СТЕРЕОЛИТОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО С КАРТРИДЖНЫМ ПРИСПОСОБЛЕНИЕМ Российский патент 2020 года по МПК B29C64/20 B33Y30/00 

Изобретение относится к стереолитографическому устройству для изготовления трехмерного объекта посредством послойного или непрерывного затвердевания фоточувствительного вещества под воздействием специфического, инициирующего затвердевание излучения, при этом устройство содержит:

- несущее приспособление;

- источник излучения для создания инициирующего затвердевание излучения;

- предназначенное для позиционирования на несущем приспособлении картриджное приспособление.

Устройства этого вида хорошо известны. В стереолитографическом устройстве с помощью послойного или непрерывного последовательного расположения слоев, соответственно, информации о слоях, создается трехмерное тело из фоточувствительного вещества. Изобретение относится к применению улучшенной картриджной системы, которая может использоваться в такой установке и окружает подлежащий изготовлению объект.

Понятие стереолитография обозначает процесс изготовления, в котором применяется светочувствительное, затвердевающее при облучении светом вещество, в большинстве случаев одномерная форма, с целью создания слой за слоем с помощью геометрической информации слоя, которая может создаваться, например, с помощью цифровой маски или с помощью подвижного лазерного луча, трехмерного тела («объекта») с задаваемой желаемой формой. Основополагающий принцип стереолитографии известен также под такими названиями, как быстрое прототипирование (Rapid Prototyping), трехмерная печать и т.д.

Для стереолитографического процесса можно использовать, наряду с управляемым лазером, также пиксельные индикаторные дисплеи, некогерентные источники света, например, в соединении с управляемыми микрозеркалами (так называемыми чипами MEMS или DLP), с целью проецирования геометрической информации слоя в фоточувствительное вещество, для его затвердевания (проявления) послойно или непрерывно на дне или на другой базовой поверхности. Информация слоя может, в частности, основываться на пикселях. Базовая поверхность (также базовая плоскость) представляет заданную поверхность, на которой происходит затвердевание слоя фоточувствительного вещества; она может быть поверхностью дна или внутренней стороны крышки или другой подходящей заданной поверхностью и, в зависимости от применения, иметь твердую, гибкую или жидкую консистенцию. Для отделения затвердевшего слоя от базовой поверхности, он сначала, т.е. перед первой стадией процесса создания, переносится на несущий элемент (например, с помощью процесса полимеризации), который способен выполнять относительное движение относительно фокусной плоскости, которая может совпадать с верхней стороной базовой поверхности (например, дном картриджа). В следующей стадии способа обеспечивается возможность затекания нового материала фоточувствительного вещества между последним созданным слоем и базовой поверхностью; это может осуществляться, например, с помощью простого подъемного движения. После этого затекшее фоточувствительное вещество может снова затвердевать с помощью облучения. Эти стадии способа повторяются до создания подлежащего образованию объекта в соответствии с отдельными проецируемыми информациями слоев.

Наибольшие проблемы этих способов состоят, прежде всего, в необходимости эффективного и изменяемого накопления, или соответственно, хранения фоточувствительного вещества внутри самой установки, а также в необходимости аккуратного отделения отдельных слоев от базовой поверхности, эффективного управления относительным движением несущего элемента созданных слоев, или соответственно создаваемого объекта, относительно базовой поверхности, а также в возможно более простом обращении с установкой и подачей нового фоточувствительного материала в установку.

Из уровня техники известны различные решения, в которых в большинстве случаев предусмотрены открытые ванноподобные резервуары для фоточувствительного вещества. Приводилось также описание картриджей, которые, однако, представляют очень сложные, жесткие и затратные резервуары.

Например, в DE 102014215213 А1 приведено описание резервуара, в котором предусмотрена соединенная с донной пластиной пленка, которая с помощью не прозрачной части натянута вниз. Эта пленка может деформироваться при подъеме слоев, с целью обеспечения тем самым более легкого и аккуратного отделения. Резервуар является составленной вместе, сложной конструктивной группой, которая содержит, среди прочего, донную пластину, выступающую в резервуар натяжную часть, а также различные другие части, такие как сам несущий элемент, и имеет сложную конструкцию.

В других решениях, смотри DE 101 19 817 А1 и JP Н06 246 838 А, вместо закрытого картриджа применяются открытые резервуары в виде ванны, которые также содержат деформируемую пленку для уменьшения сил снятия.

Известные решения имеют недостаток очень сложной конструкции картриджных систем, а также самих ванн, а также недостатки обращения с фоточувствительным веществом относительно, например, чистки ванны, введения ванны в машину, определения точного количества заполнения, а также открытой поверхности жидкости в системах ванн, опасность непосредственного контакта с фоточувствительным веществом, соответственно, загрязнения самой установки во время долива, соответственно, перезаполнения. Значительные трудности возникают также при введении наполненной фоточувствительным материалом ванны и/или изъятии ванны за счет того, что должны приводиться в действие сложные натяжные механизмы, или ванну необходимо вдвигать в удерживающие устройства. Также при извлечении созданного конструктивного элемента существует проблема загрязнения установки и/или оператора, в частности, загрязнения отдельных конструктивных элементов установки или групп конструктивных элементов, которые при смене на другой фоточувствительный мономер необходимо очищать, что затруднительно и требует много времени. Другой недостаток состоит в том, что обычные решения не обеспечивают возможности работы при определенной атмосфере, соответственно, при определенных атмосферных условиях. Очистка созданного объекта также представляет проблему, поскольку при извлечении несущего элемента объекта из машины, смачивающие объект, не затвердевшие мономеры могут загрязнять машину, а также место установки машины, не считая возможного загрязнения пользователя. Дополнительно к этому, фоточувствительное вещество за счет открытой поверхности жидкости подвергается определенному старению, которое изменяет химические свойства и тем самым отрицательно влияет на свойства образованного объекта, такие как, например, требуемая биосовместимость.

Задачей данного изобретения является создание стереолитографического устройства, соответственно, картриджного приспособления для такого устройства, которые преодолевают указанные выше недостатки и обеспечивают возможность упрощенного, помехоустойчивого, экономичного, предпочтительно непрерывного, а также легко документируемого создания трехмерных объектов.

Эта задача решена с помощью стереолитографического устройства указанного вначале вида, в котором картриджное приспособление имеет окруженное оболочкой внутреннее пространство, при этом по меньшей мере одна частичная зона оболочки является по меньшей мере частично проницаемой для инициирующего затвердевание излучения, при этом, согласно изобретению, оболочка картриджного приспособления является деформируемой, и окруженное оболочкой внутреннее пространство имеет объем, который по меньшей мере частично образован приемным пространством для фоточувствительного вещества. При этом под приемным пространством понимается то пространство, в котором некоторое количество фоточувствительного вещества может размещаться по меньшей мере в течение длительности процесса облучения и затвердевания и которе доступно для излучения.

Указанная выше задача решена также с помощью картриджного приспособления для применения в стереолитографическом устройстве указанного вида, при этом картриджное приспособление имеет окруженное оболочкой внутреннее пространство, при этом оболочка картриджного приспособления является деформируемой, и внутреннее пространство имеет объем, который по меньшей мере частично образован приемным пространством, в котором возможно размещение некоторого количества фоточувствительного вещества по меньшей мере в течение длительности процесса облучения и затвердевания, и которое доступно для излучения, которое инициирует затвердевание фоточувствительного вещества.

Решение, согласно изобретению, предусматривает, вместо по существу жесткого картриджа известного вида, картридж, оболочка которого, а также дно которого по меньшей мере частично выполнены гибкими и состоят по меньшей мере из одного материала. За счет гибкого выполнения оболочки обеспечивается возможность деформации картриджной оболочки, а также, при необходимости, всего корпуса картриджа, например, посредством сжатия картриджа, так что облегчается непосредственное создание слоев, а также прилипание слоев к опоре объекта (в последующем несущий элемент) с последующим отделением слоев от базовой поверхности, в то время как фоточувствительное вещество по меньшей мере частично находится во время процесса создания внутри картриджа. При этом с увеличением количества созданных слоев картридж вытягивается, соответственно, меньше сжимается (деформируется), так что он после изготовления подлежащего созданию объекта может быть снова переведен обратно в свою первоначальную форму при введении в машину, если это желательно. Следует отметить, что под оболочкой понимаются те части картриджа, которые ограничивают внутреннее пространство снаружи; возможно имеющиеся дополнительные компоненты, которые перемещаются во внутреннем пространстве, такие как, например, пуансон, ракель или клапанные части, не относятся к оболочке в смысле данного изобретения.

Поэтому изобретение обеспечивает возможность также эффективного и изменяемого хранения фоточувствительного вещества внутри стереолитографической установки, а также аккуратного отделения создаваемых слоев от базовой поверхности. Преимуществами является улучшенное и более простое управление относительного движения несущего элемента созданных слоев, соответственно, созданного объекта относительно базовой поверхности, а также более простого снабжения и обращения с фоточувствительным материалом в стереолитографическом устройстве.

Дополнительно к этому, картридж может быть снабжен носителем информации, с помощью которого можно контролировать количество, вид, состояние и параметры процесса. В соответствии с этим, картриджное приспособление может содержатьноситель информации, который передает информацию относительно фоточувствительного вещества, в частности, относительно его количества, вида и/или состояния, и/или содержит параметры процесса способа изготовления трехмерного объекта, и/или передает в стереолитографическое устройство, например, в его блок управления. Носитель информации может быть, например, напечатанным текстом, штриховым кодом, чипом RFID, магнитной полосой или т.п.

Как указывалось выше, предпочтительно, когда картриджное приспособление в стереолитографическом устройстве раскрываемого здесь вида предназначено для разъемной установки. В одной предпочтительной модификации картриджное приспособление может быть предназначено для разъемного крепления на несущем элементе объекта, с целью облегчения замены картриджа.

Деформируемая зона оболочки может быть выполнена в виде единого целого, предпочтительно из гибкого материала, однако при необходимости может состоять также из нескольких частей. Так, часть боковой поверхности картриджа может состоять из пленочного рукава (например, из пленки FEP или PTFE) в то время как дно картриджа, в котором находится, например, прозрачная часть дна (в простейшем случае по меньшей мере один кусок стекла), является простой отлитой под давлением из подходящей пластмассы частью, а также может содержать закрывающую верхнюю часть картриджа. Донная часть или верхняя часть могут содержать, в зависимости от выполнения, базовую поверхность.

Кроме того, объем внутреннего пространства может быть образован большей частью, предпочтительно полностью, приемным пространством. Базовая поверхность находится или на дне (соответственно, поверхности крышки) приемного пространства, или задана подходящей поверхностью в приемном пространстве, например, мембраной, пограничной поверхностью между двумя (например, расположенными слоями друг над другом) жидкостями, или по меньшей мере на одном из фоточувствительных веществ с различными состояниями в приемном пространстве. Оболочка может быть в качестве подготовки выполнена так, что окруженное внутреннее пространство во время деформации оболочки имеет по существу остающимся постоянным внутренний объем. Во многих вариантах выполнения способность к деформации оболочки выбрана так, что обеспечивается возможность реверсивного сжатия относительно высоты картриджа. В большинстве случаев желательна, прежде всего деформация сжатия, и поэтому в этих случаях деформация может быть ограничена таким реверсивным сжатием. Сжатие (или противоположное ему растяжение/ удлинение) может создаваться, например, с помощью относительного движения между опорной пластиной несущего приспособления и удерживающим приспособлением, которое удерживает лежащий противоположно опорной пластине угол картриджного приспособления; обычно два конца картриджного приспособления удерживаются в несущем приспособлении с помощью соответствующего удерживающего средства, и сжатие, соответственно, растяжение картриджного приспособления осуществляется посредством относительного движения удерживающих средств относительно друг друга.

Во многих вариантах выполнения оболочка может иметь геометрическую форму, которая может складываться в себя. Дополнительно к этому или в качестве альтернативы, оболочка может иметь по меньшей мере две базовые поверхности, которые могут быть выполнены жесткими, частично гибкими или полностью гибкими. Целесообразно, когда образованная в оболочке базовая поверхность может любым образом перемещаться или деформироваться в пространстве.

Оболочка может иметь предпочтительно такую форму, что она имеет дно, верхнюю часть и соединенную с дном и верхней частью боковую часть, при этом предпочтительно боковая часть выполнена с возможностью деформации. Дно оболочки может быть выполнено по меньшей мере в виде одного слой жестким или гибким, и/или состоять из нескольких материалов.

Согласно другой модификации изобретения, дно оболочки и/или боковая часть имеют по меньшей мере одну перфорированную зону, предпочтительно ослабленную зону (зоны), с целью образования по меньшей мере одного отверстия для подвода и отвода фоточувствительного вещества и/или для подвода или отвода растворителя из внутреннего пространства.

Оболочка картриджного приспособления, согласно изобретению, может иметь закрытое и для фоточувствительного вещество непроницаемое, образованное по меньшей мере из одной части дно, а также боковые стенки. Однако они могут быть проницаемыми для газов и газовых смесей. В этом смысле целесообразно, когда указанная боковая часть выполнена проницаемой для газов и смесей газов, в частности, для кислорода или воздуха. Также дно может быть проницаемым для газа.

Кроме того, оболочка на верхней стороне и/или по сторонам может иметь закрываемое отверстие, через которое фоточувствительное вещество можно подавать во внутреннее пространство и отводить из него. Оболочка может иметь, в частности, также боковые отверстия, соответственно, продолжения отверстий. При этом оболочка может иметь уплотнительные элементы для уплотнения отверстия. Таким образом, оболочка может иметь уплотнительные элементы у верхнего отверстия, а также на нижней стороне. Кроме того, может быть предусмотрена возможность закрывания отверстия закрывающим элементом, который предпочтительно выполнен в виде единого целого, при этом закрывающий элемент предпочтительно выполнен в качестве несущего элемента затвердевших слоев фоточувствительного вещества.

Выполненный из одной или нескольких частей картридж может содержать геометрические, механические или магнитные элементы, которые с помощью фиксации могут быть соединены по меньшей мере с одним элементом, который способен выполнять относительное движение. Кроме того, в одной предпочтительной модификации картриджного приспособления может иметься подвижный во внутреннем пространстве компонент, который с помощью направляющих геометрического, механического и/или магнитного вида направляется в картриджном приспособлении. Подвижные в оболочке компоненты этого вида могут быть, например, ракелью, пуансоном, служащими в качестве клапанов заслонками или т.п.

В одном варианте выполнения изобретения предусмотрено, что картриджное приспособление может иметь ограничивающую внутреннее пространство сверху и завершающую закрывающую часть, при этом эта закрывающая часть выполнена с возможностью замены и предпочтительно может быть в целом жесткой. Эта закрывающая часть может иметь имеющие подходящую геометрическую форму выемки или отверстия в обращенной к внутреннему пространству картриджа поверхности. Через выемки этого вида, например, фоточувствительная жидкость из капсулы может проникать во внутреннее пространство оболочки. Другое предпочтительное применение выемок состоит в улучшении адгезии трехмерного объекта со служащей в качестве несущего элемента поверхностью. Кроме того, закрывающая часть может быть выполнена из одной или нескольких частей. За счет подходящей геометрической формы закрывающего элемента может быть предусмотрена по меньшей мере одно зона, в которой можно хранить непосредственно или опосредованно фоточувствительную смолу или смолы.

Предпочтительно, закрывающий элемент обеспечивает возможность размещения по меньшей мере одного заполненного фоточувствительной смолой объекта, который предпочтительно выполнен с возможностью перфорирования. В соответствии с этим, предпочтительно, когда предусмотрена зона для размещения резервуара фоточувствительного вещества, при этом предпочтительно предусмотрены средства для перфорирования резервуара.

Кроме того, закрывающая часть может иметь по меньшей мере один интегрированный поршень, с помощью движений хода которого обеспечивается возможность дозирования выхода фоточувствительного вещества. Дополнительно к этому, поршень может иметь приспособления для перфорирования или открывания находящегося в закрывающей части резервуара, в частности, резервуара с фоточувствительным веществом. Поэтому по меньшей мере один поршень может быть способен в зависимости от времени повреждать имеющий вид мешка элемент, с целью высвобождения фоточувствительного материала.

Дополнительно к этому, поршень может иметь приспособления для подачи растворителя и/или газа или газовой смеси, в частности, азота или воздуха.

Кроме того, картриджное приспособление может предпочтительно содержать проницаемое для кислорода, выполненное из оной или нескольких частей дно.

Для облегчения отделения трехмерного объекта, в устройстве, согласно изобретению, может быть дополнительно предусмотрено приспособление для создания вибраций.

Стереолитографическое устройство, согласно изобретению, может быть предусмотрено для вставления одного, двух или больше картриджей. В частности, может быть предусмотрена возможность установки нескольких картриджных приспособлений в устройство.

Другие подробности и преимущества изобретения следуют из приведенного ниже описания нескольких примеров выполнения, которые не являются ограничительными для изобретения, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг. 1 - стереолитографическое устройство, согласно одному примеру выполнения изобретения, в изометрической проекции;

фиг. 2 - покомпонентный вид картриджного приспособления, которое можно устанавливать в устройство на фиг. 1;

фиг. 2а - картриджное приспособление из фиг. 2 в сборе;

фиг. 3 - первый вариант выполнения закрывающей части картриджа с несущим элементом и подлежащей установке в нем капсулой, в изометрической проекции;

фиг. 4 - продольный разрез закрывающей части, показанной на фиг. 3;

фиг. 5 - закрывающая часть из фиг. 1 с введенной капсулой, в изометрической проекции;

фиг. 6 - продольный разрез закрывающей части, показанной на фиг. 5;

фиг. 7 - второй вариант выполнения закрывающей части, в изометрической проекции;

фиг. 8 - продольный разрез закрывающей части, показанной на фиг. 7;

фиг. 9 - закрывающая часть, согласно фиг. 7 и 8, с извлеченной пробкой;

фиг. 10 - составленный из нескольких компонентов вариант выполнения закрывающей части, в изометрической проекции;

фиг. 11 - продольный разрез закрывающей части, показанной на фиг. 10, в собранном состоянии;

фиг. 12 и 13 - закрывающая часть из фиг. 10 и 11 с приведенным в действие поршнем;

фиг. 14а-14d - несколько вариантов выполнения оболочки картриджного приспособления, согласно изобретению;

фиг. 15 - закрывающая часть картриджа с нанесенными на нее носителями информации;

фиг. 16а-16d - последовательность четырех стадий создания затвердевшего слоя фоточувствительного вещества с применением картриджного приспособления, согласно изобретению;

фиг. 17 - другой вариант выполнения картриджной системы;

фиг. 18 - еще один вариант выполнения картриджной системы; и

фиг. 19а и 19b - замена капсулы закрывающей части.

На фиг. 1 показан пример выполнения стереолитографической установки 1, согласно изобретению, для изготовления одного или нескольких трехмерных объектов 2 (см. фиг. 1а-15d) из отдельных слоев, которые подвергаются затвердеванию из фоточувствительного вещества внутри соответствующего картриджного приспособления 5, 6. При этом обеспечивается возможность затвердевания фоточувствительного вещества в приемном пространстве 4 внутри картриджного приспособления 5, 6 с помощью актиничного излучения. В рамках данного раскрытия под актиничным излучением понимается (как правило, электромагнитное) излучение, которое пригодно для инициирования желаемой реакции затвердевания фоточувствительного вещества, в частности, световое излучение, такое как, например, ультрафиолетовый свет. Фоточувствительное вещество является, как правило, жидким, при этом в рамках данного раскрытия понятие жидкое распространяется на жидкости с любой вязкостью, включая суспензии и пастообразные вещества.

Одно или несколько картриджных приспособлений 5, 6 удерживаются с помощью соответствующих согласованных приемных приспособлений 75, 76 и расположены на опорной пластине 77. Опорная пластина 77 образует вместе с приемными приспособлениями 75, 76, включая соответствующие приводы и при необходимости другие (не изображенные на фиг. 1) компоненты, несущее приспособление 7, согласно изобретению.

Управляемый источник 8 света расположен, например, внутри опорной пластины 77 с возможностью горизонтального позиционирования там с помощью приводимых в действие шаговыми двигателями линейных приводов 81, 82, предпочтительно в двух направлениях (X и Y). Источник 8 света выполнен подвижным относительно по меньшей мере одного картриджного приспособления 5, 6, и тем самым позиционируется под картриджным приспособлением 6, в котором должен состояться процесс создания объекта 2. В одном варианте выполнения стереолитографическая установка может содержать также установленное с возможностью вращения зеркало, посредством которого с помощью других отклоняющих зеркал испускаемый источником 8 свет за счет отклонения установленного с возможностью вращения зеркала может направляться к нескольким картриджным приспособлениям.

Каждое приемное приспособление установлено с возможностью перестановки относительно опорной пластины 77, соответственно дна картриджной системы 5, 6 по высоте, например, с помощью шагового привода. Приемное приспособление 75, 76 предпочтительно предназначено для размещения, центрирования и удерживания в определенном положении относительно опорной пластины; предпочтительно, приемное приспособление 75, 76 удерживает верхнюю часть (закрывающую часть) картриджного приспособления, и может за счет перемещения относительно опорной пластины устанавливать высоту картриджного приспособления и тем самым сжимать его. Кроме того, несущее приспособление 7 может иметь для одного или для каждого из картриджных приспособлений 5, 6 крепежный элемент 74, например, тело, которое обеспечивает возможность крепления с геометрическим замыканием; с помощью крепежного элемента 74 может закрепляться нижняя часть картриджного приспособления 5, 6 по меньшей мере на время процесса проявления. Управляющий блок 9, например управляющий компьютер, управляет движением приспособлений 75, 76, 81, 82, а также стадиями изготовления в установке 1, включая активность источника 8 света; при необходимости, управляющий блок принимает и обрабатывает также измерительные и/или сенсорные сигналы, которые воспринимаются датчиками в картриджах 5, 6.

На фиг. 2 показана картриджная система 10 в разнесенной изометрической проекции (с разнесением в направлении Z), в качестве примера выполнения картриджного приспособления, согласно изобретению, которая может использоваться в стереолитографическом устройстве, согласно фиг. 1; на фиг. 2а картриджная система 10 показана в собранном состоянии. Картриджная система 10 в показанном примере выполнения содержит, например, закрывающую часть 11, которая, например, может быть конструктивно одинаковой с закрывающей частью, показанной на фиг. 3-6, оболочку 14 (например, конструктивно одинаковую с оболочкой 141 на фиг. 14а), а также дополнительное дно 15, которое предпочтительно по меньшей мере частично является проницаемым для актиничного излучения, фиксирующую часть 16 и придающую жесткость картриджу часть 17. Естественно, закрывающая часть, оболочка с дном, а также фиксирующая часть могут быть реализованы в соответствии с раскрываемыми здесь вариантами выполнения или другими вариантами выполнения, которые могут найти специалисты в данной области техники в рамках данного изобретения.

Фиксирующая часть 16 служит для дополнительной перестановки оболочки 14; дополнительно к этому, этот конструктивный элемент 16 может обеспечивать возможность референцирования, центрирования, крепления с силовым замыканием и/или с геометрическим замыканием по меньшей мере частично гибкой картриджной системы 10 в стереолитографическом устройстве 1 (см. фиг. 16). Кроме того, фиксирующая часть предотвращает вспучивание, деформацию, сгибание и/или подъем нижней зоны картриджа.

Для обеспечения надежного обращения по меньшей мере с частично гибкой картриджной системой снаружи и внутри стереолитографической установки 1, картриджная система 10 может иметь придающую жесткость картриджу часть 17, которая, например, выполнена по меньшей мере в виде получаши и согласована с геометрической формой гибкой оболочки 14 картриджной системы 10. С помощью придающей жесткость картриджу части 17 задается желаемая высота картриджной системы 10. Придающая жесткость картриджу часть 17 может также иметь такую форму, что обеспечивается легкое снятие картриджной системы 10; это может достигаться, например, с помощью рукоятки. Предпочтительно, придающая жесткость картриджу часть 17 выполнена так, что она по меньшей мере на одном конце может входить в разъемное соединение с геометрическим замыканием или с силовым замыканием с фиксирующей частью 16, оболочкой 14 и/или закрывающей частью 11, например, с помощью насаживания части 17 в виде зажима.

На фиг. 3 показан в косой проекции сверху сбоку первый вариант выполнения закрывающей части 11 с несущим элементом 102 создаваемых слоев (как указывалось выше, они образуются на нижней стороне несущего элемента), в который дополнительно может быть вложена по меньшей мере одна капсула 101. Капсула 101 еще показана над несущим элементом 102, в еще не вложенном и не перфорированном состоянии. В капсуле 101 находится по меньшей мере одно фоточувствительное вещество, которое может быть, например, жидкостью с любой вязкостью, или иметь пастообразную консистенцию. Капсула 101 запирается с помощью запирающего капсулу элемента 107. Этот запирающий элемент 107 может быть также выполнен в виде предохранительного клапана или содержать такой клапан. В одном (не изображенном) варианте выполнения капсулы 101 она сама может иметь предохранительный клапан.

На фиг. 4 показан разрез (продольный разрез вдоль средней оси) капсулы 101 несущего элемента 102. Капсула 101 (не перфорированная) содержит определенное количество фоточувствительного вещества 3 с выходным уровнем Н0 заполнения. Несущий элемент 102 имеет по меньшей мере одно отверстие 109, через которое выходящее из капсулы 101 фоточувствительное вещество 3 может попадать в зону под несущим элементом 102. Капсула 101 имеет в этом варианте выполнения на своей нижней стороне 110 одну или несколько зон 104 с уменьшенной толщиной стенки. Эти ослабленные зоны 104 предусмотрены для перфорирования с помощью выступов 105 несущего элемента 102. Эти выступы 105 находятся на поверхности 108 прилегания несущего элемента для капсулы 101 и выполнены, например, в виде возвышенных краев, которые окружают соответствующее ведущее наружу отверстие 109. Капсула 101 при вложении в несущий элемент 102 может фиксироваться с помощью одного или нескольких, предпочтительно защелкивающихся удерживающих средств 106, которые могут быть выполнены, например, в виде пружинящих защелкивающихся крюков 106. За счет этого капсулу 101 можно закладывать сверху и одновременно перфорировать.

Понятно, что капсула 101 может быть фиксирована в несущем элементе 102 другим образом, например, с помощью штыкового (байонетного) соединения или с помощью дополнительной части, которая вводится после укладки капсулы и фиксируется посредством защелкивания в носителе; капсула 101 может также иметь резьбу и ввинчиваться в несущий элемент 102.

В одном варианте выполнения перфорирование может осуществляться также с помощью дополнительно предусмотренной на поверхности 108 прилегания части, например, лезвия или шприцевой иглы. В другом варианте выполнения, капсула выполнена из нескольких частей, при этом нижняя сторона 110 капсулы 101 по меньшей мере на некоторых участках выполнена из материала, который легко перфорируем, такого как, например, пленка. При этом капсула 101 может открываться за счет перфорирования пленки или за счет снятия пленки с одной из покрытых пленкой зон нижней стороны 110.

В другом, не изображенном варианте выполнения несущий элемент 102 имеет зубчатый венец или зубья, которые, например, образованы на боковых поверхностях (как на цилиндрическом зубчатом колесе). Это обеспечивает возможность вращения относительно дна оболочки картриджа на небольшой угол α в несколько угловых градусов. За счет этого вращения могут быть значительно уменьшены необходимые для отделения изготовленного объекта от базовой поверхности силы.

На фиг. 5 показан в изометрической проекции несущий элемент 102 с вставленной в него капсулой 101, за счет чего образована закрывающая часть 11 картриджа.

На фиг. 6 показана в разрезе (продольном разрезе вдоль средней оси) закрывающая часть 11 картриджа. Вследствие перфорирования капсулы 101 с помощью выступов 105, фоточувствительное вещество 3 может выходить через предусмотренные в несущем элементе 102 отверстия 109. При этом падает уровень заполнения с показанного на фиг. 4 уровня Н0 до уровня h.

На фиг. 7 и 8 показан, соответственно, в изометрической проекции и в разрезе (в соответствии с фиг. 5 и 6) второй варианта выполнения закрывающей части 200 картриджа с несущим элементом 202, крышкой 201 и пробкой 208. несущий элемент 202 содержит фоточувствительное вещество 3. Образованное в поверхности дна несущего элемента 202 отверстие 209 закрывается пробкой. Пробка 208 имеет захватный элемент или планку, и проходит через отверстие 207 крышки 201 вверх; она уплотняет во вставленном состоянии крышку 201, а также несущий элемент 202 от выхода фоточувствительного вещества 3, при этом уплотнительное действие достигается за счет вставления с замыканием по материалу, за счет ввинчивания или за счет дополнительных геометрических выступов, а также дополнительных конструктивных элементов, таких как кольца круглого сечения, уплотнительные элементы или т.п. Крышка 201 закрывает внутреннее пространство несущего элемента 202, например, с помощью плотного соединения 210 с силовым замыканием и/или с геометрическим замыканием.

На фиг. 9 показано, как фоточувствительное вещество 3 после удаления пробки 208 из несущего элемента 202 выходит из расположенного на стороне дна отверстия 209. Для облегчения выхода фоточувствительной жидкости 3, геометрическая форма отверстия 209 может быть выбрана подходящей для этой цели. Дополнительно к этому, несущий элемент 202 и крышка 201 могут быть покрыты на внутренней стороне, на входящих с фоточувствительным веществом 3 в контакт поверхностях, материалом, который обеспечивает возможность оставления во внутреннем пространстве несущего элемента 202 возможно меньшего количества фоточувствительного вещества 3. Это может достигаться, например, посредством покрытия с помощью FEP, PTFE (тефлон) или другими материалами, которые уменьшают поверхностное напряжение, соответственно, смачивание. Этот вариант выполнения обеспечивает возможность простого заполнения снова внутреннего пространства, а также простую чистку. Предпочтительно, пробка 208 может иметь такую форму, что обеспечивается возможность повторного закрывания и заполнения через отверстие 207.

Дополнительно к этому, пробка 208 может иметь каналы заполнения (не изображены), которые обеспечивают возможность заполнения внутреннего пространства через пробку; для этого каналы заполнения могут быть выполнены в виде сверлений сверху, которые над нижним концом пробки входят в боковые сверления (обратная L или Т-образная форма канала). В качестве альтернативного решения, крышка 201 может иметь подходящее для заполнения, закрываемое отдельное отверстие (не изображено).

На фиг. 10 и 11 показан третий вариант выполнения закрывающей части 300, в которой направляется пуансон или поршень 301 внутри несущего элемента 302. Направление поршня 301 осуществляется предпочтительно с помощью направляющих элементов 311 и 313, например, в виде выступов или носов 311, которые входят в направляющие канавки 313 на внутренней стороне несущего элемента 303; за счет этого они могут служить в качестве центрирования, направлении и защиты от проворачивания. Кроме того, поршень 301 может быть выполнен так, что он также может быть удален из несущего элемента 302. Этот вариант выполнения обеспечивает возможность повторного снабжения закрывающей части 300 имеющим вид мешка резервуаром 312, который заполнен фоточувствительным веществом 3. Резервуар 312 состоит по меньшей мере частично из перфорируемого материала, который предпочтительно является также непроницаемым для света (например, пластмассовой пленкой или алюминиевой фольгой с покрытием). Поршень 301 имеет на обращенной к резервуару 312 стороне образованные на внутренней поверхности элементы 305, например, в виде игл, зубьев или лезвий, которые обеспечивают возможность целенаправленного перфорирования резервуара 312 в виде мешка; дополнительно к этому или в качестве альтернативы, сам несущий элемент 312 может иметь такие средства перфорирования. Перфорирование может осуществляться также с управлением извне, например, с помощью имеющего вид иглы тела. Заполненный фоточувствительным веществом 3 резервуар 312 может иметь в другом варианте выполнения несколько секций, которые заполнены каждая фоточувствительным материалом. Таким образом, с помощью внешнего, например, управляемого перфорационного тела можно целенаправленно перфорировать отдельные секции в заданной последовательности.

Как также показано на фиг. 10 и 11, несущий элемент 302 может быть дополнительно выполнен так, что он может принимать резервуар 312 в виде мешка внутри себя, а также фиксировать, соответственно, центрировать его положение. Для этого зона для размещения мешка 312 может быть окружена краем или несколькими планками. На фиг. 10 показана в разрезе образованная из нескольких частей закрывающая часть 300 с удерживаемым в несущем элементе 302 резервуаром 312 в виде мешка в исходном положении с позицией h1 поршня (при измерении в виде расстояния от верхней кромки несущего элемента 302).

На фиг. 12 показана в изометрической проекции и на фиг. 13 в разрезе закрывающая часть 300 в состоянии, когда поршень 311 находится в своем конечном положении h2. Исходя из первоначального положения h1, любое положение между позициями h1 и h2 поршня 301, включая конечное положение h2, может достигаться посредством воздействия внешней силы F. В качестве (не изображенного) варианта, когда поршень 311 установлен с возможностью вращения в несущем элементе 302, можно, например, с помощью винтовой направляющей кулисы или резьбы с определенным ходом, перемещать поршень также с приложением окружной силы (для создания вращательного движения).

При перемещении из исходного положения h1 в положение h2 мешок 312 протыкается перфорационными элементами 305 и тем самым открывается. В показанном на фиг. 12 положении h2 перфорированный мешок 312' выдал фоточувствительное вещество 3; поэтому оно выходит во внутреннее пространство несущего элемента 302, откуда оно выходит через предусмотренные для этого отверстия 309 из несущего элемента 302. В одном предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что поршень 301 во взаимодействии с несущим элементом 302 выполнен так, что он, наряду с перфорированием, также обеспечивает возможность сдавливания резервуара 312 и тем самым максимально полного его опустошения. Понятно, что поршень не обязательно, должен быть частью закрывающей части 300; Кроме того, поршень может быть выполнен в целом из нескольких частей, т.е. разделен на несколько частичных поршней, так что эти несколько поршней могут перемещаться независимо друг от друга.

На фиг. 14а-14d показаны схематично в изометрической проекции некоторые примеры вариантов формы 141, 142, 143, 144 по меньшей мере частично гибкой оболочки, согласно изобретению, картриджного приспособления, согласно изобретению. Оболочка выполнена, например, в виде одной части, однако может быть составлена также из двух или больше компонентов. Основная геометрическая форма оболочки 14, 141-144 может иметь любое геометрическое выполнение, в зависимости от желаемой области применения, которая окружает внутреннее пространство 140; например, оболочка может иметь цилиндрическую или призматическую форму с круглым, овальным, квадратным или прямоугольным поперечным сечением; кромки многоугольника поперечного сечения могут быть дополнительно округлены. Предпочтительно, оболочка имеет основную форму в виде стакана, при этом она может содержать дно и боковую часть. При этом боковая часть образует боковую стенку, которая соединяет дно и верхнюю часть; при этом верхняя часть может быть частью оболочки или образована дополнительными компонентами, такими как, например, закрывающая часть 11, 200, 300, 400. В частности, в предпочтительных вариантах выполнения оболочка выполнена ротационно симметричной, или по меньшей мере частично с коробчатым поперечным сечением.

Например, оболочка может иметь боковую часть с гладкой наружной и внутренней поверхностью, как показано на фиг. 14а. Более сложная геометрическая форма оболочки также возможна, как показано на фиг. 14b и 14с. На фиг. 14b показано складывание в виде сильфона боковой части оболочки 142, что обеспечивает более легкое складывание оболочки 142. Оболочка 142 имеет геометрическую форму боковой части, которая имеет посекционно функцию сильфона. В других (не изображенных) примерах боковая часть оболочки может иметь форму усеченного конуса, трапеции с сужением вверх, с целью облегчения складывания оболочки. При этом оболочка имеет по меньшей мере одно отверстие или подходяще выполненные буртики и/или отверстия. На фиг. 14с показан пример выполненной в виде единого целого, ротационно симметричной в поперечном сечении оболочки 143, которая имеет дно с одним или несколькими отверстиями, в которые может быть введен дополнительный конструктивный элемент 145, и/или многослойное и выполненное из различных материалов дно, а также при необходимости закрывающая прозрачная пластина, за счет чего образуется полое пространство, которое может быть заполнено с помощью конструктивного элемента 145, как будет более подробно пояснено ниже со ссылками на фиг. 17. В качестве альтернативного решения, образованные на оболочке компоненты, такие как, например, впускной и выпускной патрубки или т.п., могут быть также выполнены в виде единого целого с оболочкой. Дополнительно к этому, геометрическая форма оболочки, как показано на фиг. 14d в виде оболочки 144, может быть снабжена по меньшей мере одним углубленным и/или возвышенным элементом 146 (например, канавкой или ребром) в нижней зоне оболочки 144, с помощью которого может быть закреплено дополнительное дно 15, 125 (смотри фиг. 2, соответственно, 17), которое по меньшей мере частично проницаемо для актиничного излучения для затвердевания фоточувствительного вещества, например, из плексигласа, акрилового стекла или полированного листового стекла, и образует дополнительное полое пространство под дном оболочки 141-144. Дополнительно к этому, этот элемент обеспечивает возможность выпрямления и/или крепления оболочки 144.

На фиг. 15 показан пример выполнения закрывающей части 500 картриджа, на наружной стороне которой (здесь на верхней стороне крышки 501) предусмотрен один или несколько носителей 502, 503 информации, в которых хранится информация относительно фоточувствительного вещества, в частности относительно его количества, вида и/или состояния, и/или параметры процесса изготовления трехмерного объекта. Из несущего элемента информации данные могут передаваться через подходящие пути передачи в стереолитографическое устройство, например, в управляющий блок 9. Носитель информации может быть, например, напечатанным текстом, штриховым кодом 503, чипом 502 RFID, магнитной полосой или т.п.

На фиг. 16а-16d показана последовательность отдельных стадий или фаз, которые иллюстрируют принцип действия картриджного приспособления, согласно изобретению, (на примере картриджной системы 10 на фиг. 2) в одном возможном варианте выполнения стереолитографической установки 1. На этих фигурах для большей ясности показаны лишь источник 8 света установки 1 и картриджная система 10, в то время как приспособления для удерживания, позиционирования, а также деформации (сжатия/растяжения) картриджной системы 10 не изображены. Фиг. 16а-16d иллюстрируют изготовление трехмерного объекта 2 на основании цикла образования одного слоя Bn объекта 2, для которого уже были созданы слои В1 - Bn-1. На чертежах данного раскрытия трехмерный объект 2 показан в виде конструктивного элемента с обратной пирамидальной формой, что является лишь примером и не должно ограничивать изобретение; естественно, можно создавать различные формы трехмерного объекта. Цикл создания слоя Bn с применением фоточувствительного вещества 3 содержит следующие фазы:

фаза 1: исходное положение с высотой А1 (смотри фиг. 16а),

фаза 2: опускание несущего элемента на высоту А2 (смотри фиг. 16b), при этом A2<A1,

фаза 3 - засветка, соответственно, создание слоя Bn (смотри фиг. 16с),

фаза 4 - подъем несущего элемента (смотри фиг. 16d) и при необходимости извлечение из формы затвердевшего слоя Bn.

За счет этого достигается конечное положение, которое соответствует исходному положению (фаза 1), однако с высотой A3>A2. Высота А3 может совпадать с высотой А1 перед показанным циклом создания или отличаться от нее. Часто A3>A1, поскольку величина конструктивного элемента увеличивается.

На фиг. 16а показано исходное состояние с уже перфорированной капсулой 111, из которой фоточувствительное вещество 3 вытекает во внутреннее пространство 140 картриджной системы 10 и там заполняет, соответственно, покрывает дно оболочки 14, которое представляет приемное пространство, согласно изобретению. В исходном положении (фаза 1) с высотой А1 уже образованы n-1 слоев конструктивного элемента 2, и образованный последним слой Bn-1 находится в положении над дном оболочки 14.

Затем, как показано на фиг. 16b, образованная с помощью закрывающей части 11 верхняя часть картриджной системы 10 опускается вниз со сжиманием системы 10. Опускание закрывающей части 11 предпочтительно осуществляется, пока слой Bn-1 (снова) не придет в соприкосновение с фоточувствительным веществом 3. Слой Bn-1 предпочтительно позиционируется так, что он на желаемую толщину подлежащего созданию слоя Bn находится над базовой поверхностью 41. Во время опускания закрывающей части 11 из капсулы 111 может при необходимости выходить фоточувствительная жидкость 3, при этом еще находящееся под слоем Bn-1 жидкое фоточувствительное вещество 3 вытесняется на желаемую толщины слоя Bn; другими словами, фоточувствительное вещество 3 заполняет щель между слоем Bn-1 и базовой плоскостью 41, которая образована дном оболочки 14, соответственно, при необходимости не реактивной фазой 33 (смотри фиг. 17) фоточувствительного вещества 3. Деформируемая оболочка 14 принимает, согласно изобретению, и в соответствии с ее формой, сжатое, а именно, сложенное вместе и/или смятое состояние.

В фазе 3, показанной на фиг. 16с, новый слой Bn затвердевает с помощью актиничного излучения 80, например ультрафиолетового света, который, исходя из источника 8 света, фокусируется на подлежащих проявлению зонах слоя Bn. При этом в соответствии с обычным стереолитографическим способом создается структура слоя Bn за счет выбора засвечиваемых зон слоя Bn.

В фазе 4 затвердевший в фазе 3 слой Bn поднимается со дна оболочки 14 или фазы 33 посредством относительного движения закрывающей части 11; тем самым вновь образованный слой Bn отделяется от базовой поверхности 41. При этом оболочка 14 в соответствии с величиной хода движения эластично деформируется вверх, а именно, как правило, частично расширяется.

На фиг. 17 показан в продольном разрезе другой вариант выполнения картриджной системы 20, в которой оболочка 24, например, выполнена по существу аналогично показанной на фиг. 14с оболочке 143. Под оболочкой 24 находится полое пространство 22, которое образовано между наружным стеклянным дном 25 и нижней стороной 23 оболочки 24. За счет боковых продолжений оболочки 24 или других предусмотренных для этого отверстий (не изображены), полое пространство 25 может заполняться текучей средой 19 (например, кислородом или другим исключающим реакцию газом) или другими ингибиторами (объемный расход V). За счет проникновения через проницаемое дно оболочки 24 во внутреннее пространства 240 картриджа ингибитора образуется не реактивная фаза 33 фоточувствительного вещества 3, поверхность которой образует базовую поверхность 42 этого варианта выполнения, вместо (внутренней) поверхности дна оболочки 24. Образованная так базовая поверхность 42 обеспечивает то преимущество, что созданный слой конструктивного элемента 2 не прилипает к поверхности дна оболочки 24, и поэтому предотвращается опасность приклеивания и возможно разрыва нижнего слоя.

Внутреннее пространство картриджной системы может быть в этом или также в других показанных вариантах выполнения дополнительно нагружено давлением р1, которое больше или меньше окружающего давления р0; это может осуществляться через предусмотренные для этого отверстия (не изображены) в закрывающей части 21 и/или в оболочке 24. При этом внутреннее пространство картриджной системы может быть заполнено специальным защитным газом (например, азотом), который предотвращает кислородное ингибирование уже образованных слоев, и тем самым положительно влияет на механическую прочность слоев, а также на добротность поверхности.

На фиг. 18 показан другой возможный вариант выполнения оболочки 34 (которая выполнена аналогично оболочке 144 на фиг. 14d,) и конструкция картриджной системы 30. В этом варианте выполнения оболочка 34 имеет сквозное (т.е. не полностью выполненное) дно 344, которое тем самым имеет отверстие 18 (или несколько таких отверстий). Это отверстие закрывается с помощью вставленного имеющего форму пластины или листа конструктивного элемента 35. Этот конструктивный элемент 35 может быть выполнен при необходимости из нескольких частей; он обеспечивает закрытое внутреннее пространство 340 картриджной системы 30, и его верхняя поверхность образует базовую поверхность. Конструктивный элемент 35 может быть образован, например, слоистой структурой, которая является по меньшей мере частично проницаемой для применяемого для затвердевания фоточувствительного вещества 3 актиничного излучения, а также для газов; например, может быть образована эластичная пленка 31 (например, пленка FEP, тефлоновая пленка) на несущей части 32, которая состоит из материала, такого как, например, микропористое стекло, которое имеет особенно хорошую проницаемость для используемого газа, соответственно газовой смеси, для образования не реактивной фазы 33 (смотри выкладки к фиг. 17).

Дополнительно к этому, на фиг. 18 показан другой аспект реализации оболочки на основе показанной на фиг. 14d оболочки 144, при этом боковая часть оболочки 34 образована из нескольких сегментов 341, 342, 343, и отдельные сегменты могут иметь различные друг от друга свойства материала, Это позволяет создавать оболочку картриджа, которая имеет, например, зоны с различной гибкостью и/или различными оптическими свойствами, Естественно, сегментирование боковой части может быть предусмотрено также в любом другом из показанных здесь вариантов выполнения.

Другой аспект изобретения иллюстрирован на фиг. 19а и 19b на основании показанной в разрезе картриджной системы 40, а именно замены капсулы для смены видов обработки, например, от создания слоев к процессу чистки. На фиг. 19а показана картриджная система 40, в которой объект или конструктивный элемент 2 создается с помощью фоточувствительного вещества 3, согласно указанным выше процессам; фоточувствительное вещество 3 выходит из капсулы 401, которая вставлена в несущий элемент 402 картриджной системы 40. За счет удаления капсулы 401 и замены ее посредством установки новой капсулы 404, которая совместима с закрывающей частью 400 этого примера выполнения, можно вместо фоточувствительного вещества 3 подавать другое вещество. Например, капсула 404 может быть заполнена растворителем 43, таким как, например, изопропанол. За счет установки капсулы 404 и перфорирования наружной оболочки капсулы 404 в ходе закладки во внутреннее пространство несущего элемента 402 закрывающей части 400, растворитель 43 выпускается и может через отверстия закрывающей части 400 попадать во внутреннее пространство 440 картриджной системы 40. Как показано на фиг. 19b, растворитель 43 заполняет частично или полностью внутреннее пространство картриджной системы 40 и обеспечивает возможность чистки конструктивного элемента 2, в частности, удаления еще прилипшего к конструктивному элементу 2 фоточувствительного вещества 3, и/или растворения остаточного, находящегося во внутреннем пространстве фоточувствительного вещества 3, которое еще не затвердело или затвердело частично. За счет растворения фоточувствительного вещества 3 в растворителе 43 образуется раствор или смесь 13 во внутреннем пространстве картриджа. Она может быть удалена посредством опрокидывания или поворота картриджа 40 через отверстия в закрывающей части 400. Например, через отверстия несущего элемента 402 при удалении закрывающей части 403 капсулы, смесь 13 может вытекать из внутреннего пространства 440 картриджной системы 40. Если желательно, то затем можно заменить жидкость новым растворителем. При этом картриджное приспособление может быть выполнено так, что растворение фоточувствительного вещества 3 может поддерживаться с помощью вибрации, центрифугирования, тряски, повышения температуры и других подходящих мер.

Аналогично показанному на фиг. 19а и 19b, можно выполнять также смену между различными видами фоточувствительных веществ, например, когда объект 2 должен состоять из различных материалов, и/или если желательны различные жидкости для чистки и/или последующего затвердевания объекта 2.

Замена или также непрерывная смена жидкостей может достигаться также тем, что через первое отверстия в несущем элементе 402 или в оболочке 44 подается новое (как правило, жидкое или в виде суспензии) вещество, которое вытесняет вещество во внутреннее пространство; через второе отверстие может вытекать вытесняемое так вещество. В подводящих трубопроводах первого отверстия и/или в отводящем трубопроводе второго отверстия могут быть предусмотрены подходящие насосы.

Указанные выше варианты выполнения картриджного приспособления, соответственно стереолитографического устройства, согласно изобретению, могут дополнительно содержать, в зависимости от применения, следующие аспекты и модификации.

Картриджное приспособление может содержать фоточувствительное вещество непосредственно или опосредованно, и может быть выполнено в виде единого целого или составлено из нескольких компонентов. Оболочка может быть выполнена трехмерной и предпочтительно в виде единого целого, при этом деформируемая часть оболочки, которая предпочтительно является окружной боковой частью, может состоять из сгибаемого или складываемого материала. Дно оболочки может быть по меньшей мере частично проницаемым для света и газа, и оно может быть выполнено из подходящего для этого материала, например, из силикона или другого многослойного композита, который содержит слои силикона, стекла и/или пластмассы, например, со слоистой конструкцией. В стереолитографическом устройстве предусмотрен источник света, который предпочтительно управляемо подвижен и перемещаем, для избирательной засветки фоточувствительного вещества, а также по меньшей мере один несущий элемент объекта (называемый также несущим гнездом или коротко несущим элементом). Несущий элемент объекта расположен внутри или снаружи картриджного приспособления и может быть при необходимости подвижным относительно дна картриджа.

В другом варианте выполнения боковая часть картриджа может состоять из пленочного рукава (например, из пленки FEP или PTFE), в то время как дно картриджа и закрывающая верхняя часть картриджа состоит из подходящей пластмассы и/или подходящих многослойных композитных материалов. Стоимость этого варианта выполнения значительно ниже, чем при выполнении из силикона литьем под давлением, и при этом пленка дополнительно тоньше и легче поддается деформации.

Фоточувствительный материал может находиться в картридже в одном (или нескольких) образованных в нем приемных пространствах, в которые он заполняется еще перед укладкой картриджа в установку, или он может вводиться в картридж в одном или нескольких резервуарах, например, в предусмотренное для этого приемное пространство внутри тела картриджа, несущего элемента ( несущего элемента объекта), соответственно, самой оболочки. несущий элемент, который дополнительно может служить одновременно в качестве закрывающей части и может быть выполнен в виде единого целого или из нескольких частей, может иметь по меньшей мере одну геометрическую выемку, в которой может размещаться фоточувствительное вещество или резервуар для него. Эта выемка иметь дополнительно поверхность специальной формы или структуры, или в нее может быть введен компонент с поверхностью специальной формы или структуры, при этом эта поверхность, соответственно структуры, могут оказывать перфорирующее действие на другое тело. Таким образом, несущий элемент, соответственно выемка, могут принимать или хранить по меньшей мере одно фоточувствительное вещество непосредственно или опосредованно в резервуаре.

За счет этого отпадает необходимость в дополнительных доливочных и дозировочных приспособлениях, а также сложной чистки несущего элемента. Особое преимущество обеспечивается с помощью картриджной системы (картриджного приспособления), согласно изобретению, за счет простого и исключающего загрязнения введения и удаления из стереолитографической установки. При этом можно быстро и без длительных промежутков времени для чистки и переоснащения, выполнять замену различных картриджей, которые содержат, например, различные фоточувствительные вещества. Поэтому, например, также возможно в одной установке во время уже начавшегося процесса создания подключать второй картридж, с целью повышения загрузки установки. Кроме того, на основании известного количества вещества внутри картриджа, можно создавать, в зависимости от требований, лишь точно заданное количество, соответственно, точно заданный объем объекта. Таким образом, с помощью картриджной системы, согласно изобретению, можно точно задавать сохранность фоточувствительного вещества, и поэтому можно также задавать ожидаемые свойства объекта и материала в затвердевшем состоянии, такие как, например, желаемая биосовместимость. Картриджную систему, согласно изобретению, можно просто удалять из установки, включая образованный на несущем элементе объект, а затем устанавливать в установку для последующей обработки (например, для чистки и/или дополнительной засветки), которая предназначена для размещения картриджной системы и, при необходимости, через отверстия или за счет перфорирования самого картриджа в подходящих местах можно вводить и/или выводить чистящее средство, например, растворитель, такой как изопропанол.

Кроме того, можно через те же и/или другие предусмотренные, соответственно, подходящие для этого отверстия в частях картриджа вводить специальную атмосферу, Таким образом, очищенный или частично очищенный картридж с находящимся в нем на несущем элементе объектом может служить в качестве колокола, который заполнен защитным газом. Предпочтительно, оболочка по меньшей мере частично проницаема для света, особенно предпочтительно оболочка, а также дно картриджа проницаемы для света и выполнены из одинакового материала, например, силикона. Многие варианты выполнения отличаются тем, что оболочка, а также дно картриджа выполнены в виде единого целого из проницаемого для света, гибкого и химически стабильного, а также пропускающего кислород материала, такого как, например, силикон, особенно предпочтительно из жидкой силиконовой резины (LSR), при этом закрывающая часть, а также возможные другие части, такие как, например, несущий элемент и/или поршень, и/или заполненные фоточувствительным материалом капсулы, могут состоять из непроницаемого для света материала. Несущий элемент может иметь по меньшей мере одну геометрическую выемку, через которую фоточувствительное вещество с помощью поршней может проходить в предусмотренную для засветки зону картриджа, например, ко дну картриджа, на основании силы тяжести или с помощью давления, которое прикладывается с помощью несущего элемента.

Поскольку изобретение обеспечивает возможность отдельного хранения фоточувствительного вещества в закрывающей части, соответственно, в образованном с помощью закрывающей части полом пространстве, то может конструктивно исключаться набухание, соответственно, диффузия вещества в чувствительные зоны картриджа. при этом предпочтительно, когда фоточувствительное вещество дополнительно закрыто в имеющем, например, вид мешка резервуаре или в специально образованном теле резервуара, который предпочтительно находится в несущем элементе или может быть введен в него. Закрывающая часть, точней части ее, такие как, например, задняя часть несущего элемента, предназначены конструктивно и/или на основании выполнения поверхности для перфорирования резервуара (например, мешка) фоточувствительного вещества, и тем самым выпуска фоточувствительного вещества. В другом предпочтительном варианте выполнения заполненная фоточувствительным веществом одноразовая капсула может прокалываться имеющей специальную форму частью несущего элемента, за счет чего высвобождается фоточувствительное вещество.

Картриджная система может быть одноразового применения или выполнена так, что ее можно применять несколько раз. Она может быть выполнена в виде одноразовой системы или с возможностью повторного заполнения.

Картриджное приспособление, согласно изобретению, обеспечивает возможность, в зависимости от выполнения, быстрого, точного измерения газовой смеси, применения небольшого количества газа, более точного контролирования объемного потока газа, поскольку количество фоточувствительного вещества, например, за счет измерения заполнения капсулы точно известно, более надежного и простого обращения с фоточувствительным веществом, более надежного и стабильного процесса, а также предотвращения загрязнения. Кроме того, в соответствии с изобретением отпадает необходимость выполнения установки полностью или частично газонепроницаемой, поскольку газ может ограничиваться лишь картриджем.

В другом предпочтительном варианте выполнения оболочка картриджа имеет двойное дно, которое может быть выполнено из одной части или нескольких частей. При этом завершающая оболочку часть (например, вниз), которая образует базовую поверхность, и в простейшем случае также дно картриджной системы, может состоять из не гибкого или лишь частично гибкого, многослойного дна, которое проницаемо для актиничного излучения, а также проницаемо для специальных газов, соответственно, газовых смесей. Под оболочкой картриджа может находиться опорный элемент, который также проницаем для газов.

Соединения между упомянутой поверхностью дна и оболочкой может быть выполнено так, что оно непроницаемо для газа. При этом сама оболочка может иметь уплотнительные элементы, такие как специальные буртики. Оболочка картриджа может быть в другом предпочтительном варианте выполнения выполнена так, что лишь за счет введения в установку, согласно изобретению, образуется двойное дно относительно оболочки, при этом переход выполнен полностью или частично непроницаемым для газов. Кроме того, картриджное приспособление само может храниться в непроницаемом кожухе в установке, таком как труба. За счет этого образуется имеющее любую геометрическую форму полое пространство, которое в зависимости от требований и возможностей применения может иметь по меньшей мере одно отверстие доступа и/или по меньшей мере одно выпускное отверстие, через которое специальный газ или газовая смесь может вводиться или уже введена. При этом первое дно оболочки картриджной системы, которое состоит по меньшей мере из одного материала, является частично или полностью проницаемым для газа или газовой смеси, и предпочтительно выполнено из силикона или комбинации материалов с силиконом и/или из проницаемого материала, такого как, например, PTFE или стекло. Завершающая часть оболочки может также состоять, как указывалось выше, из проницаемого для газа пористого стекла. Таким образом, газ или газовую смесь можно подавать и/или отводить непосредственно или опосредованно во внутренний объем картриджа. В другом варианте выполнения картриджная система имеет датчик или измерительный сенсор, который может измерять с разрешением во времени диффузию газа или газовой смеси, с целью управления объемным потоком газа или составляющих газовой смеси во время процесса. При этом датчик может уже иметься в картридже, например, в носителе. Например, датчик может устанавливаться при введении картриджной системы, и при необходимости посредством фиксации, соответственно центрирования, картриджа позиционироваться через специально предварительно герметично закрытое отверстие или посредством перфорирования картриджа. При этом предпочтительно, когда положение датчика выбрано так, что он не приходит в соприкосновение с фоточувствительной смолой, или датчик выполнен так, что загрязнение не приводит к искажению измерения, а также к большой ненадежности измерения. При этом метод измерения атмосферы внутри картриджа может быть непосредственным или опосредованным. Особенно предпочтительным может быть метод измерения, в котором датчик или измерительный сенсор расположен снаружи картриджа, соответственно, оболочки, и обеспечивается возможность измерения состава, соответственно, концентрации газа внутри картриджа; для этого может использоваться также проницаемость самой оболочки, с целью определения концентрации газа в специальных зонах.

В других вариантах выполнения изобретения внутрь картриджа могут подаваться различные газы или газовые смеси. Например, снизу через дно картриджа может подаваться кислород в более высокой концентрации, чем в нормальной атмосфере, а сверху через несущий элемент - азот, с целью целенаправленного влияния на свойства фоточувствительной смолы, соответственно, на процесс, и в конечном итоге на свойства образованного тела.

Естественно, что специалисты в данной области техники могут выполнять в раскрытых здесь вариантах выполнения изобретения различные изменения и дополнения, если они находятся внутри объема защиты последующей формулы изобретения.

Изобретение относится к стереолитографическому устройству для печати трехмерного объекта и к картриджному приспособлению. В стереолитографическом устройстве (1) изготавливается трехмерный объект (2) посредством затвердевания фоточувствительного вещества (3) под воздействием специфического, инициирующего затвердевание излучения, при этом устройство содержит несущее приспособление, источник (8) излучения для создания излучения, а также предназначенное для позиционирования на несущем приспособлении и снятия с него картриджное приспособление (10). Картриджное приспособление (10) имеет окруженное оболочкой (14) внутреннее пространство (140), при этом оболочка (14) картриджного приспособления является деформируемой и по меньшей мере частично проницаемой для инициирующего затвердевание излучения. Окруженное оболочкой внутреннее пространство (140) имеет объем с приемным пространством (4), в котором содержится фоточувствительное вещество (3) по меньшей мере на время длительности процесса облучения и затвердевания и которое доступно для излучения. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 27 ил.

1. Стереолитографическое устройство (1) для изготовления трехмерного объекта (2) посредством послойного или непрерывного затвердевания фоточувствительного вещества (3) под воздействием инициирующего затвердевание излучения, при этом устройство содержит:

- несущее приспособление (7);

- источник (8) излучения для создания инициирующего затвердевание излучения (80);

- по меньшей мере одно предназначенное для позиционирования на несущем приспособлении и снятия с него картриджное приспособление (5, 6), которое имеет внутреннее пространство, окруженное оболочкой (14), при этом по меньшей мере одна частичная зона оболочки является проницаемой для инициирующего затвердевание излучения,

причем оболочка (14, 141, 142, 143, 144, 24, 34, 44) картриджного приспособления (5, 6, 10, 20, 30, 40) является деформируемой и окруженное оболочкой внутреннее пространство (140, 240, 340, 440) имеет объем, который во время деформации оболочки остается постоянным и который по меньшей мере частично образован приемным пространством (4), предназначенным для размещения количества фоточувствительного вещества (3) по меньшей мере на время длительности процесса облучения и затвердевания и доступным для излучения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что картриджное приспособление (5, 6) выполнено с возможностью разъемного крепления на несущем приспособлении (7).

3. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что деформируемая зона оболочки образована в виде единого целого, предпочтительно из гибкого материала.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что объем внутреннего пространства (140) большей частью, предпочтительно полностью, образован приемным пространством (4).

5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что оболочка выполнена с возможностью деформации таким образом, что обеспечивается возможность реверсивного сжатия относительно высоты картриджного приспособления.

6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что оболочка (14, 24, 34, 141, 142, 143, 144) имеет геометрическую форму, которая выполнена с возможностью складывания в себя, и имеет по меньшей мере одну базовую поверхность (41, 42).

7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что оболочка имеет дно, верхнюю часть и соединяющую дно и верхнюю часть боковую часть, при этом боковая часть предпочтительно является деформируемой.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что дно оболочки и/или боковая часть имеют по меньшей мере одну перфорируемую зону, предпочтительно ослабленную зону, для образования по меньшей мере одного отверстия для подвода или отвода фоточувствительного вещества и/или подвода или отвода растворителя в или соответственно из внутреннего пространства.

9. Устройство по любому из пп. 7 или 8, отличающееся тем, что боковая часть и/или дно выполнены проницаемыми для газов или газовых смесей (19), в частности для кислорода или воздуха.

10. Устройство по любому из пп. 1-9, отличающееся тем, что оболочка на верхней стороне и/или сбоку имеет закрываемое отверстие, через которое обеспечивается возможность подвода фоточувствительного вещества во внутреннее пространство и отвода из него.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что оболочка имеет уплотнительные элементы для уплотнения отверстия.

12. Устройство по любому из пп. 10 или 11, отличающееся тем, что предусмотрена возможность закрывания отверстия закрывающим элементом (11, 21, 100, 20, 300, 400, 500), который предпочтительно выполнен в виде единого целого, при этом закрывающий элемент предпочтительно выполнен в качестве несущего элемента затвердевших слоев фоточувствительного вещества.

13. Устройство по любому из пп. 1-12, отличающееся тем, что картриджное приспособление имеет подвижный во внутреннем пространстве компонент, который направляется в картриджном приспособлении с помощью направляющих геометрического, механического и/или магнитного вида.

14. Устройство по любому из пп. 1-13, отличающееся тем, что картриджное приспособление имеет ограничивающую сверху внутреннее пространство и завершающую закрывающую часть (100, 20, 300, 400, 500, 11, 21), при этом закрывающая часть выполнена с возможностью замены и предпочтительно является жесткой.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что закрывающая часть имеет геометрические выемки, которые образованы в поверхности, обращенной к внутреннему пространству.

16. Устройство по любому из пп. 14 или 15, отличающееся тем, что закрывающая часть выполнена из нескольких частей и имеет по меньшей мере одну зону (101), выполненную с возможностью хранения одного или нескольких фоточувствительных веществ.

17. Устройство по п. 16, отличающееся тем, что выполнена зона для размещения резервуара (101, 312, 401, 404) для фоточувствительного вещества, при этом предпочтительно предусмотрены средства (105, 305) для перфорирования резервуара.

18. Устройство по любому из пп. 14-17, отличающееся тем, что закрывающая часть имеет по меньшей мере один интегрированный поршень (301), с помощью хода движения которого обеспечивается возможность дозирования выхода фоточувствительного вещества.

19. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что поршень (301) имеет приспособления (305) для перфорирования или открывания находящегося в закрывающей части резервуара (312), в частности резервуара для фоточувствительного вещества.

20. Устройство по любому из пп. 18 или 19, отличающееся тем, что поршень имеет приспособления для подвода растворителя и/или газа или газовой смеси, в частности азота или воздуха.

21. Устройство по любому из пп. 1-20, отличающееся тем, что картриджное приспособление содержит проницаемое для кислорода, выполненное по меньшей мере в виде одной части дно.

22. Устройство по любому из пп. 1-21, отличающееся тем, что предусмотрено приспособление для создания вибраций, которые облегчают отделение изготовленного трехмерного объекта.

23. Устройство по любому из пп. 1-22, отличающееся тем, что предусмотрена возможность введения в устройство нескольких картриджных приспособлений (5, 6).

24. Картриджное приспособление (5, 6, 10, 20, 30, 40) для применения в стереолитографическом устройстве (1) по любому из пп. 1-23, при этом картриджное приспособление имеет окруженное оболочкой (14, 141, 142, 143, 144, 24, 34, 44) внутреннее пространство (140, 240, 340, 440), при этом оболочка картриджного приспособления является деформируемой и внутреннее пространство (140, 240, 340, 440) имеет объем, который во время деформации оболочки остается постоянным и который по меньшей мере частично образован приемным пространством (4), которое предназначено для размещения количества фоточувствительного вещества (3) по меньшей мере в течение длительности процесса облучения и затвердевания и которое доступно для излучения (80), которое инициирует затвердевание фоточувствительного вещества.

25. Картриджное приспособление по п. 24, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью разъемного введения в стереолитографическое устройство (1).

26. Картриджное приспособление по любому из пп. 24 или 25, отличающееся тем, что предусмотрен носитель (502, 503) информации, который содержит информацию относительно фоточувствительного вещества, в частности относительно его количества, вида и/или состояния, и/или параметров процесса изготовления трехмерного объекта.

27. Картриджное приспособление (5, 6, 10, 20, 30, 40) для применения в стереолитографическом устройстве (1), при этом картриджное приспособление имеет окруженное оболочкой (14, 141, 142, 143, 144, 24, 34, 44) внутреннее пространство (140, 240, 340, 440), причем оболочка картриджного приспособления является деформируемой, причем внутреннее пространство (140, 240, 340, 440) имеет объем, который во время деформации оболочки остается постоянным и который по меньшей мере частично образован приемным пространством (4), которое предназначено для размещения количества фоточувствительного вещества (3) по меньшей мере в течение длительности процесса облучения и затвердевания и которое доступно для излучения (80), которое инициирует затвердевание фоточувствительного вещества, причем дно оболочки и/или боковая часть имеют по меньшей мере одну перфорируемую зону, предпочтительно ослабленную зону, для образования по меньшей мере одного отверстия для подвода или отвода фоточувствительного вещества и/или подвода или отвода растворителя в или соответственно из внутреннего пространства.