DE19936931A1

DE19936931A1 - Verfahren und Steueranordnung zur Glättung der Kontur von stereolithografisch hergestellten Bauteilen

Info

Publication number: DE19936931A1
Application number: DE19936931A
Authority: DE
Inventors: Dieter Fichtner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2001-02-08

Description

Beschreibung des bekannten Standes der Technik

Aus (Gebhardt, Andreas: Rapid Prototyping, München, Wien: Carl Hanser Verlag, 1996) u. a. ist bekannt, dass Prototypen in kurzer Zeit mittels einer eigens ausgelegten Vorrichtung hergestellt werden können. Es existieren mehrere technologische Verfahren, eines nutzt den Laserstrahl zur Polymerisation von Fotopolymeren - nämlich die Stereolithografie. Bei diesem Verfahren wird ein Urformprozess sequentiell realisiert, indem dünne Schichten flüssigen Materials nacheinander in einem zyklisch verlaufenden Prozess verfestigt werden. Die räumliche Ausdehnung einer Schicht wird aus dem virtuellen CAD-Modell im Computer ermittelt. Nachdem alle Schichten ver festigt sind, fährt das entstandene Bauteil aus dem Bad mit flüssigem Baumaterial vollständig heraus, tropft ab und wird nach ausreichender Zeit abgetrocknet, von unnötigen Partien befreit (Stützgeometrie) und zum Nachhärten (Nachbelichten) aufgestellt.

Bedingt durch den schichtenweisen Aufbau und das nahezu senkrechte Auftreffen des Laserstrahl auf die zu bauende Schicht, entsteht am Bauteil - betrachtet in einer beliebigen die Z-Achse ent haltenden Ebene des dem Bauprozess zugrunde liegenden Koordinatensystems (Bauen von Schichten entlang der Z-Achse) - verfahrensbedingt eine treppenförmige Kontur (Gebhardt, Andreas: Rapid Prototyping, München, Wien: Carl Hanser Verlag, 1996, S. 46), wenn das Bauteil Konturstücke enthält, die nicht parallel zur Z-Achse oder nicht senkrecht zu ihr, sondern anders geneigt verlaufen.

Nachteile des bekannten Standes der Technik

Der vorangehend beschriebene Stand der Technik hat den Nachteil, dass die infolge der Treppung vorhandene Rauheit der Kontur in Kauf genommen werden muss oder über ein manuelles Feinbe arbeiten (Finish) mit Handwerkzeugen zu mindern ist. Bei der letztgenannten Vorgehensweise entstehen Abweichungen von der entworfenen Kontur.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Glättungsprozess der treppenförmigen Konturbe standteile von Stereolithografie-Bauteilen maschinell durchzuführen und die dazu notwendige Steueranordnung bereitzustellen.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Bauteil im ersten Falle nach dem vollständigen Schichtenaufbau nicht ganz aus dem Bad herausgefahren wird, sondern nur um einen bestimmten Betrag, abhängig von der Bauteilkontur, und im anderen Falle nach partiellem Bauen der Schichtaufbau unterbrochen wird, das Bauteil genauso wie im ersten Falle aus dem Ba de herausgefahren wird, soweit wie es der Glättungsvorgang erfordert. Anschließend belichtet der Laserstrahl nach angemessener Zeit das Bauteil zusätzlich, hier aber nicht entlang der Schichtkon tur, wie im Aufbauprozess, sondern um eine oder mehrere Strahldurchmesserbreiten nach außen versetzt, den Raum zwischen den Konturen zweier Schichten, soweit wie für den Glättungspro zess notwendig, überstreichend. Das unmittelbar neben der treppenförmigen Stufe zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schichten anhaftende flüssige Material, das für den Glättvorgang genügend abgelaufen ist, wird so verfestigt. Nachdem auf einer Höhe der Zyklus beendet ist, wird das Bauteil auf die nächste Ebene angehoben und der Vorgang der Materialverfestigung für den Zweck des Glättens, wie zuvor beschrieben, wiederholt, und zwar solange, bis alle Konturteile mit Stufenprofil geglättet sind.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass statt einer manuellen Bearbeitung des Stereolithografie-Teiles - mit deren Verfälschungen der geometrischen Ausprägung des Bauteils - die Glättung der Kontur maschinell ausgeführt wird und dabei eine ansprechendere Oberfläche für den Nutzer entsteht.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden nä her beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 das erfindungsgemäße zusätzliche Belichten anhaftenden formlosen Stoffes,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Steueranordnung.

Das Bauteil 1 - auf einer Bauplattform 2 im flüssigen Baumaterial (formlosen Stoff) 3 plaziert - ist soweit, wie geplant, im Schichtenaufbau fortgeschritten und wird zur Zusatzbelichtung um 2 Bauschichten aus dem Bad gehoben. Der an den Stufen anhaftende formlose Stoff 5 wird nach einer kurzen Haltezeit durch verschiedene Laserwege 6, 7, 8 und 9 verfestigt. Der Laserstrahl wird von einem Scanner 4 bereitgestellt.

In den Prozessrechner 10 werden die Schichtdaten via Prozesssteuerung eingelesen und im Schichtdatenspeicher 13 abgelegt. Über das Interface der Maschinensteuerung 11 wird der Glät tungsgrad eingegeben und in den zugehörigen Speicher 14 übertragen. Der Zyklendatengenerator 15 bestimmt aus dem vorgegebenem Glättungsgrad und den Schichtdaten den Weg der Bauplatt form in einem Zyklus. Das Bauteil wird mit den Schichtdaten hergestellt. Nach Fertigstellung einer Partie ermittelt der Zyklendatengenerator 15 aus dem Glättungsgrad und den Schichtdaten die Stücke des Bauteils, wo eine Zusatzbelichtung erfolgen soll und den Verfahrweg des ersten Zyklus. Diese Daten nutzend, bestimmt der Haltezeitgenerator 16 die Wartezeit des Systems, be vor die Zusatzbelichtung am vom Zyklendatengenerator 15 ermittelten Stufenprofil beginnt. Die Zyklendaten werden dem Weggenerator 17 zur Verfügung gestellt. Er ermittelt die für die Glät tung notwendigen Belichtungswege des Laserstrahls.

Die Belichtungswegedaten werden im Zusatzbelichtungs-Datenspeicher 18 abgelegt und dem An triebssystem für die Laserstrahlführung und Bauplattformsteuerung 19 sukzessive zur Verfügung gestellt.

Claims

1. Verfahren und Steueranordnung zum maschinellen Glätten der Kontur von Stereolitho grafie-Bauteilen unter Verwendung des Prozessrechners, der Prozesssteuerung, des Lasersystems und der damit verbundenen Antriebe und Messsysteme einer Stereolitho grafie-Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass ein maschinelles Glätten der Kontur von Stereolithogra fie-Bauteilen erfolgt, dass das Bauteil nach dem vollständigen schichtweisen Aufbau in einem Zyklus oder in mehreren Zyklen schrittweise aus dem flüssigen Baumaterial herausgefahren wird, dass eine unterschiedliche Haltezeit eingestellt wird, die die Menge des anhaftenden unverfestigten Materials reguliert, dass das anhaftende unverfestigte Material nach jedem Schritt einer Zusatzbelichtung mit Laserstrahlen ausgesetzt wird, dass die Belichtungsbahnen nach einstellbaren geometrischen und technologischen Pa rametern, entsprechend den Anforderungen des Glättungsprozesses, zwischen den Kon turen zweier Bau-Schichten liegen, dass die Steuerbefehle für die Bewegung des La serstrahls und die Bauplattform ein Weg-Generator erzeugt, dass ein Zyklen-Generator die Zyklendaten für das schrittweise Fahren aus dem Bad ermittelt, dass ein Zeit-Ge nerator die Haltezeit zum Abfluten von Material nach den Anforderungen des Glät tungszustandes vorgibt und dass der Weg-Generator den Bereich zwischen den Kontu ren zweier Schichten nach einstellbaren geometrischen und technologischen Parametern mit Bahnen füllt, denen der Laserstrahl folgt, dabei das anhaftende Material verfesti gend.

2. Verfahren und Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nicht vollständig gebaut ist, dass der Baupro zess für Zyklen der Zusatzbelichtung unterbrochen wird und dass nachfolgend der Bau prozess fortgesetzt wird.

3. Verfahren und Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nicht vollständig gebaut ist, dass der Baupro zess abgebrochen wird und dass die Zusatzbelichtung am Rumpfteil ausgeführt wird.