AT518566A1

AT518566A1 - Vorrichtung zur Bildung formstabiler Objekte

Info

Publication number: AT518566A1
Application number: ATA50363/2016A
Authority: AT
Original assignee: Way To Production Gmbh
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2017-11-15
Also published as: CA3021923A1; EP3448662A1; AT518566B1; WO2017186534A1; US20190366631A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bildung formstabiler Objekte durch bereichsweises Verfestigen einer nicht formstabilen, insbesondere lichtaushärtbaren, Substanz (3) durch Bestrahlung mit einem insbesondere elektromagnetischen Strahler (4), umfassend eine Wanne (2) zur Aufnahme der Substanz (3) sowie eine über der Wanne (2) angeordnete und gegenüber dieser absenkbare und anhebbare Bauplattform (1) zum Anhaften und Abheben ausgehärteter Substanzschichten (5), wobei zumindest eine Lichtquelle (6) und zumindest ein, das Licht der Lichtquelle (6) detektierender, Lichtsensor (7) derart im Bereich des Bodens der Wanne (2) angeordnet sind, dass eine Verformung der Wanne (2) durch Änderung der vom Lichtsensor (7) detektierten Lichtstärke der Lichtquelle (6) detektierbar ist.

Description

Vorrichtung zur Bildung formstabiler Objekte

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bildung formstabiler Objekte durch bereichsweises Verfestigen einer nicht formstabilen, insbesondere lichtaushärtbaren, Substanz durch Bestrahlung mit einem insbesondere elektromagnetischen Strahler, umfassend eine Wanne zur Aufnahme der Substanz sowie eine über der Wanne angeordnete und gegenüber dieser absenkbare und anhebbare Bauplattform zum Anhaften und Abheben ausgehärteter Substanzschichten.

Derartige Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die nicht formstabile Substanz (zum Beispiel ein Kunststoffmonomer) befindet sich in einer Wanne mit einem transparenten Boden. Die Bauplattform ist parallel zum Boden der Wanne angeordnet und kann in einer normal auf den Boden der Wanne stehenden Ebene verschoben werden.

Zu Beginn des Herstellungsverfahrens wird die Bauplattform so ausgerichtet, dass sich zwischen der Bauplattform und dem Boden der Wanne ein Spalt, welcher die Höhe der gewünschten Schichtdicke der ersten Substanzschicht aufweist, befindet.

Anschließend wird die nicht formstabile Substanz in diesem Spalt einer elektromagnetischen Strahlung, welche von einer Strahlungsquelle ausgesandt wird, ausgesetzt. Diese elektromagnetische Strahlung trifft durch den transparenten Boden auf die nicht formstabile Substanz und startet die bereichsweise Verfestigung durch Polymerisation. Dadurch „wächst“ eine aus polymerisierter Masse bestehende Schicht, die Substanzschicht, vom Boden der Wanne bis zur Bauplattform.

Nach Abschluss der bereichsweisen Verfestigung wird die Strahlungsquelle ausgeschaltet. Um eine weitere Substanzschicht auf einer bereits vorhandenen Substanzschicht generieren zu können, muss erneut ein Spalt mit der Höhe der gewünschten Schichtdicke der nächsten Substanzschicht zwischen dem Boden der Wanne und der bereits vorhandenen Substanzschicht auf der Bauplattform erzeugt werden.

Dafür wird die Bauplattform in einer normal auf den Boden der Wanne stehenden Ebene um einen vorab festgelegten, meist auf Erfahrung basierenden, Wert im Bereich von 6 - 12mm verschoben, um so eine vollständige Ablösung der Substanzschicht vom Boden der Wanne zu gewährleisten.

Nachdem die Bauplattform um den vorab festgelegten Wert verschoben worden ist wird diese wieder abgesenkt um die gewünschte Schichtdicke der nächsten Substanzschicht einzustellen. Danach kann die nächste Substanzschicht generiert werden. Die Anzahl der Substanzschichten hängt von der gewünschten Schichtdicke und von der Höhe des zu generierenden formstabilen Objekts ab, liegt aber üblicherweise im Bereich von 50 bis 5000.

Ein Problem dieser gattungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass beim Ablösevorgang durch die Kohäsionskräfte zwischen der Bauplattform und der Substanzschicht und zwischen dem Boden der Wanne und der Substanzschicht, große Kräfte entstehen können und dadurch das formstabile Objekt von der Bauplattform gerissen oder es auf andere Weise beschädigt werden kann.

Um diese entstehenden Kräfte zu minieren, ist aus dem Stand der Technik bekannt, den Boden der Wanne aus flexiblen oder teilflexiblen Materialien wie Silikon-Schichten, PTFE-Folien, oder dergleichen auszuführen. Dadurch kann sich der Boden der Wanne beim Ablösevorgang elastisch verformen. Durch diese elastische Verformung des Bodens der Wanne kann sich die Substanzschicht leichter ablösen, die notwendige Kraft zum Ablösen wird verringert und somit wird der Ablösevorgang verbessert. Die Böden dieser gattungsgemäßen Vorrichtungen sind meist transparent ausgeführt.

Da bei gattungsgemäßen Vorrichtung der Ablösevorgang nicht überwacht und so der Ablösezeitpunkt nicht detektierbar ist, muss die Bauplattform zum Ablösen der Substanzschicht vom Boden der Wanne immer um einen, meist auf Erfahrung basierenden, vorab eingestellten Wert, beispielsweise 6 mm bis 12 mm in einer Ebene, welche normal auf den Boden der Wanne steht, verschoben werden.

Dadurch soll sichergestellt werden, dass sich die Substanzschicht am Ende des Ablösevorgangs sicher vom Boden der Wanne abgelöst hat.

Da die Einzelschichten unterschiedliche Konturen aufweisen, variieren die Adhäsionskräfte sehr stark. Es kann weder fest- noch sichergestellt werden, wann und ob sich die Substanzschicht vom Boden der Wanne abgelöst hat. Dadurch kann es Vorkommen, dass sich die Substanzschicht bereits nach z.B. der Hälfte des vorab eingestellten Wertes vollständig vom Boden der Wanne abgelöst hat und die Bauplattform etliche Millimeter unnotwendigerweise leer verfährt. Dadurch wird der Ablösevorgang um mehrere Sekunden unnötig verlängert.

Der Erfindung liegt somit unter anderem die Aufgabe zugrunde, den Ablösevorgang zu überwachen, sodass durch die genaue Detektion des Ablösezeitpunktes die notwendige Verschiebung der Bauplattform optimiert und somit die Bauzeit eines formstabilen Objektes stark verkürzt werden kann. Weitere Aufgaben der Erfindung sind unter anderem den Füllstand der nicht formstabilen Substanz in der Wanne, die Verformung der Wanne durch die Absenkung der Bauplattform, die Verformung der Wanne durch die Kapillarkräfte zwischen der Bauplattform und dem Boden der Wanne, den Durchhang der Wanne, den Zustand der Wanne, und/oder das Wannenmaterial festzustellen und die Nullposition der Bauplattform einstellen zu können.

Erfindungsgemäß werden die Probleme gelöst, indem zumindest eine Lichtquelle und zumindest ein, das Licht der Lichtquelle detektierender, Lichtsensor derart im Bereich des Bodens der Wanne angeordnet sind, dass eine Verformung der Wanne durch Änderung der vom Lichtsensor detektierten Lichtstärke der Lichtquelle detektierbar ist. Der Begriff Lichtquelle umfasst in diesem Zusammenhang jeden Emitter elektromagnetischer Strahlung, und der Begriff Lichtsensor jede Art von Empfänger, der dazu eingerichtet ist, diese Strahlung zu detektieren.

Bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung tritt der von der Lichtquelle ausgestrahlte Lichtstrahl zumindest bereichsweise durch den Boden der Wanne. Der Boden der Wanne bildet also einen Lichtleiter, sodass bei Änderungen der mechanischen Konfiguration des Bodens der Wanne das darin geleitete Licht abgelenkt oder gestreut wird. Bei Verformung des Bodens der Wanne ändert sich somit der Eintrittswinkel des eingestrahlten Lichts, sodass ein größerer Teil des eingestrahlten Lichts die Wanne verlässt, als im Fall des nicht verformten, also geradlinigen Bodens. Dieser Effekt, der aus der Lichtwellenleitertechnik bekannt ist, lässt sich somit dazu nützen, die mechanische Verformung des Wannenbodens zu detektieren, indem der Wannenboden als Lichtleiter benutzt wird oder einen Lichtleiter umfasst.

Dadurch kann mit dieser Vorrichtung der Ablösevorgang überwacht und der Ablösezeitpunkt genau bestimmt werden. Somit kann sichergestellt werden, dass die Bauplattform gleich nach der detektierten Ablösung der Substanzschicht vom Boden der Wanne wieder abgesenkt wird. Bei üblichen Abzugsgeschwindigkeiten von rund 1 mm pro Sekunde wird der Ablösevorgang dadurch um einige Sekunden verringert und so die Bauzeit eines formstabilen Objektes in der Vorrichtung, welches üblicherweise aus 50 bis 5000 Schichten besteht, stark verkürzt.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiters eine zu erwartende Abzugskraft berechnet werden. Bleibt diese aus, kann auf eine Ablösung der der Substanzschicht von der Bauplattform geschlossen werden.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiters die derzeit meist beim Kalibrieren der Maschine manuell eingestellte Nullpostion der Bauplattform wiederholgenau bestimmt und dadurch eingestellt werden. Dafür wird die Bauplattform abgesenkt und drückt bei Kontakt mit dem Boden der Wanne diesen nach unten.

Dadurch, dass die Vorrichtung diese erzeugte Verformung der Wanne erkennen kann, kann die Nullpostion der Bauplattform bestimmt und eingestellt werden. Durch die genaue Einstellung der Nullposition der Bauplattform stimmt auch die erzeugte Schichtdicke der Substanzschicht mit der eingestellten Schichtdicke präziser überein.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiters der Füllstand der nicht formstabilen Substanz in der Wanne bestimmt und überwacht werden. Die Überwachung und Bestimmung des Füllstandes ist möglich da sich die flexible Wanne durch die Schwerkraft in Abhängigkeit vom Füllstand verformt und diese Verformung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung detektiert werden kann. So kann bei zu geringem Füllstand die Bildung eines oder mehrerer formstabilen Objekte automatisch pausiert werden.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiters die Verformung durch die Absenkung der Bauplattform detektiert werden. Nach der Ablösung einer Substanzschicht muss die Bauplattform wieder abgesenkt um die gewünschte Schichtdicke (25 - 200 pm) der nächsten Substanzschicht einzustellen. Die Zeit, welche zur Absenkung der Bauplattform benötigt wird, wird als Rückstellzeit bezeichnet. Durch diese Absenkung und damit der Verdrängung von nicht formstabiler Substanz zwischen der Bauplattform und dem Boden der Wanne, wird der Boden der Wanne elastisch verformt. Der Grad der Verformung ist unter anderem abhängig von der Füllmenge und der Viskosität der formstabilen Substanz und der Absenkgeschwindigkeit der Bauplattform.

Derzeit wird die Dauer, wie lange der Boden der Wanne benötigt um wieder seine ursprüngliche, nicht verformte, Form zu erreichen, bei gattungsgemäßen Vorrichtungen erfahrungsbasiert festgelegt. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann die Verformung nun genau überwacht werden und somit kann auch die Wartezeit zwischen der Absenkung der Bauplattform und dem Beginn der Verfestigung verringert und die gesamte Bauzeit eines formstabilen Objektes stark verkürzt werden. Aus der benötigten Rückstellzeit kann auch die Viskosität der nicht formstabilen Substanz jederzeit bestimmt werden.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiters die Verformung aufgrund von Kapillarkräften zwischen der Bauplattform und dem Boden der Wanne detektiert werden.

Somit ist es möglich, die Verformung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu detektieren und dadurch die Wartezeit zwischen der Absenkung der Bauplattform und dem Beginn der Verfestigung zu verringern und somit die gesamte Bauzeit eines formstabilen Objektes zu verkürzen.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiters der Durchhang der Wanne, welcher durch die Alterung und die Abnutzung dieser zustande kommt, detektiert werden. Somit können die dadurch verursachten Probleme, wie zum Beispiel unterschiedliche Schichtdicken und Anhaftungsprobleme der Substanzschicht, durch zum Beispiel den Austausch der Wanne bei zu großem Durchhang, vermieden werden.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiters der Zustand der Wanne detektiert werden. Durch die Diffusion verschiedener Inhaltstoffe der nicht formstabilen Substanz in die Wanne, wird die Qualität der Wanne verändert. Da die in die Wanne diffundierenden Stoffe oftmals eine Trübung der Wanne bewirken, kann die Qualität der Wanne mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung überwacht werden.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiters das eingesetzte Wannenmaterial erkannt werden, da unterschiedliche Wannenmaterialien meist unterschiedliche optische Dichten haben und dadurch unterschiedliche Totalreflexionswinkel an der Grenzfläche entstehen.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zumindest der Boden der Wanne teilweise oder zur Gänze aus einem lichtleitenden Material ausgeführt ist.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass ein den Lichtstrahl der Lichtquelle leitender Lichtleiter, beispielsweise in Form einer Glasfaserleitung, vorgesehen und vorzugsweise im Boden der Wanne angeordnet ist.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Lichtquelle als Laser, LED oder dergleichen ausgeführt ist oder derartige Elemente umfasst.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Lichtsensor zumindest ein fotosensitives Element, insbesondere eine Fotodiode mit einem Transimpedanzwandler als Verstärker, umfasst, welches die Intensität des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes detektiert und in ein elektrisches Signal umwandelt.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zur Umlenkung des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes zumindest ein optisches Element, vorzugsweise ein Spiegel, ein Prisma oder dergleichen, vorgesehen ist. Dadurch kann der Lichtsensor und die Lichtquelle in der Maschine leicht verbaut werden, ohne das äußere Erscheinungsbild dieser zu stören und ohne die Ausmaße der Maschine zu ändern.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zur Fokussierung des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes vorzugsweise auf zumindest einem Lichtsensor zumindest ein optisches Element, vorzugsweise eine Konvexlinse, vorgesehen ist.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, den Ablösevorgang der Substanzschicht vom Boden der Wanne und/oder von der Bauplattform zu detektieren.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Boden der Wanne aus flexiblen und/oder teilfesten Materialien, vorzugsweise aus Silikon-Schichten, aus PTFE-Folien oder dergleichen, ausgeführt ist, wodurch sich die Wanne beim Abheben ausgehärteter Substanzschichten elastisch verformen kann. Durch diese Flexibilität der Wanne kann sich die Substanzschicht leichter vom Boden der Wanne lösen, die notwendige Kraft zum Ablösen wird verringert und somit wird der Ablösevorgang verbessert.

Der Boden der Wanne kann insbesondere Kombinationen aus im Wesentlichen starren und elastischen oder viskosen Materialien umfassen, beispielsweise in Form einer Sandwich-Bauweise: Glasplatte auf Silikonfolie, Acrylglasplatte auf Silikonfolie, Glasplatte auf Silikonplatte, Glas auf hochviskosem Gel oder andere Kombinationen.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Verformung der Wanne nicht ausschließlich in der besonders elastischen Schicht messbar ist, sondern auch beispielsweise in der Verformung des im Wesentlichen starren Materials, beispielsweise einer Plexiglasplatte.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Boden der Wanne im Spektrum des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichts zumindest teilweise transparent ausgeführt ist.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zumindest einen Analog-Digital-Wandler umfasst, wodurch das Signal computerunterstützt verarbeitet werden kann.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Bauplattform in einer normal auf den Boden der Wanne stehenden Ebene verschiebbar ist.

Die Erfindung erstreckt sich weiters auf ein Verfahren zur Detektion der mechanischen Verformung einer Wanne zur Aufnahme einer nicht formstabilen, insbesondere lichtaushärtbaren, Substanz in einer Vorrichtung zur Bildung formstabiler Objekte, wobei erfindungsgemäß ein von einer Lichtquelle ausgesandtes und durch die Wanne oder einen in der Wanne angeordneten Lichtleiter geleitetes Licht durch einen Lichtsensor detektiert wird.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass beim Abweichen der detektierten Lichtstärke von einem Zielwert die mechanische Verformung der Wanne festgestellt wird. Daraus kann erfindungsgemäß auch geschlossen werden, ob sich überhaupt Material in der Wanne befindet, bzw. welches Material sich in der Wanne befindet. Weiters kann erfindungsgemäß der Ablösevorgang überwacht werden, und festgestellt werden, wann sich die Substanzschicht von der Wanne ablöst.

Weiters kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass über die Rückstellzeit der Bauplattform die Viskosität des in der Wanne befindlichen Materials bestimmt wird.

Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Die Erfindung wird nun am Beispiel exemplarischer, nicht ausschließlicher Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1a zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in zweidimensionaler Schnittdarstellung. In dieser Ausführungsform dient der Boden der Wanne 2 als Lichtleiter, welcher den Lichtstrahl 9 der Lichtquelle 6 leitet.

Die Wanne 2 enthält die nicht formstabile Substanz 3, beispielsweise ein Harz. Die Bauplattform 1 ist parallel zum Boden der Wanne 2 angeordnet und in einer Ebene, welche normal auf den Boden der Wanne 2 ist, verschiebbar. In dieser Figur ist gezeigt wie aus der nicht formstabilen Substanz 3 durch elektromagnetische Bestrahlung durch den Strahler 4 eine Substanzschicht 5 entsteht. Im Bereich des Bodens der Wanne 2 ist eine Lichtquelle 6 und ein das Licht der Lichtquelle 6 detektierender Lichtsensor 7 derart angeordnet, dass eine Verformung der Wanne 2 eine Änderung der vom Lichtsensor 7 detektierten Lichtstärke der Lichtquelle 6 bewirkt. Die Lichtquelle 6 ist auf einer Seite des Wannenbodens, und der Lichtsensor 7 auf der anderen Seite des Wannenbodens angeordnet.

Fig. 1 b zeigt die Situation, wenn die die Aushärtung der Substanzschicht 5 durch den Strahler 4 abgeschlossen ist. Um die Substanzschicht 5 vom Boden der Wanne 2 ablösen zu können, wird die Bauplattform 1 in einer normal auf den Boden der Wanne 2 stehenden Ebene nach oben verschoben. Durch die beim Entstehen der Substanzschicht 5 entstandenen Kohäsionskräfte zwischen der Bauplattform 1 und der Substanzschicht 5 sowie zwischen dem Boden der Wanne 2 und der Substanzschicht 5, wird die Wanne 2 beim Verschieben der Bauplattform 1 elastisch verformt. Durch die elastische Verformung der Wanne 2 wird ein Teil des durch den Wannenboden gelenkten Lichtstrahls abgelenkt und der Lichtsensor 7 empfängt eine geringere Lichtintensität als im nicht verformten Zustand der Wanne 2.

Fig. 1c zeigt die Situation, wenn der Ablösevorgang der Substanzschicht 5 vom Boden der Wanne 2 abgeschlossen ist. Es erfolgt keine elektromagnetische Bestrahlung durch den Strahler 4.

Die Bauplattform 1, welche die verschiedenen Substanzschichten 5 enthält, wird, um die gewünschte Schichtdicke für die nächste Substanzschicht 5 einzustellen, in einer normal auf den Boden der Wanne 2 stehenden Ebene abgesenkt und bleibt im gewünschten Abstand zum Wannenboden stehen.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Diagramm, welches die am Lichtsensor 7 gemessene Spannung U [V] über der Zeit t [s] der vorangegangenen Figuren 1a bis c darstellt.

Im Teilabschnitt a des Diagramms ist das Signal am Lichtsensor 7 der Fig. 1a dargestellt. Hierbei ist ersichtlich, dass, wenn die Wanne 2 nicht elastisch verformt wird, die vom Lichtsensor 7 detektierte Lichtstärke der Lichtquelle 6 in einem konstanten Zielwertbereich liegt.

Im Teilabschnitt b ist ersichtlich, dass durch die elastische Verformung der Wanne 2 eine Änderung der vom Lichtsensor 7 detektierten Lichtstärke der Lichtquelle 6 und somit der gemessenen Spannung bewirkt wird. Durch die Verformung der Wanne 2 nimmt die vom Lichtsensor 7 detektierte Lichtstärke der Lichtquelle 6 bis zum Zeitpunkt der Ablösung (d) immer weiter ab. Nachdem sich die Substanzschicht 5 vom Boden der Wanne 2 abgelöst hat, steigt die am Lichtsensor 7 detektierte Lichtstärke der Lichtquelle 6 wieder auf ihren ursprünglichen Wert an und liegt wieder im Zielwertbereich. Im Teilbereich c hat sich die Substanzschicht 5 wieder vom Boden der Wanne 2 abgelöst und die Wanne 2 ist nicht elastisch verformt ist, sodass die vom Lichtsensor 7 detektierte Lichtstärke der Lichtquelle 6 wieder in einem Zielwertebereich liegt.

Fig. 3a zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in zweidimensionaler Schnittdarstellung. In dieser Ausführungsform ist ein biegsamer Lichtleiter 8, welcher den Lichtstrahl 9 der Lichtquelle 6 leitet, im Boden der Wanne 2 angeordnet. Beim Lichtleiter 8 handelt es sich um einen Lichtwellenleiter, beispielsweise eine Glasfaserleitung. Die Wanne 2 enthält die nicht formstabile Substanz 3.

Die Bauplattform 1 ist wiederum parallel zum Boden der Wanne 2 angeordnet und in einer Ebene, welche normal auf den Boden der Wanne 2 ist, verschiebbar.

Aus der nicht formstabilen Substanz 3 wird durch elektromagnetische Bestrahlung durch den Strahler 4 eine Substanzschicht 5 erzeugt. Im Bereich des Bodens der Wanne 2 ist an einer Seite eine Lichtquelle 6 und an der gegenüberliegenden Seite ein das Licht der Lichtquelle 6 detektierender Lichtsensor 7 angeordnet, sodass eine Verformung der Wanne 2 eine Änderung der vom Lichtsensor 7 detektierten Lichtstärke der Lichtquelle 6 bewirkt.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform sind die Lichtquelle 6 und/oder der Lichtsensor 7 unmittelbar anschließend an den Boden der Wanne 2 angeordnet.

In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform sind die Lichtquelle 6 und/oder der Lichtsensor 7 in den Boden der Wanne 2 integriert.

Fig. 3b zeigt wiederum die Situation, wenn die Bildung der Substanzschicht 5 durch elektromagnetische Bestrahlung durch den Strahler 4 abgeschlossen ist. Um die Substanzschicht 5 vom Boden der Wanne 2, ablösen zu können, wird die Bauplattform 1 in einer normal auf den Boden der Wanne 2 stehenden Ebene verschoben. Durch die beim Entstehen der Substanzschicht 5 entstandenen Kohäsionskräfte zwischen der Bauplattform 1 und der Substanzschicht 5 und zwischen dem Boden der Wanne 2 und der Substanzschicht 5, wird die Wanne 2, welche die nicht formstabile Substanz 3 enthält, beim Verschieben der Bauplattform 1, elastisch verformt. Dadurch wird der in den Boden der Wanne 2 integrierte Lichtleiter 8 ebenfalls elastisch verformt.

Durch die Biegung des Lichtleiters 8 ändert sich der Einfallswinkel des eingestrahlten Lichts, sodass ein Teil des eingestrahlten Lichts den Lichtleiter 8 verlässt. Die am Lichtsensor 7 gemessene Lichtintensität ist somit geringer als im nicht verformten Zustand.

Fig. 3c zeigt wiederum die Situation, wenn der Ablösevorgang der Substanzschicht 5 vom Boden der Wanne 2 abgeschlossen ist. Es erfolgt keine elektromagnetische Bestrahlung durch den Strahler 4. Die Bauplattform 1 wird wieder, um die gewünschte Schichtdicke für die nächste Substanzschicht 5 einzustellen, in einer normal auf den Boden der Wanne 2 stehenden Ebene abgesenkt.

In nicht dargestellten Ausführungsformen der Erfindung sind optische Elemente zur Umlenkung des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes vorgesehen, beispielsweise Prismen oder Spiegel. In weiteren nicht dargestellten Ausführungsformen der Erfindung sind mehrere Lichtquellen und mehrere Lichtsensoren vorgesehen und derart angeordnet, dass eine Verformung der Wanne eine Änderung der von den Lichtsensoren detektierten Lichtstärken der Lichtquellen bewirkt.

In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform dient der Boden der Wanne selbst als Lichtleiter und es sind zusätzlich ein oder mehrere Lichtwellenleiter im Boden der Wanne angeordnet.

In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform sind optische Elemente zur Fokussierung des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes auf einem Lichtsensor vorgesehen, beispielsweise optische Linsen.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsformen, sondern umfasst sämtliche Vorrichtungen und Verfahren im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche.

Bezugszeichenliste 1 Bauplattform 2 Wanne 3 nicht formstabile Substanz 4 Strahler 5 Substanzschicht 6 Lichtquelle 7 Lichtsensor 8 Lichtleiter 9 Lichtstrahl

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Bildung formstabiler Objekte durch bereichsweises Verfestigen einer nicht formstabilen, insbesondere lichtaushärtbaren, Substanz (3) durch Bestrahlung mit einem insbesondere elektromagnetischen Strahler (4), umfassend eine Wanne (2) zur Aufnahme der Substanz (3) sowie eine über der Wanne (2) angeordnete und gegenüber dieser absenkbare und anhebbare Bauplattform (1) zum Anhaften und Abheben ausgehärteter Substanzschichten (5), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Lichtquelle (6) und zumindest ein, das Licht der Lichtquelle (6) detektierender, Lichtsensor (7) derart im Bereich des Bodens der Wanne (2) angeordnet sind, dass eine Verformung der Wanne (2) durch Änderung der vom Lichtsensor (7) detektierten Lichtstärke der Lichtquelle (6) detektierbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Boden der Wanne (2) teilweise oder zur Gänze aus einem lichtleitenden Material ausgeführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Lichtstrahl (9) der Lichtquelle (6) leitender Lichtleiter (8), beispielsweise in Form einer Glasfaserleitung, vorgesehen und vorzugsweise im Boden der Wanne (2) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (6) als Laser, LED oder dergleichen ausgeführt ist oder derartige Elemente umfasst.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (7) zumindest ein fotosensitives Element, insbesondere eine Fotodiode mit einem Transimpedanzwandler als Verstärker, umfasst, welches die Intensität des von der Lichtquelle (6) ausgesandten Lichtes detektiert und in ein elektrisches Signal umwandelt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umlenkung des von der Lichtquelle (6) ausgesandten Lichtes zumindest ein optisches Element, vorzugsweise ein Spiegel, ein Prisma oder dergleichen, vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fokussierung des von der Lichtquelle (6) ausgesandten Lichtes vorzugsweise auf zumindest einem Lichtsensor (7) zumindest ein optisches Element, vorzugsweise eine Konvexlinse, vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, den Ablösevorgang der Substanzschicht (5) vom Boden der Wanne (2) und/oder von der Bauplattform (1) zu detektieren.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden der Wanne (2) aus flexiblen und/oder teilfesten Materialien, vorzugsweise aus Silikon-Schichten, aus PTFE-Folien oder dergleichen, ausgeführt ist, wodurch sich die Wanne (2) beim Abheben ausgehärteter Substanzschichten elastisch verformen kann.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden der Wanne (2) im Spektrum des von der Lichtquelle (6) ausgestrahlten Lichts zumindest teilweise transparent ausgeführt ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest einen Analog-Digital-Wandler umfasst, wodurch das Signal computerunterstützt verarbeitet werden kann.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauplattform (1) in einer normal auf den Boden der Wanne (2) stehenden Ebene verschiebbar ist.
13. Verfahren zur Detektion der mechanischen Verformung einer Wanne (2) zur Aufnahme einer nicht formstabilen, insbesondere lichtaushärtbaren, Substanz (3) in einer Vorrichtung zur Bildung formstabiler Objekte, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einer Lichtquelle (6) ausgesandtes und durch die Wanne (2) geleitetes Licht durch einen Lichtsensor (7) detektiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abweichen der detektierten Lichtstärke von einem vorab definierten Zielwert die mechanische Verformung der Wanne (2) festgestellt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus der detektierten Lichtstärke neben der mechanischen Verformung die Art und/oder Menge der in der Wanne befindlichen Substanz (3) bestimmt wird.