DE69909136T2

Rapid prototyping apparatus and method of rapid prototyping

Abstract

The invention relates to a rapid prototyping apparatus for the manufacturing of three dimensional objects by additive treatment of cross sections comprising a wholly or partially light-sensitive material, said apparatus comprising at least one light source for illumination of a cross section of the light-sensitive material by at least one spatial light modulator of individually controllable light modulators, wherein at least one light source is optically coupled with a plurality of light guides arranged with respect to the spatial light modulator arrangement in such a manner that each light guide illuminates a sub-area of the cross section. According to the invention, it is possible to obtain a significant simplification of an RP design system, just as the apparatuses designed are essentially capable of creating prototypes of any size, according to the invention.

DE69909136T2, drawing sheet 1
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17 claims: 17 independent, 0 dependent

  1. 1
    Rapid prototyping apparatus for the preparation of three-dimensional objects by additive treatment of cross sections the three-dimensional object, a completely or partially light-sensitive material (2), Comprising at least one light source for illumination of a cross section of the light-sensitive material (2) Having at least one spatial light modulator arrangement of individually controllable light modulators, characterized. that t least one light source optically coupled to a plurality of light guides (8th) Is coupled, which in view of the spatial Light modulator array are arranged in such a manner, that each light guide (8th) Illuminates a sub-area of ​​the cross section. Rapid-Prototyping-Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch additive Behandlung von Querschnitten des dreidimensionalen Objekts, das ein vollkommen oder teilweise lichtsensitives Material (2) umfasst, mit zumindest einer Lichtquelle zur Beleuchtung eines Querschnitts des lichtsensitiven Materials (2) mit zumindest einer räumlichen Lichtmodulatoranordnung von einzeln steuerbaren Lichtmodulatoren, dadurch gekennzeichnet, dass umindest eine Lichtquelle optisch mit einer Vielzahl von Lichtführungen (8) gekoppelt ist, die im Hinblick auf die räumliche Lichtmodulatoranordnung auf eine derartige Weise angeordnet sind, dass jede Lichtführung (8) einen Unterbereich des Querschnitts beleuchtet.
  2. 2
    Rapid prototyping apparatus of claim 1, thereby in that each spatial includes light modulator arrangement transmissive light valves. Rapid-Prototyping-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede räumliche Lichtmodulatoranordnung lichtdurchlässige Lichtventile umfasst.
  3. 3
    Rapid prototyping apparatus of claim 1 or 2, marked by a first lens array with at least one microlens with respect to each light valve on a Such a manner is arranged such that the temitter of the (n) Lich (n) (8th) Emitted light on or in the vicinity of the optical axis of the individual light valves focused. Rapid-Prototyping-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine erste Linsenanordnung mit zumindest einer Mikrolinse, die im Hinblick auf jedes Lichtventil auf eine derartige Weise angeordnet ist, dass das von dem(n) Lich temitter(n) (8) emittierte Licht auf oder in der Nähe der optischen Achse der einzelnen Lichtventile fokussiert.
  4. 4
    Rapid prototyping apparatus according to claim 1 3, marked by a second lens array with at least one micro lens arranged between the light valves and the lighting surface (2) Is disposed in such a manner that the by the light channels the individual light valves passing therethrough light suitable to the lighting surface (2) Is focused. Rapid-Prototyping-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine zweite Linsenanordnung mit zumindest einer Mikrolinse, die zwischen den Lichtventilen und der Beleuchtungsoberfläche (2) in einer derartigen Weise angeordnet ist, dass das durch die Lichtkanäle der einzelnen Lichtventile hindurchlaufende Licht geeignet auf der Beleuchtungsoberfläche (2) fokussiert ist.
  5. 5
    Rapid prototyping apparatus according to claim 1 4, marked by optical fibers, preferably Multimode fiber, the optical light guides (8th) form. Rapid-Prototyping-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch optische Fasern, vorzugsweise Multimodefasern, die die optischen Lichtführungen (8) bilden.
  6. 6
    Rapid prototyping apparatus according to claim 1 5, characterized in that at least one light source (6) Is made of a short arc gap lamp. Rapid-Prototyping-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Lichtquellen (6) aus einer Kurzbogen-Spaltlampe angefertigt ist.
  7. 7
    Rapid prototyping apparatus according to claim 1 6, characterized in that the individual light valves in the transverse direction of the surface are arranged with a given mutual distance in rows, said rows being mutually offset in the transverse direction. Rapid-Prototyping-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lichtventile in der Querrichtung der Oberfläche mit einem gegebenen gegenseitigen Abstand in Reihen angeordnet sind, wobei die Reihen in der Querrichtung gegenseitig versetzt sind.
  8. 8
    Rapid prototyping apparatus according to claim 1 7, characterized in that the rows in such a Manner are arranged such that the projection of each individual light valve in the transverse direction on the surface (2) A number of illumination points at a given mutual distance has in the direction transverse to the row. Rapid-Prototyping-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen in einer derartigen Weise angeordnet sind, dass die Projektion von jedem einzelnen Lichtventil in der Querrichtung auf der Oberfläche (2) eine Anzahl von Beleuchtungspunkten bei einem gegebenen gegenseitigen Abstand in der Querrichtung zur Folge hat.
  9. 9
    Rapid prototyping apparatus according to claim 1 8th, characterized in that the (the) surface profile (s) the spatial Modulator arrays on one or more exposure heads (21) is (are) arranged, whereby the exposure heads and the illumination surface (2) are designed such that they carry out a relative movement, Rapid prototyping apparatus with a control circuit for Controlling the spatial light modulator arrays dependent on equipped by the movement between the exposure head and the illumination surface is. Rapid-Prototyping-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das (die) Oberflächenprofil(e) der räumlichen Modulatoranordnungen auf einem oder mehr Belichtungsköpfen (21) angeordnet ist (sind), wobei die Belichtungsköpfe und die Beleuchtungsoberfläche (2) so gestaltet sind, dass sie eine relative Bewegung ausführen, wobei die Rapid-Prototyping-Vorrichtung mit einer Steuerschaltung zur Steuerung der räumlichen Lichtmodulatoranordnungen in Abhängigkeit von der Bewegung zwischen dem Belichtungskopf und der Beleuchtungsoberfläche ausgestattet ist.
  10. 10
    Rapid prototyping apparatus according to claim 1 9, characterized in that the exposure head (the Exposure heads) (21) Comprise a bar whose relative movement over the lighting surface (2) From a single progressing movement in the Transverse direction of the rail is made. Rapid-Prototyping-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Belichtungskopf (die Belichtungsköpfe) (21) eine Schiene umfassen, deren relative Bewegung über die Beleuchtungsoberfläche (2) aus einer einzigen fortschreitenden Bewegung in der Querrichtung der Schiene besteht.
  11. 11
    Rapid prototyping apparatus according to claim 1 10, characterized in that the lighting device (3) Between the spatial Light modulator arrangement and the illumination surface (2) an optical device for spreading the light emitted from the light modulator array Light beams the illumination surface includes. Rapid-Prototyping-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (3) zwischen der räumlichen Lichtmodulatoranordnung und der Beleuchtungsoberfläche (2) eine optische Einrichtung zur Verbreitung der von der Lichtmodulatoranordnung emittierten Lichtstrahlen über die Beleuchtungsoberfläche umfasst.
  12. 12
    Rapid prototyping apparatus according to claim 1 11, characterized in that the modulation system the lighting device spatial Light modulators, such as LCD, PDLC PLZT, FELCD- or Kerr cells. Rapid-Prototyping-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsanordnung der Beleuchtungsvorrichtung räumliche Lichtmodulatoren wie beispielsweise LCD-, PDLC- PLZT-, FELCD- oder Kerr-Zellen sind.
  13. 13
    Rapid prototyping apparatus according to claim 1 12, characterized in that the modulator arrangement (21) Of the lighting device reflective electromechanical Light valves such as DMD. Rapid-Prototyping-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulatoranordnung (21) der Beleuchtungsvorrichtung reflektierende elektromechanische Lichtventile wie beispielsweise DMD sind.
  14. 14
    Rapid prototyping apparatus according to claim 1 13, characterized in that the light guides the lighting device with respect to the modulator arrangement (21) Are arranged in such a manner that the delivered optical energy to each subgroup of light valves does not vary significantly once the subsets of light valves in great proximity adjacent sub-areas on the illumination surface (2) illuminate. Rapid-Prototyping-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtführungen der Beleuchtungsvorrichtung im Hinblick auf die Modulatoranordnung (21) in einer derartigen Weise angeordnet sind, dass die gelieferte optische Energie an jede Untergruppe von Lichtventilen nicht signifikant variiert, sobald die Untergruppen von Lichtventilen in großer Nähe zueinander benachbarte Unterbereiche auf der Beleuchtungsoberfläche (2) beleuchten.
  15. 15
    A process for the production of three-dimensional Objects by means of a rapid prototyping apparatus where a completely or partially light-sensitive material (2) at least one light source (6) Is treated, the a cross-section of the material with at least one spatial Light modulator array (21) Of individually controllable light modulators illuminated, characterized in that at least one Light source with a plurality of light guides (8th) optically is coupled, which in view of the spatial light modulator arrangement are arranged in such a manner that each light guide (8th) a subregion of the section illuminated. Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten mittels einer Rapid-Prototyping-Vorrichtung bei dem ein vollkommen oder teilweise lichtsensitives Material (2) von zumindest einer Lichtquelle (6) behandelt wird, die einen Querschnitt des Materials mit zumindest einer räumlichen Lichtmodulatoranordnung (21) von einzeln steuerbaren Lichtmodulatoren beleuchtet, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Lichtquelle mit einer Vielzahl von Lichtführungen (8) optisch gekoppelt ist, die im Hinblick auf die räumliche Lichtmodulatoranordnung auf eine derartige Weise angeordnet sind, dass jede Lichtführung (8) einen Unterbereich des Querschnitts beleuchtet.
  16. 16
    A method according to claim 15, characterized, that a totally or partially light-sensitive material (2) In one layer on a plate (24) Arranged in a container is and is subsequently exposed to a rapid prototyping apparatus, before creates a new layer on top of the preceding layer becomes. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein vollkommen oder teilweise lichtsensitives Material (2) in einer Schicht an einer Platte (24) in einem Behälter angeordnet ist und nachfolgend mit einer Rapid-Prototyping-Vorrichtung belichtet wird, bevor oberhalb der vorangehenden Schicht eine neue Schicht erzeugt wird.
  17. 17
    The method of claim 15 or 16, thereby in that a rapid prototyping device a Computer Assisted-design software is equipped with a 3D presentation of the desired Prototype is converted into files of a cross-section contain prototype and the contents of the files used are to the spatial to control light modulator arrangement. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rapid-Prototyping-Vorrichtung mit einem Computer-Unterstützten-Konstruktions-Programm ausgestattet ist, wobei eine 3D-Präsentation des gewünschten Prototyps in Dateien umgewandelt wird, die einen Querschnitt des Prototyps enthalten und wobei die Inhalte der Dateien verwendet werden, um die räumliche Lichtmodulatoranordnung zu steuern.
Independent claims17