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DE171069T1

Method and apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography

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Projected expiry passed 6 August 2005, 21.1 years ago.

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34 claims: 7 independent, 27 dependent

  1. 1
    PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Erzeugen von räumlichen Reqenstän- y den, in dem einzelne feste Lamellen erzeugt werden, die Quer- *· schnitte des zu erzeugenden räumlichen Regenstandes darstellen, und zum Bilden des räumlichen Regenstanries aufeinanderfolgende, einander benachbarte dieser Lamellen durch Kohäsion integriert werden.
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    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB in dem Schritt zum kohäsiven Integrieren jede Lamelle direkt auf der unmittelbar vorhergehenden Lamelle gebildet wird.
  3. 3
    Verfahren zum Erzeugen eines räumlichen Regenstandes aus einem fluiden Medium, in dem zum Erzeugen einer einen Querschnitt eines zu erzeugenden räumlichen Regenstanries darstellenden Lamelle ein fluides Medium auf einer vorgeschriebenen Oberfläche desselben selektiv verfestigt wird und zum Erzeugen des räumlichen Regenstanries aus dem fluiden Medium aufeinanderfolgende, einander benachbarte Lamellen automatisch vereinigt werden. U . Verfahren zum Erzeugen eines räumlichen Reqen- standes aus einem fluiden Medium, in dem ein Körper aus einem fluiden Medium umschlossen wird, das durch eine vorgeschriebene synergistische Anregung verfestigbar ist, und auf einer bestimmten Oberfläche des Mediums aufeinanderfolgende Schichten des Mediums verfestigt und dadurch entsprechende, den räumlichen Regenstand definierende Lamellen gebildet werden.
  4. 4
    5. System zum Erzeugen eines räumlichen Gegenstandes aus einem fluiden Medium, das durch eine vorgeschriebene synergistische Anregung verfestigbar ist, wobei das System umfaßt:eine Einrichtung zum Bestimmen und .Bilden auf- . einanderfalgender Querschnitte des Gegenstandes auf einer zuieidimensionalen Grenzfläche;und eine Einrichtung zum Beuiegen der genannten Querschnitte während ihrer Bildung und zum schrittweisen Aufbau des Gegenstandes, so daß aus einer im wesentlichen zweidimensionalen Fläche ein dreidimensionaler räumlicher Gegenstand herausgezogen wird.
  5. 5
    6. Verbessertes System zum Erzeugen eines räumlichen Regenstanries bus einem fluiden Medium, das durch eine vorgeschriebene synergistische Anregung verfestigbar ist, mit einem Körper eines fluiden Mediums, dessen physikalischer Zustand durch synergistische Anregung veränderbar ist;einem in das fluide Medium eingetauchten Gegenstandsträger zum Tragen eines zu bildenden, räumlichen Gegenstandes^ einer Transletionseinrichtung zum fortschreitenden wahlweisen Bewegen des Gegenstandsträgers von einer bestimmten Oberfläche des fluiden Mediums uieg;und einem Reaktionsmittel, das geeignet ist, den physikalischen Zustand des fluiden Mediums zu verändern und in einem vorgeschriebenen Muster auf die bestimmten Oberfläche des fluiden Mediums derart einzuwirken, daß auf der Oberfläche eine dünne, feste Lamelle gebildet wird, die eine entsprechende Querschnittslamelle des zu bildenden räumlichen Gegenstandes darstellt;so daß aufeinanderfolgende, einander benachbarte Lamellen gebildet werden und dadurch der räumliche Gegenstand auf dem Gegenstandsträger gebildet iiiirtf, während die Transla-· tionseinrichtung den Träger von der bestimmten Oberfläche wegbewegt. 07 7 7O6S
  6. 6
    7. System nach Anspruch 6, das ferner umfaßt:eine programmierte Steuereinrichtung zum Verändern des graphischen Musters des auf die bestimmte Oberfläche des fluiden Mediums einwirkenden Reaktionsmittels.
  7. 7
    8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel umfaßt:einen Strahl auftreffender Strahlung.
  8. 8
    9. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsmittel umfaßt:einen Elektronenstrahl. 1G. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel umfaßt: einen Strahl energiereicher Teilchen.
  9. 9
    11. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel umfaßt:einen Lichtstrahl.
  10. 10
    12. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel umfaßt:Röntgenstrahlen.
  11. 11
    13. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel umfaßt:einen UltraviPlettlichtstrahl. 1*+. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel umfaßt: einen Strahl einer reaktionsfähigen Chemikalie zum Herbeiführen einer Werfestigung des fluiden Mediums.
  12. 12
    15. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel umfaßt:eine über der bestimmten Fläche angeordnete, musterbildende Maske zum selektiven Auftragen einer Chemikalie zum Herbeiführen einer Uerfestigung des fluiden Mediums. .... ► ■ · ■
  13. 13
    16. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel umfaßt:eine über der bestimmten Oberfläche angeordnete musterbildende Maske zur selektiven Exposition der Oberfläche für eine synergistische Anregung.
  14. 14
    17. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel umfaßt:eine über der bestimmten Oberfläche angeordnete musterbildende Maske zur selektiven Exposition der Oberfläche für die Einwirkung einer Strahlung.
  15. 15
    18. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Translationseinrichtung den Gegenstand mährend seiner Bildung von der bestimmten Fläche meg und weiter in das fluide Medium hinein bewegt.
  16. 16
    19. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Translationseinrichtung den Gegenstand während seiner Bildung von der Oberfläche weg und aus dem fluiden Medium heraus bewegt.
  17. 17
    20. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Oberfläche dem Reaktionsmittel durch ein nicht reaktionsfähiges, zweites Medium hindurch ausgesetzt wird.
  18. 18
    21. System nach Anspruch 6, das ferner umfaßt:einen Behälter für das fluide Medium, wobei die bestimmte Oberfläche dem Reaktionsmittfel durch den Boden des- Behälters und durch ein der bestimmten Oberfläche benachbartes, nichtreaktionsfähiges zweites Medium hindurch ausgesetzt mir d.
  19. 19
    22. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht reaktionsfähige zweite Medium schweres Wasser ist.
  20. 20
    23. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht reaktionsfähige zweite Medium Ethylenglykol ist. 21*. System nach Anspruch 6 mit einer zusätzlich zu der Translationseinrichtung vorgesehenen Dreheinrichtung zum Ändern der Orientierung des Gegenstandes relativ zu der bestimmten Oberfläche, während an ihr Lamellen gebildet werden.
  21. 21
    25. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ort der bestimmten Fläche bestimmende Standhöhe des fluiden Mediums veränderbar ist.
  22. 22
    26. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ort der bestimmten Oberfläche bestimmende Standhöhe des fluiden Mediums konstantgehalten wird.
  23. 23
    27. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Translationseinrichtung eine Mehrzahl von Freiheitsgraden der Bewegung hat.
  24. 24
    28. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,' daß eine genaue Fokussierung des Strahls der auftreffenden Strahlung auf der bestimmten Oberfläche aufrechterhalten wird.
  25. 25
    29. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeschriebene Muster auf der bestimmten Oberfläche durch eine von dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre ausgehende Strahlung gebildet wird.
  26. 26
    30. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeschriebene Muster durch direkt van einem Leuchtstoffbild ausgehendes Licht gebildet wird.
  27. 27
    31. System zum direkten Erzeugen eines räumlichen Gegenstandes während seiner Generierung durch einen Computer mit einer Einrichtung zum Ableiten eines Graphikbildausganges von dem Computer, wobei dieses Graphikbild aufeinanderfolgende, einander benachbarte Querschnitte des von dem Computer generierten räumlichen Gegenstandes definiert;einer Einrichtung zum Bestimmen und Bilden aufeinanderfolgender Querschnitte, die den von dem Computer generierten Querschnitten des Gegenstandes einsprechen, auf einer zweidimensionalen Grenzfläche;und einer Einrichtung zum Beuiegen der Querschnitte während ihrer Bildung und zum schrittweisen Aufbau des Gegenstandes, so daß der von dem Computer generierte räumliche Gegenstand automatisch aus einer im wesentlichen zweidimensionalen Fläche herausgezogen wird.
  28. 28
    32. Verbessertes System zum Erzeugen eines räumlichen Gegenstandes aus einem fluiden Medium, dessen physikalischer Zustand durch eine vorgeschriebene Strahlung veränderbar ist, wobei das System umfaßt:einen Körper eines fluiden Medium, das fähig ist, seinen physikalischen Zustand· zu ändern;■ . . eine Einrichtung zum Bilden des räumlichen Gegenstandes aus dem fluiden Medium durch Bestrahlen einer bestimmten Oberfläche des Mediums derart, daß an dieser Oberfläche integrierte aufeinanderfolgende Qberflächenlamellen gebildet werden, die zusammen den räumlichen Gegenstand definieren.
  29. 29
    33. V/erfahren zum Herstellen eines räumlichen Gegenstandes aus einem fluiden Medium, das fähig ist, unter der Einwirkung einer vorgeschriebenen Strahlung seinen physikalischen Zustand zu ändern, wobei in dem V/erfahren ein Körper eines zum Ändern seines physikalischen Zustandes fähigen, fluiden Mediums umschlossen wird;eine bestimmte Oberfläche des fluiden Mediums in einem vorgeschriebenen Muster derart bestrahlt uiird, daß an der bestimmten Oberfläche eine dünne Querschnittslamelle gebildet iiiird;und wiederholt eine. Reihe· von aufeinanderfolgenden . dieser Lamellen gebildet und dadurch der gewünschte räumliche Gegenstand aufeinanderfolgenden, einander benachbarten Lamellen gebildet wird, die zusammen den Gegenstand bilden. 3U. Verbessertes System zum Erzeugen eines räumlichen Gegenstandes aus einem fluiden Medium mit einem Körper eines fluiden Medium, das fähig ist, unter der Einwirkung einer vorgeschriebenen Strahlung seinen physikalischen Zustand zu ändern;einer Strahlungsquelle zur Abgabe der vorgeschriebenen Strahlung derart, daB sie in einem gewählten Muster auf einer bestimmten Oberfläche des fluiden Mediums derart auftrifft, daB nur an dieser Oberfläche eine dünne, feste Lamelle gebildet wird, die eine Querschnittslamelle eines zu bildenden räumlichen Gegenstandes darstellt;und einer Einrichtung zum Bilden des räumlichen Gegenstandes aus dem fluiden Medium durch Vereinigen von aufeinanderfolgenden, einander benachbarten Lamellen.
  30. 30
    35. System nach Anspruch 3*f, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle umfaßt:einen Strahl auftreffender Strahlung.
  31. 31
    36· System nach Anspruch 3h, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle umfaßt:einen Elektronenstrahl. -B-
  32. 32
    37. System nach Anspruch 3k, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle umfaBt:einen Strahl aus energiereichen Teilchen.
  33. 33
    38. System nach Anspruch 3k, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle umfaßt:einen Lichtstrahl.
  34. 34
    39. System nach Anspruch 3k, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle umfaßt:einen Ultraviolettlichtstrahl. kD, System nach Anspruch 3k, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle umfaßt: Röntgenstrahlen. i+1. System nach Anspruch 3^, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle und das Muster umfassen: eine über der bestimmten Oberfläche angeordnete musterbildende Maske zur selektiven Exposition der Oberfläche für eine synergistische Anregung. if2. System nach Anspruch 3k, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle und das Muster umfassen: eine über der bestimmten Oberfläche angeordnete musterbildende Maske zur selektiven Exposition dieser Oberfläche für die Einwirkung einer Strahlung. k3. System nach Anspruch 3k, dadurch gekennzeichnet, daß die Exposition der bestimmten Oberfläche für die Einwir^· kung der vorgeschriebenen Strahlung durch ein nichtreaktionsfähiges zweites Medium hindurch erfolgt. kk. System nach Anspruch 3k, das ferner umfaßt: einen Behälter für das fluide Medium, wobei die Exposition der bestimmten Fläche für die Einwirkung der vorgeschriebenen Strahlung durch den Boden des Behälters und durch ein der bestimmten Oberfläche benachbartes, nichtreBktionsfShiges zweites Medium hindurch erfolgt. «♦5. System nach Anspruch kk, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtreaktionsfähige zweite Medium schweres ülasser ist. k6. System nach Anspruch kk, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtreaktiünsfähige zweite Medium Ethylenglykol ist. kl. System nach Anspruch 3k, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ort der bestimmten Oberfläche bestimmende Standhöhe des fluiden Mediums konstantgehalten wird. kB. System nach Anspruch 3k, dadurch gekennzeichnet, daß die Translatinnseinrichtung eine Mehrzahl von Freiheitsgraden der Bewegung besitzt. kB. System nach Anspruch 3k, dadurch gekennzeichnet, daß eine genaue Fokussierung'der vorgeschriebenen Strahlung ° Buf der bestimmten Oberfläche aufrechterhalten wird. 50. . System nach Anspruch 3**, dadurch gekennzeichnet, daß das gewählte Muster auf der bestimmten Oberfläche durch vom Schirm einer Kathodenstrahlröhre ausgehende Strahlung gebildet wird. 51. System nach Anspruch 3k, dadurch gekennzeichnet, daß das gewählte Muster durch direkt von einem Phosphorbild ausgehendes Licht gebildet wird. 52. System nach Anspruch 3k, das ferner umfaßt: eine programmierte Steuereinrichtung zum Verändern des auf der bestimmten Oberfläche des fluiden Mediums von der darauf auftreffenden Strahlung gebildeten Musters.
Independent claims34