichtet, wie beispielsweise ein Abstreichmesser, um eine Beschichtung eines Arbeitsmaterials zu glätten oder über einen zuvor gebildeten Querschnitt des Gegenstandes zu verteilen.
4. U.S. Patent Nr. 5,096,530, erteilt an Cohan et al. ist auf das Bilden einer Arbeitsmaterialschicht gerichtet, welche durch einen Rahmen und die Kraft der Oberflächenspannung unterstützt wird. Die Schicht wird dann über einen zuvor gebildeten Gegenstandsquerschnitt gelegt,
5. U.S. Patent Nr. 5,071,337 ist unter anderem auf die Verwendung einer Ausgabe-Vorrichtung gerichtet, wie beispielsweise einen Applizierstab, um einheitliche Arbeitsmaterialschichten zu bilden.
6. U.S. Patent Nr. 5,238,497 offenbart eine Anordnung, bei welcher zwei Reservoirs auf jeder Seite der Hauptwanne vorgesehen sind. Überschüssiges Material von der Wanne fließt in diese Reservoirs. Das Material von den Reservoirs wird in eine Verteilerdüse gepumpt, und fließt von der Düse auf die Oberfläche des Materials in der Wanne, während die Düse über der Wanne bewegt wird.
7. EP-A-0450762 offenbart eine Raumbilderzeugungs-Vorrichtung und ein Verfahren. Die Vorrichtung enthält eine Wanne oder ein Gefäß zum Aufnehmen des flüssigen Materials, aus welchem der Gegenstand gebildet werden soll, um so eine freie Oberfläche darzustellen. Eine bewegbare Plattform ist innerhalb des Gefäßes unterhalb der freien Oberfläche angeordnet. Ein Teil des Materials wird oberhalb der freien Oberfläche durch Senken und Heben eines Ausgabegeräts an vorbestimmten Positionen übertragen, welche von der Plattform entfernt angeordnet sind. Ein Abstreifmesser berührt das Material, welches oberhalb der freien Oberfläche übertragen wird, und bewegt sich dann über die Plattform, um eine im Wesentlichen einheitliche Schicht des Materials über dem teilweise gebildeten Gegenstand zu bilden.
Der Abstreifmesser-Ansatz, welcher oben aufgelistet wurde, enthält typischerweise das Wischen eines Stabes oder anderer Vorrichtungen über die Oberfläche einer Arbeitsmaterialschicht, wodurch sie geglättet wird. Durch dieses kann die Beschichtungszeit reduziert werden, andere Probleme verbleiben, wie beispielsweise diejenigen, die mit der Vorderflanken-Erhöhung, dem eingeschlossenem Volumen und anderen Problemen, wie in dem zuvor einbezogenen U.S. Patent Nr. 5,174,931 beschrieben wurden, assoziiert sind.
Andere Beschichtungsansätze sind über diejenigen hinaus, die oben aufgelistet sind, vorgeschlagen worden. Eine elektrisch aufgeladene oder ungeladene Gegenlauf-Walze, welche einen Hügel von Pulver in einheitliche Schichten verteilt, ist in PCT-Patentanmeldung Nr. PCT/US 87/02635, Veröffentlichungs-Nr. WO 88/022677 von Deckard und in U.S. Patent Nr. 4,938,816, erteilt an Beaman et al., offenbart. Jedoch ist die darin offenbarte Walze im Allgemeinen nicht geeignet zur Verwendung mit flüssigen Arbeitsmaterialen, da Flüssigkeiten der Walze anhaften können, anders als die Pulver, welche in den obigen Referenzen beschrieben wurden, welche stattdessen vor der Walze ausgestoßen werden. Die Haftwirkung kann auch bewirken, dass das Arbeitsmaterial über die Walze getragen wird und hinter ihr wieder abgelagert wird, wodurch eine nichteinheitliche Arbeitsschicht gebildet wird. Weiterhin tendieren flüssige Hügel auch dazu, zu sinken oder sich in zuvor verteilte Volumen der nicht-verfestigten Flüssigkeit auszubreiten. In jedem Fall sprechen die Deckard- und Beaman-Referenzen nicht an, wie solch eine Walze mit flüssigen Arbeitsmaterialien verwendet werden könnte.
Verschiedene Grundaspekte des Verwendens eines Verteilerschlitzes oder Steinberg-Streichers bei einem stereolithographischen Verfahren sind offenbart in der Japanischen Patentanmeldung 59-237054, der Öffentlichkeit als Japanische Veröffentlichung 61-114817 (A) am 2. Juni 1986 offengelegt, angemeldet durch Morihara et al. Der Schlitzbeschichter bleibt stationär, während sich der Behälter des flüssigen Arbeitsmaterials unter ihm vorwärts und rückwärts bewegt. Der Schlitzbeschichter verteilt Arbeitsmaterial, welches eine Dicke ausweist, die gleich derjenigen des gewünschten verfestigten Gegenstandquerschnitts ist. Jedoch ist Morihara's Schlitzbeschichter nicht geeignet zum Herstellen von hochauflösenden Gegenständen für zumindest die folgenden Gründe.
Erstens berücksichtigt ein Bilden von Arbeitmaterialschichten, welche eine Dicke gleich zu derjenigen des gewünschten Gegenstandsquerschnitts aufweisen, nicht die Schrumpfung, welche typischerweise auftritt, während sich das Arbeitsmateri al verfestigt. Dies wiederum führt zu Ungenauigkeiten in der vertikalen Abmessung des Gegenstandes, der Bildung von nicht-planaren Gegenstandsquerschnitten, insbesondere in Übergangsbereichen zwischen abgestützten und nichtabgestützten Abschnitten eines Querschnitts und einem ungesteuerten Positionieren der Arbeitsoberfläche.
Zweitens berücksichtigt Morihara's Schlitzbeschichter nicht den volumetrischen Unterschied des Materials, welches verteilt wird, wenn sich der Behälter mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt gegenüber dem Fall, wenn er nahe der Enden seiner Bewegungslinie beschleunigt und verlangsamt wird. Dies resultiert in einer nichteinheitlichen Dicke über die Arbeitsmaterialschicht.
Drittens kann Morihara's Schlitzbeschichter nicht an Stellen des Behälters verteilen, welche dem Schlitzbeschichter nicht zugänglich sind. Dies reduziert entweder die Genauigkeit der Gesamtbeschichtung, welche gebildet wird oder der verwendbaren Arbeitsfläche des Behälters.
Viertens erkennt Morihara's Schlitzbeschichter nicht, dass man in bestimmten stereolithographischen Ausführungsformen eine Arbeitsmaterialschicht über die gesamte Oberfläche der Flüssigkeit beschichten muss, welche durch den Behälter gebunden ist, bevor die Arbeitsmaterialschicht die gewünschte Dicke erreicht. Dies kommt daher, dass, wenn Arbeitsmaterial in Bereichen verteilt wird, die nicht durch das verfestigte Material direkt getragen werden, das Arbeitsmaterial nicht einfach an der Oberfläche der Flüssigkeit in dem Behälter verbleiben wird. Stattdessen dient es dazu, den Flüssigkeitsspiegel in dem gesamten Behälter anzuheben, wodurch die Dicke der Arbeitsmaterialschicht an dem Punkt, an dem es gerade verteilt wurde, verringert wird. Nur nachdem das Material über alle diejenigen nicht-getragenen Bereich verteilt wurde, wird der Arbeitsmaterialoberflächenspiegel den gewünschten Spiegel erreichen. Unter bestimmten Umständen jedoch, beispielsweise, wenn sehr dünne Arbeitsmaterialschichten in der Größen- Ordnung von 0,10 mm (0,004 Inch) oder weniger beschichtet werden, kann man dieses Problem ignorieren.
Fünftens ist es wahrscheinlich, dass das Arbeitsmaterial in Morihara's Behälter auf Grund der wiederholten Hin- und Her-Bewegung des Behälters verschoben wird. Solch ein Verschieben würde höchstwahrscheinlich in einer nichteinheitlichen Beschichtungsdicke und/oder erhöhter Schichtbildungszeiten resultieren. Tatsächlich, sogar wenn der Behälter mit mittleren Geschwindigkeiten hin- und herbewegt wird, kann das Material in dem Behälter aus dem Behälter herausschwappen. Aus all dem vorhergehenden scheint es, dass Morihara nicht eine Vorrichtung oder ein Verfahren offenbart, um schnell und genau Arbeitsmaterialschichten wieder zu beschichten.
Über die Probleme der bestimmten Ansätze, die oben diskutiert wurden, hinaus involvieren andere Probleme das Verteilen einer bekannten Menge von Arbeitsmaterial oder ein Vermeiden der Akkumulation von kleinen Fehlem in große kumulative Fehler während aufeinanderfolgende Schichten beschichtet werden. Dementsprechend besteht ein Bedarf in dem Stand der Technik des RP & M für Verfahren und Vorrichtungen, welche die Probleme, die in diesem Hintergrundabschnitt diskutiert wurden sowie andere Probleme überwinden. Andere Ziele, einzeln oder in Kombination verwendbar, werden dem Fachmann aus den Lehren, die hierin gefunden werden, ersichtlich sein.
Die vorliegende Erfindung betrachtet eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zum Bilden von aufeinanderfolgenden Arbeitsmaterialschichten in Vorbereitung des Bildens von aufeinanderfolgenden Querschnitten eines Gegenstandes, welcher im Wesentlichen auf einer Querschnittsbasis gebildet wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Bilden von zumindest einem Abschnitt eines dreidimensionalen Gegenstandes auf einer im Wesentlichen querschnittsmäßigen Basis aus einem Material, das geeignet zur physikalischen Transformation auf ein Exponieren gegenüber synergistischer Stimulation hin:
Mittel zum Liefern von Daten, die für den Gegenstand beschreibend sind;
einen Behälter zum Enthalten eines Volumens von Material mit einer Arbeitsoberfläche;
einen Applikator zum Bilden von Schichten von Material, wobei der Applikator eine Bodenöffnung aufweist, die sich in der Nähe der Arbeitsoberfläche befindet;
eine Vorrichtung, die mit dem Applikator gekoppelt ist zum Ziehen von Material von der Arbeitoberfläche in den Applikator, der einen Gießspiegel zwischen dem Applikator und der Arbeitsoberfläche bildet;
Mittel zum Schwenken des Applikators über zumindest einen Teil von zumindest einigen der zuvor gebildeten Gegenstandquerschnitte; und
eine Quelle einer synergistischen Stimulation zum Exponieren der Schicht gemäß den beschreibenden Daten, um den zumindest einen Teil des Gegenstandes aus einer Mehrzahl von Gegenstandsquerschnitten zu bilden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bilden von zumindest einem Teil eines dreidimensionalen Gegenstandes auf einer im Wesentlichen querschnittsmäßigen Basis aus einem Material, das geeignet ist für eine physikalische Transformation auf ein Exponieren gegen eine synergistische Stimulation hin:
Zufuhren von Daten, die für den Gegenstand beschreibend sind;
Beinhalten eines Volumens eines Materials, das eine Arbeitsoberfläche aufweist;
Platzieren eines Applikators, der eine Bodenöffnung aufweist in der Nähe der Arbeitsoberfläche;
Bilden eines Giesspiegels von Material zwischen dem Applikator und der Arbeitsoberfläche;
Ziehen des Materials von der Arbeitsoberfläche in den Applikator, wodurch der Applikator zumindest teilweise gefüllt wird;
Bilden einer Schicht über zumindest einem Teil eines zuvor gebildeten Gegenstandsquerschnitts, einschließlich eines Verteilens des Materials von dem Applikator durch Schwenken des Applikators über zumindest einen Teil des zuvor gebildeten Gegenstandsquerschnitts;
Exponieren ausgewählter Teile der Schicht gegen eine synergistische Stimulation entsprechend den beschreibenden Daten, um ein Gegenstandsquerschnitt zu bilden, der an dem zuvor gebildeten Gegenstandsquerschnitt haftet; und
Wiederholen des Bildens und Exponierens, um aufeinanderfolgende Schichten und Querschnitte zu bilden, um den zumindest einen Teil des Gegenstandes zu bilden.
Spezielle Ausführungsformen der Erfindung sind der Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung wird beschrieben werden mittels eines Beispiels mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer stereolithographischen Vorrichtung, welche eine Arbeitsmaterialschicht bildet.
Fig. 2a zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bilden einer Arbeitsmaterialschicht unter Verwendung eines Applikators.
Fig. 2b zeigt ein Applikator-Verteiler-Material.
Fig. 2c ist eine perspektivische Ansicht eines Applikators.
Fig. 2d ist eine Endansicht eines Applikators.
Fig. 2e ist eine Seitenansicht eines Applikators.
Fig. 2f ist eine Bodenansicht eines Applikators.
Fig. 2g zeigt einen Applikatorspalt.
Fig. 2h zeigt einen Applikatorzwischenraum.
Fig. 2i zeigt ein Applikator-absorbierendes Material.
Fig. 2j zeigt ein Applikator-verteilendes Material.
Fig. 2k ist eine Endansicht eines Applikators.
Fig. 2l ist eine perspektivische Ansicht eines Applikators.
Fig. 2m ist eine Endansicht eines Applikators.
Fig. 2n ist eine Endansicht eines Applikators.
Fig. 2o zeigt einen Applikator mit einem Walzen-absorbierenden Material.
Fig. 2p zeigt einen Applikator, der eine Vakuumanordnung enthält, die Material verteilt.
Fig. 2q-2u sind Endansichten von Applikatoren.
Im Allgemeinen zeigt Fig. 1 eine stereolithographische Vorrichtung ("SLA") 10, bei welcher ein Gegenstand 12 gebildet und dargelegt wird, um den Leser mit Begriffen, die hierin verwendet werden, vertraut zu machen. SLA 10 kann eine Wanne 14 enthalten, welche ein Volumen des Arbeitsmaterials 16 enthält, welches verwendet wird, um Gegenstand 12 zu bilden. Gegenstand 12 kann auf Plattform 18 gebildet werden, welche vertikal bewegbar sein kann, und an Trägerarme 17 gekoppelt ist, die an einem Computergesteuerten Hebewerk (nicht gezeigt) gekoppelt sind. Gegenstand 12 wird aus aufeinanderfolgenden Querschnitten gebildet, welche durch die gestrichelten Linien gezeigt sind. Der zuletzt gebildete Gegenstandsquerschnitt 20 weist eine obere Oberfläche 22 auf, auf welcher die nächste Schicht des Arbeitsmaterials 24 gebildet wird.
In Vorbereitung des Bildens des nächsten Gegenstandsquerschnitts kann Arbeitsmaterialschicht 24 auf verschiedene Weisen gebildet werden. Plattform 18 kann gesenkt werden, während die Oberfläche des Volumens von Material 16, d. h. Arbeitsoberfläche 26, auf einem fixierten Niveau aufrechterhalten wird. Der Begriff Arbeitsoberfläche 26 bezieht sich typischerweise auf die Oberfläche des Volumens des Arbeitsmaterials 16 in Wanne 14. Vorzugsweise befindet sich Arbeitsoberfläche 26 auf einem gewünschten Niveau oder einer Fläche, und ist somit eine "gewünschte Arbeitsoberfläche", die in einem spezifizierten Abstand von der Quelle 28 der synergistischen Stimulation während des Exponierens gegenüber synergistischer Stimulation platziert ist. Über die untere Offenbarung hinweg, sind sowohl die eigentliche Arbeitsoberfläche und gewünschte Arbeitsoberfläche mit Bezugszeichen 26 bezeichnet, aber wo die eigentliche und gewünschte Arbeitsoberfläche voneinander abweichen, erklärt die Offenbarung eine solche Abweichung.
Alternativ können Plattform 18 und somit obere Oberfläche 22 stationär an einem fixierten Niveau verbleiben, und das Volumen des Materials 26 im Behälter 16 kann erhöht werden, wodurch die Arbeitsoberfläche 26 angehoben wird. Dies kann durch Pumpen von zunehmend Material in Behälter 14 von unterhalb der Arbeitsoberfläche 26 oder durch Verteilen von zunehmend Material in Wanne 14 von oberhalb der Arbeitsoberfläche 26 auftreten. Eine Kombination der vorgehenden Ansätze ist auch möglich.
Alternativ kann Arbeitsmaterialschicht 24 der Fig. 1 durch "Tief-Tauchen" von Plattform 18 gebildet werden. Das heißt Plattform 18 und somit die Oberfläche 22 können um mehr als die beabsichtigte Dicke des nächstens Gegenstandsquerschnitts unterhalb die Arbeitsoberfläche 26 gesenkt werden, so dass das Material 16 leichter über die Oberfläche 22 fließt. Plattform 18 wird dann angehoben, so dass die Dicke der Schicht 24 sich der gewünschten Dicke annähert. Alternativ kann die Arbeitsoberfläche 26 übermäßig angehoben werden und dann gesenkt werden. Tief-Tauchen wird verwendet, da, falls die Plattform 18 gesenkt oder Arbeitsoberfläche 26 um einen Betrag gleich nur einer Schichtdicke angehoben wird, das Material 16 nicht fließen kann oder zumindest nicht in einer vernünftigen Zeitdauer über die Oberfläche 22 fließt auf Grund der Viskosität und den Oberflächenspannungseffekten. Stattdessen wird Material 16 typischerweise eine Grenze um die Peripherie der Oberfläche 22 bilden (siehe Grenze 68 in Fig. 5a). Wie im folgenden erklärt, kann die Konfiguration der Gegenstandsquerschnitte unterhalb des zuletzt gebildeten Querschnitts 20 einwirken, wo die Grenze 68 gebildet wird. Diese Grenze kann stationär verbleiben oder alternativ sich langsam nach Innen in Richtung des Zentrums des zuvor gebildeten Querschnitts bewegen. Tief-Tauchen wird im Detail im zuvor einbezogenen US-Patent 4,575,330 und 5,174,931 diskutiert. Arbeitsoberfläche 26 kann relativ zur oberen Oberfläche 22 durch andere Techniken angehoben werden, welche auch dazu dienen, eine Arbeitsmaterialschicht 24 zu bilden.
Die Dicke der Arbeitsmaterialschicht 24 kann sich im Wesentlichen der gewünschten Dicke des nächstens Gegenstandsquerschnitts annähern oder von der gewünschten Dicke abweichen. Ein Grund, dass die Dicke der Schicht 24 von der Dicke des nächsten Gegenstandsquerschnitts variiert werden kann, ist es, Fehler zu kompensieren, die im Zusammenhang mit dem Bilden von vorherigen Gegenstandsquerschnitten aufgetreten sind, oder um antizipierte Fehler zu kompensieren.
Zum Beispiel, da Flüssigkeiten, wie beispielsweise photopolymerisierbare Harze typischerweise schrumpfen, während sie sich verfestigen, kann Arbeitsmaterialschicht 24 dicker als der beabsichtigte Gegenstandsquerschnitt gebildet werden, um die Dicke zu kompensieren, die durch Schrumpfung verloren wird. Auch, um sicherzustellen, dass die eigentliche Arbeitsoberfläche 26 in einem richtigen Abstand von der Quelle der synergistischen Stimulation 28 verbleibt, so dass sie daher eine gewünschte Arbeitsoberfläche 26 ist, und um Dickenfehler zu korrigieren, die sich über aufeinanderfolgende Schichten akkumuliert haben, kann ein unabhängiger Flüssigkeitsausgleich auftreten in Verbindung mit dem Wiederbeschichtungsprozess für jede Schicht oder für periodische Schichten. In Abhängigkeit von der Zeitgebung, dem Betrag und der Richtung der Niveaukorrektur kann eine Arbeitsoberflächendicke etwas größer oder geringer als die gewünschte Dicke des nächsten Gegenstandsquerschnitts sein. Zuletzt, auf Grund der möglichen Ungenauigkeiten in der Arbeitsmaterialschicht, die verwendet wird, um den zuletzt gebildeten Gegenstandsquerschnitt 20 zu bilden, oder auf Grund der möglichen Verzerrung in dem letzten Gegenstandsquerschnitt 20, auftretend aufgrund von Schrumpfung oder Welligkeit, kann die gegenwärtige Arbeitsmaterialschichtdicke von der gewünschten Schichtdicke variieren.
Ein weitere Grund, warum die Dicke der Schicht 24 von der Dicke des nächsten Gegenstandsquerschnitts variiert werden kann, zumindest anfänglich, ist, weil Arbeitsmaterialschicht 24 in verschiedenen Schritten gebildet werden kann, d. h. sie wird anfänglich mit einer bestimmten Dicke gebildet und dann auf eine gewünschte Dicke angepasst. Zum Beispiel, wenn Tief-Tauchen auftritt, kann Arbeitsmaterialschicht 24 anfänglich dicker als gewünscht sein, da Überschussmaterial 16 über der Oberfläche 22 verbleiben kann, nachdem Plattform 18 wieder nach oben gebracht wird. Diese anfängliche Arbeitsmaterialschicht 24, die dicker als beabsichtigt ist, kann dann auf die gewünschte Dicke durch ein Abstreifmesser oder andere Glatt-Vorrichtung, wie unten beschrieben, angepasst werden. Wo ein Abstreifmesser oder eine andere Glatt-Vorrichtung verwendet werden, um eine Arbeitsmaterialschicht 24 zu bilden, kann die Dicke der Schicht 24 darin resultieren, dass sie weniger als gewünscht ist, da das Abstreifmesser zu viel Material 16 weggewischt haben kann. Alternativ kann die Dicke größer als gewünscht sein, da das Abstreifmesser nicht ausreichend Material weggewischt hat. Dies resultiert darin, dass die eigentliche Arbeitsoberfläche nicht mit der gewünschten Arbeitsoberfläche übereinstimmt.
Unter bestimmten Umständen kann die anfängliche Arbeitsmaterialschicht 24 auf die gewünschte Dicke durch Anheben oder Senken von Arbeitsoberfläche 26 re lativ zur oberen Oberfläche 22 um ein zusätzliches Inkrement angepasst werden, um zu kompensieren. Auf jeden Fall ist es im Allgemeinen vorteilhaft, den Beschichtungsfehler auf einer ersten Schicht zu bestimmen, und den Fehler durch Anpassen der Beschichtungsdicke einer darauffolgenden Schicht von Arbeitsmaterial zu kompensieren.
Nachdem eine Arbeitsmaterialschicht 24 einer gewünschten Dicke gebildet ist, wird sie gegenüber einer synergistischen Stimulation von einer Quelle von synergistischer Stimulation 28 exponiert. Dies bewirkt, dass sich die Arbeitsmaterialschicht 24 verfestigt oder anders physikalisch transformiert, wodurch der nächste Gegenstandsquerschnitt gebildet wird. Aufeinanderfolgende Arbeitsmaterialschichten 24 und Gegenstandsquerschnitte 20 werden dann abwechselnd gebildet, um den Gegenstand 12 zu vervollständigen.
Bezugnehmend nun auf Fig. 2a bis 2n ist eine Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung gezeigt, wobei der Applikator 310 simultan eine Arbeitsmaterialschicht 24 aufträgt und glättet. In einer ersten bevorzugten Ausföhrungsform dieser Technik wird, nachdem der zuletzt gebildete Gegenstandsquerschnitt 20 durch selektives Exponieren des Arbeitsmaterials gegenüber synergistischer Stimulation gebildet worden ist, Gegenstand 12 um eine Schichtdicke oder eine andere gewünschte Dicke oberhalb der gewünschten Arbeitsoberfläche 26 des Arbeitsmaterials 16 eingetaucht. Während des Expositionsprozesses wird der Applikator 310 zumindest teilweise mit Material 16 aufgefüllt und nach dem Expositionsprozess wird der Applikator 310 an oder leicht oberhalb der gewünschten Arbeitsoberfläche 26 gewischt, während Material von der Öffnung 315 verteilt wird, um Arbeitsmaterialschicht 24 zu bilden. Nach dem Verteilen des Materials 16 kann die vertikale Position der oberen Oberfläche 22 des zuletzt gebildeten Gegenstandsquerschnitts 20 angepasst werden, falls notwendig, dass sie im Wesentlichen eine Schicht oder andere gewünschte Dicke unterhalb der gewünschten Arbeitsoberfläche 26 ist. Der Applikator 310 kann an die SLA durch einen Rahmen oder Antriebssystem (nicht gezeigt) gekoppelt sein, so dass er horizontal an oder leicht oberhalb der Arbeitsoberfläche 26 gewischt werden kann. Der Applikator 310 ist vorzugsweise Computer-gesteuert zur präzisen Bildung der Arbeitsmaterialschicht 24. Es ist bevorzugt, dass der Applikator 310 nur soweit wie notwendig gewischt wird (entgegengesetzt zu dem Wischapplikator 310 über die gesamte Wanne 14), um eine Bildung einer adäquaten Arbeitsmaterialschicht 24 sicherzustellen, und um einen freien Weg zum Exponieren gegenüber synergistischer Stimulation von Quelle 28 sicherzustellen.
Nach vollständiger Bildung von Arbeitsmaterialschicht 24, tritt eine Exponierung der Schicht auf, um einen nachfolgenden Querschnitt des Gegenstands 12 zu bilden. Nach der Bildung eines nachfolgenden Gegenstandsquerschnitts wird das Verfahren des Bildens von aufeinanderfolgenden Arbeitsmaterialschichten 24 und Bilden eines aufeinanderfolgenden Gegenstandsquerschnitts wiederholt. Jedoch in dieser Wiederholung von Schritten kann der Applikator 310 in entgegengesetzten Richtungen gewischt werden, während er Material verteilt, um aufeinanderfolgende Schichten 24 zu bilden. Die Wiederholung der Querschnitte und Schichtbildungsschritte wird fortgesetzt, mit abwechselnden Richtungen des Wischens, bis die Gegenstandsbildung vervollständigt ist.
In dieser ersten bevorzugten Ausführungsform wird das Harzvolumen in Applikator 310 durch Vakuumpumpe 321, Druckregulator 323 und Vakuumzuführleitung 325 aufrechterhalten. Die Anwendung des Vakuums durch Leitung 325 in dem oberen Abschnitt des Hohlraums 327 des Applikators 310 bewirkt, dass ein Druckdifferenzial auftritt zwischen der Innenseite des Hohlraums 327 und des Bereichs außerhalb des Applikators 310. Applikator 310 wird abgedichtet mit Ausnahme von einer oder mehren Öffnungen nahe seiner Oberseite und mit einer weiteren Ausnahme der Öffnung 315 an seinem Boden. Die Öffnungen nahe der Oberseite des Applikators 310 sehen die Verbindung zur Vakuumzuführleitung 325 vor, während die Öffnung an dem Boden einen Schlitz für Applikator 310 bildet, um Arbeitsmaterial 16 aufzunehmen und zu verteilen.
Da der Applikator 310 an oder nahe der gewünschten Arbeitsoberfläche 26 platziert ist, und da das Arbeitsmaterial 16 den Boden des Applikators 310 durch spontane Ereignisse oder durch das Design kontaktieren wird, wird ein Giesspiegel 331 gebildet, wie in Fig. 9a gezeigt, welcher jeglichen Spalt zwischen Arbeitsoberfläche 26 und dem Boden des Applikators 310 überbrückt. Da der Giesspiegel 331 den Boden des Applikators 310 abdichtet, während sich das Druckdifferenzial bildet auf Grund der Anwendung eines Vakuums an der Oberseite des Applikators 310, wird Arbeitsmaterial in den Applikator 310 hinauf gezogen bis das Druckdifferenzial außerhalb und innerhalb des Applikators 310 gleich Null ist. Der Druckregulator 323 ermöglicht vorzugsweise, ein gesteuertes Druckdifferenzial zu bilden, um die Menge an Material 16 zu steuern, die in den Applikator 310 gezogen wird.
Diese gesteuerte Menge an Material 16 ist so spezifiziert, dass sie zumindest so groß wie die maximale Menge von dem Material 16 ist, welches notwendig ist, um die nächste Schicht 24 zu bilden. Unter der Annahme, dass die Schicht 24 über der gesamten Fläche des Behälters 14 gebildet werden wird, ist das Volumen dieser maximalen Menge von Material 16 gleich der Dicke der Schicht 24, die zu bilden ist, multipliziert mit dem Querschnittsbereich des Behälters 14, welcher Arbeitsmaterial 16 hält. Jedoch ist es bevorzugt, dass die gesteuerte Menge von Material 16, die durch den Applikator 310 beinhaltet ist, signifikant größer ist, als die erwartete maximale Menge, um die Schicht 24 zu bilden. Der resultierende Überschuss stellt sicher, dass der Applikator 310 während eines Wischens nicht trocken werden wird, und dadurch wird sichergestellt, dass der Giesspiegel 331 nicht zerrissen werden wird. Dies ist wichtig, weil ein Riss im Giesspiegel 331 zu zumindest einem momentanen Verlust im Vakuumdruck führen würde, was wiederum in der Unfähigkeit resultieren könnte, schnell das Material, welches durch den Applikator 310 verteilt wird, wieder aufzufüllen, wenn die Bildung der nächsten Schicht 24 vorbereitet wird. Obwohl es möglich ist, die aktive Aufrecherhaltung des Vakuums während des Wischens abzuschalten, wird in der bevorzugten Ausführungsform die Anwendung von Vakuum fortgesetzt, sogar während des Wischens.
Vorzugsweise ist die Länge 322 des Applikators 310, wie in Fig. 2c gezeigt, etwas geringer als die innere Breite der Wanne 14 oder erstreckt sich zumindest etwas über das maximale Ausmaß des Gegenstandes 12 hinaus. Fig. 2a zeigt den Applikator 310 links des Gegenstandes 12, kurz nachdem der Gegenstand 12 eine Schichtdicke unter die Arbeitsfläche 26 durch Hebewerk 17 getaucht worden ist, welches an die Plattform 18 gekoppelt ist. Wie in Fig. 2a gesehen werden kann, wird Material 16 bis zu einer signifikanten Höhe in Hohlraum 327 gezogen. Fig. 2b stellt den Applikator 310 dar nachdem er fast die gesamte Länge über den zuletzt gebildeten Gegenstandsquerschnitt 20 gewischt worden ist. Wie in Fig. 2b gesehen werden kann, hat sich die Höhe der Harzsäule im Hohlraum 327 verringert auf Grund des Volumens des Materials 16, welches während des Wischens verteilt wurde, da die Summe des Volumens von Material in Applikator 310 und Wanne 14 ein im Wesentlichen konstanter Betrag ist (Schrumpfen des ausgehärteten Materials und Volumenänderung auf Grund von Aperturfluktuationen ignorierend), falls der Betrag des Materials in dem Applikator 310 variiert, so wird dies auch der Betrag und der assoziierte Oberflächenspiegel des Materials in Wanne 14 tun.
Daher ist es bevorzugt, dass der Betrag des Harzes im Applikator 310 relativ konstant während der Exponierung bleibt. Es ist weiterhin bevorzugt, dass eine unabhängige Flüssigkeitsspiegelvorrichtung in Verbindung mit Wanne 14 verwendet wird. Wie vorher diskutiert und wie durch Vergleichen von Fig. 2a und 2b versichert werden kann, ist vorzugsweise ein adäquates Volumen von Material innerhalb des Applikators 310 enthalten, bevor ein Wischen beginnt. Anderenfalls könnten trockene Punkte oder Beschichtungen einer inadäquaten Dicke resultieren. Der Applikator 310 enthält Flansche 312, welche wiederum winklige Abschnitte enthalten, wie in Fig. 2a bis 2b gezeigt ist, welche beitragen, jegliche Vorderflankenerhöhungs-Probleme zu reduzieren.
Fig. 2c stellt eine perspektivische Ansicht des bevorzugten Applikators 310 dar. Wie von der Kombination der Fig. 2a, 2b und 2c gesehen werden kann, kann der Applikator 310 eine verlängerte Stange mit einem hohlen Inneren umfassen. Fig. 2c zeigt auch verschiedene Löcher 326 entlang der Oberseite des Applikators 310, welche Stellen repräsentieren, an welchen eine oder mehrere Vakuumzuführleitungen 325 angeschlossen werden können. Vorzugsweise wird Sorge getragen, dass eine dichte Passung zwischen Leitung 325 und Löchern 326 sichergestellt ist, um einen unnötigen Verlust des Vakuumsdrucks zu verhindern. Fig. 2c zeigt auch einen Beobachtungs-Anschluss 335, welcher gebildet wird durch Ausbilden in dem Applikator 310 und Installieren eines Fensters darüber, um das Vakuum aufrechtzuerhalten. Vom Beobachtungs-Anschluss 335 kann die Höhe des Arbeitsmaterials 16 in dem Applikator 310 visuell bestimmt werden.
Mit der Ausnahme, dass keine Löcher in der Oberseite des Applikators gezeigt sind, stellen Fig. 2d bis 2f den bevorzugten Applikator 310 der Fig. 2a bis 2c von End-, Seiten- und Bodenansichten dar. Jeder dieser Ansichten stellt Dimensionen eines Applikators des Typs, der hierin beschrieben ist, dar, wie auf einer SLA-250 stereolithographischen Vorrichtung eingesetzt, wie sie von 3D-Systems, Inc. aus Valencia, Calif. vertrieben wird. Die Löcher 337 stellen Montagelöcher zum Anbringen eines Applikators 310 an die existierende Abstreifmesser-Halterung auf der stereolithographischen Vorrichtung SLA 250 von 3D Systems dar. Die vorliegend bevorzugte Vakuumpumpe zur Verwendung mit dem Applikator der Fig. 2d bis 2f ist ein Modell Nr. 3020, verkauft von Apollo-Pumpen in Ontario, Calif. Für den Applikator der Fig. 2d ist es bevorzugt, dass die Vakuumregulatorzuführ einen stabilen Vakuumdruck zuführt, welcher ausreichend ist, um Material 16 um ¹/&sub2;" (1,27 cm) hoch in den Applikator 310 hineinzuziehen. Auch für den Applikator der Fig. 2d ist das Volumen von Material 16, welches typischerweise eingezogen wird, ungefähr 20 bis 25 ml, wohingegen das Volumen von Material in einer einzelnen 0,15 mm Schicht ungefähr 9 bis 12 ml beträgt, welches durch eine SLA 250 hergestellt wird. Ein bevorzugter Druckregulator bezieht die Verwen dung eines Entlüftungsventils ein, das eingestellt werden kann, um eine geringe aber kontinuierliche Entlüftung von Luft in den Applikator 310 zu erlauben, wodurch ein Gleichgewichtsvakuumdruck vorgesehen wird, der ausreichend ist, um Material in den Applikator 310 in der gewünschten Menge zu ziehen.
Im Experimentieren mit dem obigen bevorzugten Applikator 310 sind die verschieden Schichtdicken 24 gebildet worden. Aus diesen Experimenten können Schichtdicken im Bereich von zumindest 2 Milli-Inch bis einschließlich 10 Milli- Inch erreicht werden, wobei die am meisten bevorzugte Dicke derzeit zwischen 4 bis einschließlich 6 Milli-Inch (1 bis 0,15 mm) liegt. Es wird auch erwartet, dass der Applikator 310 der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden kann, um Schichten 24 so dünn wie 0,5 bis 1 Milli-Inch (0,0125 bis 0,025 mm) zu bilden, wenn ein Arbeitsmaterial, welches einheitliche Eigenschaften entfaltet, verwendet wird. Es wird weiterhin erwartet, dass Applikator 310 der bevorzugten Ausführungsform nicht streng einer oberen Grenze der Schichtdicke unterliegt, so lange ein ausreichendes Material innerhalb des Hohlraums 327 verfügbar ist.
Fig. 2g zeigt eine Seitenansicht des Applikators 310, beabstandet um einen kleinen Betrag von der Arbeitsoberfläche 26. Dieser Abstand zwischen dem Boden des Applikators 310 und der gewünschten Arbeitsoberfläche 26 während des Wischens ist analog dem "Messer-Spalt", welcher mit der Verwendung von Abstreifmessem assoziiert ist und wird hierin als "Applikatorspalt" (AG) erwähnt. In der obigen bevorzugten Ausführungsform ist ein Stereolithographieharz SL 5170 am meisten bevorzugt, es wird aber davon ausgegangen, dass andere stereolithographische Harze, welche durch 3D-Systems, Inc. angeboten werden, genauso verwendet werden können. Erfolgreiche Schicht-bildende Experimente sind mit Applikatorspalten ausgeführt worden, welche von 3 bis 10 Milli-Inch (0,075 bis 0,25 mm) variieren. Dadurch, dass die untere Grenze auf Applikatorspalt AG 0 ist, wurde herausgefunden, dass dies im Allgemeinen weniger ist, als optimalerweise notwendig ist für Vorderflankenerhöhungs-Probleme und ein steigendes Potential für Kollisionen zwischen Applikator 310 und Gegenstand 12 gebildet wird.
Die obere Grenze auf Applikatorspalt AG ist die maximale Höhe oberhalb der Arbeitsoberfläche 26, an welcher ein zuverlässiger Giesspiegel 331 aufrechterhalten werden kann Zwischen Applikator 310 und Arbeitsoberfläche 26. Dieser maximale Applikatorspalt AG ist typischerweise irgendwo unterhalb 30 bis 35 Milli-Inch (0,75 bis 0,88 mm), ist aber abhängig von dem verwendeten Arbeitsmaterial 16. Der optimale Wert des Applikatorspalts AG ist der schmälste Spalt, in welchem Kollisionen zwischen Applikator 310 und Gegenstand 12 im Wesentlichen nichtexistent sind und die Vorderflanke kein Problem ist. Es wird davon ausgegangen, dass dieser optimale Wert abhängig von den Eigenschaften des Materials 16 ist, welches verwendet wird, wie beispielsweise Viskosität sowie die Konfiguration des Applikators 310. Die am meisten bevorzugten Werte des Applikatorspalts liegen zwischen 5 und einschließlich 8 Milli-Inch (0,125 bis 0,2 mm).
Fig. 2h stellt den Abstand zwischen dem Boden des Applikators 310 und der oberen Oberfläche 22 des zuletzt gebildeten Gegenstandsquerschnitts 20 während eines Wischens dar. Dieser Abstand ist bekannt als "Applikatorabstand" AC und ist analog zum "Messer-Abstand", der mit der Verwendung eines Abstreifmessers assoziiert ist. Typische Applikatorabstände AC rangieren von ungefähr 1 (1) Schichtdicke bis ungefähr 3 (3) Schichtdicken. Der am meisten bevorzugte Bereich von Applikatorabständen AC liegt zwischen 1,1 und 1,7 Schichtdicken und der am meisten bevorzugte Wert ist gängigerweise ungefähr 1,4 Schichtdicken.
Wie von den obigen Bereichen des Applikatorspalts und Abstands versichert werden kann, kann die obere Oberfläche der zuletzt gebildeten Gegenstandsschicht an einer Position oberhalb oder unterhalb ihrer gewünschten Position zum Exponieren einer Schicht von Material angeordnet sein, um den nächsten Querschnitt des Gegenstandes zu bilden. Somit, abhängig von den exakten Werten des Spaltes und Abstandes, die verwendet werden, kann es notwendig sein, den Gegenstand leicht anzuheben oder abzusenken nach einem Wischen mit Applikator 310, um den Beschichtungsprozess zu vervollständigen, so dass ein nächster Gegenstandsquerschnitt gebildet werden kann.
Experimente mit Wischgeschwindigkeiten des Applikators 310 der Konfiguration, die in Fig. 2d-2f gezeigt ist, zeigen an, dass die am bevorzugtesten Geschwindigkeiten, wenn ein SL 5170 Harz verwendet wird, sich im Bereich von ungefähr l bis einschließlich 4 Inch (2,5 bis 10 cm) pro Sekunde befinden. Jedoch indizieren diese Experimente weiterhin, dass höhere Wischgeschwindigkeiten akzeptabel sein können, falls die SLA oder eine andere Vorrichtung konstruiert ist, um Applikator 310 mit höheren Geschwindigkeiten zu bewegen ohne ein überschüssiges Schwingen in der SLA zu induzieren. Es ist weiterhin herausgefunden worden, dass für eine gegebene Applikator-Konfiguration 310, während die Viskosität des Arbeitsmaterials 16 steigt. Wischgeschwindigkeiten vorzugsweise verlangsamt werden, um eine ausreichende Zeit für das Material 16 zu erlauben, um verteilt zu werden. Eine Wischgeschwindigkeit wird als zu hoch angesehen, falls Überschüsse des Materials 16 von vorher gebildeten Gegenstandsquerschnitten abgewischt werden.
Die folgenden Vorteile von der vorhergehenden Ausführungsform wurden während der Experimente beobachtet: (1) deutlich verbesserte Genauigkeit in Arbeitsmaterialschicht 24, (2) Verzögerungen nach dem Wischen sind drastisch reduziert worden oder vollständig eliminiert worden, (3) Verzögerungen vor dem Tauchen sind deutlich reduziert worden oder eliminiert und (4) verallgemeinerte Wiederbeschichtungsparameter ungeachtet der Gegenstands-Konfiguration 12 sind verwendbar gewesen.
Zusätzlich wird erwartet, dass die vorhergehende Wiederbeschichtungsausführungsform geringere Kräfte auf Gegenstand 12 ausübt während des Wiederbeschichtungsprozesses, was vorteilhafterweise in einer allgemeinen Reduktion ei ner Gegenstands-Verzerrung 12 resultiert. Diese Reduktion in der Kraft, die auf Gegenstand 12 ausgeübt wird, sieht auch vor, dass zuvor gebildete Querschnitte, wie beispielsweise zuletzt gebildeter Gegenstandsquerschnitt 20 ein geringeres Strukturmodul erfordern, um deren Integrität zu halten. Die resultierende Verringerung im Bedürfnis für einen unmittelbaren Rohling-Strukturmodus führt zu einer breiten Prozessweite im Erhalten von Formparametern und auch erleichtert es die Entwicklungsaufwendung, die notwendig ist im Auffinden von geeigneten Gegenstandsarbeitsmaterialien, z. B. Epoxidharze durch Erleichtem der Akzeptanzkriterien. Es wird weiterhin angenommen, dass die Arbeitsmaterialschicht 24, die durch diese bevorzugte Ausführungsform gebildet wurde, eine Selbstkorrektur von geringen Fehlem in der Dicke von Schicht zu Schicht vorsieht, z. B. auf Grund von Schrumpfung oder einfach auf Grund von Beschichtungsfehlem, was die Notwendigkeit für einen periodischen akkumulierten Fehlercheck und/oder Korrektur reduziert. In jedem Fall kann solch ein periodischer Prozess immer noch verwendet werden, falls gewünscht, z. B. Tieftauchen und Abwischen jeder N-ten Schicht.
Zusammenfassend führt diese bevorzugte Applikator-Ausführungsform 310 zwei Funktionen gleichzeitig durch: (1) sie trägt Material 16 auf, um anfänglich eine Arbeitsmaterialschicht 24a zu bilden und (2) glättet gleichzeitig die Schicht 24a, um eine endgültige Arbeitsmaterialschicht 24 auszubilden, welche eine Arbeitsoberfläche aufweist, welche im Wesentlichen koplanar mit der gewünschten Arbeitsoberfläche 26 ist. Diese bevorzugte Applikatorausführungsform: (1) bildet auch genauere Schichten des Materials, (2) reduziert deutlich die Wiederbeschichtungszeit und (3) erlaubt die Verwendung von verallgemeinerten, d. h. einfach automatisierbaren, Wiederbeschichtungsparametern. Es wird weiterhin erwartet, dass weitere Reduktionen in der Arbeitszeit erreicht werden können durch Exponieren des zuerst verteilten Abschnitts der Schicht 24 gegenüber synergistischer Stimulation, um einen nächsten Gegenstandsquerschnitt zu bilden, während Applikator 310 immer noch den zuletzt-verteilten Abschnitt der Schicht 24 über dem zuletzt gebildeten Gegenstandsquerschnitt 20 verteilt.
Fig. 2e und 2j zeigen eine zweite bevorzugte Ausführungsform des Applikators 310. In dieser Ausrührungsform ist der Hohlraum 327 des Applikators 310 nicht mit Arbeitsmaterial 16 über Vakuumpumpe 321, Regulator 323 und Vakuumröhre 325 aufgefüllt. Anstelle dessen wird Material 16 in Hohlraum 327 über Vakuumpumpe 340, Extraktionsröhre 342 und Auffüllröhre 344 aufrechterhalten. Bei dieser Ausführungsform wird Material 16 zur Pumpe 340 von Applikator 310 durch Ansaugen durch Extraktionsröhre 342 gezogen und wird von Pumpe 340 durch Röhre 344 zurück in den Behälter 14 verteilt. Die Pfeile in den Figur indizieren die Richtung des Materialflusses in den Röhren. Um eine Bläschenbildung von der Auffüllröhre 344 zu vermeiden, während sie Arbeitsmaterial 16 zurück in die Wanne 14 führt, kann die Eintrittsposition der Auffüllröhre 344 in Arbeitsmaterial 16 durch eine Umzäunung umgeben sein, eine Wand oder eine Bläschenauffänger (nicht gezeigt).
Wenn sie in Verbindung mit Applikator 310 der Fig. 2d bis 2f und mit SL 5170 stereolithographischem Harz verwendet wird, ist die vorliegend bevorzugte Pumpe 340 ein Diaphragma oder eine Kolbenpumpe, Modell Nr. 50000-072, vertrieben durch Cole Farmer. Diese Pumpe weist eine steuerbare Fließrate bis zu einem maximal Fluss von 0,3 Gallonen pro Stunde auf. In der gegebenen Anwendung kann die erforderliche Fließrate größer sein als der Betrag des Materials, welches die Anzahl von Schichten, die in einer gegeben Zeitspanne zu bilden sind, umfasst. Jedoch ist es bevorzugt, dass die Fließrate deutlich größer als dieser Betrag ist, um die Integrität des Giesspiegel 331 zu präservieren. Um den Giesspiegel weiter zu präservieren, ist es bevorzugt. Pumpe 340 kontinuierlich laufen zu lassen, um so konstant Material 16 durch Applikator 310 zu ziehen, und es in Behälter 14 wieder abzulagern, ungeachtet, ob oder ob der Applikator 310 nicht wischend ist.
Eine peristaltische Pumpe kann auf lange Sicht gesehen noch bevorzugter sein, um die Reinigungszeit und Probleme, wenn das Arbeitsmaterial, das zu verwen den ist, in der SLA gewechselt wird, zu minimieren. Alternativ kann die SLA separate Pumpen enthalten, und Rohrleitungen für jedes Arbeitsmaterial, das zu verwenden ist. Separate Applikatoren 310 können auch für jedes Arbeitsmaterial verwendet werden.
In dieser Ausführungsform kann eine Menge von Material 16, die ausreichend ist, um eine Arbeitsmaterialschicht 24 zu bilden, zum Applikator 310 während einer Exponierung des zuletzt gebildeten Gegenstandsquerschnitts 20 gepumpt werden. Alternativ kann Material 16 zum Applikator 310 gepumpt werden, während er die Arbeitsmaterialschicht 24 bildet.
Fig. 2k zeigt eine alternative Ausführungsform eines Applikators 310, welcher ein Entlüftungsventil 350 enthält, das vorzugsweise elektrisch betätigt wird, z. B. durch ein Solenoid oder Computer-gesteuert, um zu öffnen und zu schließen, wie angewiesen wird. Vor dem Wischen kann Applikator 310 mit Material 16 beladen werden durch partielles Absenken des Applikators 310 in der abwärtsgerichteten Richtung des Pfeils 352 in Arbeitsmaterial 16, während gleichzeitig Entlüfungsventil 350 geöffnet wird. Nachdem Material 16 den Applikator 310 auf das gewünschte Niveau aufgefüllt hat, kann Entlüfungsventil 150 geschlossen werden und Applikator 310 kann vertikal in der aufwärtsgerichteten Richtung des Pfeils 352 aus Material 16 heraus gehoben werden, so dass seine untere Oberfläche oberhalb der gewünschten Arbeitsoberfläche 26 durch die gewünschte Applikatorspalte AG positioniert ist.
Da Applikator 310 einen Kontakt mit dem Körper des Arbeitsmaterials 16 in Wanne 14 über Giesspiegel 331 aufrechterhält, und da Applikator 310 vollständig abgedichtet ist auf Grund des Verschlusses des Ventils 350, verbleibt Material 16 im Applikator 310 eingeschlossen. Nach dem Beladen des Applikator 310 kann er horizontal oberhalb des zuvor gebildeten Gegenstandsquerschnitts 20 gewischt werden, wie durch Pfeil 354 dargestellt ist, um die nächste Arbeitsmaterialschicht 24 zu bilden.
In einer alternativen Ausführungsform zu derjenigen, die in Fig. 2i und 2j dargestellt ist, kann die Richtung des Pumpens von Material umgekehrt sein. Solange wie der Boden des geschlitzten Applikators 310 innerhalb des Giesspiegel positioniert ist, welcher den Applikator und die Arbeitsoberfläche verbindet, wird angenommen, dass akzeptable Beschichtungen gebildet werden, solange die Material-Verteilungsrate mit der Wischgeschwindigkeit übereinstimmt, um eine Beschichtung einer gewünschten Dicke über den zuletzt gebildeten Gegenstandsquerschnitt 20 vorzusehen und über jeglichen anderen flachen Bereichen. Applikator 310 kann immer noch fortfahren, Material zu ziehen und zu verteilen, weg von den flachen Regionen, wenn er nicht wischt.
Fig. 21 stellt eine alternative Ausführungsform des Applikators 310 dar. Bei dieser Ausführungsform kann Applikator 310 verschiedene Komponenten umfassen, welche sich relativ zueinander bewegen können, enthaltend: oberes Element 311, Flansche 312 und Endkappen 313 (die Endkappe am entfernten Endes des Applikators 310 ist nicht gezeigt). Wie bei den zuvorigen Ausführungsformen bilden diese Komponenten einen abgedichteten Applikator 310. Bei dieser Ausführungsform wird Applikator 310 mit Material 16 gefüllt durch (1) Reduzieren des Volumens des Hohlraums 327 vor oder während der Applikator 310 in Kontakt mit Material 16 ist und dann (2) Expandieren des Volumens des Hohlraums 327, während der Boden des Applikators 310 in Kontakt mit Arbeitsmaterial 16 ist. Die Kontraktion und Expansion des Hohlraums 327 kann durch Bewegen der Flansche 312 erzielt werden, dichter und weiter weg, während Flansche 312 entlang des oberen Elements 311 und der Endkappen 313 gleiten. Die Expansion und Kontraktion der Flansche 312 wird vorzugsweise unter computergesteuerten Solenoiden, elektrischen Motoren mit Kugelumlaufspindeln, pneumatischem Druck oder ähnlichem durchgerührt. Da während der Expansion der Applikator 310 durch genaue Einpassungen zwischen seinen Komponenten abgedichtet ist, ist der einzige Weg, das wachsende Vakuum im Hohlraum 327 auszugleichen, Material 16 in Applikator 310 zu ziehen. Sobald ausreichend Material 16 in Applikator 310 gezogen ist, kann eine Expansion unterbrochen werden und ein Wischen und eine assoziierte Materialablagerung kann beginnen.
Fig. 2m zeigt eine Endansicht eines alternativen Applikators 310, welcher auch Kontraktieren und Expandieren kann. Hier kann die Kontraktion und Expansion des Hohlraums 327 erreicht werden durch Hinunterbewegen eines oberen Elements 314 bevor oder während Applikator 310 Material 16 kontaktiert und hinauf nachdem der Applikator 310 in Kontakt mit Material 16 ist, wodurch ein Vakuum gebildet wird und Hohlraum 327 aufgefüllt wird. Während Applikator 310 über Wanne 14 wischt, kann ein oberes Element 311 wieder nach unten bewegt werden, wodurch eine Kraft auf Material 16 aufgebracht wird, um ein Verteilen zu erleichtem.
In einer alternativen Ausführungsform kann ein Schwamm oder ein anderes Material mit Dochtwirkung (nicht gezeigt) in die Applikatoren 310 der Fig. 2a, 2e, 2l und 2m eingeführt werden. Bezugnehmend auf Fig. 2k, kann dieser Schwamm auch verwendet werden, um Material in Applikator 310 aufzusaugen, während Ventil 350 offen ist, wodurch die Notwendigkeit eliminiert wird, Applikator 310 in Arbeitsmaterial 16 herabzusenken, um Hohlraum 327 aufzufüllen. Ähnlich kann der Schwamm in der Ausführungsform der Fig. 2l bis 2m verwendet werden, wobei das Ziehen des Materials 16 in den Schwamm durch Expandieren des Hohlraums 327 wie oben beschrieben, auftritt. Ein Verteilen von einem Applikator 310, welcher den Schwamm enthält, kann während eines Wischen mit einem abgedichteten Applikator 310 auftreten. Alternativ kann ein Wischen auftreten, wobei Ventil 350 offen ist, wobei Endkappen 313 entfernt sind, oder wobei Hohlraum 327 kontrahiert wird. Das Aufsaugen oder die kapillaren Fähigkeiten des Schwamms eliminieren die Notwendigkeit für ein Wischen mit einem abgedichteten Applikator. Verschiedene Materialien mit Dochtwirkung können nützlich für verschiedene Arbeitsmaterialien sein, so dass die Ansaugrate und Fähigkeit, zu verteilen, optimiert werden. Wenn ein Schwamm verwendet wird, ist es bevor zugt, dass der Schwamm innerhalb Applikator 310 positioniert wird, so dass der Boden des Schwamms leicht oberhalb des Bodens der Flansche 312 ist.
Ein Beispiel eines alternativen Applikators 310, basierend auf der Verwendung von Saugkräften, ist in Fig. 2n dargestellt. In dieser Alternative enthält das Aufsaugelement eine Anzahl von eng beabstandeten inneren Flanschen 364, die innerhalb der Flansche 312 positioniert sind, und ein oberes Element 311, und die geeignet abgemessen sind, um es Kapillarkräften zu ermöglichen, Material hinauf in Applikator 310 zu ziehen. Der Abstand 362 zwischen inneren Flanschen 364 kann mit der Materialviskosität variieren, aber wo Material 16 einen photopolymerisierbaren Harz umfasst, wie beispielsweise SL 5170, ist ein Spalt 362 von 0,05 bis 0,150 Inch (1,3 bis 3,8 mm) bevorzugt. Um eine Absorption zu vereinfachen, können die Oberflächen der inneren Flansche 364 mit einem porösen Material beschichtet sein, um die Kapillarwirkung der Flansche 364 zu verbessern. Innere Flansche 364 können auch vertikal bewegt werden, so dass sie durch Immersion in Arbeitsmaterial 16 in Behälter 14 gefüllt werden können. Alternativ kann Material 16 zwischen inneren Flanschen 364 durch Pumpen zugeführt werden.
Eine alternative Ausrührungsform des Applikators 310, eine Walze 370 enthaltend, die zwischen Flanschen 312 angeordnet ist, ist in Fig. 20 gezeigt. Hier kann die Walze 370 einen Zylinder umfassen, welcher mit einem Applikator 310 an seinen Enden durch Achse 372 gekoppelt ist. Die Walze 370 wird vorzugsweise angetrieben, so dass sie mit einer tangentialen Geschwindigkeit rotiert, welche mit der translatorischen Geschwindigkeit des Applikators 310 übereinstimmt, wodurch jegliche horizontale Bewegung des Bodens der Walze 370 relativ zur Arbeitsoberfläche 26 eliminiert wird. Alternativ kann die Walze 370 frei drehen, so dass sie rotieren kann, während Applikator 310 sich entlang der Arbeitsoberfläche 26 bewegt. Die Rolle 370 ist vorzugsweise aus Aluminium hergestellt, kann alternativ aber auch schwammartige Materialien enthalten oder kann eine schwammartige Beschichtung oder Oberfläche aufweisen. Als eine weitere Alternative kann die Walze 370 eine bearbeitete Oberfläche ausweisen, welche mehr Oberflächenbereich vorsieht, um Material 16 aufzunehmen.
Der Boden der Rolle 370 kann an oder oberhalb des Bodens der Flansche 312 positioniert sein, und ist vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,002 und 0,200 Inch oberhalb des Bodens der Flansche 312 angeordnet. Während eines Betriebes muss Material 16 innerhalb des Hohlraum 327 nicht die inneren Wände des Applikators 310 berühren, kann aber einfach an Walze 370 anhaften, und mit ihr rotieren. Alternativ kann Material 16 einheitlich den Hohlraum 327 bis zu einer gewünschten Höhe auffüllen. Die Verfahren, welche in den vorherigen Ausführungsformen zum Auffüllen des Applikators 310 mit Material 16 verwendet wurden, können auch in der Ausführungsform der Fig. 20 verwendet werden.
Alternativ kann die Walze 370 rotiert werden, während sie in Kontakt mit Material 16 ist, um so eine rotierende Masse von Material 16 darauf zu bilden. Eine alternative Applikatorausführungsform ist in Fig. 2p gezeigt, welche eine Vakuum-Zuführleitung 384 und eine Vorrichtung 382 enthalten kann. Diese Ausrührungsform kann auch mit anderen Typen von Applikatoren 310, welche oben diskutiert wurden, verwendet werden. Eine Leitung 380 erstreckt sich innerhalb der Wanne 14, ist an die Vorrichtung 382 gekoppelt und tritt in Applikator 310 über ein oberes Element 311 ein. Eine Leitung 382 kann alternativ in den Applikator 310 über einen Flansch 312 eintreten. Als eine weitere Alternative können sich Leitungen 380 von einem separaten Reservoir (nicht gezeigt) erstrecken, welches Material 16 enthält.
Die Ausführungsform der Fig. 2p arbeitet mit Vakuumdruck, wobei das Vakuum anlänglich durch die Ansaug-Vorrichtung 384 gebildet werden kann, welche ein Ventil 364, ein Reservoir 386 und eine Vakuumpumpe 388 enthalten kann. Um das Vakuum zu bilden, kann die Vakuumpumpe 388 mit Ventilen 384 und 387 aktiviert werden, geöffnet und 385 geschlossen. Ventil 383, welches Luft in das Vakuumsystem ablassen kann, kann geöffnet oder geschlossen sein, vorzugsweise geschlossen. Dies dient dazu, Material 16 aus Wanne 14 über Leitung 380 durch Ventil 384 und in das Reservoir 385 zu ziehen. Dieses Verfahren kann auftreten, während Material 16 einen Abschnitt des Reservoirs 386 auffüllt, so dass der Materialspiegel im Allgemeinen oberhalb des Ventils 384 ist. An diesem Punkt ist Ventil 387 geschlossen, Ventil 385 geöffnet, Ventil 388 ist geschlossen und/oder Ventil 383 ist geöffnet oder weiter geöffnet. Dies erlaubt es dem Material, Applikator 310 zu belegen und eine Giesspiegelbildung sicherzustellen. Ventil 388 und Ventil 383 werden dann eingestellt, um die gewünschte Menge von Material in Applikator 310 zu ziehen und aufrechtzuerhalten. Nach dem Ansaugen kann Applikator 310 über Oberfläche 22 gewischt werden, um Material 16 zu verteilen. Während Material 16 den Applikator 310 verlässt, werden Ventile 383 und 388 Material in den Applikator auf einem gewünschten Niveau aufrechterhalten.
Alternativ kann das Ventil 384 geschlossen werden und Ventile 385 und 387 während des Wischens geöffnet. In dieser Alternative, während Material 16 Applikator 310 verlässt, wird weiteres Material 16 aus Wanne 14 über Leitung 380 und in Applikator gezogen. Auf diese Weise wird Applikator 310 mit Material 16 für so lange wie notwendig versorgt, um eine Arbeitsmaterialschicht 24 zu bilden. Während eine Arbeitsmaterialschicht 24 gebildet wird, wird der Schleppkantenflansch 312 vorzugsweise an der gewünschten Höhe oberhalb der Oberfläche 22 positioniert, um sicherzustellen, dass die Schicht 24 von einer gewünschten Dicke ist.
Obwohl bei den zuvor diskutierten Ausführungsformen es bevorzugt ist, dass Applikator 310 in abwechselnden Richtungen während aufeinanderfolgender Wischungen über Wanne 14 gewischt wird, kann der Applikator 30 immer in der gleichen Richtung während des Wiederbeschichtungsverfahrens gewischt werden. Der Applikator kann auch verschiedene Übergänge über den zuletzt gebildeten Gegenstandsquerschnitt 20 in dem Verfahren des Bildens einer nächsten Arbeitsmaterialschicht 24 ausführen. In Ausführungsformen, wo die Wischrichtung immer die gleiche ist, oder wenn eine gleiche Anzahl von Wischungen beim Bilden jeder Arbeitsmaterialschicht 24 verwendet wird, kann die Konfiguration des Applikators 310 nicht streng symmetrisch sein. Weiterhin kann Applikator 30 eine unterschiedliche Konfiguration zu derjenigen, die in den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben wurde, aufweisen. Zum Beispiel kann Applikator 310 oder ein Abschnitt davon, z. B. Flansch 312 oder ein Abschnitt des Flansches 312 nahe der Arbeitsoberfläche 26 aus einem flexiblen Material wie beispielsweise Gummi oder aus einer Bürste hergestellt sein.
Fig. 2q bis 2q''''' stellen verschiede Beispiele von anderen möglichen Applikatorkonfigurationen dar. Element 190 in Fig. 2q stellt einen Applikator mit den Flanschen dar, welche sich nach innen zur Arbeitsoberfläche krümmen. Element 192 in Fig. 2q" stellt den Applikator dar, welcher vertikale Flansche aufweist. Elemente 194 in Fig. 2q''' stellt einen nicht-symmetrischen Applikator dar. Falls die Flansche des Elements 194 starr sind, würde der dargestellte Applikator am besten anwendbar für eine Verwendung sein, bei welcher eine einzige Wischrichtung während des Wiederbeschichtens verwendet wird, wo eine gleiche Anzahl von Wischungen ausgeführt werden wird, oder wo verschiedene Applikatorstäbe gleichzeitig verwendet werden. Falls der Boden der Flansche flexibel ist, kann der Applikator nützlich sein, wenn in einer der Richtungen gewischt wird, da es erwartet werden würde, dass die Flansche gegenüberliegende Positionen einnehmen würden, wenn sie in entgegengesetzten Richtungen gewischt werden. Element 196 der Fig. 2q"" und Element 198 der Fig. 2q''''' stellen zwei größere Applikatoren dar, so dass größere Volumen von Material in den Applikator gezogen werden können, so dass größere Schichten verwendet werden können, so dass Materialien mit höherer Viskosität einfach verwendet werden können, oder so dass schnellere Wischgeschwindigkeiten verwendet werden können. Mehrer Applikatoren können auch verwendet werden.
Wie oben angemerkt, ist es bevorzugt, dass Applikator 310 eine Länge 322 aufweist, welche sich über einen signifikanten Abschnitt der Wanne 14 erstreckt, so dass eine Arbeitsmaterialschicht 24 mit einem einzigen Wischen gebildet werden kann. Alternativ können mehrere Applikatoren 310 mit kürzeren Längen 322 verwendet werden, um über verschiedene Abschnitte der Wanne 14 zu passieren. Als eine weitere Alternative kann Applikator 310 eine kurze Länge aufweisen, und kann über verschiedene Abschnitte der Arbeitsoberfläche 26 in aufeinanderfolgenden Wischungen gewischt werden.
Um ein Transportieren des Applikators 310 über Wanne 14 zu erleichtern, ist es bevorzugt, dass Applikator 310 und der Rahmen (nicht gezeigt), der den Applikator 310 an die SLA koppelt, vorzugsweise ein leichtgewichtiges Material, wie beispielsweise Aluminium, umfassen. Das resultierende Leichtgewicht reduziert den Betrag an Kraft, die notwendig zum Beschleunigen und Verlangsamen während des Transports ist.
Um Gegenstände mit hoher Genauigkeit zu bilden, sollte die Arbeitsoberfläche 26 auf einem gewünschten Niveau relativ zu der Quelle 28 der synergistischen Stimulation positioniert sein, wobei das gewünschte Niveau typischerweise als eine ideale Ebene angesehen wird. Weiterhin ist dieses gewünschte Niveau typischerweise ein fixiertes Niveau, welches durch eine unabhängige Flüssigkeitsniveausteuereinrichtung aufrechterhalten wird, wie beispielsweise diejenigen, die im US- Patent Nr. 4,575,330 diskutiert sind. Das am meisten bevorzugte unabhängige Flüssigkeitsspiegelsteuersystem enthält eine Niveaudetektionseinrichtung und eine Wannen-Hebeeinrichtung zum effektiven Anheben-Absenken des Flüssigkeitsspiegels.
Falls Applikator 310 Material 16 aus Behälter 14 zieht, und Material wieder zurück in Behälter 14 verteilt, wenn Schicht 24 gebildet wird, und falls es gewünscht ist, dass eine ideale Ebene des Materials 16 gebildet wird, und dann exponiert wird, um einen nächsten Gegenstandsquerschnitt zu bilden, sollte vorzugsweise Sorge getragen werden, um sicherzustellen, dass Applikator 310 ein im Wesentlichen konstantes Volumen an Material 16 während des Exponierens jeder Schicht enthält. Falls Applikator 310 nur ein geringes Volumen an Material 16 hält, und aufgefüllt wird, um so das Volumen des Materials 16, das darin enthalten ist während des Exponierungsprozesses zu erhöhen, kann es möglich sein, den Abfall des Oberflächenspiegels in Abschnitten des Behälters zu vernachlässigen, d. h. in Regionen tiefer Flüssigkeit. Jedoch, falls Applikator 310 ein großes Volumen von Material 16 enthält, vermeidet man vorzugsweise das Wechseln des Volumens von Material 16, welches in Applikator 310 während des Exponierens gehalten wird, im Fall, dass Arbeitsoberfläche 26 übermäßig variiert wird und Ungenauigkeiten in der Bildung des Gegenstandsquerschnitts resultieren oder schlimmer, dass Delaminationen zwischen Schichten auftreten.
Der Betrag der tolerierbaren Variation im Spiegel der Arbeitsoberfläche 26 hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, enthaltend: (1) Gesamtgegenstandsgenauigkeit 12, die gewünscht ist, (2) Verfahren des Exponierens der Schicht 24, (3) Richtung der Variation im Oberflächenspiegel, (4) Exponierungsniveaus, die verwendet werden im Bilden von Schichten und (5) Geometrie des Gegenstandes 12, der gebildet wird. In Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsnivellierungsschema, das verwendet wird, muss man auch jegliche Schicht-zu-Schicht-Variationen im Betrag des Materials 16 bedenken, das in Applikator 310 gehalten wird, sogar falls der Betrag während der Bildung von individuellen Gegenstandsquerschnitten konstant gehalten wird.
Verschiedene Techniken sind verfügbar, um mit diesen Belang fertig zu werden. Erstens könnte man in Betracht ziehen, dass der Betrag der Variation im Volumen des Materials 16 in Applikator 310 während des Exponierens gering genug ist, so dass er kein Problem ist. In diesem Fall kann man es dem Betrag 16 erlauben, der in Applikator 310 gehalten ist, zu variieren, z. B. Auffüllen nach dem Verteilen und während des Exponierens. Zweitens, kann man einfach die Fähigkeit des Materialspiegels 16 in Applikator 310 mit einschließen, während des Exponierens zu variieren. In diesem Fall sollte ein Wiederauffüllen des Materials 16 in Applikator 310 auftreten, entweder nach dem Verteilen und vor dem Exponieren oder nach dem Exponieren und vor dem Verteilen. In Abhängigkeit von der Zeit, die zum Wiederauffüllen notwendig ist, kann diese Technik nicht akzeptabel sein auf Grund des Erhöhens der Gesamtzeit, die im Wiederbeschichtungsverfahren involviert ist. Drittens könnte man versuchen, die Reaktion des Materials 16 in Applikator 310 mit einer entsprechenden aber entgegengesetzten Verschiebung des Materials 16 in Wanne 14 auszugleichen. Viertens könnte man das Volumen des Materials 16 in Wanne 14 zu jedem gegebenen Zeitpunkt mit einer entsprechenden Volumenverschiebung in Wanne 14 ausgleichen. Die Ausgleichversuche der dritten und vierten Ansätze können eine Zwischenwirkung zwischen verschobenen Beträgen involvieren oder alternativ können die Beträge, die verschoben werden, kaum abgeschätzt werden, um zusammenzupassen.
In einem fünften Ansatz kann man vermeiden, den Spiegel des Materials 16 in Wanne 14 zu stören durch Bewirken, dass Applikator 310 Material 16 von einer separaten Kammer zieht, wobei der Spiegel des Materials 16 in der separaten Kammer wenig oder keinen Einfluss auf den Spiegel des Materials 16 in Wanne 14 hat. Zwischen Verteilen und Exponieren kann ein schneller Transfer des Materials 16 zwischen der separaten Kammer und der Wanne 14 über eine Verbindungsleitung durchgerührt werden, um für Material 16 zu sorgen, welches über Applikator 310 zwischen den separaten Kammern transferiert wird. Die separate Kammer kann mit Wanne 14 nur durch einen seichten Oberflächenbereich des Materials 16 verbunden sein, und wobei Applikator 310 von Wanne 14 zu der separaten Kammer gewischt werden kann. Bei diesem Ansatz ist es bevorzugt, Seitenkammern auf beiden Seiten der Wanne 14 zu haben. Da die separate Kammer und Wanne 14 durch den seichten Oberflächenbereich verbunden sind, kann Applikator 310 von der separaten Kammer zu Wanne 14 und umgekehrt gewischt werden. Auch, da dieser Oberflächenbereich flach ist, können Niveauänderungen in Wanne 14 und der separaten Kammer(n) auftreten, fast unabhängig, auf Grund der langen Fliesszeit, die notwendig ist, um Material 16 durch den seichten Bereich zu transferieren.
Wie bei den anderen Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, kann die Verwendung von geschlitzten und abgedichteten Applikatoren, die Verwendung von mehreren Wischungen, variierenden Wischgeschwindigkeiten zwischen aufeinanderfolgenden Wischungen, variierenden Applikatorzwischenräumen zwischen Wischungen, Verzögerungen nach dem Wischen, mehreren kurzen Applikatoren, Applikatoren mit mehreren Schlitzen, welche parallele Linien bilden oder Ende an Ende sitzen, oder ähnliches involvieren. Weitere Ausrührungsformen können erzielt werden durch Kombinieren der Lehren hierin miteinander unter Betrachtung von geschlitzten und abgedichteten Applikatorausführungsformen oder mit den Lehren, die andere Wiederbeschichtungstechniken betrachten, die oben und unten beschrieben wurden.
Vorzugsweise wird eine synergistische Stimulation nach der Vervollständigung des Wischens angewendet. Falls mehrere Wischungen verwendet werden, um Schicht 24 zu bilden, kann ein Exponieren während des letztens Wischens beginnen. Eine Verzögerung kann auch eingestellt werden zwischen der Vervollständigung des Wischens und dem Beginn des Exponierens, um es kleineren Oberflächenmängeln zu erlauben, sich abzulagern. Alternativ, wo mehrere Wischungen verwendet werden, um Schicht 24 zu bilden, kann ein Exponieren vor der Vervollständigung des ersten Wischens beginnen.
Wo größere Flexibilität der Wiederbeschichtungsparameter notwendig ist, um gewünschte Beschichtungsdicke und Einheitlichkeiten zu erreichen, können die verschiedenen Parameter, die oben diskutiert wurden, manuell eingestellt werden, oder vorzugsweise Computer-gesteuert während des Bildens des Gegenstandes 12. Diese Typen von Einstellungen können nützlich sein, wenn die Schichtdicke während des Gegenstandsbildens variiert wird, wenn Temperaturänderungen auftreten während des Gegenstandsbildens oder wenn Arbeitsmaterialien umgestellt werden, so dass die Interventionen eines manuellen Bedieners nicht notwendig ist.
Viele der Zeiteinsparungen, die mit einem Verteilen von Material in nur ausgewählten Positionen assoziiert sind, d. h. nur über die Oberfläche 22 des zuletzt gebildeten Gegenstandsquerschnitts 20 und jeglichen eingeschlossenen Volumen, werden aufrechterhalten, während gleichzeitig sichergestellt wird, dass Material in alle erforderlichen Stellen verteilt wird.
Nur Bereiche, die tief sind und durch große Fliesswege verbunden sind, werden leicht einen einheitlichen Spiegel erreichen. Die Tiefe einer Region, die für sie als flach und möglicherweise problematisch in Betracht gezogen werden muss, hängt von der Viskosität und der Oberflächenenergie des Arbeitsmaterials und von der Oberflächenenergie des transformierten Arbeitsmaterials ab. Und wie auch angemerkt, weisen flache Bereiche im Allgemeinen Tiefen von weniger als ungefähr 40 Milli-Inch (1 mm) bis ungefähr 240 Milli-Inch (6 mm) auf. Für Materialien mit relativ niedrigen Viskositäten, z. B. 1 bis 100 Zentipoise, wird abgeschätzt, dass die flachen Bereiche Bereiche enthalten werden, welche eine Tiefe von nicht mehr als 40 Milli-Inch oder weniger aufweisen. Für Materialien mit mittleren Viskositäten, z. B. 100 bis 1000 Zentipoise wird abgeschätzt, dass die flachen Bereiche Bereiche enthalten werden, die flacher als ungefähr 40 bis 120 Milli-Inch (1 bis 3 mm) enthalten. Wenn Materialien mit mittelhohen Viskositäten verwendet werden, z. B. 1000 bis 10000 Zentipoise, können die flachen Bereiche Bereiche enthalten, welche Tiefen von bis zu 120 bis 240 Milli-Inch (3 bis 6 mm) oder mehr enthalten.
Unter diesen Umständen können Schicht- oder Querschnitts-Vergleiche durchgeführt werden auf den Daten, die beschreibend für die Querschnitte des Gegenstandes 12 sind, um exakt zu bestimmen, welche Regionen für jede Schicht als flache Regionen in Betracht gezogen werden sollten. Schichtvergleichtechniken sind in US-Patent Nr. 5,481,470 offenbart.
Um zu bestimmen, welche Bereiche flach sind, und somit möglicherweise problematisch, könnte man zuerst die Tiefe bestimmen oder spezifizieren, an welcher eine Region als flach anzusehen ist. Dann könnte man Flachbereichs-Tiefe durch die Schichtdicke dividieren, die beim Bilden des Gegenstandes 12 verwendet wird. Der resultierende Quotient nach oben aufgerundet repräsentiert die Anzahl von Schichten N, die im Schichtvergleichsverfahren verwendet werden sollten. Als nächstes wird die boolesche Menge der Bereiche, die in dem zuvor verfestigtem Querschnitt 20 enthalten sind, und die Bereiche, die in N-1 unmittelbar weitergehenden Querschnitten enthalten sind, bestimmt. Das Ergebnis dieser Mengen-Operation repräsentiert die flachen Bereiche für die aktuelle Schicht, welche vorzugsweise durch Tintenstrahlköpfe 100 beschichtet wird. Die Bestimmung von flachen Bereichen für jede Schicht kann vor dem Beginn des Bildens des Gegenstandes 12 bestimmt werden oder alternativ, wie erforderlich während der Gegenstandsbildung, bestimmt werden. Eine Vielzahl von booleschen Operationen kann beim Erhalten der gewünschten Daten verwendet werden, einschließlich Vereinigungs-Operationen (+), Differenz-Operationen (-), Kreuz-Operationen (.Mal.) sowie andere Operationen.
Die Menge an Material in Bereichen, die isoliert von oder schlecht verbunden mit dem Hauptmaterial 16 in Wanne 14 sind, kann auch bestimmt werden. Diese Typen von Bereichen enthalten eingeschlossene Volumen und Bereiche, die "fast" eingeschlossene Volumen sind. Es gibt verschiedene Verfahren zum Sicherstellen, dass eingeschlossene Volumenbereiche und fast eingeschlossene Volumenbereiche in flachen Bereichen enthalten sind beim Definieren des Bereichs, der durch einen Tintenstrahldruckkopf 100 beschichtet werden soll. Der gradlinigste Ansatz ist es, eine boolesche Menge aller Bereiche durchzurühren, die auf jedem vorherigen Querschnitt des Gegenstandes, verbundenen Gegenständen und Trägem enthalten sind. Das Resultat dieser booleschen Menge definiert den Bereich, der beim Bilden von Arbeitsmaterialschicht 24 zu beschichten ist.
Eine einfache Modifikation dieser Berechnung involviert das Enthalten eines Schalters, welcher durch den SLA-Operator eingestellt werden kann zum Anzeigen, ob oder ob nicht Gegenstand 12 eingeschlossene Volumen und/oder fast ein geschlossene Volumen enthält. Basierend auf der Einstellung dieses Schalters, wird eine Bestimmung, welche eingeschlossenen Bereiche beschichtet werden sollen für jede Schicht erhalten werden von entweder den N vorher gebildeten Gegenstandsquerschnitten oder allen vorher gebildeten Gegenstandsquerschnitten. In Abhängigkeit der Konfiguration des Gegenstandes wird ein Einstellen des Schalters auf eine "keine eingeschlossene Volumen"-Einstellung bei einer Beschichtung einer Menge an Material in weniger als oder gleich dem resultieren, was ansonsten zu beschichten wäre, falls der Schalter entgegengesetzt eingestellt wäre.
In einer weiteren Alternative, um Schwierigkeiten zu vermeiden, die durch eingeschlossene Volumen verursacht werden können, können die maximalen Ausmaße eines jeden Gegenstandsquerschnitts verwendet werden, um einen rechteckigen Bereich des minimalen Verteilens zu bestimmen. Um zu bestimmen, dass der Netto-Verteilungsbereich eine gegebene Schicht bildet, kann die boolesche Menge des minimalen rechteckigen Verteilungsbereichs von jedem der unmittelbar vorangehenden N-Querschnitte gebildet werden. Diese boolesche Menge repräsentiert den Netto-Verteilungsbereich. Eine vollständig automatisierte Technik kann auch eingesetzt werden, um einen minimalen Bereich, der zu beschichten ist, zu erhalten, wenn jede Schicht gebildet wird.
Für gegebene Materialien können die Tiefen, die mit flachen Bereichen assoziiert sind, bestimmt werden durch Experimente. Man kann Wiederbeschichtungstests über einen Querschnitt mit einem relativ großen Querschnittsbereich und kritischem Kreis durchführen. Der Querschnittsbereich und kritische Kreis des Querschnitts sollten ausgewählt sein, um mit den Querschnittsdimensionen des Gegenstands übereinzustimmen, welche typischerweise auf der SLA gebildet werden. Zum Beispiel, falls man beabsichtigt, primär kleine Gegenstände zu bilden, z. B. Gegenstände, welche Querschnitte mit kritischen Kreisen mit Radien weniger als ¹/&sub2; Inch (1,27 cm) aufweisen, dann kann eine Testoberfläche mit einem kritischen Kreis eines Radius von ¹/&sub2; Inch (1,27 cm) verwendet werden. Alternativ, falls man beabsichtigt Gegenstände zu bilden, welche querschnittskritische Kreise mit Radien so groß wie 4 Inch aufweisen, dann sollte eine Testoberfläche von ähnlicher Größe verwendet werden. Man könnte dann die Oberfläche in die flüssigen variierenden Tiefen eintauchen, und für das Material die erforderliche Zeit bestimmen, um über den Querschnitt für die verschiedenen Tiefen zu fließen. Die minimale Tiefe, für welche eine Beschichtung in einem angemessen geringem Zeitraum gebildet wird, z. B. weniger als 2 bis 5 sek., kann die Tiefe der flachen Bereiche definieren.
Es ist möglich, eine oder mehrere inverse Abtragungs-Routinen durchzuführen, d. h. Expansionsroutinen auf Regionen, welche bestimmt sind, eine Tintenstrahlverteilung zu erfordern, um diese Bereiche um einen spezifizierten Betrag zu expandieren, um eine adäquate Beschichtung durch Tintenstrahldruckköpfe 100 sicherzustellen. Dies ist insbesondere so, wenn es gewünscht ist, eine präzise Registrierung zwischen Tintenstrahlverteilerstellen zu vermeiden, wenn Schichten gebildet werden und Exponierungsstellen, wenn Querschnitte gebildet werden. Abtragungs-Routinen und inverse Abtragungs-Routinen sind in US-Patent Nr. 5,481,470 und 5,597,520 beschrieben. Im Grunde sind inverse Abtragungs- Routinen ähnlich zu Linienbreiten-, Aushärtbreiten- oder Strahlbreiten- Kompensationstechniken, außer dass der Kompensationsbetrag negativ ist, was in einer Expansion des Querschnittsbereichs gegenüber einer Kontraktion des Bereichs resultiert.
Die oben genannten Abtragungs-Techniken und booleschen Operationen können auf Grenzvektoren, die Bereiche definieren, durchgerührt werden oder alternativ können sie mit Software- oder Hardware-konfigurierten Bitmaps (Pixelkarten) durchgeführt werden, die die Bereiche definieren. In jedem Fall ist die Tintenstrahlsteuerung vorzugsweise auf Bitmap-Repräsentation der Bereiche, die zu beschichten sind, basierend.

Claims

1. Gerät zum Bilden von zumindest einem Teil eines dreidimensionalen Gegenstandes auf einer im Wesentlichen querschnittsmäßigen Basis aus einem Material, das geeignet ist für eine physikalische Transformation auf ein Exponieren gegen eine synergistische Stimulation hin, aufweisend:

- Mittel zum Liefern von Daten, die für den Gegenstand beschreibend sind;

- einen Behälter (14) zum Enthalten eines Volumens von Material (16) mit einer Arbeitsoberfläche (26);

- einen Applikator (310) zum Bilden von Schichten von Material über zumindest Teilen eines zuvor gebildeten Gegenstandsquerschnitts, wobei der Applikator (310) eine Bodenöffnung (315) aufweist, die sich in der Nähe der Arbeitsoberfläche (26) befindet;

- eine Vorrichtung (321, 340), die mit dem Applikator (310) gekoppelt ist zum Ziehen von Material (16) von der Arbeitsoberfläche (26) in den Applikator (310), der einen Gießspiegel (331) zwischen dem Applikator (310) und der Arbeitsoberfläche (26) bildend;

- Mittel zum Ablenken des Applikators (310) über zumindest einen Teil von zumindest einigen der zuvor gebildeten Gegenstandsquerschnitte; und

- eine Quelle einer synergistischen Stimulation (28) zum Exponieren der Schicht gemäß den beschreibenden Daten, um den zumindest einen Teil des Gegenstandes aus einer Mehrzahl von Gegenstandsquerschnitten zu bilden.

2. Gerät nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (321) das Material von der Arbeitsoberfläche durch die Bodenöffnung (315) des Applikators (310) hinaufzieht.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Vorrichtung (321), die mit dem Applikator (310) gekoppelt ist, eine Vakuumpumpe aufweist.

4. Gerät nach Anspruch 3, das des Weiteren einen Druckregler (323) aufweist zum Steuern des Druckdifferentials zwischen der Innenseite und Außenseite des Applikators (310), um die Materialmenge, die in den Applikator (310) gezogen wird, zu steuern.

5. Gerät nach Anspruch 1 oder Ansprüche, wobei die Vorrichtung, die mit dem Applikator (310) gekoppelt ist, eine Fluidpumpe aufweist.

6. Gerät nach Anspruch 5, wobei die Fluidpumpe (340) Material durch den Applikator (310) zieht und Material zu dem Behälter (14) zurückführt, und wobei ein Mittel vorgesehen ist an oder um die Position, wo das Material in den Container wiedereingeführt wird, um die Bildung von Blasen zu verhindern.

7. Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein Docht vorgesehen ist, um Material von der Arbeitsoberfläche (26) in den Applikator (310) zu ziehen.

8. Gerät nach Anspruch 7, wobei das Dochtmittel eine Zahl von nahe beabstandeten Flanschen aufweist, die angeordnet sind um zu ermöglichen, dass Kapillarkräfte Material in den Applikator (310) ziehen.

9. Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das des Weiteren ein Mittel zum Reduzieren und Ausdehnen des inneren Volumens (327) des Applikators (310) aufweist.

10. Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das des Weiteren ein Entnahmeventil (350) aufweist, das so angeordnet ist, dass das Entnahmeventil (350) geöffnet wird, wobei ermöglicht wird, dass Material in den Applikator (310) gezogen wird, und dass es geschlossen wird, um Material in dem Applikator (310) zu halten.

11. Gerät nach irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Applikator (310) so angeordnet ist, dass die Materialmenge in dem Applikator (310), bevor er über zumindest einen Teil der Arbeitsoberfläche (26) abgelenkt wird, zumindest so viel ist, wie erförderlich ist, um die nachfolgende Schicht zu bilden.

12. Gerät nach irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Applikator (310) Flansche beinhaltet, um eine Ausbauchung an der Vorderseite des Materials (16) zu reduzieren, wenn der Applikator (310) über zumindest einen Teil der Arbeitsoberfläche (26) abgelenkt wird.

13. Gerät nach irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Applikator (310) eine Rolle (370) beinhaltet, die innerhalb des Applikators (310) vorgesehen ist.

14. Applikator nach Anspruch 13, der des Weiteren ein Mittel aufweist, um die Rolle (370) mit einer Geschwindigkeit zu drehen, so dass es dort keine relative horizontale Bewegung zwischen der Rolle (370) und der Arbeitsoberfläche (26) gibt, wenn der Applikator (310) über zumindest einen Teil der Arbeitsoberfläche (26) abgelenkt wird.

15. Applikator nach irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Applikator (310) ein transparentes Fenster (335) aufweist, durch welches das Vorhandensein von Material (16) im Applikator (310) beobachtet werden kann.

16. Gerät nach irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, das des Weiteren ein Mittel aufweist, das angeordnet ist, um den Applikator (310) über den zumindest einen Teil der Arbeitsoberfläche (26) in entgegengesetzten Richtungen für die Bildung von aufeinander folgenden Schichten abzulenken.

17. Gerät nach irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, das des Weiteren ein Mittel aufweist, das angeordnet ist, um den Applikator (310) mehrere Male über den zumindest einen Teil der Arbeitsoberfläche 26 für die Bildung einer Schicht abzulenken.

18. Gerät nach irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Applikatoren (310) vorgesehen ist.

19. Gerät nach Anspruch 18, wobei die Mehrzahl von Applikatoren (310) Ende an Ende angeordnet sind, im Allgemeinen quer zu der Ablenkrichtung.

20. Gerät nach Anspruch 18, wobei die Mehrzahl von Applikatoren (310) Seite an Seite angeordnet sind, im Allgemeinen parallel zueinander.

21. Gerät nach irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, das des Weiteren ein Mittel aufweist, um die Ablenkgeschwindigkeit des Applikators (310) zwischen aufeinander folgenden Ablenkungen zu variieren.

22. Gerät nach irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, das des Weiteren ein Mittel aufweist, um den Abstand zwischen dem Applikator (310) und der Arbeitsoberfläche (26) zwischen aufeinander folgenden Ablenkungen zu variieren.

23. Gerät nach irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, das des Weiteren ein Mittel aufweist zum Verzögern des Exponierens einer Schicht für ein vorbestimmte Periode, nachdem der Applikator (310) über den zumindest einen Teil der Schicht abgelenkt worden ist.

24. Gerät nach irgend einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 23, das des Weiteren ein Mittel aufweist, das angeordnet ist, um einen Teil einer abgeschiedenen Schicht von Material einer synergistischen Stimulation auszusetzen, wenn ein nachfolgender Teil der Schicht durch den Applikator (310) abgeschieden wird.

25. Gerät nach irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, das des Weiteren ein Mittel aufweist zum automatischen Bestimmen von zumindest einem Parameter zum erneuten Beschichten.

26. Gerät nach irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Applikator (310) mehrere Schlitze beinhaltet.

27 Gerät nach irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, das des Weiteren ein Mittel aufweist, das angeordnet ist, um den Applikator (310) nur über einen Teil der Arbeitsoberfläche (26) abzulenken.

28. Verfahren zum Bilden von zumindest einem Teil eines dreidimensionalen Gegenstandes auf einer im Wesentlichen querschnittsmäßigen Basis aus einem Material, das geeignet ist für eine physikalische Transformation auf ein Exponieren gegen eine synergistische Stimulation hin, aufweisend:

- Zuführen von Daten, die für den Gegenstand beschreibend sind;

- Beinhalten eines Volumens eines Materials (16), das eine Arbeitsoberfläche (26) aufweist;

- Platzieren eines Applikators (310), der eine Bodenöffnung (315) aufweist in der Nähe der Arbeitsoberfläche (26);

- Bilden eines Gießspiegels (331) von Material (16) zwischen dem Applikator (310) und der Arbeitsoberfläche (26);

- Ziehen von Material (16) von der Arbeitsoberfläche (26) in den Applikator (310), wodurch zumindest teilweise der Applikator (310) gefüllt wird;

- Bilden einer Schicht über zumindest einem Teil eines zuvor gebildeten Gegenstandsquerschnitts, einschließlich eines Ausgebens von Material (16) von dem Applikator (310) durch Ablenken des Applikators (310) über zumindest einen Teil des zuvor gebildeten Gegenstandsquerschnitts;

- Exponieren ausgewählter Teile der Schicht gegen eine synergistische Stimulation entsprechend den beschreibenden Daten, um einen Gegenstandsquerschnitt zu bilden, der an dem zuvor gebildeten Gegenstandsquerschnitt haftet; und

- Wiederholen des Bildens und Exponierens, um aufeinander folgende Schichten und Querschnitte zu bilden, um den zumindest einen Teil des Gegenstands zu bilden.

29. Verfahren nach Anspruch 28, das ein Ziehen von Material (16) von der Arbeitsoberfläche (26) hinauf durch die Bodenöffnung (315) des Applikators (310) umfasst.

30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, wobei ein Ziehen von Material ein Evakuieren eines inneren Teils (327) des Applikators (310) umfasst.

31. Verfähren nach Anspruch 30, wobei das Druckdifferential zwischen der Innenseite und Außenseite des Applikators (310) gesteuert wird, um die Materialmenge (16), die in den Applikator (310) gezogen wird, zu steuern.

32. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, wobei ein Ziehen von Material (16) in den Applikator (310) ein Verwenden einer Pumpe (340) umfasst, die Material (16) in den Applikator (310) zieht.

33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei das Material (16) in und durch den Applikator (310) gezogen wird und Material (16) zu dem Volumen von Material (16) zurückgeführt wird.

34. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, wobei das Material (16) in den Applikator (310) durch eine Dochtwirkung gezogen wird.

35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei die Dochtwirkung erreicht wird durch Vorsehen einer Anzahl von nahe beabstandeten Flanschen (312, 364), um Kapillarkräfte dazu zu veranlassen, Material (16) in den Applikator (310) zu ziehen.

36. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, das des Weiteren ein Reduzieren und Ausdehnen des inneren Volumens des Applikators (310) beinhaltet.

37. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, wobei der Applikator (310) ein Entnahmeventil (350) beinhaltet, das geöffnet wird, wobei ermöglicht wird, Material (16) in den Applikator (310) zu ziehen, und das geschlossen wird, um Material in dem Applikator (310) zu halten.

38. Verfahren nach irgend einem der Ansprüche 28 bis 37, wobei die Materialmenge (16) in dem Applikator (310), bevor er über zumindest einen Teil der Arbeitsoberfläche (26) abgelenkt wird, zumindest so viel ist, wie erforderlich ist, um die nachfolgende Schicht zu bilden.

39. Verfahren nach irgend einem der Ansprüche 28 bis 38, wobei der Applikator (310) eine Rolle (370) beinhaltet, die die Arbeitsoberfläche (26) berührt, wenn der Applikator (310) über den zumindest einen Teil der Arbeitsoberfläche (26) abgelenkt wird.

40. Verfahren nach Anspruch 28 oder Anspruch 29, wobei die Rolle (370) mit einer Geschwindigkeit gedreht wird, so dass keine relative horizontale Bewegung zwischen der Rolle (370) und der Arbeitsoberfläche (26) entsteht, wenn der Applikator (310) über zumindest einen Teil der Arbeitsoberfläche (26) abgelenkt wird.

41. Verfahren nach irgend einem der Ansprüche 28 bis 40, wobei der Applikator (310) über den zumindest einen Teil der Arbeitsoberfläche (26) in entgegensetzten Richtungen abgelenkt wird für die Bildung von aufeinander folgenden Schichten.

42. Verfahren nach irgend einem der Ansprüche 28 bis 41, wobei der Applikator (310) mehrere Ablenkungen über den zumindest einen Teil der Arbeitsoberfläche (26) für die Bildung einer Schicht durchführt.

43. Verfahren nach irgend einem der Ansprüche 28 bis 42, wobei eine Mehrzahl von Applikatoren (310) vorgesehen ist, um den zumindest einen Teil des Gegenstandes zu überstreichen.

44. Verfahren nach Anspruch 43, wobei die Mehrzahl der Applikatoren (310) Ende an Ende angeordnet ist, im Allgemeinen quer zur Ablenkrichtung.

45. Verfahren nach Anspruch 43, wobei die Mehrzahl der Applikatoren (310) Seite an Seite angeordnet ist.

46. Verfahren nach irgend einem der Ansprüche 28 bis 45, wobei die Ablenkgeschwindigkeit des Applikators (310) zwischen aufeinander folgenden Ablenkungen variiert wird.

47. Verfahren nach irgend einem der Ansprüche 28 bis 46, wobei der Abstand zwischen dem Applikator (310) und der Arbeitsoberfläche (26) zwischen aufeinander folgenden Ablenkungen variiert wird.

48. Verfahren nach irgend einem der Ansprüche 28 bis 47, wobei das Exponieren der Schicht um eine gewünschte Zeit verzögert wird, nachdem der Applikator (310) über den zumindest einen Teil der Schicht abgelenkt worden ist.

49. Verfahren nach irgend einem der Ansprüche 28 bis 48, wobei zumindest einer der Neubeschichtungs-Parameter automatisch bestimmt wird.

50. Verfahren nach irgend einem der Ansprüche 28 bis 49, wobei ein Teil der abgeschiedenen Materialschicht einer synergistischen Stimulation ausgesetzt wird, wenn ein nachfolgender Teil der Schicht durch den Applikator (310) abgeschieden wird.

51. Verfahren nach irgend einem der Ansprüche 28 bis 50, wobei der Applikator (310) mehrere Schlitze beinhaltet.

52. Verfahren nach irgend einem der Ansprüche 28 bis 51, wobei der Applikator (310) nur über einen Teil der Arbeitsoberfläche (26) abgelenkt wird.