[go: up one dir, main page]

DE9218423U1 - Device for producing a three-dimensional object by stereolithography - Google Patents

Device for producing a three-dimensional object by stereolithography

Info

Publication number
DE9218423U1
DE9218423U1 DE9218423U DE9218423U DE9218423U1 DE 9218423 U1 DE9218423 U1 DE 9218423U1 DE 9218423 U DE9218423 U DE 9218423U DE 9218423 U DE9218423 U DE 9218423U DE 9218423 U1 DE9218423 U1 DE 9218423U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
vector
paths
exposure
medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE9218423U
Other languages
German (de)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3D Systems Inc
Original Assignee
3D Systems Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US07/702,031 external-priority patent/US5182055A/en
Application filed by 3D Systems Inc filed Critical 3D Systems Inc
Publication of DE9218423U1 publication Critical patent/DE9218423U1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70375Multiphoton lithography or multiphoton photopolymerization; Imaging systems comprising means for converting one type of radiation into another type of radiation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0037Production of three-dimensional images

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)

Description

EP 92912072.3 17. Dezember 1993EP 92912072.3 17 December 1993

3D Systems Inc. ; ' D~17339EP F/Sh/La/dw3D Systems Inc. ; ' D~17339EP F/Sh/La/dw

Vorrichtung zum Herstellen
eines dreidimensionalen Gegenstandes durch Stereolithographie
Device for producing
of a three-dimensional object by stereolithography

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Stereolithographie, die eine Technik zum Herstellen fester, dreidimensionaler Gegenstände (oder "Teile") aus verfestigbaren Materialien (z.B. Fluid oder fluidähnlichen is Materialien wie z.B. Photopolymere, sinterbare Pulver und bindbare Pulver) auf einer Schicht-um-Schicht-Basis. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf eine Vorrichtung zum sukzessiven Exponieren von Schichten aus stereolithographischen Aufbaumaterialien, um die Schichten der stereolithographischen Teile mit weniger Verwindung zu bilden.The invention relates to the field of stereolithography, which is a technique for fabricating solid, three-dimensional objects (or "parts") from solidifiable materials (e.g., fluid or fluid-like materials such as photopolymers, sinterable powders, and bindable powders) on a layer-by-layer basis. More particularly, this invention relates to an apparatus for successively exposing layers of stereolithographic buildup materials to form the layers of stereolithographic parts with less distortion.

In den letzten Jahren kamen Stereolithographie-Systeme, wie z.B. die, die in dem US-Patent Nr. 4,575,330 beschrieben sind, in Gebrauch. Grundsätzlich ist Stereolithographie eine Technik zum automatischen Aufbauen komplexer dreidimensionaler Teile durch sukzessives und selektives Verfestigen und Anhaften einer Vielzahl von dünnen Querschnittsschichten, wobei jeder dünne gebildete Querschnitt einen entsprechenden Querschnittsbereich des dreidimensionalen Gegenstandes darstellt. Diese Schichten sind aus einem Material zusammengesetzt, das selektiv aus einem fluidähnlichen Zustand in einen festen, oder kohäsiven Zustand transformiert werden kann nach Exposition gegenüber einer synergistischen Stimulierung. Die Schichten sind typischerweise aufeinanderfolgend aufeinander verfestigt, bis alle dünnen Schichten miteinander verbunden sind, um ein ganzes Teil zu bilden.In recent years, stereolithography systems such as those described in U.S. Patent No. 4,575,330 have come into use. Basically, stereolithography is a technique for automatically building complex three-dimensional parts by successively and selectively solidifying and adhering a plurality of thin cross-sectional layers, each thin cross-sectional layer formed representing a corresponding cross-sectional area of the three-dimensional object. These layers are composed of a material that can be selectively transformed from a fluid-like state to a solid, or cohesive, state upon exposure to a synergistic stimulus. The layers are typically sequentially solidified on top of one another until all of the thin layers are bonded together to form an entire part.

Das Material ist typischerweise aus flüssigen Polymerharzen, z.B. Photopolymeren oder wärmehärtenden Polymeren, pulverisierten Materialien oder ähnlichem zusammengesetzt. Typische Pulver umfassen Wachse, Thermokunststoffe, Metalle, Keramiken oder ähnliches. Der Verfestigungs-The material is typically composed of liquid polymer resins, e.g. photopolymers or thermosetting polymers, powdered materials or similar. Typical powders include waxes, thermoplastics, metals, ceramics or similar. The solidification

s mechanismus kann Sintern oder Schmelzen, gefolgt durch Verbinden von Partikeln nach Abkühlen und Wiederverfestigung sein. Das Sintern oder Schmelzen kann durch synergistische Stimulierung in der Form von Wärme induziert werden. Zum Beispiel kann die Wärme IR-Strahlung sein, die durch einen Laser erzeugt worden ist, oder sie kann durchs mechanism may be sintering or melting followed by bonding of particles after cooling and resolidification. The sintering or melting may be induced by synergistic stimulation in the form of heat. For example, the heat may be IR radiation generated by a laser or it may be induced by

&iacgr;&ogr; Ultraschallvibration durch Reibung induziert sein.&iacgr;&ogr; Ultrasonic vibration may be induced by friction.

Ein anderer Verfestigungsmechanismus verwendet ein Klebeverbindungsmittel, um dünne Schichten eines Festkörpers zu bilden. Das Verbindungsmittel wird selektiv, zum Beispiel durch einen Tintenstrahl o.a., in eine dünne Schicht von Pulver ausgegeben, wodurch es die Pulverpartikel zusammen verbindet. Der Partikeldurchmesser ist bevorzugterweise kleiner als die gewünschte Formationsauflösung, noch bevorzugter kleiner als die Hälfte der gewünschten Auflösung und am bevorzugtesten kleiner als ein Zehntel der gewünschten Auflösung. Viele Photopolymere haben eine Photogeschwindigkeit (die Rate der Transformation von flüssig zu fest) nach Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (UV), die schnell genug ist, um sie zu praktischen Modellbaumaterialien zu machen, wie zum Beispiel acryl- oder urethan-basierte Materialien, zum Beispiel XB 5143, das von Ciba Geigy, Schweiz, hergestellt wird. In einem bevorzugten System erzeugt eine Strahlungsquelle (zum Beispiel ein HeCd- oder Argon-Ion-Ultravioletlaser) einen Strahl, der zu einem kleinen intensiven Punkt fokussiert ist, der über die flüssige Photopolymeroberfläche durch Galvanometer- oder Spiegel-x-y-Scanner vom Servotyp bewegt wird. Die Scanner werden durch computererzeugte Vektoren angetrieben. In einem anderen Ausführungsbeispiel werden Masken und Flutexposition verwen-Another consolidation mechanism uses an adhesive bonding agent to form thin layers of a solid. The bonding agent is selectively dispensed, for example by an ink jet or the like, into a thin layer of powder, thereby bonding the powder particles together. The particle diameter is preferably less than the desired formation resolution, more preferably less than half the desired resolution, and most preferably less than one-tenth the desired resolution. Many photopolymers have a photospeed (the rate of transformation from liquid to solid) upon exposure to ultraviolet (UV) light that is fast enough to make them practical model making materials, such as acrylic or urethane based materials, for example XB 5143 manufactured by Ciba Geigy, Switzerland. In a preferred system, a radiation source (e.g., a HeCd or argon ion ultraviolet laser) produces a beam focused to a small intense spot that is moved across the liquid photopolymer surface by servo-type galvanometer or mirror x-y scanners. The scanners are driven by computer-generated vectors. In another embodiment, masks and flood exposure are used.

det, um selektive Verfestigung des Materials zu verursachen. Das Material, das nicht polymerisiert ist, wenn ein Teil hergestellt wird, ist wiederverwendbar und verbleibt in der Wanne zur Verwendung, wenn darauffolgende Teile hergestellt werden.to cause selective solidification of the material. The material that is not polymerized when a part is made is reusable and remains in the vat for use when subsequent parts are made.

Stereolithographie stellt einen effektiven Weg dar, um schnell komplexe oder einfache Teile ohne Werkzeuge herzustellen. Da diese Technologie von der Verwendung eines Computers abhängt, um seine Querschnittsmuster zu erzeugen, gibt es eine natürliche Datenverbindung zu computerunterstützter Konstruktion und Herstellung (CAD/CAM). Solche Systeme stellten jedoch Herausforderungen dar bezüglich struktureller Beanspruchung, Schrumpfen, Kräuseln und anderen Verwindungen, genauso wie Auflösung, Geschwindigkeit, Genauigkeit und Schwierigkeiten beim Herstellen bestimmter Gegenstandsformen.Stereolithography provides an effective way to quickly produce complex or simple parts without tooling. Because this technology depends on the use of a computer to generate its cross-sectional patterns, there is a natural data link to computer-aided design and manufacturing (CAD/CAM). However, such systems have presented challenges related to structural stress, shrinkage, curl and other distortions, as well as resolution, speed, accuracy and difficulty in producing specific object shapes.

Zusätzliche stereolithographische Information wird in den folgenden Patentveröffentlichungen und Anmeldungen geliefert, die alle hierin durch Bezug eingegliedert werden: U.S. Patent Nr. 4,575,330; 4,929,402; 4,996,010; 4,999,143; 5,015,424; 5,058,988; 5,059,021; 5,059,359; 5,076,974 und 5,104,592; PCT-VeröffentKchungen Nr. WO89/01801; WO89/10256; WO89/11085; WO89/10255; WO89/10254; PCT/US89/01557; WO90/03255; WO90/15674; WO91/04798; WO91/06378 und WO92/08200.Additional stereolithographic information is provided in the following patent publications and applications, all of which are incorporated herein by reference: U.S. Patent Nos. 4,575,330; 4,929,402; 4,996,010; 4,999,143; 5,015,424; 5,058,988; 5,059,021; 5,059,359; 5,076,974 and 5,104,592; PCT Publications Nos. WO89/01801; WO89/10256; WO89/11085; WO89/10255; WO89/10254; PCT/US89/01557; WO90/03255; WO90/15674; WO91/04798; WO91/06378 and WO92/08200.

Ein Gesichtspunkt dieser Erfindung betrifft Exposition des Aufbaumaterials gegenüber synergistischer Stimulierung, um eine Verfestigung des Aufbaumaterials zu verursachen, wobei die Exposition der festen linien, zum Beispiel Vektoren, von Material in einem regulären oder irregulären Muster unterbrochen wird, so daß die Bildung langer Linien von Material vermieden wird. .Dies reduziert Zieheffekte langer Linien, was zuOne aspect of this invention relates to exposing the build material to synergistic stimulation to cause solidification of the build material, whereby exposure of solid lines, e.g. vectors, of material in a regular or irregular pattern is interrupted so that the formation of long lines of material is avoided. This reduces long line pulling effects, resulting in

übermäßiger Verwindung des dreidimensionalen Gegenstandes führen kann, der gebildet wird. Bevorzugt werden die linien mit einer Aushärttiefe gebildet, die keine Haftung mit der vorhergehenden Schicht zumindest bei der ersten Exposition verursacht.excessive distortion of the three-dimensional object being formed. Preferably, the lines are formed with a cure depth that does not cause adhesion with the previous layer, at least on initial exposure.

Ein zweiter Gesichtspunkt der Erfindung betrifft Schließen von Spalten zwischen Platten durch Exponieren zumindest einiger der Bereiche über den Spalten auf eine Weise, die dem Material über dem Spalt erlaubt zumindest teilweise zu schrumpfen, bevor das sich verfestigende Material &iacgr;&ogr; veranlaßt wird, an den Platten auf beiden Seiten des Spaltes zu haften. Das sich verfestigende Material kann an der Platte auf einer Seite des Spaltes angehaftet werden, bevor ihm erlaubt wird zu schrumpfen, gefolgt von Verursachung von Haftung an der Platte auf der anderen Seite, nur nachdem ein wesentlicher Teil des Schrumpfens aufgetreten ist.A second aspect of the invention relates to closing gaps between panels by exposing at least some of the areas above the gaps in a manner that allows the material above the gap to shrink at least partially before causing the solidifying material to adhere to the panels on both sides of the gap. The solidifying material can be adhered to the panel on one side of the gap before being allowed to shrink, followed by causing adhesion to the panel on the other side only after a substantial amount of shrinkage has occurred.

Ein dritter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft Reduzieren von Verwindung von stereolithographisch hergestellten Teilen durch Alternieren der Aushärtsequenz von Schicht zu Schicht, um gleichmäßig alle Ungleichgewichte in der Aushärtung zu verteilen, die sonst resultieren können. Ein zusätzliches Ausführungsbeispiel des dritten Gesichtspunktes dieser Erfindung ist Maßschneidern der Zeichenreihenfolge und Vektortypen für eine gegebene Teilegeometrie, um Krausem längs einer gegebenen Achse abzuschwächen. Ein zusätzliches Ausführungsbeispiel des dritten Gesichtspunktes dieser Erfindung betrifft die Bildung von zumindest einem Teil eines dreidimensionalen Gegenstandes unter Verwendung des "Star Weave"-Aufbauverfahrens, wobei ein Weave-Aufbaustü verwendet wird mit der Hinzufügung der Verwendung von zumindest zwei nichtparallelen Schraffierungstypen auf jeder Schicht, Versetzen der Schraffierungsvektoren von Schicht zu Schicht, dem Zurückziehen einesA third aspect of the present invention relates to reducing distortion of stereolithographically manufactured parts by alternating the curing sequence from layer to layer to evenly distribute any imbalances in curing that may otherwise result. An additional embodiment of the third aspect of this invention is tailoring the drawing order and vector types for a given part geometry to mitigate curl along a given axis. An additional embodiment of the third aspect of this invention relates to forming at least a portion of a three-dimensional object using the "star weave" build-up method using a weave build-up piece with the addition of using at least two non-parallel hatch types on each layer, offsetting the hatch vectors from layer to layer, retracting a

Endes jedes Schraffierungsvektors von einer Grenze und dem wechselnden Ordnen der Zeichenreihenfolge.End of each hatching vector by a border and changing the order of the drawing.

Ein vierter Gesichtspunkt der Erfindung betrifft die Verwendung von modifizierten Vektorabtasttechniken, die erlauben, daß die meisten, wenn nicht alle, signifikanten Verzögerungen und Beschleunigungen des Abtaststrahles auftreten, wenn der Strahl mit einer Blende versehen ist, so daß konstante Expositionen erreicht werden können längs der gesamten Länge der Vektoren und demgemäß gleichförmige Aushärttiefen erreicht werden &iacgr;&ogr; können.A fourth aspect of the invention relates to the use of modified vector scanning techniques which allow most, if not all, of the significant decelerations and accelerations of the scanning beam to occur when the beam is apertured so that constant exposures can be achieved along the entire length of the vectors and thus uniform cure depths can be achieved.

Ein fünfter Gesichtspunkt der Erfindung betrifft Kombinationen der obigen vier Gesichtspunkte, um die Teileherstellbarkeit weiter zu verbessern. Zum Beispiel können die modifizierten Vektorabtasttechniken des vierten Gesichtspunktes der Erfindung verwendet werden, um die von den anderen drei Gesichtspunkten erhaltbaren Ergebnisse zu verbessern. Insbesondere resultiert das Beschränken signifikanter Verzögerungen und Beschleunigungen auf Nichtexpositions-Zeiten in gleichförmigeren Aushärttiefen, die verwendet werden können, um zu gewährleisten, daß die schwebenden Vektoren der zurückgezogenen Starweave-Aufbautechnik nicht ungewollt oder vorzeitig auf der vorhergehenden Schicht anhaften. Dies erlaubt ihnen frei zu schrumpfen, ohne Kräuselung in einer vorhergehenden Schicht hervorzurufen.A fifth aspect of the invention relates to combinations of the above four aspects to further improve part manufacturability. For example, the modified vector scanning techniques of the fourth aspect of the invention can be used to improve the results obtainable from the other three aspects. In particular, limiting significant decelerations and accelerations to non-exposure times results in more uniform cure depths that can be used to ensure that the floating vectors of the retracted starweave buildup technique do not adhere unintentionally or prematurely to the previous layer. This allows them to shrink freely without causing puckering in a previous layer.

Die Erfindung umfaßt Einrichtungen für die obigen Gesichtspunkte.The invention includes devices for the above aspects.

Fig. la und Ib sind Draufsichten von Vektoren, die jeweils abgetastet wurden, gemäß einem ersten Durchgang eines quadratischen plattenförmigen Expositionsmusters einer versetzten. Webart und gemäß beiden Durchgängen einesFig. la and lb are plan views of vectors sampled, respectively, according to a first pass of a square plate-shaped exposure pattern of a staggered weave and according to both passes of a

• ··

quadratischen plattenförmigen Expositionsmusters einer versetzten Webart.square panel-shaped exposure pattern of a staggered weave.

Fig. 2a,2b,2c sind Draufsichten von Vektoren, die jeweils abgetastet worden sind gemäß einem ersten Durchgang einesFig. 2a, 2b, 2c are plan views of vectors each sampled according to a first pass of a

hexagonal-plattenförmigen Expositionsmusters einer versetzten Webart und gemäß beiden Durchgängen eines hexagonal-plattenförmigen Expositionsmusters einer versetzten Webart und gemäß beiden Durchgängen &iacgr;&ogr; eines alternativen hexagonal-plattenförmigen Expositionshexagonal-plate exposure pattern of a staggered weave and according to both passes of a hexagonal-plate exposure pattern of a staggered weave and according to both passes &iacgr;&ogr; of an alternative hexagonal-plate exposure

musters einer versetzten Webart.pattern of a staggered weave.

Fig. 3 stellt die derzeitig verwendete konventionelle AbtastreiFig. 3 shows the currently used conventional scanning

henfolge für Füll- und Schraffierungsvektoren dar.sequence for fill and hatch vectors.

Fig. 4a bis 4d stellen jeweils jedes der Abtastmuster einer Vier-Schicht-Sequenz von Querschnitten dar, unter Verwendung der Zeichenreihenfolge eines Beispieles Nr. 2 für wechselndes Sequenzieren.Figures 4a to 4d respectively illustrate each of the scanning patterns of a four-layer sequence of cross sections using the character order of Example #2 for alternating sequencing.

Fig. 5a bis 5h stellen jeweils jedes der Abtastmuster für eine Acht-Schicht-Sequenz von Querschnitten dar, unter Verwendung der Zeichenreihenfolge eines Beispieles Nr. 3 eines wechselnden Sequenzierens.Figures 5a to 5h respectively illustrate each of the scanning patterns for an eight-layer sequence of cross sections using the character order of Example #3 of alternating sequencing.

Fig. 6a,6b,6c stellen die Spalte zwischen Platten auf einer ersten Schicht dar, die auf einer zweiten Schicht mit leicht versetzten Platten ausgefüllt werden, gefolgt von Verkitten zwischen den versetzten Platten.Fig. 6a,6b,6c show the gaps between panels on a first layer, which are filled with slightly offset panels on a second layer, followed by grouting between the offset panels.

Fig. 7 stellt das Verschließen von Spaltenzwischenplatten aufFig. 7 shows the closing of gap intermediate plates on

einer ersten Schicht mit einem zumindest teilweise schwebenden Glied auf einer zweiten Schicht dar, wobei der schwebende Teil mit einer benachbarten Platte auf der ersten Schicht vernietet ista first layer with an at least partially floating member on a second layer, wherein the floating part is riveted to an adjacent plate on the first layer

Fig. 8a bis 8g stellen verschiedene Orientierungen von Vektoren &eegr; und n+1 zusammen mit verschiedenen virtuellen Abtastphasen dar, denen gefolgt werden kann, um von &iacgr;&ogr; dem Vektor &eegr; zu dem Vektor n+1 abzutasten.Figures 8a to 8g illustrate different orientations of vectors η and n+1 together with different virtual sampling phases that can be followed to sample from the vector η to the vector n+1.

Der erste Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft Verfahren eine Vorrichtung zum Verbessern der Teilegenauigkeit durch Bereitstellen von verbesserten stereolithographischen Vektorabtastprozeduren, die als is "Unterbrochene Abtastung" bekannt sind.The first aspect of the present invention relates to methods and apparatus for improving part accuracy by providing improved stereolithographic vector scanning procedures known as "interrupted scanning".

"Unterbrochene Abtastung" bezieht sich auf Abtasten zumindest eines Teiles einer Schicht, um Material zu verfestigen, um einen Teil eines dreidimensionalen Gegenstandes durch Exponieren zumindest eines Vektors mit einem oder mehr Spalten längs seiner Länge zu bilden, um übertragene Beanspruchung zu lockern. Die Abschnitte des Vektors, der eine Verfestigung von Material verursachen soll, können aufeinanderfolgend längs der Länge des Vektors gebildet sein, verschachtelt zwischen exponierten Abschnitten anderer Vektoren, oder durch nichtaufeinanderfolgendes Bilden aller Abschnitte eines Vektors vor dem Bilden irgendwelcher Abschnitte eines zweiten Vektors."Intermittent scanning" refers to scanning at least a portion of a layer to solidify material to form a portion of a three-dimensional object by exposing at least one vector with one or more gaps along its length to relax transmitted stress. The portions of the vector intended to cause solidification of material may be formed sequentially along the length of the vector, interleaved between exposed portions of other vectors, or by non-sequentially forming all portions of one vector before forming any portions of a second vector.

Lange Vektoren können enorme Mengen an Krausem verursachen, wenn sie ausgehärtet und an einer vorhergehenden Schicht angehaftet werden, während sie noch schrumpfen. Diese beanspruchungsinduzierende HaftungLong vectors can cause enormous amounts of frizz when they are cured and adhered to a previous layer while still shrinking. This stress-inducing adhesion

an der vorhergehenden Schicht kann längs der Länge des Vektors auftreten. Im Falle eines schwebenden Vektors, wenn eine zurückgezogene Vektorgestaltung nicht verwendet wird, kann es auftreten, wo die Enden des Vektors sich an einer Grenze anfügen.at the previous layer can occur along the length of the vector. In the case of a floating vector, if a retracted vector design is not used, it can occur where the ends of the vector join at a boundary.

Bei der "Technik der unterbrochenen Abtastung" werden Vektoren mit periodischen Unterbrechungen längs ihrer Länge gezogen. Die unterbrochenen Vektoren können in einer Einzeldurchganggestaltung gebildet werden, wobei Haftung mit der vorhergehend gebildeten Schicht ausgehärteten Materials nach Exposition zu dem ersten Durchgang auftritt. Alternativ und bevorzugter wird eine Mehrdurchgang-Gestaltung verwendet, wobei Haftung mit der vorhergehenden Schicht nicht nach dem ersten Durchgang auftritt, sondern anstelle bei einem späteren Durchgang auftritt. Bei der Mehrdurchgang-Gestaltung können die vielfachen Expositionen auftreten durch Wiederabtasten des gleichen Vektors mehrere Male oder alternativ durch Abtasten verschiedener Pfade, die sich an einem oder mehreren Punkten überlappen, was in vielfachen Expositionen an diesen Punkten resultiert. Wie beim Plattenlegen ist die exponierte Länge beträchtlich länger als der Spalt zwischen Unterbrechungen. Die Länge von Festkörpern zwischen Unterbrechungen ist bevorzugt ungefähr 2,5 mm bis 120 mm, wobei die Länge der Spalte 0,025-0,250 mm ist. Die Unterbrechungen in den Vektoren können in einem zufälligen Muster über die Länge eines Vektors sein, oder die Unterbrechungen in benachbarten Vektoren können ein Zufallsmuster bilden. Alternativ, und derzeit bevorzugt, sind Verfahren, die Unterbrechungen verwenden, die auf eine reguläre oder zumindest vorhersagbare Weise gebildet sind.
Die individuell gebrochenen Vektoren können entweder zu einer Tiefe ausgehärtet sein, die Haftung verursacht, oder sie können zu einer geringeren Tiefe ausgehärtet sein und dadurch schwebend verbleiben, oder ein Ende kann an der vorhergehenden Schicht angehaftet sein,
In the "intermittent scanning" technique, vectors are drawn with periodic interruptions along their length. The interrupted vectors may be formed in a single pass design, wherein adhesion to the previously formed layer of cured material occurs after exposure to the first pass. Alternatively, and more preferably, a multiple pass design is used, wherein adhesion to the previous layer does not occur after the first pass, but instead occurs on a later pass. In the multiple pass design, the multiple exposures may occur by re-sampling the same vector multiple times, or alternatively by scanning different paths that overlap at one or more points, resulting in multiple exposures at those points. As in slab laying, the exposed length is considerably longer than the gap between interruptions. The length of solids between interruptions is preferably about 2.5 mm to 120 mm, with the length of the gap being 0.025-0.250 mm . The breaks in the vectors may be in a random pattern over the length of a vector, or the breaks in adjacent vectors may form a random pattern. Alternatively, and currently preferred, are methods that use breaks formed in a regular or at least predictable manner.
The individually broken vectors may either be cured to a depth that causes adhesion, or they may be cured to a lesser depth and thereby remain floating, or one end may be adhered to the previous layer,

wobei der größte Teil des Vektors schwebt. Die letzten beiden Optionen werden am meisten bevorzugt.with most of the vector floating. The last two options are most preferred.

Ein erstes "Verfahren der unterbrochenen Abtastung" überlagert die unterbrochene Abtastung über ein Webexpositionsmuster. Die Webaufbauoder Expositionstechnik wird in der PCT-Veröffentlichung WO91/06378, veröffentlicht am 16. Mai 1991, beschrieben. Die Webaufbautechnik exponiert Querschnitte niit zumindest zwei Typen von nichtparallelen Schraffierungsvektoren, wobei effektive Haftung (die in der Lage ist, &iacgr;&ogr; signifikantes Krausem zu übertragen) nur an den überlappenden Punkten zwischen den Vektoren von zwei Schraffierungstypen auftritt. Zusätzlich sind die Schraffierungsvektoren jedes Typs so nahe wie möglich zusammen beabstandet, ohne so nahe beabstandet zu sein, daß sie Kräuseln in benachbarten Vektoren induzieren können, oder daß Kräuseln in ihnen durch benachbarte Vektoren induziert wird.A first "interrupted scanning" method superimposes the interrupted scanning over a web exposure pattern. The web build or exposure technique is described in PCT publication WO91/06378, published May 16, 1991. The web build technique exposes cross sections with at least two types of non-parallel hatch vectors, where effective adhesion (capable of transmitting significant curl) occurs only at the overlapping points between the vectors of two hatch types. In addition, the hatch vectors of each type are spaced as closely together as possible without being spaced so closely that they can induce curl in neighboring vectors, or that curl is induced in them by neighboring vectors.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der gewebt-unterbrochenen Abtastung ist, einen ersten Durchgang über ein Gitter von Platten (den schwebenden Durchgang) abzutasten, gefolgt von einem zweiten Durchgang über ein zweites Gitter von Platten, um das Weben zu vervollständigen. Das zweite Gitter von Platten ist von dem ersten Gitter verschoben und wird nach einer ausreichenden Verzögerung exponiert, um den gebrochenen Vektoren des ersten Durchganges zu erlauben, vor der Anhaftung aneinander oder an der vorhergehenden Schicht zu schrumpfen. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn hexagonale Plattenmuster verwendet werden. Um die Möglichkeit bevorzugter Achsen zu beseitigen, kann das hexagonale Gitter zwischen Durchgängen rotiert werden, genauso wie versetzt, oder alternativ kann das hexagonale Gitter rotiert oder verschoben werden von Schicht zu Schicht.A first embodiment of woven-interrupted scanning is to scan a first pass over a grid of plates (the floating pass) followed by a second pass over a second grid of plates to complete the weaving. The second grid of plates is displaced from the first grid and is exposed after a sufficient delay to allow the fractured vectors of the first pass to shrink before adhering to each other or to the previous layer. This is particularly advantageous when hexagonal plate patterns are used. To eliminate the possibility of preferred axes, the hexagonal grid can be rotated between passes, as well as offset, or alternatively the hexagonal grid can be rotated or translated from layer to layer.

• · * •• · * •

• ··

- 10 -- 10 -

Fig. la stellt eine Draufsicht eines ausgehärteten Materials nach einem ersten Durchgang über ein quadratisches Plattengitter dar. Fig. Ib stellt die gleiche Draufsicht nach einem zweiten Durchgang über ein versetztes quadratisches Plattengitter dar. Wie es aus Fig. Ib gesehen werden kann, enthält dieses versetzte gewobene Plattengitter potentiell noch zwei schwache Achsen.Fig. la represents a top view of a cured material after a first pass over a square plate grid. Fig. lb represents the same top view after a second pass over an offset square plate grid. As can be seen from Fig. lb, this offset woven plate grid potentially still contains two weak axes.

Die Fig. 2a, 2b und 2c sind ähnlich zu den Fig. la und Ib, aber sie verwenden ein hexagonales Plattengitter. Wie aus Fig. 2b gesehen werdenFig. 2a, 2b and 2c are similar to Fig. la and 1b, but they use a hexagonal plate lattice. As can be seen from Fig. 2b

&iacgr;&ogr; kann, hat das hexagonale versetzt gewebte Plattenmuster keine langen geraden schwachen Achsen. Fig. 2c stellt eine alternative versetzende Technik dar, wobei das hexagonale Plattengitter sowohl rotiert als auch versetzt ist. Da die Länge und Breite der Hexagone nicht gleich ist, bildet das in Fig. 2c dargestellte Verfahren nicht ein einfaches rekursives Muster.“, the hexagonal staggered woven plate pattern has no long straight weak axes. Fig. 2c illustrates an alternative staggering technique where the hexagonal plate lattice is both rotated and staggered. Since the length and width of the hexagons are not equal, the process illustrated in Fig. 2c does not form a simple recursive pattern.

Es gibt verschiedene Wege, den unterbrochenen Abtastungsgesichtspunkt der vorliegenden Erfindung zu implementieren. Eine Implementierung betrifft Steuern des Abtastsystemes, als ob keine Unterbrechung in Verbindung mit der Anordnung einer physikalischen Barriere, zum Beispiel einer Maske, zwischen den Abtastspiegeln und der Oberfläche des Aufbaumaterials vorweggenommen sei. Zum Beispiel kann diese physikalische Barriere die Form eines Gittermusters annehmen, das selektiv den Strahl blockiert, um dadurch die Bildung von Unterbrechungen in dem ausgehärteten Material zu verursachen. Diese Barriere kann selektiv in und aus dem Ort bewegt werden, wie benötigt.There are several ways to implement the discontinuous scanning aspect of the present invention. One implementation involves controlling the scanning system as if no discontinuity is anticipated in conjunction with the placement of a physical barrier, e.g. a mask, between the scanning mirrors and the surface of the build material. For example, this physical barrier may take the form of a grid pattern that selectively blocks the beam, thereby causing the formation of discontinuities in the cured material. This barrier may be selectively moved in and out of place as needed.

Eine zweite Implementierung betrifft Liefern von Steuerinformation zu dem Abtastspiegel- und Verschlußsystem, um eine selektive Exposition des Mediums zu verursachen. Die Steuerinformation kann von einemA second implementation involves providing control information to the scanning mirror and shutter system to cause selective exposure of the medium. The control information may be from a

Programm geliefert werden, das Vektoren mit Unterbrechungen erzeugt, oder das, Unterbrechungen in Vektoren einfügt, die erzeugt und geliefert worden sind von einem zweiten Programm. Alternativ kann Vektorinformation geliefert werden ohne Unterbrechungen und Software- oder Hardware-Zusätze zu dem Spiegelsteuersystem können Unterbrechungen in die Vektoren gleichzeitig mit dem Abtasten der Vektoren einfügen. Diese letzte Alternative ist die bevorzugte Annäherung, da sie drastisch die Anzahl von Vektoren reduziert, die gespeichert und verarbeitet werden müssen. Eine andere Implementierung würde einen gepulstenprogram that generates vectors with interrupts, or that inserts interrupts into vectors generated and supplied by a second program. Alternatively, vector information can be supplied without interrupts and software or hardware additions to the mirror control system can insert interrupts into the vectors simultaneously with the sampling of the vectors. This last alternative is the preferred approach because it dramatically reduces the number of vectors that must be stored and processed. Another implementation would use a pulsed

&iacgr;&ogr; Laser zum Exponieren des Materials verwenden, wobei der Laserarbeitszyklus (Impulsmuster) durch Steuersignale moduliert würde, um die Bildung von Unterbrechungen zu verursachen.&iacgr;&ogr; Use lasers to expose the material, where the laser duty cycle (pulse pattern) would be modulated by control signals to cause the formation of discontinuities.

Der zweite Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft VerfahrenThe second aspect of the present invention relates to methods

is und eine Vorrichtung zum Verbessern der Teilegenauigkeit durch Liefern verbesserter stereolithographischer "Plattenleg'-Prozeduren. Die Bildung von stereolithographischen Teilen, wobei zumindest Abschnitte einer oder mehrerer Schichten in einem Plattenmuster exponiert werden, ist in der PCT-Veröffentlichung Nr. WO91/067378, veröffentlicht am 16. Mai 1991, offenbart.is and an apparatus for improving part accuracy by providing improved stereolithographic "plate laying" procedures. The formation of stereolithographic parts wherein at least portions of one or more layers are exposed in a plate pattern is disclosed in PCT Publication No. WO91/067378, published May 16, 1991.

"Plattenlegen" ist eine unterbrochene Exposition- oder Abtasttechnik, die sich auf relativ breite Bereiche anwendet im Gegensatz zu engen Bereichen, zum Beispiel Linien oder Vektoren. Die breiten Bereiche können aus Vektoren aufgebaut sein. Die "Platteri'-Exposition oder -Abtastung resultiert in unterschiedlichen Formen, die sehr gut zusammenpassen, aber nicht aneinander angehaftet sind. Die Intention dieses Verfahrens ist es, den Prozentsatz von ausgehärtetem Material in dem Aufbauprozeß zu maximieren, während das Kräuseln bei einem vertretbaren Niveau gehalten wird durch Reduzieren übertragener Beanspruchung, die Kräuseln"Platter laying" is an interrupted exposure or scanning technique that applies to relatively wide areas as opposed to narrow areas, for example lines or vectors. The wide areas can be built up of vectors. The "platter laying" exposure or scanning results in different shapes that fit together very well, but are not stuck together. The intention of this technique is to maximize the percentage of cured material in the build process while keeping curl at a reasonable level by reducing transmitted stress that causes curl.

- 12 -- 12 -

erzeugt. Ein wesentlicher Nachteil des Plattenlegens ist, daß es möglicherweise Teile mit geringerer Grünfestigkeit bereitstellen kann. Dieser Nachteil kann teilweise durch Aushärten des Materials zwischen den Platten, d.h. verkitten, nachdem die Platten gebildet worden sind, überwunden werden. Die Grünfestigkeit kann durch diese Technik erhöht werden, aber zumindest etwas Kräuselverwindung wird wieder eingeführt.A major disadvantage of slab laying is that it may provide parts with lower green strength. This disadvantage can be partially overcome by curing the material between the slabs, i.e. cementing it, after the slabs have been formed. Green strength can be increased by this technique, but at least some curl distortion is reintroduced.

Nach dem Bilden einer oder mehrerer Schichten mit Plattenlegen und ohne Verkitten ist es im allgemeinen wünschenswert, das Versetzen derAfter forming one or more layers with slab laying and without cementing, it is generally desirable to move the

&iacgr;&ogr; Platten von Schicht zu Schicht zu starten, oder das Verkitten zwischen den Platten zu beginnen, oder den Plattenlegprozeß zu stoppen, alles zusammen um eine geeignete strukturelle Integrität des Teils zu gewährleisten. Wenn das Plattenlegen jedoch unterbrochen, verkittet oder versetzt werden soll, ist es wichtig, jede Tendenz in Richtung Wiedereinführen von Krausem zu minimieren, das von dem Verschließen der Spalte resultieren kann. Wenn die Spalten geschlossen sind, kann jedes Schrumpfen von Material, das über dem Spalt auftritt, während das schrumpfende Material an beiden Enden des Spaltes anhaftet, Kräuselverwindung verursachen durch Tendieren dazu, die oberen Enden der Spalte enger zusammenzubringen (enger als der Abstand zwischen den Bodenkanten der Spalte). Da Spalte in relativ schwachen Achsen resultieren können, ist Wiedereinführung von Krausem sehr wahrscheinlich. Zusätzlich ist kürzlich experimentell verifiziert worden, daß Schrumpfen von aushärtendem Material noch auftreten kann, einige Sekunden nachdem die Exposition eines Bereiches abgestellt worden ist. Dies bedeutet, daß Verschließen eines Spaltes mit einer Linie von aushärtendem Material, das an der ersten Seite angehaftet ist, und das sich von der ersten Seite zu der zweiten Seite erstreckt, und an der zweiten Seite angehaftet ist, innerhalb von wenigen Sekunden, Beanspruchungen in den Teil induzieren kann, die zu Ve.rwindung führen können.“Starting panels from layer to layer, or starting cementing between panels, or stopping the panel laying process, all to ensure proper structural integrity of the part. However, if panel laying is to be interrupted, cemented, or staggered, it is important to minimize any tendency toward reintroduction of curl that may result from closing the gaps. When the gaps are closed, any shrinkage of material that occurs across the gap while the shrinking material adheres to both ends of the gap can cause curl distortion by tending to bring the tops of the gaps closer together (closer than the distance between the bottom edges of the gap). Since gaps can result in relatively weak axes, reintroduction of curl is very likely. In addition, it has recently been experimentally verified that shrinkage of curing material can still occur several seconds after exposure to an area has been stopped. This means that closing a gap with a line of hardening material, adhered to the first side, and extending from the first side to the second side, and adhered to the second side, can, within a few seconds, induce stresses in the part that can lead to distortion.

Eine bevorzugte Technik zum Verschließen von Spalten, und dadurch Sicherstellen einer geeigneten strukturellen Integrität eines Teiles, während die Wiedereinführung von Kräuseln vermieden wird, ist darauf basiert, sicherzustellen, daß zumindest ein wesentlicher Abschnitt des Materials, das über dem Spalt ausgehärtet wird, vor dem Anhaften des ausgehärteten Materials über dem Spalt an beiden Seiten des Spaltes schrumpfen darf.A preferred technique for closing gaps, and thereby ensuring adequate structural integrity of a part while avoiding the reintroduction of curl, is based on ensuring that at least a substantial portion of the material being cured over the gap is allowed to shrink on both sides of the gap prior to adhesion of the cured material over the gap.

Ein erstes Ausführungsbeispiel dieser Technik versetzt leicht die PlattenA first embodiment of this technique slightly offsets the plates

&iacgr;&ogr; auf einer zweiten Schicht von den entsprechenden Positionen von Platten auf der vorhergehenden (ersten) Schicht. Mit dem Versatz überdecken die Platten auf der zweiten Schicht im wesentlichen die Spalte zwischen den Platten auf der ersten Schicht, ohne vollständig die Spalte zu überbrücken. Dies vermeidet das gleichzeitige Anhaften einer einzelnen ausgehärteten schrumpfenden Masse an beiden Seiten der Spalte auf der ersten Schicht. Nach dem Zulassen einer ausreichenden Zeit für die Platten und das Material, die die Spalte überspannen, um ihr Schrumpfen zu vervollständigen, wird Verkitten zwischen den Platten auf der zweiten Schicht gebildet. Dieses Verkitten vervollständigt das Überbrükken des Spaltes mit nur minimalem Schrumpfen von Material über dem Spalt, während Anhaftung auf beiden Seiten existiert. Da dieses Verkitten von den Spalten auf der ersten Schicht versetzt ist, und da Schrumpfen von Material auf der zweiten Schicht über den Spalten auftritt, bevor das Verkitten gebildet ist, wird signifikant weniger Kräuseln eingeführt. Jede gewünschte Exposition kann verwendet werden, um das Verkitten zu bilden, ohne notwendigerweise auf Verkitten bei einer niedrigeren Exposition beschränkt zu sein als die Exposition, die verwendet wird, um die Platten auszuhärten.β on a second layer from the corresponding positions of plates on the previous (first) layer. With the offset, the plates on the second layer substantially cover the gaps between the plates on the first layer without completely bridging the gaps. This avoids the simultaneous adhesion of a single cured shrinking mass to both sides of the gap on the first layer. After allowing sufficient time for the plates and material spanning the gap to complete their shrinkage, cement is formed between the plates on the second layer. This cement completes the bridging of the gap with only minimal shrinkage of material across the gap while adhesion exists on both sides. Because this cement is offset from the gaps on the first layer, and because shrinkage of material on the second layer across the gaps occurs before the cement is formed, significantly less curl is introduced. Any desired exposure may be used to form the cement without necessarily being limited to cementing at a lower exposure than the exposure used to cure the panels.

Dieses erste Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 6a bis 6c gezeigt. Fig. 6a zeigt eine Seitenansicht eines Abschnittes eines Gegenstandes, der eine erste Schicht aufweist, die mit Platten 800 gebildet ist, und eine zweite Schicht mit leicht versetzten Platten 804 und versetztem Verkitten. Die Platten 804 der zweiten Schicht sind ausreichend von den Platten 800 auf der ersten Schicht versetzt, um im wesentlichen den Spaltbereich auf der ersten Schicht zu überdecken, ohne soweit versetzt zu sein, um an den benachbarten Platten auf der ersten Schicht anzuhaften. Das Verkitten 808 zwischen den Platten 804 auf der zweiten Schicht wird verfestigt, nachdem den Platten 804 auf der zweiten Schicht erlaubt worden ist, zu schrumpfen (zum Beispiel, im allgemeinen zumindest eine 3 bis 5 Sekundenverzögerung zwischen dem Vervollständigen benachbarter Platten und dem Beginnen zu verkitten, aber die Verzögerung kann mit dem Material variieren). Eine akzeptable Verzögerungszeit kann für ein gegebenes Material durch Aufbauen eines oder mehrerer Testteile bestimmt werden, die aus schwebenden Linien von Material bestehen, das nur an einem Ende befestigt ist, und durch Beobachten der Zeit, die für die linien erforderlich ist, um einen wesentlichen Abschnitt ihres Schrumpfens zu beenden. Fig. 6b zeigt eine Draufsicht der Platten 800 der ersten Schicht. Fig. 6c zeigt eine Draufsicht mit überlagerten Platten 800 der ersten Schicht und Platten 804 der zweiten Schicht und dem Verkitten 808 der zweiten Schicht.This first embodiment is shown in Figures 6a-6c. Figure 6a shows a side view of a portion of an article having a first layer formed with plates 800 and a second layer with slightly offset plates 804 and offset cement. The plates 804 of the second layer are sufficiently offset from the plates 800 on the first layer to substantially cover the gap area on the first layer without being offset enough to adhere to the adjacent plates on the first layer. The cement 808 between the plates 804 on the second layer is solidified after the plates 804 on the second layer have been allowed to shrink (for example, generally at least a 3 to 5 second delay between completing adjacent plates and beginning to cement, but the delay can vary with the material). An acceptable delay time can be determined for a given material by constructing one or more test parts consisting of floating lines of material secured at only one end and observing the time required for the lines to complete a substantial portion of their shrinkage. Figure 6b shows a top view of the first layer panels 800. Figure 6c shows a top view with first layer panels 800 and second layer panels 804 superimposed and second layer cement 808.

Ein zweites Ausführungsbeispiel dieser Technik bildet die zweite Schicht, auf der die Spalte geschlossen werden durch Schwebenlassen zumindest eines Endes des verfestigten Materials, das sich über den Spalt spannt, bis nachdem zumindest ein wesentlicher Abschnitt des Schrumpfens aufgetreten ist. Nachdem zugelassen wurde, daß Schrumpfen auftrat, kann das schwebende Ende (die schwebenden Enden) mit Nieten nach unten festgeheftet werden,..oder durch Mehrfach-Durchgang oder ähnlichem.A second embodiment of this technique forms the second layer, on which the gaps are closed by floating at least one end of the consolidated material spanning the gap, until after at least a substantial portion of shrinkage has occurred. After shrinkage is allowed to occur, the floating end(s) can be tacked down with rivets,...or by multiple passes or the like.

Niete und Mehrfach-Durchgang sind in dem US-Patent 5,104,592 und der PCT-PatentverÖffentlichung Nr. WO89/01801 offenbart.Rivet and multi-pass are disclosed in US Patent 5,104,592 and PCT Patent Publication No. WO89/01801.

Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht eines Spaltes 810 zwischen Platten 800 auf einer ersten Schicht, die nahe an einer zweiten Schicht sind, durch Schwebenlassen zumindest eines Endes von Uberbrückungsmaterial 814, bis das Überbrückungsmaterial das Schrumpfen beendet hat. Der Niet 818 vervollständigt den Verschlußpunkt.Figure 7 shows a side view of a gap 810 between panels 800 on a first layer that are close to a second layer by floating at least one end of bridging material 814 until the bridging material has finished shrinking. Rivet 818 completes the closure point.

&iacgr;&ogr; Zusätzliche Ausführungsbeispiele dieser Technik bringen den fortschreitenden teilweisen Verschluß der Spalte über eine Vielzahl von Schichten mit sich. Zum Beispiel kann ein Spalt teilweise von einer oder beiden Seiten auf einer zweiten Schicht verengt werden, gefolgt durch zusätzliches Verengen oder vollständigen Verschluß auf einer dritten oder&iacgr;&ogr; Additional embodiments of this technique involve progressively partially closing the gap across a plurality of layers. For example, a gap may be partially narrowed from one or both sides on a second layer, followed by additional narrowing or complete closing on a third or

is höheren Schicht.is higher class.

Wie es für den Fachmann offensichtlich sein wird, können diese Ausführungsbeispiele modifiziert oder/und kombiniert miteinander oder anderen Kräuselreduktionstechniken werden, um effektiv Spalte zu verschließen, ohne wesentliches Krausem wieder einzuführen.As will be apparent to those skilled in the art, these embodiments can be modified and/or combined with each other or other frizz reduction techniques to effectively close gaps without reintroducing significant frizz.

Wie bei dem Gesichtspunkt der unterbrochenen Abtastung dieser Erfindung, kann die Implementierung des Gesichtspunktes des Plattenverschlusses durch Software oder Hardware implementiert werden; durch Steuern des Abtastsystems oder/und Verschlusses; oder durch automatisches oder manuelles Anordnen eines expositionsunterbrechenden Gitters zwischen den Abtastspiegeln und der Oberfläche des Aufbaumaterials und durch Verschieben oder Ändern des Gitters, wenn es gewünscht ist, die Spalte zu schließen, die auf einer vorhergehenden Schicht gebildet worden sind.As with the interrupted scanning aspect of this invention, the implementation of the plate shutter aspect can be implemented by software or hardware; by controlling the scanning system and/or shutter; or by automatically or manually placing an exposure interrupting grid between the scanning mirrors and the surface of the build material and moving or changing the grid when it is desired to close the gaps formed on a previous layer.

Der dritte Gesichtspunkt dieser Erfindung zum Verbessern stereolithographisch hergestellter Teile ist als "wechselndes Sequenzieren" oder "reziprokes Sequenzieren" bekannt. Diese Technik- ist auf die verschiedenen Verfahren zum Aufbauen mit kontinuierlichen Häuten ("skintinuous") anwendbar, auf die schraffierten Aufbaustile und auf die ursprünglichen Verfahren zum Aufbauen vollständig fester Teile. Diese verschiedenen Aufbauverfahren sind in der PCT-Veröffentlichung Nr. WO91/06378, veröffentlicht am 16. Mai 1991, offenbart. Bei der konventionellen Stereolithographie ist die Vektorzeichenfolge im wesentlichen identisch vonThe third aspect of this invention for improving stereolithographically manufactured parts is known as "alternating sequencing" or "reciprocal sequencing". This technique is applicable to the various skintinuous build methods, the hatched build styles, and the original fully solid part build methods. These various build methods are disclosed in PCT Publication No. WO91/06378, published May 16, 1991. In conventional stereolithography, the vector string is essentially identical from

&iacgr;&ogr; Schicht zu Schicht. Dies ist insbesondere wahr, wenn Füll- und Schraffierungsvektoren betrachtet werden. Die Füllvektoren auf jeder Schicht werden gemäß den gleichen Regeln verarbeitet und in der gleichen Ordnung auf jeder Schicht ausgegeben. Zum Beispiel kann diese konventionelle Annäherung eine erste Menge von X-Schraffierungsvektoren abtasten, beginnend mit dem X-Schraffierungsvektor, der am nähesten zu der X-Achse (und dem Ursprung) ist, gefolgt durch Abtasten aufeinanderfolgender X-Schraffierangsvektoren, die weiter von der Achse sind. Nachdem alle die X-Schraffierungsvektoren verarbeitet worden sind, können dann die Y-Schraffierungsvektoren abgetastet werden, beginnend mit dem Y-Schraffierungsvektor, der am nähesten zu der Y-Achse (und dem Ursprung) ist, und gefolgt durch die Vektoren, die aufeinanderfolgend weiter weg sind. Diese konventionelle Annäherung führt zu den gleichen Aushärt- und Schrumpfkräften, die einander verstärken, wenn aufeinanderfolgende Schichten gezeichnet werden. Dies ist insbesondere wahr für identische oder fast identische Schichten. Daher, wenn es unausgeglichene Kräfte gibt, die einer bestimmten Aushärtordnung zugeordnet sind, auch wenn diese Kräfte klein sind, kann eine Verstärkung von Schicht zu Schicht eventuell genug Aufbau verursachen, um signifikante Pegel von Beanspruchung und Verwindung in einem Teil zu induzieren. Diese Verwindung kann in einem teilweise vervollständigtenγ layer to layer. This is especially true when considering fill and hatch vectors. The fill vectors on each layer are processed according to the same rules and output in the same order on each layer. For example, this conventional approach may sample a first set of X-hatch vectors, starting with the X-hatch vector closest to the X-axis (and origin), followed by sampling successive X-hatch vectors that are farther from the axis. After all the X-hatch vectors have been processed, the Y-hatch vectors may then be sampled, starting with the Y-hatch vector closest to the Y-axis (and origin), and followed by the vectors that are successively farther away. This conventional approach results in the same hardening and shrinking forces reinforcing each other as successive layers are drawn. This is especially true for identical or nearly identical layers. Therefore, if there are unbalanced forces associated with a particular cure order, even if these forces are small, layer-to-layer reinforcement may eventually cause enough buildup to induce significant levels of stress and distortion in a part. This distortion may occur in a partially completed

Teil gesehen werden, wenn es aufgebaut wird, oder sie kann kurz nach dem Nachaushärten gesehen werden, oder nachdem dem Teil erlaubt wird, nach dem Nachaushärten sich abzusetzen.part as it is being built up, or it may be seen shortly after post-curing, or after the part is allowed to settle after post-curing.

Dieses Problem ist im Stand der Technik wohlbekannt. Zum Beispiel tendieren einige symmetrische Teile dazu, in dem gleichen Bereich zu kräuseln aus zuvor nicht erklärbarem Grund. Ein Beispiel davon ist ein Teil, das ein SLAB-6 genannt wird. Dies ist ein 6-inch auf 6-inch auf 1/4-inch Höhe quadratisches Diagnoseteil. Beim wiederholten Aufbauen &iacgr;&ogr; dieses Teiles, unter Verwendung konventioneller Reihenfblgeregeln, tendiert die gleiche Ecke des Teiles dazu, sich von dem Träger wegzuziehen. Die primäre Differenz zwischen den Ecken des Teiles liegt in der Reihenfolge, in der sie gebildet werden.This problem is well known in the art. For example, some symmetrical parts tend to curl in the same area for a previously unexplained reason. An example of this is a part called a SLAB-6. This is a 6-inch by 6-inch by 1/4-inch high square diagnostic part. When this part is repeatedly built using conventional sequencing rules, the same corner of the part tends to pull away from the substrate. The primary difference between the corners of the part is in the order in which they are formed.

is Eine Lösung zu diesem Problem ist wechselndes Sequenzieren. Wechselndes Sequenzieren ist ein Verfahren zum Abtasten, wobei das Abtastmuster bewußt von Schicht zu Schicht geändert wird, was zu mehr gleichförmiger Streuung von Beanspruchungen führt, die sich während dem Aushärtprozeß aufbauen können. Das Muster des wechselnden Sequenzierens kann zufällig oder vorhersehbar sein. Es kann periodisch oder nichtperiodisch sein. is One solution to this problem is alternate sequencing. Alternate sequencing is a method of sampling where the sampling pattern is deliberately changed from layer to layer, resulting in more uniform spread of stresses that may build up during the curing process. The pattern of alternate sequencing can be random or predictable. It can be periodic or non-periodic.

Die derzeit bevorzugte stereolithographische Vorrichtung, insbesondere der SLA250, der von 3D-Systems, Incorporated aus Valencia, Kalifornien, USA hergestellt wird, verwendet ein konventionelles Reihenfolgemuster. Derzeit tastet das konventionelle Reihenfolgemuster alle Schraffierungsund Füllvektoren auf allen Scheibenschichten in der gleichen Folge ab. Zum Zwecke der Beschreibung nehmen wir an, daß die Maschine so orientiert ist, daß die Vorderseite der Wanne als Süden betrachtet wird und die Rückseite der Wanne als Norden, und daß, wenn man der Vorderseite der Wanne gegenübersteht (nach Norden schauend), die rechte Seite der Wanne Osten und die linke Seite Westen ist. SpezifischThe currently preferred stereolithographic machine, specifically the SLA250 manufactured by 3D Systems, Incorporated of Valencia, California, USA, uses a conventional sequence pattern. Currently, the conventional sequence pattern samples all hatch and fill vectors on all wafer layers in the same sequence. For purposes of description, we will assume that the machine is oriented so that the front of the tub is considered south and the back of the tub is considered north, and that when facing the front of the tub (facing north), the right side of the tub is east and the left side is west. Specifically

bei derzeitigen SLAs werden Y-Vektoren zuerst gezogen (sie laufen nach :": ·": ··' ·**.: .··. ···· in current SLAs, Y vectors are drawn first (they run according to :": ·": ··' ·**.: .··. ····

Norden und Süden), beginnend an der Ostseite der Wanne und in Richtung der Westseite der Wanne fortfahrend. Die X-Vektoren werden als zweites gezogen (sie laufen nach Osten und Westen) und breiten sich von Norden nach Süden aus. Dieses Zeichenmuster ist in Fig. 3 gezeigt, wobei die Nummern 1 bis 8 die Zeichenreihenfolge der Vektoren anzeigen. North and South), starting at the east side of the tub and proceeding towards the west side of the tub. The X vectors are drawn second (running east and west) and spread from north to south. This drawing pattern is shown in Fig. 3, with numbers 1 to 8 indicating the drawing order of the vectors.

Ein erstes Beispiel von wechselndem Sequenzieren verwendet X-Schraffieren und Y-Schraffieren, wobei die X-Schraffierungsvektoren abgetastet &iacgr;&ogr; werden, gefolgt durch Abtasten der Y-Schraffierungsvektoren auf einer ersten Schicht. Dann werden die Y-Schraffierungsvektoren abgetastet, gefolgt durch Abtasten der X-Schraffierungsvektoren auf einer zweiten Schicht und Wiederholen dieses Musters auf abwechselnden Schichten.A first example of alternating sequencing uses X-hatching and Y-hatching, where the X-hatch vectors are sampled followed by sampling the Y-hatch vectors on a first layer. Then the Y-hatch vectors are sampled, followed by sampling the X-hatch vectors on a second layer, and repeating this pattern on alternating layers.

is Ein zweites Beispiel dehnt die Zweischicht-Muster des ersten Beispieles auf ein Vier-Schicht-Muster aus. Auf der ersten Schicht wird die X-Schraffierung zuerst abgetastet, beginnend mit den Vektoren, die am nächsten zu der X-Achse (und dem Ursprung) sind, gefolgt durch Abtasten der Y-Schraffierungsvektoren, beginnend mit den Vektoren, die am nächsten zu der Y-Achse (und dem Ursprung) sind. Auf der zweiten Schicht werden X-Schraffierungsvektoren zuerst gezogen, beginnend mit den Vektoren, die am weitesten von der X-Achse (und dem Ursprung) entfernt sind, gefolgt durch Abtasten der Y-Schraffierungsvektoren, beginnend mit den Vektoren, die am weitesten von der Y-Achse (und demis A second example extends the two-layer patterns of the first example to a four-layer pattern. On the first layer, the X-hatch is sampled first, starting with the vectors closest to the X-axis (and the origin), followed by sampling the Y-hatch vectors starting with the vectors closest to the Y-axis (and the origin). On the second layer, X-hatch vectors are drawn first, starting with the vectors farthest from the X-axis (and the origin), followed by sampling the Y-hatch vectors starting with the vectors farthest from the Y-axis (and the

Ursprung) entfernt sind. Auf der dritten Schicht werden die Y-Schraffierungsvektoren zuerst abgetastet, beginnend mit denen, die am nächsten zu der Y-Achse (und dem Ursprung) sind, gefolgt durch Abtasten der X-Schraffierungsvektoren, beginnend mit denjenigen, die am nächsten zu der X-Achse (und dem Ursprung) sind. Auf der vierten und letzten Schicht, vor dem Wiederholen des Musters, werden die Y-Schraffierungsvektoren zuerst abgetastet durch Beginnen mit denjenigen, die am weitesten von der Y-Achse (und dem Ursprung) entfernt sind, gefolgt durch Abtasten der X-Schraffierungsvektoren durch Beginnen mit den Vektoren, die amorigin). On the third layer, the Y hatch vectors are sampled first, starting with those closest to the Y axis (and origin), followed by sampling the X hatch vectors, starting with those closest to the X axis (and origin). On the fourth and final layer, before repeating the pattern, the Y hatch vectors are sampled first, starting with those farthest from the Y axis (and origin), followed by sampling the X hatch vectors, starting with the vectors closest to the

weitesten von der X-Achse (und dem Ursprung) entfernt sind. Ein Beispiel dieser Zeichenreihenfolge für die vier charakteristischen Schichten des Musters ist in den Fig. 4a bis 4d dargestellt, wobei die Nummern 1 bis 8 die relative Zeichenreihenfolge der Vektoren darstellen.furthest from the X-axis (and the origin). An example of this drawing order for the four characteristic layers of the pattern is shown in Figs. 4a to 4d, where numbers 1 to 8 represent the relative drawing order of the vectors.

Ein drittes Beispiel ist durch die folgende Tabelle beschrieben, und ist in den Fig. 5a bis 5h gezeigt, wobei die Nummern 1 bis 8 die relative Zeichenreihenfolge der Vektoren anzeigen:A third example is described by the following table, and is shown in Figs. 5a to 5h, where the numbers 1 to 8 indicate the relative drawing order of the vectors:

&iacgr;&ogr; Beispiel 3: Ein 8-Scnicht-X/Y-Muster mit reziprokem Sequenzieren&iacgr;&ogr; Example 3: An 8-scnon-X/Y pattern with reciprocal sequencing

Fig. # Schicht-Nummer Vektortyp AusbreitungsrichtungFig. # Layer number Vector type Propagation direction

5a5a 11 Y
X
Y
X
Ost nach West
Nord nach Süd
East to West
North to South
2020 5b5b 22 X
Y
X
Y
Süd nach Nord
West nach Ost
South to North
West to East
2525 5c5c 33 • · ·**&phgr;• · ·**&phgr;
"··: .·""··: .·"
Y
X
Y
X
Ost nach West
Süd nach Nord
East to West
South to North
5d5d 44 X
Y
X
Y
Nord nach Süd
West nach Ost
North to South
West to East
3030 5e5e 55 Y
X
Y
X
West nach Ost
Süd nach Nord
West to East
South to North
5f5f 66 X
Y
X
Y
Nord nach Süd
Ost nach West
North to South
East to West
3535 5g5g 77 Y
X
Y
X
West nach Ost
Nord nach Süd
West to East
North to South
4040 5h5 hours 88th X
Y
X
Y
Süd nach Nord
Ost nach West
South to North
East to West
4545 ·: .*·. : .·
1 ." * ·
, ! : ««j·
·: .*·. : .·
1 ." * ·
, ! : ««j·

- 20 -- 20 -

Ähnliche Abtastmuster können entwickelt werden, basierend auf einer X/60/120-Schraffiening, oder anderen SchrafSerungs- und Fülltypen und andere alternative Reihenfolgen werden für den Fachmann offensichtlich sein. Zum Beispiel kann, wenn nur ein Vektortyp verwendet wird, die Ausbreitungsrichtung abwechselnd sequenziert werden. Zusätzlich, wie bei anderen Gesichtspunkten dieser Erfindung, können andere als vektordefinierte Pfade verwendet werden, zum Beispiel Abtastpfade, basierend auf komplexen Kurven oder ähnlichem können verwendet werden. Ähnlich kann die Zeichenreihenfolge auf der Teilgeometrie basiert sein, wobeiSimilar scanning patterns can be developed based on X/60/120 hatching, or other hatching and filling types, and other alternative orderings will be apparent to those skilled in the art. For example, if only one vector type is used, the propagation direction can be sequenced alternately. Additionally, as with other aspects of this invention, paths other than vector-defined can be used, for example, scanning paths based on complex curves or the like can be used. Similarly, the drawing order can be based on the part geometry, where

&iacgr;&ogr; eine feste Zeichenreihenfolge verwendet werden kann, um die Tendenz eines Gegenstandmerkmales zum Krausem oder nicht Kräuseln längs einer bestimmten Achse zu verstärken oder abzuschwächen. Zum Beispiel, wenn ein Auslegerabschnitt eines jeden Standes längs der x-Achse orientiert ist (die Länge längs der x-Achse ist größer als die Länge längs&iacgr;&ogr; a fixed character order can be used to strengthen or weaken the tendency of an object feature to curl or not curl along a particular axis. For example, if a boom section of each stand is oriented along the x-axis (the length along the x-axis is greater than the length along

is der y-Achse), kann Kräuseln längs der x-Achse durch Verfestigen des Auslegers unter Verwendung von nur Vektoren, die längs der y-Achse orientiert sind, reduziert werden. Wechselndes Sequenzieren ist ein leistungsfähiges Werkzeug, das zu gleichförmigeren internen Beanspruchungsverteilungen, reduzierten Verwindungen während dem Aufbau und verbesserter Gesamtteilegenauigkeit führt.is the y-axis), curl along the x-axis can be reduced by solidifying the cantilever using only vectors oriented along the y-axis. Alternate sequencing is a powerful tool that results in more uniform internal stress distributions, reduced distortion during build, and improved overall part accuracy.

Derzeit ist "Starweave", oder "Star Weave" das bevorzugteste Aufbauverfahren. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet eine X/Y-Webtechnik, bei der das Webmuster von Schicht zu Schicht versetzt ist, unter Verwendung des obenbeschriebenen 8-Schichten-Musters des wechselnden Sequenzierens zusammen mit den Schraffierungsvektoren, die von der Grenze an ihren Endpunkten zurückgezogen werden.Currently, "Starweave", or "Star Weave", is the most preferred construction method. This embodiment uses an X/Y weaving technique in which the weave pattern is staggered from layer to layer, using the 8-layer alternating sequencing pattern described above along with the hatch vectors being retracted from the boundary at their endpoints.

Beim konventionellen Weben werden X- und Y-Schraffierungsvektoren auf der &eegr;-ten Schicht, die eine Breite der ausgehärteten Linie L haben,In conventional weaving, X and Y hatching vectors on the &eegr;-th layer, which have a width of the cured line L,

-21-21

gezogen, wobei ihre jeweiligen Zentrumslinien im Abstand H von den Zentrumslinien ihrer nähesten Nachbarn sind. Die ausgehärteten Linien sind voneinander durch einen Abstand S = &EEacgr; - L getrennt. Auf der nächsten Schicht wird die Prozedur mit der Zentrumslinie eines Vektors wiederholt, auf der (n + l)-ten Schicht, die direkt über der Zentrumsschicht eines entsprechenden Vektors auf der &eegr;-ten Schicht liegt. Diese Prozedur wird dann auf allen Schichten fortgesetzt. Das Ergebnis ist das, daß an den Schnittpunkten der X- und Y-Vektoren die doppelt ausgehärteten Punkte direkt übereinandersitzen, und daß die Räume zwischen dendrawn with their respective center lines at a distance H from the center lines of their nearest neighbors. The cured lines are separated from each other by a distance S = &EEacgr; - L. On the next layer, the procedure is repeated with the center line of a vector on the (n + l)-th layer lying directly above the center layer of a corresponding vector on the &eegr;-th layer. This procedure is then continued on all layers. The result is that at the intersection points of the X and Y vectors, the doubly cured points sit directly on top of each other, and that the spaces between the

&iacgr;&ogr; doppelt ausgehärteten Punkten direkt übereinandersitzen. Demgemäß ist konventionelles Weben analog zum Aufbauen einer Wand mit Steinen, die direkt aufeinandergestapelt werden. Auf der anderen Seite ist bei dem Verfahren des versetzten Webens die Zentrumslinie eines gegebenen Vektors auf der (n + l)-ten Schicht versetzt oder gestaffelt bezüglich dem entsprechenden Vektor auf der &eegr;-ten Schicht. Außerdem ist die Menge an Versatz von Schicht zu Schicht ungefähr H/2. Demgemäß ist ein doppelt exponierter Punkt auf der (n + l)-ten Schicht in der Mitte zwischen den vier benachbarten doppelt exponierten Punkten auf der nten Schicht angeordnet. Daher ist versetztes Weben analog zum Aufbauen einer Wand, wobei die Positionen der Steine von denen auf der vorherigen Schicht versetzt sind. Wenn Weben mit einigen photopolymerischen Harzen verwendet wird, sind Mikrorisse zwischen benachbarten Vektorlinien beoachtet worden. Diese Mikrorisse sind durch Verwendung von versetztem Weben eliminiert worden. Natürlich sind andere Muster des Versetzens möglich, einschließlich zum Beispiel 3- oder 4-Schichtmuster. η doubly cured points sit directly on top of each other. Thus, conventional weaving is analogous to building a wall with bricks stacked directly on top of each other. On the other hand, in the offset weaving method, the center line of a given vector on the (n + l)th layer is offset or staggered with respect to the corresponding vector on the ηth layer. Moreover, the amount of offset from layer to layer is approximately H/2. Thus, a doubly exposed point on the (n + l)th layer is located midway between the four adjacent doubly exposed points on the nth layer. Therefore, offset weaving is analogous to building a wall with the positions of the bricks offset from those on the previous layer. When weaving is used with some photopolymeric resins, microcracks have been observed between adjacent vector lines. These microcracks have been eliminated by using offset weaving. Of course, other patterns of staggering are possible, including for example 3- or 4-layer patterns.

Die zurückgezogene Schraffierung, die bei "Star Weave" verwendet wird, betrifft Zeichnen von Vektoren, für das jeder nur an der Grenze semes Anfangspunktes angebracht ist, und um einen kleinen Abstand r von derThe retracted hatching used in "Star Weave" concerns drawing vectors for which each is attached only to the boundary of its start point, and by a small distance r from the

Grenze an sein entgegengesetztes oder Abschlußendes zurückgezogen wird. Der optimale Retraktionsabstand kann aufbaumaterialabhängig (z.B. Harz) sein, kann aber leicht durch Aufbauen verschiedener Diagnoseteile mit unterschiedlichen Mengen von Retraktion mit einem gegebenen Aufbaumaterial bestimmt werden, und durch darauffolgendes Bestimmen, welche Retraktionswerte mit den am genauesten gebildeten Teilen verbunden sind. Außerdem sollte die Retraktion selbst zwischen benachbarten Vektoren und möglicherweise zwischen Schichten abwechseln. Zum Beispiel könnte der erste X-Vektor an einem rechten Rand angebrachtboundary to its opposite or terminal end. The optimal retraction distance may be build material dependent (e.g. resin), but can be easily determined by building different diagnostic parts with different amounts of retraction with a given build material, and then determining which retraction values are associated with the most accurately formed parts. In addition, the retraction itself should alternate between adjacent vectors and possibly between layers. For example, the first X-vector could be placed at a right edge

&iacgr;&ogr; sein und um einen geeigneten Betrag (zum Beispiel 0,025 bis 1,3 mm, und bevorzugterweise 0,38 mm bis 0,76, und noch bevorzugter ungefähr 0,50 mm oder weniger) von dem Unken Rand zurückgezogen werden. Wie zuvor bemerkt, kann der benachbarte Vektor (oder ein wechselndes Muster von Vektoren) an dem linken Rand angebracht werden und von&iacgr;&ogr; and be retracted from the left edge by a suitable amount (for example, 0.025 to 1.3 mm, and preferably 0.38 mm to 0.76, and more preferably about 0.50 mm or less). As previously noted, the adjacent vector (or an alternating pattern of vectors) may be attached to the left edge and

is dem rechten Rand zurückgezogen werden. Eine ähnliche Retraktionstechnik wird für die Y-Vektoren verwendet. Vorteile von zurückgezogener Schraffierung umfassen reduzierte interne Beanspruchungen während dem Teileaufbauen, reduzierte Beanspruchungen auf Trägern mit einer entsprechenden Reduktion der Wahrscheinlichkeit von katastrophalem Trägerausfall, reduzierter zeitabhängiger Nachaushärtverwindung, bekannt als "Kriechen", und verbesserter Gesamtteilegenauigkeit.is retracted to the right edge. A similar retraction technique is used for the Y vectors. Benefits of retracted hatching include reduced internal stresses during part build, reduced stresses on beams with a corresponding reduction in the likelihood of catastrophic beam failure, reduced time-dependent post-cure distortion known as "creep," and improved overall part accuracy.

Eine erste Implementierung dieses Gesichtspunktes der Erfindung ist auf Softwareerzeugung basiert und der Ausgabe von Schraffierungs- und Füllvektoren gemäß den Regem eines der obengenannten Ausführungsbeispiele oder ähnlichem. Die Software kann die Schraffierungs- oder/und Füllvektoren bilden und sie zu einer Datei ausgeben, nachdem sie sie korrekt eingeordnet hat, oder alternativ kann die Software die Schraffierungs- oder/und Füllvektoren im wesentlichen bilden, wenn sie benötigt werden, und diese Vektoren direkt zu einem Scannersystem zum SteuernA first implementation of this aspect of the invention is based on software generation and output of hatch and fill vectors according to the rules of any of the above embodiments or similar. The software may form the hatch and/or fill vectors and output them to a file after correctly arranging them, or alternatively the software may essentially form the hatch and/or fill vectors when they are needed and output these vectors directly to a scanner system for controlling

der Verfestigung des Materials ausgeben. Vektorerzeugung und Sequenzieren kann auch durch geeignet konfigurierte Hardware gehandhabt werden. the solidification of the material. Vector generation and sequencing can also be handled by suitably configured hardware.

Der vierte Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfaßt verbesserte stereolithographische Expositionstechniken, die eine Kombination von einem schnellen Verschluß (z.B. einem akustooptischen Verschluß) und kreativen Abtasttechniken betreffen. Dieser Gesichtspunkt der Erfindung ist sowohl auf rotierende Abtastsysteme als auch Verschiebungsabtastsysteme anwendbar. Dieser Gesichtspunkt der Erfindung hat verschiedene Vorteile gegenüber konventionellen Abtasttechniken der Stereolithographie: 1) Verbesserte Erzeugung von scharfen Gegenstandsmerkmalen,
2) Möglichkeit, weniger teure Scanner zu verwenden, um Hochauflösungsteile zu erzeugen, 3) verbesserte Teilegenauigkeit durch verbesserte
The fourth aspect of the present invention includes improved stereolithographic exposure techniques involving a combination of a fast shutter (e.g., an acousto-optic shutter) and creative scanning techniques. This aspect of the invention is applicable to both rotary scanning systems and translation scanning systems. This aspect of the invention has several advantages over conventional stereolithography scanning techniques: 1) Improved generation of sharp object features,
2) Ability to use less expensive scanners to produce high resolution parts, 3) improved part accuracy through improved

is Exposition, 4) kleinere Laserstrahlpunktgröße auf der Arbeitsoberfläche, 5) längere Scannerlebenszeit, 6) verbesserte Teilegenauigkeit durch verbesserte Positionsgenauigkeit eines Scanner-Encodersystems auf Grund von konstanten Spiegelrotationsgeschwindigkeiten während der Teilexposition und 7) signifikant reduzierte Abtastzeiten, verglichen mit denen für Rasterabtasttechniken.is exposure, 4) smaller laser beam spot size on the work surface, 5) longer scanner lifetime, 6) improved part accuracy through improved positional accuracy of a scanner encoder system due to constant mirror rotation speeds during part exposure, and 7) significantly reduced scan times compared to those for raster scanning techniques.

Nachteile der konventionellen Stereolithographieexpositionssysteme betreffen beschränkte maximale Winkelbeschleunigung des Abtastspiegelsystems. Der erste Nachteil betrifft die Unmöglichkeit, gleichmäßig eine Linie von Material zu exponieren, wenn das Laserabtastsystem während dem Expositionsprozeß beschleunigen oder verlangsamen muß. Diese Notwendigkeit nach Beschleunigung während der Exposition und Grenzen bei der aktuell erreichbaren Beschleunigung führen zu einer maximalen Abtastgeschwindigkeit. Diese maximale Abtastgeschwindigkeit basiert auf der Notwendigkeit, eine relativ gleichförmige Exposition über die Länge einesDisadvantages of conventional stereolithography exposure systems relate to limited maximum angular acceleration of the scanning mirror system. The first disadvantage relates to the inability to uniformly expose a line of material when the laser scanning system must accelerate or decelerate during the exposure process. This need for acceleration during exposure and limits on the actually achievable acceleration lead to a maximum scanning speed. This maximum scanning speed is based on the need to achieve a relatively uniform exposure over the length of a

Vektors zu erhalten, was einen auf Perioden und Beschleunigungslängen beschränkt, die relativ kurz sind.vector, which limits one to periods and acceleration lengths that are relatively short.

Der zweite Nachteil bei konventionellen Abtasttechniken betrifft die Möglichkeit, scharfe Merkmale zu bilden. Beim Zeichnen von scharfen Merkmalen mit einem Vektorabtastsystem beschränkt die maximale Winkelbeschleunigungsfähigkeit und/oder die Fähigkeit des Servo-/Scannersystems die Genauigkeit des scharfen Merkmals. Diese Merkmale zeigen einen begrenzten Radius und manchmal ein Überschwingen oderThe second disadvantage with conventional scanning techniques concerns the ability to form sharp features. When drawing sharp features with a vector scanning system, the maximum angular acceleration capability and/or the capability of the servo/scanner system limits the accuracy of the sharp feature. These features exhibit a limited radius and sometimes overshoot or

&iacgr;&ogr; Ausschwingverhalten hinter dem scharfen Merkmal, das ungewollter Exposition entspricht. Um diese Ungenauigkeiten zu begrenzen, müssen Scanner mit hoher Beschleunigungsfähigkeit verwendet werden und überarbeitete Servoantriebe müssen entwickelt und optimiert werden für sowohl reguläre als auch scharfe Merkmalausführung. Abtastsysteme mit&iacgr;&ogr; decay behavior behind the sharp feature, which corresponds to unwanted exposure. To limit these inaccuracies, scanners with high acceleration capability must be used and redesigned servo drives must be developed and optimized for both regular and sharp feature execution. Scanning systems with

is höherer Beschleunigung sind teuerer und Doppelt-Funktions-Servooptimierung (für sowohl reguläre als auch scharfe Merkmale) begrenzt die Wirksamkeit bei regulären Merkmalen.is higher acceleration are more expensive and dual-function servo optimization (for both regular and sharp features) limits the effectiveness on regular features.

Die Punktgröße ist auch beeinträchtigt, da die Rotationsträgheit (das Trägheitsmoment) des Spiegels reduziert sein muß, um die notwendige Systembeschleunigungsfähigkeit zu erhalten. Dies verhindert die Verwendung von größeren Spiegeln bei existierenden Scannern, die eine größere Strahlgröße (kleinere f/Zahl) und eine kleinere fokussierte Punktgröße auf der Harzoberfläche erlauben wurden.Spot size is also compromised because the rotational inertia (moment of inertia) of the mirror must be reduced to obtain the necessary system acceleration capability. This prevents the use of larger mirrors in existing scanners that would allow a larger beam size (smaller f/number) and a smaller focused spot size on the resin surface.

Die Lebenszeit des Scanners ist auch beeinträchtigt durch die Spitzenwert tragenden Belastungen, die während diesen Manövern bei scharfen Merkmalen erzeugt werden.The lifetime of the scanner is also affected by the peak-bearing stresses generated during these maneuvers on sharp features.

Ein primäres Merkmal des Gesichtspunkts der Erfindung betrifft Abblenden des Strahles, wenn der Strahl eine signifikante Änderung in der Abtastgeschwindigkeit machen muß, d.h. Abfastrichtung und/oder Geschwindigkeit, oder über einen Bereich wandern muß, der nicht exponiertA primary feature of the aspect of the invention relates to dimming of the beam when the beam must make a significant change in scanning speed, i.e., scanning direction and/or velocity, or must travel over an area that is not exposed

s werden soll. Durch Abblenden des Strahles, wenn diese Zielpunkte der Nicht-Exposition des Wechsels der Richtung oder Wechsels der Geschwindigkeit erreicht sind, wird dem Abtastsystem ermöglicht, den Zielpunkt zu überschwingen und zu verzögern oder zu beschleunigen (einschließlich konstanter Geschwindigkeitsänderungen der Abtastrichtung),s should be. By stopping the beam when these target points of non-exposure to the change of direction or change of speed are reached, the scanning system is allowed to overshoot the target point and decelerate or accelerate (including constant speed changes of the scanning direction),

&iacgr;&ogr; während er hinter dem Zielpunkt und außerhalb des zu exponierenden Bereiches ist. Nachdem das Abtastsystem und daher der Strahl hoch zu der oder runter zu der geeigneten Expositionsgeschwindigkeit längs dem geeigneten Expositionspfad gebracht worden ist, und der Strahl über den Zielpunkt gelaufen ist, wird der Verschluß wiedergeöffnet, so daß der Strahl die Arbeitsoberfläche exponieren kann, um das Aufbaumedium geeignet zu transformieren.Î while behind the target point and outside the area to be exposed. After the scanning system and hence the beam has been brought up to or down to the appropriate exposure speed along the appropriate exposure path and the beam has passed over the target point, the shutter is reopened so that the beam can expose the work surface to appropriately transform the build medium.

Ein besonderes Ausführungsbeispiel dieses Gesichtpunkts der Erfindung betrifft die folgenden Schritte:
20
A particular embodiment of this aspect of the invention relates to the following steps:
20

1.) Vor dem Zeichnen oder während dem Zeichnen des Vektors &eegr; bei einer bestimmten Zeichengeschwindigkeit und -richtung, berechne Vektor &eegr; +1, um irgendwelche notwendigen Modifikationen an den Abtastparametern zu bestimmen, die gemacht werden sollen. Diese Abtastparameteränderungen betreffen die Bestimmung, ob oder ob nicht der Vektor &eegr; und der Vektor &eegr; +1 sich Kopf an Schwanz treffen, ob der Vektor &eegr; und &eegr; +1 unter Verwendung der gleichen Abtastgeschwindigkeit exponiert werden sollen, und ob oder ob nicht es eine Änderung in der Abtastrichtung zwischen den beiden Vektoren gibt, die eine signifikante Beschleunigung erfordert. Wenn der1.) Before drawing, or during drawing of vector η at a particular drawing speed and direction, calculate vector η +1 to determine any necessary modifications to the scanning parameters that should be made. These scanning parameter changes concern determining whether or not vector η and vector η +1 meet head to tail, whether vector η and η +1 should be exposed using the same scanning speed, and whether or not there is a change in scanning direction between the two vectors that requires a significant acceleration. If the

- 26 - - 26 -

Vektor &eegr; und &eegr; +1 sich Kopf an Schwanz treffen, gehe weiter zu Schritt 2a, wenn sie sich nicht Kopf an Schwanz treffen, gehe weiter zu Schritt 2b.Vector &eegr; and &eegr; +1 meet head to tail, go to step 2a, if they do not meet head to tail, go to step 2b.

2a) In Hinblick auf Vektoren, die sich Kopf an Schwanz treffen, wird ein geeigneter Laserpfadradius an einem hochkommenden scharfen Merkmal berechnet. Diese Berechnung kann die Abtastgeschwindigkeit oder Änderungen davon und die Änderung der Abtastrichtung (Winkel) betreffen. Der Zweck der Berechnung ist, einen Radius2a) In terms of vectors that meet head to tail, a suitable laser path radius is calculated at an up-coming sharp feature. This calculation may involve the scanning speed or changes thereto and the change of scanning direction (angle). The purpose of the calculation is to determine a radius

&iacgr;&ogr; vorherzusagen, basierend auf dem Wunsch, mögliche Abtastungenau-&iacgr;&ogr; based on the desire to predict possible sampling inaccuracies

igkeiten auf einem tolerierbaren Niveau zu halten. Diese Ungenauigkeiten umfassen Geschwindigkeitsungenauigkeiten genauso wie Positionsungenauigkeiten bei dieser Verbindung. Die Geschwindigkeitsungenauigkeiten werden bevorzugterweise unter einem Niveauinaccuracies at a tolerable level. These inaccuracies include speed inaccuracies as well as position inaccuracies for this connection. The speed inaccuracies are preferably kept below a level

is gehalten, das in Aushärttiefenfehlern von weniger als 0,050 mm undis maintained, which results in hardening depth errors of less than 0.050 mm and

noch bevorzugter 0,025 mm resultiert. Die Postionsungenauigkeiten werden vorzugsweise unter einem Niveau gehalten, das in verfestigendem Material resultieren wird, das mehr als 0,050 oder 0,076 mm aus der Position ist, und noch bevorzugter unter einem Niveau, das in verfestigendem Material resultieren würde, das mehr als 0,025 mm aus der Position ist, und am bevorzugtesten unter einem Niveau, das in einem Fehler resultieren wurde.more preferably 0.025 mm. The positional inaccuracies are preferably kept below a level that will result in solidifying material that is more than 0.050 or 0.076 mm out of position, and more preferably below a level that would result in solidifying material that is more than 0.025 mm out of position, and most preferably below a level that would result in an error.

3a) Bestimme, ob der vorhergesagte Radius geringer als oder größer als eine voremgestellte maximale Radiusgrenze ist. Wenn er geringer als die voreingestellte Radiusgrenze ist, wird der Übergang von Vektor &eegr; zu Vektor &eegr; +1 durch das konventionelle Abtastverfahren gemacht. Wenn der vorhergesagte Radius größer als die voreingestellte maximale Grenze ist, wird der Verschluß an der Verbindung der scharfen Ecke geschlossen, und das Abtastsystem fährt fort, über die3a) Determine whether the predicted radius is less than or greater than a preset maximum radius limit. If it is less than the preset radius limit, the transition from vector &eegr; to vector &eegr; +1 is made by the conventional scanning method. If the predicted radius is greater than the preset maximum limit, the shutter at the junction of the sharp corner is closed and the scanning system continues scanning over the

- 27 -- 27 -

Verbindung in der gleichen Richtung abzutasten, wie der, die für den. Vektor &eegr; abgetastet worden ist. Vor dem Beginnen des Abtastens oder während dem Annähern an die Verbindung, oder dem sich Abwenden davon, wird eine Trajektorie bestimmt, die die Abtastrichtung und -geschwindigkeit in eine Linie mit der gewünschten Position, der Abtastrichtung und -geschwindigkeit für den Vektor &eegr; +1 bringen wird. Wenn der Scanner den Strahl wieder in Richtung des Verbindungspunktes richtet, während er längs dem gewünschten Pfad bei der gewünschten Geschwindigkeit wandert, istconnection in the same direction as that which was scanned for the vector η. Before starting scanning or while approaching or turning away from the connection, a trajectory is determined that will bring the scanning direction and speed into line with the desired position, scanning direction and speed for the vector η +1. When the scanner directs the beam back toward the connection point while traveling along the desired path at the desired speed,

&iacgr;&ogr; der Verschluß geöffnet und der Vektor &eegr; +1 wird abgestastet. DieÎ&ogr; the shutter is opened and the vector Î+1 is sampled. The

bestimmte Trajektorie kann gemacht sein, um den Bogen der Rotation zu minimieren, mit dem der Strahl auf der Arbeitsoberfläche abtasten würde, wenn er nicht abgeblendet wäre. Alternativ kann der Strahl einfach gesteuert werden, um zu einem Punkt zu springen derparticular trajectory can be made to minimize the arc of rotation with which the beam would scan the work surface if it were not gated. Alternatively, the beam can simply be controlled to jump to a point of

is auf der linie des Vektors &eegr; +1 und bei solch einem Abstand vonis on the line of the vector &eegr; +1 and at such a distance of

dem Anfangspunkt des Vektors &eegr; +1 angeordnet ist, so daß der Strahl in Richtung des Anfangspunktes gerichtet ist, und während der Zeit, die er benötigt, um dorthin zu gehen, wandert er stabil bei der gewünschten Geschwindigkeit.the starting point of the vector η +1 so that the ray is directed towards the starting point, and during the time it takes to go there, it travels stably at the desired speed.

4a) Fortsetzen dieses Prozesses durch Speichern notwendiger Information oder Exponieren von Vektor &eegr; +1 und Bewerten Vektor &eegr; +2. Daher in den obigen Schritten &eegr; +1 durch &eegr; +2 ersetzen und &eegr; durch &eegr; +1 ersetzen.4a) Continue this process by storing necessary information or exposing vector η +1 and evaluating vector η +2. Therefore, in the above steps, replace η +1 with η +2 and replace η with η +1.

2b) Im Hinblick auf Vektoren, die sich nicht Kopf an Schwanz treffen, ist der Verschluß geschlossen, wenn der Verbindungspunkt überquert wird. Das Abtastsystem fährt fort über die Verbindung in der gleichen Richtung abzutasten, wie die, der für Vektor &eegr; abgetastet worden ist. Vor· dem Abtasten oder während dem Annähern der2b) With respect to vectors that do not meet head to tail, the shutter is closed when the connection point is crossed. The scanning system continues to scan across the connection in the same direction as that scanned for vector η. Before scanning or while approaching the

Verbindung oder beim Weglaufen davon, wird eine Trajektorie bestimmt, die die Abtastrichtung und -geschwindigkeit in eine Linie mit der gewünschten Anfangsposition, der Abtastrichtung und -geschwindigkeit für Vektor &eegr; +1 bringen wird. Wenn die Scanner den Strahl in Richtung des Anfangspunktes des Vektors &eegr; +1 richten, während er längs dem gewünschten Pfad bei der gewünschten Geschwindigkeit wandert, ist der Verschluß geöffnet und der Vektor &eegr; + 1 wird abgetastet.connection or moving away from it, a trajectory is determined that will bring the scanning direction and speed into line with the desired starting position, scanning direction and speed for vector η +1. When the scanners direct the beam toward the starting point of vector η +1 as it travels along the desired path at the desired speed, the shutter is open and vector η +1 is scanned.

&iacgr;&ogr; 3b) Fortsetzen dieses Prozesses durch Abspeichern von Information oder Exponieren von Vektor &eegr; +1 und Bewerten von Vektor &eegr; +2. Daher in dem obigen Schritt &eegr; +1 durch &eegr; +2 ersetzen und &eegr; durch &eegr; +1 ersetzen.&iacgr;&ogr; 3b) Continue this process by storing information or exposing vector &eegr; +1 and evaluating vector &eegr; +2. Therefore, in the above step, replace &eegr; +1 with &eegr; +2 and replace &eegr; with &eegr; +1.

is Die Figuren 8a bis 8g zeigen verschiedene Orientierungen von Vektor &eegr; und &eegr; +1, 900 bzw. 904, zusammen mit abgeblendeten (virtuellen) Abtastpfaden, während eine konstante Abtastgeschwindigkeit aufrecht erhalten wird, und eine maximal tolerierbare Beschleunigung implementiert wird, die durch 908 angezeigt ist. Alternativ können diese abgeblende ten Pfade 912 modifiziert werden durch Erlauben einer Änderung in der Abtastgeschwindigkeit vor und nach der Änderung in der Abtastrichtung (Winkelbeschleunigung des Strahles auf der Arbeitsoberfläche). Die Abtastgeschwindigkeit kann reduziert sein nachdem das Abblenden auftritt und vor der versuchten Winkelbeschleunigung und dann erhöht werden vor dem Wiederöffnen des Verschlusses. Wie angezeigt, kann dies kürzere virtuelle Abtastpfade erlauben, durch Erlauben eines engeren Drehradius. Figur 8a, b, c und e zeigen virtuellen Pfade bei konstanter Geschwindigkeit für verschiedene Typen von Verbindungen unter Verwendung eines maximal erlaubten Wertes der Winkelbeschleunigung. Die Figuren 8d und e zeigen virtuelle Pfade, wobei die Abtastgeschwindigkeitis Figures 8a through 8g show various orientations of vector η and η +1, 900 and 904 respectively, along with gated (virtual) scan paths while maintaining a constant scan speed and implementing a maximum tolerable acceleration indicated by 908. Alternatively, these gated paths 912 may be modified by allowing a change in scan speed before and after the change in scan direction (angular acceleration of the beam on the working surface). The scan speed may be reduced after the gated occurs and before the attempted angular acceleration and then increased before reopening the shutter. As indicated, this may allow shorter virtual scan paths by allowing a tighter turning radius. Figures 8a, b, c and e show virtual paths at constant speed for different types of connections using a maximum allowed value of angular acceleration. Figures 8d and e show virtual paths where the scanning speed

- 29 - - 29 -

linear verringert und beschleunigt wird vor der Winkelbeschleunigung, die beim Ändern der Richtungen beteiligt ist (kleinere Drehradien). Alternativ können die Figuren 8d und e angesehen werden, als ob sie virtuelle Pfade darstellen, bei denen es einen Wechsel in der Geschwindigkeit während dem virtuellen Abtasten gibt, um eine gewünschte Änderung in der Abtastgeschwindigkeit zwischen den zwei Vektoren anzupassen.is linearly decreased and accelerated before the angular acceleration involved in changing directions (smaller turning radii). Alternatively, Figures 8d and e can be viewed as representing virtual paths where there is a change in velocity during virtual scanning to accommodate a desired change in scanning velocity between the two vectors.

Andere alternative Annäherungen umfassen:Other alternative approaches include:

&iacgr;&ogr; 1.) Jede Kombination von Bewegungen hinter der Verbindung, die die maximale Spiegelbeschleunigung reduziert. Z. B. wie oben angezeigt, wenn ein scharfes Merkmal schärfer wird und eine 180°-Drehung annähert, kann die Technik konstanter Geschwindigkeit und minimalen Drehens in unakzeptierbaren Zeitverzögerungen resultieren (z. B.ββ 1.) Any combination of movements behind the link that reduces the maximum mirror acceleration. For example, as indicated above, as a sharp feature becomes sharper and approaches a 180° turn, the constant speed and minimal turning technique may result in unacceptable time delays (e.g.

is Figur 8e). Daher kann ein rechnerisch komplexeres Ausführungsbeispiel implementiert werden, bei dem es keinen Versuch gibt, die Größe der Winkeldrehung zu minimieren. Ein Beispiel diese Typs von Ausfuhrungsbeispiel ist in Figur 8g gezeigt, worin die virtuelle Abtastung mit einer leichten Winkelbeschleunigung in der Richtung entgegengesetzt zu der beginnt, die direkt den Abtastpfad parallel zu der geeigneten Richtung bringen würde. Dieser Typ von virtueller Abtastung ist als eine Drehung im "Flugzeugstil" bekannt. Der Vorteil dieser Verwendung entgegengesetzter Winkelbeschleunigung liegt in der reduzierten Abtastpfadlänge und der dadurch reduzierten virtuellen Abtastzeit. Diese Drehung vom Flugzeugtyp ist geeignet zum Abtasten von Schraffierungs- und Fülltypvektoren, wobei es einen kurzen Spalt zwischen den Vektoren und einer erforderten 180°-Drehung gibt.is Figure 8e). Therefore, a more computationally complex embodiment can be implemented in which there is no attempt to minimize the amount of angular rotation. An example of this type of embodiment is shown in Figure 8g, where the virtual scan begins with a slight angular acceleration in the direction opposite to that which would directly bring the scan path parallel to the appropriate direction. This type of virtual scan is known as an "airplane style" rotation. The advantage of using opposite angular acceleration in this way is the reduced scan path length and the resulting reduced virtual scan time. This airplane style rotation is suitable for scanning hatch and fill type vectors where there is a short gap between the vectors and a required 180° rotation.

- 30 -- 30 -

2.) Verwendung von Zweistufenabtasten, wobei grobe Scanner auf eine voreingestellte Beschleunigung begrenzt sind, während schnelle Scanner mit begrenztem Bereich die Ecken "verschärfen". Akkustooptische Kristallmodulatoren wirken als frequenzgesteuerte Brechungsgitter durch Variieren stehender Wellen innerhalb des Kristalls und können verwendet werden, um einen Strahl leicht für feine Positionseinstellungen abzulenken, oder um ihn ausreichend in eme Strahlenfalle abzulenken, dadurch als ein Verschluß wirkend. Daher kann ein Paar akkustooptischer Modulatoren oder ähnliches sowohl als Ver-Schlüsse als auch als Feineinstellscanner funktionieren. Ein Beispiel für einen anderen Anwärter für Feineinstellscanner sind piezoelektrische Kristallspiegel, die vor oder auf dem Verlauf der Hauptabtastspiegel montiert werden können.2.) Use of two-stage scanning, with coarse scanners limited to a preset acceleration, while fast scanners with limited range "sharpen" the corners. Acousto-optic crystal modulators act as frequency-controlled diffraction gratings by varying standing waves within the crystal, and can be used to slightly deflect a beam for fine position adjustments, or to deflect it sufficiently into a beam trap, thereby acting as a shutter. Therefore, a pair of acousto-optic modulators or similar can function as both shutters and fine-tuning scanners. An example of another candidate for fine-tuning scanners is piezoelectric crystal mirrors, which can be mounted in front of or on the path of the main scanning mirrors.

Eine erste Implementierung dieses Gesichtspunkts der Erfindung basiert darauf, daß das Programm, das die Vektordaten zum Exponieren einer Schichte erzeugt auch zusätzliche Nicht-Expositions-Vektordaten erzeugt und liefert, die anzeigen, wenn Abblenden auftreten soll, den Pfad, dem der Strahl folgen soll, wenn keine Exposition auftritt, um den Pfad und die Geschwindigkeit für den nächsten Expositionsvektor auszurichten, und anzeigen, wenn der Verschluß wiedergeöffnet werden sollte.A first implementation of this aspect of the invention is based on the program that generates the vector data for exposing a layer also generating and providing additional non-exposure vector data indicating when dimming should occur, the path the beam should follow if no exposure occurs to align the path and velocity for the next exposure vector, and indicating when the shutter should be reopened.

Eine zweite Implementierung dieses Ausführungsbeispiels basiert auf der Verwendung von Vektorexpositionsdaten kombiniert mit Abtastspiegel, Steuersoftware oder -hardware, die die Geschwindigkeit, den Endpunkt und die Abtastrichtung eines ersten Vektors mit der Geschwindigkeit, dem Anfangspunkt und der Abtastrichtung eines zweiten Vektors vergleicht, und bestimmt, ob Abblenden und/oder virtuelles Abtasten notwendig ist.A second implementation of this embodiment is based on the use of vector exposure data combined with scanning mirror, control software or hardware that compares the velocity, end point and scanning direction of a first vector to the velocity, start point and scanning direction of a second vector, and determines whether dimming and/or virtual scanning is necessary.

Bei jeder Implementierung kann das virtuelle Abtasten nach dem Verlassen des ersten Vektors und vor dem Beginnen der Exposition des zweiten Vektors vollständig oder nur teilweise gesteuert werden. Bei der Betriebsart mit verschlossenem Verschluß ist der exakte Wanderpfad des Strahles nicht kritisch, solange der Pfad und die Geschwindigkeit eingestellt sind, um den Anfangspunkt des zweiten Expositionsvektors längs der geeigneten Richtung und bei der geeigneten Geschwindigkeit zu treffen. In anderen Worten, nach dem Überqueren des Endpunktes des ersten Vektors und Verschließen des Verschlusses kann das AbtastsystemIn each implementation, the virtual scanning can be fully or partially controlled after leaving the first vector and before starting exposure of the second vector. In the shutter-locked mode, the exact travel path of the beam is not critical as long as the path and speed are adjusted to hit the starting point of the second exposure vector along the appropriate direction and at the appropriate speed. In other words, after crossing the end point of the first vector and closing the shutter, the scanning system can

&iacgr;&ogr; gesteuert werden, um einfach zu einem neuen virtuellen Vektoranfangspunkt zu springen, der nahe genug zu dem Anfangspunkt des zweiten Vektors ist, so daß wenig Zeit verschwendet wird, während der virtuellen Abtastung, gerade mit dem zweiten Expositionsvektor ausgerichtet und weit genug von dem Anfangspunkt des zweiten Vektors, so daß ausreichend Zeit verfügbar ist, um die Strahlposition und -geschwindigkeit zu stabilisieren, bevor der Anfangspunkt erreicht wird.&iacgr;&ogr; to simply jump to a new virtual vector start point that is close enough to the start point of the second vector so that little time is wasted during the virtual scan, just aligned with the second exposure vector, and far enough from the start point of the second vector so that sufficient time is available to stabilize the beam position and velocity before the start point is reached.

Alternative Ausführungsbeispiele umfassen jede Kombination von Expositionsvektoren, die während dem Abtasten so wie benötigt oder vorher erzeugt werden, und die Erzeugung von Nicht-Expositionsvektoren während dem Abtasten. Zur rechnerischen Einfachheit kann allen Vektoren virtuelles Abtasten folgen, gefolgt von Wiederausrichtung zum Abtasten des nächsten Expositionsvektors. Es ist jedoch bevorzugter, zumindest kontinuierliches Expositionsabtasten zu erlauben, wenn Vektoren sich längs der gleichen linie Kopf an Schwanz treffen. Es ist noch bevorzugter, kontinuierliches Abtasten zu erlauben, wenn Vektoren sich Kopf an Schwanz mit nur einer leichten Beschleunigung treffen und (eine Beschleunigung, die in einer minimalen Änderung in der Aushärttiefe des Materials, das von dem Strahl exponiert wird, resultiert, bevorzugterweise weniger als 2 mil Änderung in der Aushärttiefe und noch bevorzug-Alternative embodiments include any combination of exposure vectors generated during scanning as needed or prior to scanning and the generation of non-exposure vectors during scanning. For computational simplicity, all vectors may be followed by virtual scanning, followed by realignment to scan the next exposure vector. However, it is more preferred to allow at least continuous exposure scanning when vectors meet head to tail along the same line. It is even more preferred to allow continuous scanning when vectors meet head to tail with only a slight acceleration and (an acceleration resulting in a minimal change in the cure depth of the material exposed by the beam, preferably less than 2 mil change in cure depth and even more preferably

terweise weniger als 1 mil Änderung in der Aushärttiefe), die erforderlich ist, um die Geschwindigkeit oder die Richtung zu ändern.typically less than 1 mil change in cure depth) required to change speed or direction.

Es ist derzeit bevorzugt zum Aufrechterhalten der maximalen Strahlleistung den Modus null-ter Ordnung des akkusto-optischen Modulators zur Exposition zu verwenden und eine Ablenkung erster Ordnung in dem Nicht-Expositionsmodus. Wenn der Strahl jedoch in dem Modus der ersten Ordnung ist, verschwindet der Modus null-ter Ordnung nicht vollständig, demgemäß kann Exposition immer noch auftreten. Wenn bei &iacgr;&ogr; einer gegebenen Anwendung der Abschwächungskoeffezient hoch genug ist, wenn man von der null-ten Ordnung "ein" zur ersten Ordnung "aus" geht, auf Kosten der reduzierten Strahlintensität, können die Ein-/AusReihenfolgen und optischen Pfade umgekehrt werden, um dadurch einen unendlichen Abschwächungskoeffizient zu erlauben.It is currently preferred to maintain maximum beam power to use the zero-order mode of the acousto-optic modulator for exposure and first-order deflection in the non-exposure mode. However, when the beam is in the first-order mode, the zero-order mode does not completely disappear, thus exposure can still occur. For a given application, if the attenuation coefficient is high enough when going from zero-order "on" to first-order "off" at the expense of reduced beam intensity, the on/off sequences and optical paths can be reversed, thereby allowing an infinite attenuation coefficient.

Während vier Gesichtspunkte der Erfindung getrennt dargestellt worden sind, umfaßt ein fünfter Gesichtspunkt dieser Erfindung jede Kombination der obigen vier Gesichtspunkte. Es wird für den Fachmann offensichtlich sein, daß zahlreiche Kombinationen der Gruppen gemacht werden können, was in weiteren Verbesserungen bei der Herstellung stereolitografischer Teile resultiert. Insbesondere wird bemerkt, daß Gesichtspunkt 4 mit den Gesichtspunkten 1 bis 3 zur besseren Steuerung der Exposition kombiniert werden kann, und daß die Gesichtspunkte 1 bis 3 paarweise oder als Trio kombiniert werden können.While four aspects of the invention have been presented separately, a fifth aspect of this invention encompasses any combination of the above four aspects. It will be apparent to those skilled in the art that numerous combinations of the groups can be made, resulting in further improvements in the manufacture of stereolithographic parts. In particular, it is noted that aspect 4 can be combined with aspects 1 to 3 for better control of exposure, and that aspects 1 to 3 can be combined in pairs or as a trio.

Die vier Gesichtspunkte der Erfindung sollten zu dem notwendigen oder gewünschten Ausmaß verwendet werden, um ausreichende Reduktion bei der Verwindung zu erreichen.The four aspects of the invention should be used to the extent necessary or desired to achieve sufficient reduction in distortion.

• ··

• ··

Zusätzlich sind alle vier Gesichtspunkte der Erfindung in gleicher Weise auf Aufbautechniken von oben nach unten als auch auf Techniken von der rechten Seite anwendbar, genauso wie auf unterschiedliche Typen von Aufbaumaterialien einschließlich flüssiger Polymere, sinterbarer Pulver und bindbarer Pulver. Alle Gesichtspunkte der Erfindung sind auch auf eine Expositionstechnik anwendbar, die Abtastpfade verwendet, die durch andere als Vektoren gesteuert sind. Es wird auch offensichtlich sein, daß die durch diese Erfindung zu formenden dreidimensionalen Gegenstände auf viele Weisen verwendet werden können. Z. B. können sie als Endprodukte für bestimmte Anwendungen oder als Muster für Reproduktionen des Gegenstandes aus anderen Materialien, oder als Muster zum Bilden notwendiger Werkzeuge für hochvolumige Reproduktionen eines Gegenstandes verwendet werden.In addition, all four aspects of the invention are equally applicable to top-down and right-side build techniques, as well as to different types of build materials including liquid polymers, sinterable powders, and bondable powders. All aspects of the invention are also applicable to an exposure technique that uses scan paths controlled by other than vectors. It will also be apparent that the three-dimensional objects to be formed by this invention can be used in many ways. For example, they can be used as end products for particular applications, or as patterns for reproductions of the object in other materials, or as patterns for forming necessary tools for high volume reproductions of an object.

Claims (55)

EP 92912072.3 1. Februar 1993 3D Systems, Inc. D 17339EPDEGbm F/La/is SchutzansprücheEP 92912072.3 1 February 1993 3D Systems, Inc. D 17339EPDEGbm F/La/is Claims 1. Eine verbesserte stereolithographische Vorrichtung1. An improved stereolithographic device zum Aufbauen eines dreidimensionalen Gegenstandes aus einem Medium, das nach Exposition gegenüber synergistischer Stimulierung transformierbar ist,for constructing a three-dimensional object from a medium that is transformable after exposure to synergistic stimulation, die eine Einrichtung zum Erzeugen synergistischer Stimulierung,which comprises a device for producing synergistic stimulation, eine Einrichtung zum Bilden aufeinanderfolgender Schichten eines Mediums zur Vorbereitung des Bildens von Schichten des Gegenstandes undmeans for forming successive layers of a medium in preparation for forming layers of the article and eine Einrichtung zum Bilden aufeinanderfolgender Schichten des Gegenstandesa device for forming successive layers of the article durch selektives Exponieren der aufeinanderfolgenden Schichten des Mediums gegenüber synergistischer Stimulierungby selectively exposing successive layers of the medium to synergistic stimulation in Mustern entsprechend aufeinanderfolgenden Querschnitten eines dreidimensionalen Gegenstandes aufweist,in patterns corresponding to successive cross-sections of a three-dimensional object, um den dreidimensionalen Gegenstand Schicht um Schicht aufzubauen, wobei die Muster Expositionspfade aufweisen,to build the three-dimensional object layer by layer, with the patterns showing exposure paths, gekennzeichnet, durchmarked by eine Einrichtung zum Bilden - zumindest von Abschnitten - einer Vielzahl von Schichtena device for forming - at least sections - of a plurality of layers durch Exponieren einer ersten Schicht längs zumindest einer Menge &iacgr;&ogr; von Expositionspfadenby exposing a first layer along at least a set of exposure paths und eine Einrichtung zum Ändern der Reihenfolge, in der die zumindest eine Menge von Expositionspfaden während der Bildung einer darauffolgenden Schicht exponiert wird.and means for changing the order in which the at least one set of exposure pathways is exposed during formation of a subsequent layer. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Ausbreitungsrichtung der zumindest einen Menge von Pfaden durch die Änderungseinrichtung invertiert wird zwischen der ersten und einer folgenden Schicht.2. Device according to claim 1, wherein the propagation direction of the at least one set of paths is inverted by the changing device between the first and a subsequent layer. 3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die zumindest eine Menge von Pfaden in der Änderungseinrichtung erste und zweite - und ggf. weitere - Mengen von Pfaden aufweist.3. Device according to claim 1, wherein the at least one set of paths in the changing device comprises first and second - and optionally further - sets of paths. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, worin die erste Menge von Pfaden eine Vielzahl im wesentlichen paralleler Vektoren aufweist, und wobei die zweite Menge von Pfaden eine Vielzahl im wesentlichen paralleler Vektoren aufweist, und die Vektoren der ersten und der zweiten Menge nicht parallel zueinander sind.4. The apparatus of claim 3, wherein the first set of paths comprises a plurality of substantially parallel vectors, and wherein the second set of paths comprises a plurality of substantially parallel vectors, and the vectors of the first and second sets are not parallel to each other. r-r- 5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Vektoren der ersten und zweiten Menge im wesentlichen senkrecht zueinander stehen.5. The device of claim 4, wherein the vectors of the first and second sets are substantially perpendicular to each other. 6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei durch die Änderungseinrichtung auf einer ersten Schicht die erste Menge von Pfaden exponiert wird, vor dem Exponieren der zweiten Menge von Pfaden, und auf der folgenden Schicht die zweite Menge von Pfaden exponiert wird, vor dem Exponieren der ersten Menge von Pfaden.6. Device according to one of claims 3 to 5, wherein by the changing device on a first layer the first set of paths is exposed, before the exposure of the second set of paths, and on the following layer the second set of paths is exposed, before the exposure of the first set of paths. &iacgr;&ogr; 7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die folgende Schicht eine nächstfolgende Schicht nach der ersten Schicht ist.7. The device of claim 6, wherein the following layer is a next layer after the first layer. 8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Reihenfolge des Exponierens der ersten und zweiten Pfade bei jeder zweiten Schicht wiederholt wird.8. The device of claim 7, wherein the order of exposing the first and second paths is repeated every other layer. 9. Vorrichtung gemäß Ansprach 7 oder 8, wobei die Ausbreitungsrichtung der ersten Menge von Pfaden durch die Änderungseinrichtung invertiert wird zwischen einer ersten Schicht und einer folgenden Schicht.9. Device according to claim 7 or 8, wherein the propagation direction of the first set of paths is inverted by the changing device between a first layer and a following layer. 10. Vorrichtung gemäß Ansprach 9, wobei die Ausbreitungsrichtung der zweiten Menge von Pfaden zwischen einer ersten Schicht und einer darauffolgenden Schicht invertiert ist.10. Device according to claim 9, wherein the propagation direction of the second set of paths is inverted between a first layer and a subsequent layer. 11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Kombination der Reihenfolge der Exposition der Pfade und die Ausbreitungsrichtung jeder Menge von Pfaden jede vierte Schicht wiederholt wird.11. The device of any of claims 7 to 10, wherein the combination of the order of exposure of the paths and the propagation direction of each set of paths is repeated every fourth layer. 12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Kombination der Reihenfolge der Exposition der Pfade und der Ausbreitungsrichtung jeder Menge von Pfaden jede achte Schicht wiederholt wird.12. The device of any of claims 7 to 10, wherein the combination of the order of exposure of the paths and the propagation direction of each set of paths is repeated every eighth layer. 13. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die erste und zweite und
weitere Menge von Pfaden der Änderungseinrichtung zumindest erste, zweite und dritte Mengen von Pfaden aufweisen.
13. Device according to claim 3, wherein the first and second and
further set of paths of the change device have at least first, second and third sets of paths.
&iacgr;&ogr; 14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die ersten, zweiten und dritten Mengen von Pfaden jeweils eine Vielzahl im wesentlichen paralleler Vektoren aufweisen, die nicht parallel zu den Vektoren in den anderen Mengen sind.14. The apparatus of claim 13, wherein the first, second and third sets of paths each comprise a plurality of substantially parallel vectors that are not parallel to the vectors in the other sets. is 15. Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei die ersten, zweiten und dritten Mengen von Pfaden in einem Winkel von 60° zueinander orientiert sind.is 15. Apparatus according to claim 13 or 14, wherein the first, second and third sets of paths are oriented at an angle of 60° to each other. 16. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Reihenfolge des Exponierens der zumindest ersten, zweiten und dritten Mengen von Pfaden auf einer ersten Schicht unterschiedlich von der Reihenfolge des Exponierens auf einer folgenden Schicht ist.16. The device of any of claims 13 to 15, wherein the order of exposing the at least first, second and third sets of paths on a first layer is different from the order of exposing on a subsequent layer. 17. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Ausbreitungsrichtung zumindest einer der ersten, zweiten und dritten Pfade zwischen einer ersten und einer folgenden Schicht invertiert ist.17. Device according to one of claims 13 to 16, wherein the propagation direction of at least one of the first, second and third paths is inverted between a first and a subsequent layer. 18. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 oder 13 bis 17, wobei die Änderungseinrichtung die Reihenfolge der Exposition der Mengen ändert.18. Apparatus according to any one of claims 1 to 7 or 13 to 17, wherein the changing means changes the order of exposure of the quantities. 19. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Reihenfolge der Exposition durch die Änderungseinrichtung gemäß der Gegenstandsgeometrie so variiert wird, daß die Tendenz eines Gegenstandsmerkmals, längs einer bestimmten Achse zu kräuseln, reduziert wird.19. Apparatus according to any one of claims 1 to 18, wherein the order of exposure is varied by the varying means according to the object geometry so as to reduce the tendency of an object feature to curl along a particular axis. 20. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei die zumindest zwei Mengen von Pfaden der Änderungseinrichtung jeweils individuelle Expositionslinien aufweisen, die durch benachbarte Expositionslinien um mehr als die Breite der Aushärtung jeder individuellen Linie getrennt sind, und wobei jede Menge von Pfaden eine individuell nicht ausreichende Exposition erfährt für eine Haftung an der vorherigen Schicht, aber eine ausreichende Exposition derart, daß doppelt exponierte Bereiche anhaften.20. Apparatus according to any one of claims 3 to 12, wherein the at least two sets of paths of the alteration device each comprise individual exposure lines separated by adjacent exposure lines by more than the width of cure of each individual line, and wherein each set of paths experiences individually insufficient exposure for adhesion to the previous layer, but sufficient exposure such that doubly exposed areas adhere. 21. Vorrichtung gemäß Anspruch 20, v/obei die Positionen jeder der Linien in jedem der beiden Pfade um die Häute des Abstands zwischen den individuellen Linien von Schicht zu Schicht versetzt sind.21. Apparatus according to claim 20, wherein the positions of each of the lines in each of the two paths are offset from layer to layer by the amount of the distance between the individual lines. 22. Vorrichtung gemäß Anspruch 20 oder 21, wobei zumindest ein Ende jeder individuellen Linie bereits vor einer Umrißgrenze endet.22. Device according to claim 20 or 21, wherein at least one end of each individual line ends before a contour boundary. 23. Vorrichtung gemäß Anspruch 22, wobei nur das eine Ende jeder individuellen Linie vorher endet und bei aufeinanderfolgenden Linien entgegengesetzte Enden entsprechend zurückgezogen sind.23. Apparatus according to claim 22, wherein only one end of each individual line terminates beforehand and, for consecutive lines, opposite ends are correspondingly retracted. 24. Vorrichtung gemäß Anspruch 23, wobei das zurückgezogene Ende jeder individuellen Linie zwischen aufeinanderfolgenden Schichten abwechselt.24. The device of claim 23, wherein the retracted end of each individual line alternates between successive layers. 25. Verbesserte stereolithographische Vorrichtung25. Improved stereolithographic apparatus zum Aufbauen eines dreidimensionalen Gegenstandes aus einem Medium,to construct a three-dimensional object from a medium, &iacgr;&ogr; das nach Exposition gegenüber synergistischer Stimulierung transformierbar ist,&iacgr;&ogr; that is transformable after exposure to synergistic stimulation , die eine Quelle synergistischer Stimulierung,which is a source of synergistic stimulation, eine Einrichtung zum Bilden aufeinanderfolgender Schichten eines Mediums zur Vorbereitung des Bildens von Schichten des Gegenstandes, undmeans for forming successive layers of a medium in preparation for forming layers of the article, and eine Einrichtung zum Bilden aufeinanderfolgender Schichten des Gegenstandes durch selektives Exponieren der aufeinanderfolgenden Schichten des Mediums gegenüber synergistischer Stimulierungmeans for forming successive layers of the article by selectively exposing the successive layers of the medium to synergistic stimulation in Mustern entsprechend aufeinanderfolgenden Querschnitten des dreidimensionalen Gegenstandes aufweist,in patterns corresponding to successive cross-sections of the three-dimensional object, um den dreidimensionalen Gegenstand Schicht um Schicht aufzubauen, to build the three-dimensional object layer by layer, gekennzeichnet, durchmarked by eine Einrichtung zum Bilden - zumindest eines Abschnittes - zumindest einer Schicht des dreidimensionalen Gegenstandesa device for forming - at least a portion - at least one layer of the three-dimensional object aus Platten, die voneinander durch Spalte getrennt sind; undof plates separated from each other by gaps; and eine Einrichtung zum Verfestigen eines wesentlichen Abschnittes des Mediums über zumindest einem Spalt auf zumindest einer darauffolgenden Schichtmeans for solidifying a substantial portion of the medium over at least one gap on at least one subsequent layer &iacgr;&ogr; einschließlich einer Einrichtung zum Exponieren des Mediums über&iacgr;&ogr; including a device for exposing the medium via dem Spaltthe gap und einer Einrichtung, die zumindest eine Seite des Spaltes nicht an das Medium anhaftet, das über dem wesentlichen Abschnitt des Spaltes verfestigt ist,and means for preventing at least one side of the gap from adhering to the medium solidified over the substantial portion of the gap, solange bis das verfestigte Medium über dem Spalt zumindest teilweise geschrumpft ist,until the solidified medium above the gap has at least partially shrunk, und eine Einrichtung, die danach eine Haftung zwischen der zuvor nicht angehafteten Seite des Spaltes und dem verfestigten Medium über dem Spalt veranlaßt.and means for subsequently causing adhesion between the previously unadhered side of the gap and the solidified medium above the gap. 26. Vorrichtung gemäß Anspruch 25, wobei der Abschnitt der zumindest einen Schicht, die aus Platten gebildet wird, mehr als eine Schicht umfaßt.26. The device of claim 25, wherein the portion of the at least one layer formed from plates comprises more than one layer. 27. Vorrichtung gemäß Anspruch 25 oder 26, wobei Platten auf der darauffolgenden Schicht leicht versetzt werden, so daß ein wesentlieher Abschnitt des Spaltes überdeckt ist, ohne vollständig den Spalt27. Device according to claim 25 or 26, wherein plates on the subsequent layer are slightly offset so that a substantial portion of the gap is covered without completely covering the gap zu überbrücken, und wobei, nachdem dem verfestigten Medium, das den Spalt überspannt, eine Zeit lang erlaubt wurde zu schrumpfen, die versetzten Platten durch Verfestigen des Mediums verkittet werden.to bridge, and wherein, after the solidified medium spanning the gap has been allowed to shrink for a period of time, the displaced plates are cemented together by solidifying the medium. 28. Vorrichtung gemäß Anspruch 25 oder 26, wobei zumindest ein Ende des verfestigten Mediums, das den Spalt überspannt, über einer Platte auf einer Seite des Spaltes schwebt, bis zumindest ein wesentlicher Abschnitt des verfestigten Mediums, das den Spalt überspannt,28. Apparatus according to claim 25 or 26, wherein at least one end of the solidified medium spanning the gap is suspended above a plate on one side of the gap until at least a substantial portion of the solidified medium spanning the gap &iacgr;&ogr; geschrumpft ist.&iacgr;&ogr; has shrunk. 29. Vorrichtung gemäß Anspruch 28, wobei das schwebend verfestigte Medium an die Platte genietet wird.29. Apparatus according to claim 28, wherein the floating solidified medium is riveted to the plate. 30. Vorrichtung gemäß Anspruch 28, wobei das schwebend verfestigte Medium nach zumindest einer zusätzlichen Exposition an der Platte haftet.30. The apparatus of claim 28, wherein the suspended solidified medium adheres to the plate after at least one additional exposure. 31. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 30, wobei die Zeit, die zum Schrumpfen zur Verfügung steht, zumindest drei Sekunden beträgt.31. Device according to one of claims 25 to 30, wherein the time available for shrinking is at least three seconds. 32. Vorrichtung gemäß Anspruch 31, wobei die Zeit, die zum Schrumpfen zur Verfugung steht, zumindest fünf Sekunden beträgt.32. Apparatus according to claim 31, wherein the time available for shrinking is at least five seconds. 33. Verbesserte stereolithographische Vorrichtung33. Improved stereolithographic apparatus zum Aufbauen eines dreidimensionalen Gegenstands aus einem Medium,to construct a three-dimensional object from a medium, das nach Exposition gegenüber synergistischer Stimulierung transformierbar ist,which is transformable after exposure to synergistic stimulation , die eine Einrichtung zum Bilden aufeinanderfolgender Schichten eines Mediums zur Vorbereitung des Bildens von Schichten des Gegenstandes comprising means for forming successive layers of a medium in preparation for forming layers of the article und eine Einrichtung zum Bilden aufeinanderfolgender Schichten des Gegenstandes durch selektives Exponieren der aufeinanderfolgenden &iacgr;&ogr; Schichten des Mediums gegenüber synergistischer Stimulierungand means for forming successive layers of the article by selectively exposing the successive layers of the medium to synergistic stimulation in Mustern entsprechend aufeinanderfolgenden Querschnitten des dreidimensionalen Gegenstandes aufweist,in patterns corresponding to successive cross-sections of the three-dimensional object, is um den dreidimensionalen Gegenstand Schicht um Schicht aufzubauen, is to build the three-dimensional object layer by layer, wobei die Muster Expositionspfade aufweisen, die durch eine Vielzahl von Vektoren definiert sind,wherein the patterns have exposure pathways defined by a plurality of vectors, gekennzeichnet durch,marked by, eine Einrichtung zum Identifizieren eines Endpunktes eines ersten Vektors und eines Anfangspunktes eines zweiten Vektors;means for identifying an end point of a first vector and a start point of a second vector; eine Einrichtung zum Ablenken der synergistischen Stimulierung längs des ersten Vektors mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit;means for deflecting the synergistic stimulation along the first vector at a substantially constant velocity; eine Einrichtung, zum Abblenden der synergistischen Stimulierung, wenn sie den Endpunkt des ersten Vektors erreicht, ohne signifikant die im wesentlichen konstante Geschwindigkeit zu ändern;means for terminating the synergistic stimulation when it reaches the end point of the first vector without significantly changing the substantially constant velocity; eine Einrichtung zum Ausrichten der synergistischen Stimulierung, während sie abgeblendet ist, in einem Weg auf den Anfangspunkt des zweiten Vektors, so daß eine geeignete Geschwindigkeit zum Exponieren des zweiten Vektors erreicht ist, wenn der Anfangspunkt des zweiten Vektors erreicht wird;means for directing the synergistic stimulation, while dimmed, in a path toward the starting point of the second vector such that a suitable velocity for exposing the second vector is achieved when the starting point of the second vector is reached; eine Einrichtung, die das Abblenden der synergistischen Stimulierung beendet, wenn sie den Anfangspunkt des zweiten Vektors erreicht; undmeans for terminating the fading of the synergistic stimulation when it reaches the starting point of the second vector; and is eine Einrichtung zum Ablenken der synergistischen Stimulierungis a device for diverting the synergistic stimulation längs des zweiten Vektors mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit.along the second vector at a substantially constant speed. 34. Vorrichtung gemäß Anspruch 33, wobei der Endpunkt der ersten Vektors mit dem Anfangspunkt des zweiten Vektors übereinstimmt.34. The apparatus of claim 33, wherein the end point of the first vector coincides with the start point of the second vector. 35. Vorrichtung gemäß Anspruch 33, wobei der Endpunkt des ersten Vektors mit dem Anfangspunkt des zweiten Vektors nicht übereinstimmt. 35. The apparatus of claim 33, wherein the end point of the first vector does not coincide with the start point of the second vector. 36. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 33 bis 35, wobei ein wesentlicher Unterschied zwischen der Abtastgeschwindigkeit des ersten Vektors und des zweiten Vektors besteht, und zumindest ein signifikanter Teil des Unterschiedes auf einem Abtastrichtungsunterschied beruht.36. Apparatus according to any one of claims 33 to 35, wherein there is a substantial difference between the scanning speed of the first vector and the second vector, and at least a significant part of the difference is due to a scanning direction difference. 37. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 33 bis 36, wobei ein wesentlicher Unterschied zwischen der Abtastgeschwindigkeit des ersten Vektors und des zweiten Vektors besteht, und zumindest ein signifikanter Teil des Unterschiedes auf einem Abtastschnelligkeitsunterschied beruht.37. Apparatus according to any one of claims 33 to 36, wherein there is a substantial difference between the scanning speed of the first vector and the second vector, and at least a significant portion of the difference is due to a scanning speed difference. 38. Eine verbesserte stereolithographische Vorrichtung38. An improved stereolithographic apparatus zum Aufbauen eines dreidimensionalen Gegenstandes aus einem &iacgr;&ogr; Medium,to construct a three-dimensional object from a &iacgr;&ogr; medium, das nach Belichtung gegenüber synergistischer Stimulierung transformierbar ist,which is transformable after exposure to synergistic stimulation , is die eine Einrichtung zum Bilden aufeinanderfolgender Schichten desis a device for forming successive layers of the Mediums zur Vorbereitung des Bildens von Schichten des Gegenstandes, undMedium in preparation for forming layers of the object, and eine Einrichtung zum Bilden aufeinanderfolgender Schichten des Gegenstandes durch selektives Exponieren der aufeinanderfolgenden Schichten des Mediums gegenüber synergistischer Stimulierungmeans for forming successive layers of the article by selectively exposing the successive layers of the medium to synergistic stimulation in Mustern entsprechend aufeinanderfolgenden Querschnitten des dreidimensionalen Gegenstands aufweist, um den dreidimensionalen Gegenstand Schicht um Schicht aufzubauen,in patterns corresponding to successive cross-sections of the three-dimensional object to build up the three-dimensional object layer by layer, wobei die Muster Expositionspfade aufweisen, die durch eine Vielzahl von Vektoren definiert sind,wherein the patterns have exposure pathways defined by a plurality of vectors, gekennzeichnet durch,marked by, eine Einrichtung zum Abtasten eines ersten Vektors bei einer ersten Geschwindigkeit und zum Abtasten eines zweiten darauffolgenden Vektors bei einer zweiten Geschwindigkeit, wobei der zweite Vektor einen Anfangspunkt hat, der mit dem Endpunkt des ersten Vektors zusammenfällt;means for sampling a first vector at a first velocity and for sampling a second subsequent vector at a second velocity, the second vector having a starting point coincident with the ending point of the first vector; eine Einrichtung zum Bestimmen eines Geschwindigkeitsunterschieds zwischen den Vektoren;means for determining a speed difference between the vectors; &iacgr;&ogr; eine Einrichtung zum Spezifieren eines maximal akzeptierbaren&iacgr;&ogr; a device for specifying a maximum acceptable Geschwindigkeitsunterschieds;speed difference; eine Einrichtung zum Vergleichen des bestimmten Geschwindigkeitsunterschiedes mit dem maximal akzeptierbaren Geschwindigkeitsunterschied; a device for comparing the determined speed difference with the maximum acceptable speed difference; eine Einrichtung zum Abblenden der synergistischen Stimulierung, wenn das Ende des ersten Vektors erreicht wird, falls festgestellt worden ist, daß der bestmimte Geschwindigkeitsunterschied größer als der maximal akzeptierbare Geschwindigkeitsunterschied ist, wobei die Abtastgeschwindigkeit des ersten Vektors im wesentlichen konstant über seine Länge gehalten wird;means for terminating the synergistic stimulation when the end of the first vector is reached if it is determined that the predetermined velocity difference is greater than the maximum acceptable velocity difference, the scanning velocity of the first vector being maintained substantially constant over its length; eine Einrichtung zum Ausrichten der synergistischen Stimulierung, während sie abgeblendet ist, auf einem Weg auf den Anfangspunkt des zweiten Vektors, so daß die geeignete Geschwindigkeit zum Exponieren des zweiten Vektors erreicht wird, wenn der Anfangspunkt des zweiten Vektors erreicht wird;means for directing the synergistic stimulation, while dimmed, along a path toward the starting point of the second vector such that the appropriate velocity for exposing the second vector is achieved when the starting point of the second vector is reached; •-VB9·•-VB 9 · eine Einrichtung, die das Abblenden der synergistischen Stimulierung beendet, wenn sie den Anfangspunkt des zweiten Vektors erreicht; undmeans for terminating the fading of the synergistic stimulation when it reaches the starting point of the second vector; and eine Einrichtung zum Abtasten der synergistischen Stimulierung längs des zweiten Vektors mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit. means for sampling the synergistic stimulation along the second vector at a substantially constant rate. 39. Vorrichtung gemäß Anspruch 38, die zusätzlich das Abtasten dritter &iacgr;&ogr; und vierter aufeinanderfolgender Vektoren vorsieht, die einen zusammenfallenden Endpunkt und Anfangspunkt haben, wobei der Geschwindigkeitsunterschied zwischen den dritten und vierten Vektoren so bestimmt worden ist, daß er kleiner als der maximal akzeptierbare Geschwindigkeitsunterschied ist, und wobei die synergistische39. Apparatus according to claim 38, additionally comprising sampling third &iacgr;&ogr; and fourth consecutive vectors having a coincident end point and start point, the speed difference between the third and fourth vectors being determined to be less than the maximum acceptable speed difference, and wherein the synergistic is Stimulierung nicht abgeblendet wird, wenn von dem dritten zu demis stimulation is not dimmed when switching from the third to the vierten Vektor übergegangen wird.fourth vector. 40. Vorrichtung gemäß Anspruch 38 oder 39, wobei der bestimmte Geschwindigkeitsunterschied zwischen den ersten und zweiten Vektoren zumindest teilweise auf einem Unterschied in der Abtastrichtung beruht.40. Apparatus according to claim 38 or 39, wherein the determined velocity difference between the first and second vectors is based at least in part on a difference in the scanning direction. 41. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 38 bis 40, wobei der bestimmte Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Vektor zumindest teilweise auf einem Unterschied in der Abtastschnelligkeit beruht.41. Apparatus according to any one of claims 38 to 40, wherein the determined speed difference between the first and second vectors is based at least in part on a difference in scanning speed. 42. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 38 bis 39, wobei ein akzeptierbarer Aushärttiefenunterschied, der durch den Unterschied in der Abtastgeschwindigkeit verursacht wird, geringer ist als 0,05042. Apparatus according to any one of claims 38 to 39, wherein an acceptable cure depth difference caused by the difference in scanning speed is less than 0.050 mm, wenn der Übergang von der ersten Geschwindigkeit zu der zweiten Geschwindigkeit bei der maximal möglichen Beschleunigung auftritt, was zu einem kleineren Fehler als 0,076 mm in der Abtastposition führt.mm if the transition from the first speed to the second speed occurs at the maximum possible acceleration, resulting in an error of less than 0.076 mm in the sampling position. 43. Vorrichtung gemäß Anspruch 42, wobei der akzeptable Fehler in der Aushärttiefe 0,025 mm beträgt.43. Apparatus according to claim 42, wherein the acceptable error in the cure depth is 0.025 mm. 44. Vorrichtung gemäß Anspruch 42 oder 43, wobei der akzeptierbare &iacgr;&ogr; Fehler in der Abtastposition weniger als 0,050 mm beträgt.44. Apparatus according to claim 42 or 43, wherein the acceptable error in the scanning position is less than 0.050 mm. 45. Vorrichtung gemäß Anspruch 42 oder 43, wobei der akzeptierbare Fehler in der Abtastposition weniger als 0,025 mm beträgt.45. Apparatus according to claim 42 or 43, wherein the acceptable error in the scanning position is less than 0.025 mm. 46. In einer stereolithographischen Vorrichtung zum Aufbauen eines dreidimensionalen Gegenstandes46. In a stereolithographic device for constructing a three-dimensional object aus einem Medium, das nach Exposition gegenüber synergistischer Stimulierung verfestigbar ist,from a medium that is solidifiable after exposure to synergistic stimulation, die eine Einrichtung zum Bilden aufeinanderfolgender Schichten des Mediums zur Vorbereitung des Bildens von Schichten des Gegenstandes undcomprising means for forming successive layers of the medium in preparation for forming layers of the article and eine Einrichtung zum Bilden aufeinanderfolgender Schichten des Gegenstandesa device for forming successive layers of the article durch selektives Exponieren der aufeinanderfolgenden Schichten des Mediums durch synergistische Stimulierung in Mustern entsprechendby selectively exposing the successive layers of the medium through synergistic stimulation in patterns according to • ·· '-15*-'-15*- aufeinanderfolgenden Querschnitten des dreidimensionalen Gegenstandes aufweist,successive cross-sections of the three-dimensional object, um den dreidimensionalen Gegenstand Schicht um Schicht aufzubauen, wobei die Muster Expositionspfade aufweisen,to build the three-dimensional object layer by layer, with the patterns showing exposure paths, weist eine Verbesserung auf:shows an improvement: eine Einrichtung zum Exponieren zumindest eines Abschnittes einer &iacgr;&ogr; Schicht gegenüber einem Strahl synergistischer Stimulierung längsmeans for exposing at least a portion of a &iacgr;&ogr; layer to a beam of synergistic stimulation along einer ersten Vielzahl von Pfaden;a first plurality of paths; eine Einrichtung zum Freilassen kleiner Unterbrechungen von unexponiertem und unverfestigtem Material längs der ersten Vielzahl von Pfaden;means for releasing small discontinuities of unexposed and unconsolidated material along the first plurality of paths; eine Einrichtung zum Exponieren zumindest eines Abschnittes einer Schicht gegenüber einem Strahl synergistischer Stimulierung längs einer zweiten Vielzahl von Pfaden;means for exposing at least a portion of a layer to a beam of synergistic stimulation along a second plurality of paths; eine Einrichtung zum Freilassen kleiner Unterbrechungen in der Exposition längs der zweiten Vielzahl von Pfaden, innerhalb zumindest eines Abschnitts, wenn die zweite Vielzahl von Pfaden zumindest einem zweiten Durchgang eines Strahles synergistischer Stimulierung ausgesetzt wird, wobei eine wesentliche Anzahl von Unterbrechungen in der Exposition längs der zweiten Vielzahl von Pfaden an Orten auftritt, die sich von den Orten der Unterbrechungen in der Exposition längs der ersten Vielzahl von Pfaden unterscheiden; undmeans for releasing small breaks in exposure along the second plurality of paths, within at least a portion when the second plurality of paths is exposed to at least a second pass of a beam of synergistic stimulation, wherein a substantial number of breaks in exposure along the second plurality of paths occur at locations different from the locations of the breaks in exposure along the first plurality of paths; and eine Einrichtung, um in einem zweiten Durchgang das bei dem ersten Durchgang ausgehärtete Material erneut zu exponieren, nachdem das erneut zu exponierende Material einen wesentlichen Teil des Schrumpfens durchlaufen hat, das durch den ersten Durchgang induziert worden ist.means for re-exposing, in a second pass, the material cured in the first pass after the material to be re-exposed has undergone a substantial portion of the shrinkage induced by the first pass. 47. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das transformierbare Medium nach Exposition synergistischer Stimulierung verfestigt.47. A device according to any preceding claim, wherein the transformable medium solidifies after exposure to synergistic stimulation. 48. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Medium ein Polymer ist.48. A device according to any preceding claim, wherein the medium is a polymer. 49. Vorrichtung gemäß Anspruch 48, wobei das Polymer ein Fotopolymer ist.49. The device of claim 48, wherein the polymer is a photopolymer. 50. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 47, wobei das Medium ein Pulver ist.50. Device according to one of claims 1 to 47, wherein the medium is a powder. 51. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Quelle der synergistischen Stimulierung eine UV-Strahlungsquelle ist.51. Device according to one of the preceding claims, wherein the source of synergistic stimulation is a source of UV radiation. 52. Vorrichtung gemäß Ansprach 51, wobei die UV-Strahlungsquelle ein UV-Laser ist.52. Device according to claim 51, wherein the UV radiation source is a UV laser. 53. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Quelle synergistischer Stimulierung eine IR-Strahlungsquelle ist.53. Apparatus according to any preceding claim, wherein the source of synergistic stimulation is an IR radiation source. 54. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Einrichtung zum selektiven Exponieren X- und Y-Abtastspiegel aufweist.54. Apparatus according to any preceding claim, wherein the means for selectively exposing comprises X and Y scanning mirrors. 55. Vorrichtung gemäß Anspruch 50, wobei die Einrichtung zur synergistischen Stimulierung ein Bindemittel abgibt, das selektiv auf das Pulver verteilt wird.55. The apparatus of claim 50, wherein the synergistic stimulation means delivers a binder that is selectively distributed onto the powder.
DE9218423U 1991-05-17 1992-05-15 Device for producing a three-dimensional object by stereolithography Expired - Lifetime DE9218423U1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/702,031 US5182055A (en) 1988-04-18 1991-05-17 Method of making a three-dimensional object by stereolithography
EP92912072 1992-05-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE9218423U1 true DE9218423U1 (en) 1994-03-03

Family

ID=26132816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE9218423U Expired - Lifetime DE9218423U1 (en) 1991-05-17 1992-05-15 Device for producing a three-dimensional object by stereolithography

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE9218423U1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10042134C2 (en) * 2000-08-28 2003-06-12 Concept Laser Gmbh Process for the production of three-dimensional sintered workpieces
WO2008074287A1 (en) * 2006-12-15 2008-06-26 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Method for the production of a three-dimensional component
WO2016170030A1 (en) 2015-04-21 2016-10-27 Covestro Deutschland Ag Method for producing 3d objects
WO2017001325A1 (en) 2015-06-29 2017-01-05 Covestro Deutschland Ag Method for producing 3-d objects
DE102018101416A1 (en) * 2017-12-29 2019-07-04 Isotech Holding Corporation Llc Mesh-like chair surface and method of making same and seating with the net-like chair surface

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10042134C2 (en) * 2000-08-28 2003-06-12 Concept Laser Gmbh Process for the production of three-dimensional sintered workpieces
WO2008074287A1 (en) * 2006-12-15 2008-06-26 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Method for the production of a three-dimensional component
WO2016170030A1 (en) 2015-04-21 2016-10-27 Covestro Deutschland Ag Method for producing 3d objects
US10806208B2 (en) 2015-04-21 2020-10-20 Covestro Deutschland Ag Method for producing 3D objects
WO2017001325A1 (en) 2015-06-29 2017-01-05 Covestro Deutschland Ag Method for producing 3-d objects
DE102018101416A1 (en) * 2017-12-29 2019-07-04 Isotech Holding Corporation Llc Mesh-like chair surface and method of making same and seating with the net-like chair surface

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69033917T2 (en) Stereolithographic manufacturing techniques
DE60021440T2 (en) Method and apparatus for stereolithographically forming three-dimensional objects with reduced curvature
EP0617657B1 (en) Process for producing three-dimensional objects
DE4309524C1 (en) Method of producing three=dimensional object free from distortion - by successively photo curing layers of liquid or powder under control of computer which differentiates between each core and outer skin
DE69806476T2 (en) DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLED EXPOSURE OF A CURABLE MEDIUM USING A PULSED RADIATION SOURCE IN THE PRODUCTION OF THREE-DIMENSIONAL OBJECTS
DE68929309T2 (en) Reduce stereolithographic bending
EP0785859B1 (en) Process and apparatus for manufacturing three-dimensional objects
DE68929352T2 (en) Stereolithographic supports
EP1419836B1 (en) Process for preparing a workpiece through powder melting
EP2083992B1 (en) Continuous, generative method and apparatus for the production of a three-dimensional object
DE60122219T2 (en) Stereolithographic support structures
EP3648955B1 (en) Optimized segmenting method
WO2008116518A1 (en) Method and device for the production of a three-dimensional object
DE102017126624A1 (en) LAYERED LIGHT EXPOSURE IN GENERATIVE MANUFACTURING
EP0738584B1 (en) Apparatus and method to produce a three-dimensional object
DE102008031925B4 (en) Dual manufacturing process for small series products
DE60115136T2 (en) Production of three-dimensional objects by controlled photocuring
DE60014470T2 (en) Stereolithographic method and apparatus with control for changing the prescribed excitation
EP3242762A1 (en) Device and generative layer-building process for producing a three-dimensional object by multiple beams
EP2275247A1 (en) Apparatus and method for producing three dimensional objects by means of a generative production method
WO2019158303A1 (en) Additive manufacturing method with controlled solidification, and associated device
DE69524080T2 (en) ADVANCED CONSTRUCTION TECHNIQUES IN STEREOLITHOGRAPHY
DE10124795A1 (en) Device and method for producing a workpiece with an exact geometry
WO2018172079A1 (en) Overlap optimization
DE102018201739A1 (en) Method and apparatus for providing a control instruction set