СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ СТЕРЕОЛИТОГРАФИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПРИЛИПАНИЯ 3D-ОБЪЕКТА К ЕМКОСТИ С ПОМОЩЬЮ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ВОЗБУЖДЕНИЙ Российский патент 2023 года по МПК B29C64/255 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к стереолитографическому устройству для создания трехмерных объектов из фотоотверждаемого вещества в емкости. Настоящее изобретение, в частности, относится к средствам предотвращения прилипания трехмерного объекта к дну емкости.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Стереолитографическое устройство используется для изготовления 3D объекта желаемой формы путем экспонирования, поэтапного или непрерывного, на фотоотверждаемое вещество, например, жидкий мономер в емкости, с помощью многослойных изображений, которые могут быть созданы, например, с помощью цифровых масок или сканированием лазерным лучом в ультрафиолетовой области. Основной принцип стереолитографии также обычно называют быстрым прототипированием или 3D-печатью. Для стереолитографического производства в качестве альтернативы можно использовать пиксельные дисплеи, которые создают цифровые маски, или лазерные лучи в сочетании с управляемыми микрозеркалами для проецирования многослойных изображений, в частности, пиксельных многослойных изображений, на базовую поверхность в фотоотверждаемом веществе для его поэтапного или непрерывного отверждения. Базовая поверхность определяется как фокальный слой, в котором происходит отверждение фотоотверждаемого вещества и формируется отвержденный слой. В зависимости от применения отвержденный слой может иметь твердую или мягкую консистенцию и обычно располагается на дне емкости в пределах объема текучего фотоотверждаемого вещества. Отвержденный слой изначально переходит благодаря прилипанию в процессе полимеризации на платформу, которая является сравнительно подвижной относительно емкости. Во время экспонирования затвердевший слой также прилипает к дну емкости. После экспонирования отвердевший слой необходимо отделить от дна емкости, чтобы свежее фотоотверждаемое вещество могло течь между последним отвержденным слоем, то есть фронтом полимеризации и дном емкости. Отвержденный слой обычно отделяется от дна емкости путем наклона или перемещения емкости относительно платформы, на которую опирается 3D объект. После этого поступающее фотоотверждаемое вещество отверждается путем последующего подвергания его экспонированию. Эти этапы повторяются до тех пор, пока в соответствии с проецируемыми многослойными изображениями не будет создан 3D объект. В общеизвестной технике дно емкости покрывают эластичной пленкой, от которой 3D объект легче отлепляется при наклоне или перемещении емкости. В другом широко известном методе на дне емкости, используются специальные материалы, проницаемые для кислорода, и можно предотвратить прилипание 3D модели объекта к дну емкости. Однако такие проницаемые для кислорода емкости сравнительно дороги.

В US 2017/0210072 A1 раскрывается система для аддитивного производства однородного оптического элемента с уменьшенными эффектами рассеяния и дифракции за счет псевдослучайных поперечных колебаний цифрового проектора для печати и резервуара для смолы. Случайная амплитуда имела размер 1,5 пикселя.

В WO 2016/172788 A1 раскрывается стереолитографическая система, имеющая резервуар для смолы с парой ультразвуковых преобразователей, выгибающихся наружу и внутрь при вибрации, для наклона резервуара для смолы после экспонирования с целью отслаивания изготовленного объекта.

В US 2018/0243987 A1 раскрывается система аддитивного производства, имеющая ультразвуковой вибратор, подсоединенный к емкости, который вибрирует для отделения изготовленного объекта от окна емкости после завершения фрагмента.

В WO 2018/187874 A1 раскрывается стереолитографическая система, имеющая тактические преобразователи, расположенные по углам емкости для смолы, чтобы помочь высвободить отвержденный объект из емкости, используя амплитуду вибрации в направлении толщины напечатанного слоя.

В EP 3205484 A1 раскрывается машина для трехмерной печати, имеющая вибрирующие средства, способствующие отделению после печати напечатанного объекта от дна резервуара для смолы.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является преодоление недостатков предшествующего уровня техники и предложение способа эксплуатации стереолитографического устройства, в котором прилипание 3D объекта к дну емкости можно эффективно предотвращать во время экспонирования менее сложным способом.

Эта цель была достигнута с помощью способа, который определен в пункте 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к дальнейшим разработкам.

Настоящее стереолитографическое устройство по настоящему изобретению подходит для создания трехмерного объекта из фотоотверждаемого вещества и содержит емкость для хранения фотоотверждаемого вещества; платформу для поддержки трехмерного объекта, причем платформа является подвижной относительно емкости; оптический блок для последовательного проецирования многослойных изображений на фотоотверждаемое вещество для отверждения фотоотверждаемого вещества, осаждаемого между трехмерным объектом и дном емкости; и колебательный блок, который выполнен с возможностью производить горизонтальные колебания емкости одновременно с проецированием многослойных изображений по существу с постоянной амплитудой, которая меньше, чем размер пикселя многослойных изображений в горизонтальном направлении, - для предотвращения прилипания трехмерного объекта к дну емкости и для уменьшения размытости трехмерного объекта.

Основным полезным эффектом настоящего изобретения является то, что можно предотвратить прилипание 3D объекта к дну емкости во время экспонирования за счет сопутствующих колебательных возбуждений. Таким образом, можно избежать необходимости наклонять или перемещать емкость после экспонирования, и, таким образом, можно дополнительно ускорить процесс изготовления. Кроме того, можно исключить необходимость использования кислородопроницаемых емкостей, эластичных пленок и сравнительно снизить производственные затраты.

В соответствии с настоящим изобретением емкость также может постоянно колебаться между последовательными экспонированиями, то есть во время пауз при производстве чтобы текучее фотоотверждаемое вещество, а именно смола, быстрее заполняло зазор между последним отвержденным слоем и дном емкости. Таким образом, периоды паузы при производстве могут быть сравнительно сокращены, а производственный процесс может быть дополнительно ускорен.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения колебательный блок производит колебания емкости по горизонтали во время процесса производства и/или во время пауз при производстве. Таким образом можно более эффективно предотвратить прилипание текучего фотоотверждаемого вещества к емкости. Также зазор можно более эффективно заполнить текучим фотоотверждаемым веществом.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения колебательный блок производит колебания емкости с амплитудой, меньшей, чем размер пикселя многослойных изображений, и частотой, которая выше, чем частота экспонирования многослойных изображений. Таким образом, можно эффективно уменьшить размытость трехмерного объекта.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения колебательный блок имеет, по меньшей мере, один привод, который производит колебания емкости. Привод может быть непосредственно соединен с емкостью или опорой емкости. Предпочтительно, чтобы емкость была установлена на опоре с возможностью замены. Приводом управляет блок управления стереолитографического устройства на основе многослойных изображений, размера пикселя, времени экспонирования, вязкости фотоотверждаемого вещества и т.п. Привод может быть пьезоэлектрическим. Альтернативно, можно использовать приводы другого типа, известные специалистам в данной области техники.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В последующем описании дополнительные аспекты и полезные эффекты настоящего изобретения будут описаны более подробно с использованием примерных вариантов осуществления и со ссылкой на чертежи, на которых

на Фиг.1 показано стереолитографическое устройство в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Номера ссылочных позиций, показанные на чертежах, обозначают элементы, перечисленные ниже, и будут указываться в последующем описании примерных вариантов осуществления:

1. Стереолитографическое устройство

2. 3D объект

3. Фотоотверждаемое вещество

4. Емкость

5. Платформа

6. Оптический блок

7. Колебательный блок

8. привод

9. Блок управления

10. Приводной блок

На Фиг.1 показано стереолитографическое устройство (1) для создания трехмерного объекта (2) из фотоотверждаемого вещества (3). Всеми процессами в стереолитографическом устройстве (1) управляет блок (9) управления. Фотоотверждаемое вещество (3) хранится в емкости (4). Емкость (4) размещена на опоре. Оптический блок (6) последовательно проецирует многослойные изображения на фотоотверждаемое вещество (3) для отверждения фотоотверждаемого вещества (3), осаждаемого между трехмерным объектом (2) и дном емкости (4). Колебательный блок (7) производит колебания емкости (4) одновременно с проецированием многослойных изображений для предотвращения прилипания трехмерного объекта (2) к дну емкости (4). Трехмерный объект (2) поддерживается платформой (5). Платформа (5) может перемещаться относительно емкости (4) посредством приводного блока (10).

Колебательный блок (7) производит колебания емкости (4) в горизонтальном направлении, предпочтительно в направлении X и/или Y. Амплитудой и частотой колебаний управляет блок (9) управления в зависимости от типа фотоотверждаемого вещества (3) и многослойных изображений, в частности, размера пикселя и частоты экспонирования. Предпочтительно, чтобы амплитуда колебаний была меньше размера пикселя многослойных изображений. Предпочтительно, чтобы частота колебаний была выше частоты экспонирования многослойных изображений. Частота экспонирования обратно пропорциональна времени экспонирования каждого слоя изображения.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения колебательный блок (7) содержит по меньшей мере привод (8), который производит колебания емкости (4). Привод (8) может быть соединен непосредственно с емкостью (4). Альтернативно, привод (8) может быть соединен с опорой емкости (4).

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения привод (8) может содержать электромеханический привод. Можно использовать пьезоэлектрический привод. Альтернативно, можно использовать электроактивный полимерный привод. Альтернативно, можно магниторестрикционный привод.

Изобретение относится к способу эксплуатации стереолитографического устройства для создания трехмерного объекта из фотоотверждаемого вещества. Стереолитографическое устройство содержит: емкость; платформу; оптический блок; и колебательный блок. Способ включает этапы: хранения фотоотверждаемого вещества в емкости; поддержки трехмерного объекта с помощью платформы, которая является подвижной относительно емкости; последовательного проецирования многослойных изображений на фотоотверждаемое вещество с помощью оптического блока для того, чтобы отверждать фотоотверждаемое вещество , осаждаемое между трехмерным объектом и дном емкости. Способ дополнительно включает этап: горизонтальных колебаний емкости с помощью колебательного блока одновременно с проецированием многослойных изображений. Горизонтальные колебания емкости производят с амплитудой, которая меньше, чем размер пикселя многослойных изображений, для предотвращения прилипания трехмерного объекта к дну емкости и для уменьшения размытости трехмерного объекта. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ эксплуатации стереолитографического устройства (1) для создания трехмерного объекта (2) из фотоотверждаемого вещества (3), где стереолитографическое устройство (1) содержит: емкость (4); платформу (5); оптический блок (6); и колебательный блок (7), при этом способ включает этапы:

хранения фотоотверждаемого вещества (3) в емкости (4);

поддержки трехмерного объекта (2) с помощью платформы (5), которая является подвижной относительно емкости (4);

последовательного проецирования многослойных изображений на фотоотверждаемое вещество (3) с помощью оптического блока (6) для того, чтобы отверждать фотоотверждаемое вещество (3), осаждаемое между трехмерным объектом (2) и дном емкости (4); и

дополнительно включает этап:

горизонтальных колебаний емкости (4) с помощью колебательного блока (7) одновременно с проецированием многослойных изображений,

отличающийся тем, что горизонтальные колебания емкости (4) производят с амплитудой, которая меньше, чем размер пикселя многослойных изображений, для предотвращения прилипания трехмерного объекта (2) к дну емкости (4) и для уменьшения размытости трехмерного объекта (2).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что колебания емкости (4) с помощью колебательного блока (7) производят с частотой, превышающей частоту экспонирования многослойных изображений.

3. Способ по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что колебательный блок (7) содержит по меньшей мере один привод (8), выполненный с возможностью производить колебания емкости (4), причем привод (8) либо напрямую соединен с емкостью (4), либо с опорой емкости.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что привод (8) является пьезоэлектрическим.