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Technisches Anwendungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur schichtweisen Herstellung von Bauteilen mittels Photopolymerisation, bei denen die Bauteile durch schichtweise Verfestigung eines flüssigen polymeren Bauteilmaterials auf einer Unterlage aufgebaut werden. Es handelt sich somit um ein generatives Fertigungsverfahren.
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Generative Fertigungsverfahren basieren auf einem orthogonalen System, in dem eine Bauebene und eine Bauhöhe festgelegt werden. Dabei werden je nach Verfahren flüssige, pulver- oder drahtförmige Materialien schichtweise verarbeitet. Für den Aufbau der Bauteile werden diese Materialien mit Hilfe einer geeigneten Energiequelle schichtweise verfestigt. Die meisten bekannten generativen Fertigungsverfahren nutzen eine eindimensional wirkende Energiequelle in Form eines Lasers, einer Extrusionsdüse oder eines Druckkopfes. Mit Hilfe einer Scanner-Einheit können dann selektiv Bereiche in einer Schicht verfestigt bzw. ausgehärtet werden. Auch die Nutzung zweidimensional wirkender Energiequellen ist bekannt, bei denen bspw. ein Lichtmuster mittels eines Mikrospiegelarrays erzeugt und auf die zu härtende Schicht abgebildet wird. Damit lassen sich die Schichten flächig und nicht punktuell verarbeiten. Schicht für Schicht wiederholt sich der Prozess der Verfestigung selektiver Bereiche der jeweils obersten Schicht des Bauteils bis nach einer entsprechenden Anzahl an Schichten das dreidimensionale Bauteil fertiggestellt ist.
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Die Herstellung von Bauteilen mittels generativer Fertigung erfolgt in der Regel über einen diskontinuierlichen Fertigungsprozess (Batch-Verfahren). Dabei kann jeweils nur eine Charge an Bauteilen gefertigt werden. Anschließend müssen die gefertigten Bauteile entnommen und die Fertigungsanlage für den nächsten Produktzyklus vorbereitet werden. Durch die gleichzeitige Fertigung bzw. Fertigstellung einer größeren Anzahl an Bauteilen einer Charge ist die Auslastung von Personal und Maschinen für die Vor- und Nachbearbeitung nicht optimal, da sie starken Schwankungen unterworfen ist.
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Stand der Technik
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Für eine Beschleunigung der Rüstzeit der eingesetzten Fertigungsanlagen ist es bekannt, austauschbare Baukammern einzusetzen, die dann nach Beendigung einer Charge jeweils entnommen und durch neue Baukammern ersetzt werden können. Das verkürzt die Zeit zwischen dem Ende der Fertigung einer und dem Beginn der Fertigung der nächsten Charge. Derartige Ansätze beschleunigen zwar die Rüstzeit, beseitigen aber die weiteren Nachteile einer diskontinuierlichen Fertigung nicht.
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Aus der
EP 2 289 462 B1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mittels generativer Fertigung bekannt, die einen fließbandähnlichen Fertigungsprozess ermöglichen. Bei dem Verfahren wird in einer Ausgestaltung eine aus mehreren Segmenten zusammengesetzte Substratplatte als Unterlage für den Aufbau der Baueile eingesetzt, wobei die Substratplattensegmente Teil eines Endlosförderbandes sind. Die Bauteilfertigung erfolgt dabei jeweils auf der Oberseite des Endlosförderbandes. Die bei dieser Lösung bevorzugt eingesetzten pulverförmigen Materialien werden als aufeinander folgende Schichten in Schichtebenen aufgetragen, die schräg zu der Oberfläche der Substratplatte ausgerichtet sind. Dadurch können auf der Substratplatte mehrere kleine Bauteile gleichzeitig aufgebaut werden, die sich in unterschiedlichen Fertigungsstadien befinden. Durch den Weitertransport der jeweils gerade bearbeiteten Bauteile wird eine quasikontinuierliche Fertigung und auch Entnahme von einzelnen fertig gestellten Bauteilen ermöglicht. Allerdings ist die Größendifferenz zwischen den größten und kleinsten Bauteilen begrenzt, da die erforderliche Stabilität des schrägen Schichtauftrags nur geringe Höhen zulässt.
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Die
DE 10 2010 020 158 A1 und die
US 5622811 A beschreiben jeweils eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schichtweisen Herstellung von Bauteilen mittels Photopolymerisation. Bei beiden Druckschriften werden die Bauteile durch schichtweise Verfestigung auf einer Walze als Unterlage aufgebaut, die in einem mit dem flüssigen Bauteilmaterial befüllten Behältnis rotiert und über eine Belichtungseinheit belichtet wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mittels generativer Fertigung anzugeben, die eine kontinuierliche Fertigung von Bauteilen unterschiedlicher Größe ermöglichen und keinen schrägen Schichtauftrag mit den damit verbundenen Problemen erfordern.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sowie des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung und das zugehörige Verfahren nutzen die Technik der Photopolymerisation zur schichtweisen Herstellung der Bauteile. Die Photopolymerisation der jeweiligen zu verfestigenden Schicht wird dabei durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung in einem flüssigen polymeren Bauteilmaterial ausgelöst, die über entsprechende Belichtungseinheiten eingestrahlt wird. Die Belichtungseinheiten können dabei eindimensional einwirkende Energiequellen wie bspw. Laser aufweisen, die entsprechend der gewünschten Kontur der zu verfestigenden Schicht mit einer Scannereinheit über diese Schicht geführt werden. Es können auch zweidimensional abbildende Systeme eingesetzt werden, vorzugsweise DLP-Projektoren (DLP: Digital Light Processing), bei denen ein Lichtmuster entsprechend der gewünschten lateralen Geometrie der Schicht bspw. über ein Mikrospiegelarray erzeugt und auf die entsprechende Schicht gerichtet wird. Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst dabei zumindest ein Behältnis zur Aufnahme des flüssigen polymeren Bauteilmaterials, eine in dem Behältnis angeordnete und drehbar gelagerte Walze mit einer Mantelfläche, die als Unterlage für den Aufbau der Bauteile durch schichtweise Verfestigung aus dem flüssigen Bauteilmaterial dient, und mehrere Belichtungseinheiten, die die Belichtung des flüssigen Bauteilmaterials zur lokalen Verfestigung der Schichten durch Photopolymerisation ermöglichen. Das Behältnis weist auf den Seiten, die der Mantelfläche der Walze gegenüberliegen, für die Strahlung der Belichtungseinheiten transparente Bereiche auf, durch die hindurch die Strahlung für den Schichtaufbau in Richtung der Mantelfläche der Walze gerichtet werden kann. Diese Seiten können vollständig bzw. vollflächig für die Strahlung transparent ausgebildet sein, bspw. als optisch transparente Scheiben, oder auch nur entsprechende eng beieinander liegende Durchlassfenster aufweisen. Diese transparenten Seiten bzw. Seiten mit den transparenten Bereichen sind so angeordnet, dass sie einen Abstand zu der Mantelfläche der Walze aufweisen, der von einem minimalen Anfangswert auf einer Seite des Behältnisses in Umfangsrichtung der Walze größer wird. Die mehreren Belichtungseinheiten bilden dabei mehrere Belichtungsstationen entlang der Umfangsrichtung der Walze, an denen sie die elektromagnetische, insbesondere optische Strahlung durch die transparenten Bereiche bzw. die transparenten Seiten hindurch in Richtung der Mantelfläche richten. Die transparenten Seiten müssen dabei selbstverständlich nur in den Bereichen vorhanden sein, in denen eine Belichtung durch die Belichtungseinheiten erfolgen soll.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung der Bauteile wird dann ein flüssiges polymeres Bauteilmaterial in das Behältnis eingefüllt und die Bauteile durch schichtweise Verfestigung des flüssigen Bauteilmaterials mittels Photopolymerisation auf der Mantelfläche der Walze aufgebaut. Die Walze wird dabei während des Herstellungsprozesses kontinuierlich oder schrittweise in dem Behältnis rotiert. Der Aufbau jedes Bauteils wird an der ersten Belichtungsstation begonnen, bei der der Abstand zwischen transparenter Seite bzw. transparentem Bereich und der Mantelfläche der Walze den geringsten Wert aufweist, der auch der Schichtdicke der ersten Schicht des Bauteils entspricht. Nach dem Aufbau der ersten Schicht wird das Bauteil durch Rotation der Walze an eine Position mit einem größeren Abstand der Mantelfläche zur transparenten Seite des Behältnisses transportiert, um dort entweder noch mit der gleichen Belichtungsstation oder bereits mit der nächsten in Drehrichtung der Walze angeordneten Belichtungsstation die nächste Schicht mit einer Schichtdicke entsprechend dem verbleibenden Abstand zur Seitenfläche des Behältnisses aufzubringen. Durch die kontinuierliche oder schrittweise Rotation der Walze können viele Bauteile gleichzeitig aufgebaut werden, die sich in unterschiedlichen Fertigungsstadien an unterschiedlichen Stellen der Walze befinden. Die Bauteile können jeweils an der Oberseite des Behältnisses von der Walze entnommen werden. Vorzugsweise ragt die Walze hierzu in diesem Bereich über das flüssige Polymer- bzw. Bauteilmaterial hinaus, taucht also nicht vollständig in das flüssige Bauteilmaterial ein. Durch die Rotation der Walze und den sich vergrößernden Abstand der transparenten Bereiche bzw. Seiten zur Mantelfläche der Walze vergrößert sich die mögliche Fertigungshöhe der Bauteile in Drehrichtung der Walze. Der Durchmesser der Walze und die Anzahl der Belichtungsstationen werden so bemessen, dass die zu fertigenden Bauteile innerhalb der weniger als einen Umdrehung der Walze fertig gestellt werden können.
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Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung und dem zugehörigen Verfahren wird somit eine in das flüssige Polymermaterial eingetauchte rotierende Walze als Substrat für den Aufbau der Bauteile genutzt. Das Polymerbad wird von mehreren vorzugsweise optisch transparenten Scheiben oder entsprechenden Seiten mit optisch transparenten Bereichen begrenzt, die die Strahlung der Belichtungseinheiten, bspw. von DLP-Projektoren, passieren lassen und damit eine selektive Aushärtung des flüssigen Polymermaterials auf der Mantelfläche der Walze ermöglichen. Die Walze und die transparenten Seiten des Behältnisses sind so dimensioniert und zueinander angeordnet, dass sich der Abstand dieser Seiten zur Mantelfläche der Walze in Rotationsrichtung der Walze vergrößert. Damit wächst die mögliche Fertigungshöhe in dieser Richtung. Die Fertigung beginnt immer an der Stelle der kürzesten Entfernung zwischen Walze und Scheibe. An dieser Stelle wird durch entsprechende Einstrahlung je nach gewünschter Geometrie und Schicht des zu fertigenden Bauteils diese Schicht verfestigt. Das Bauteil wird dann durch die Rotation der Walze weiter transportiert und dann die jeweils weitere Schicht aufgebaut. Gleichzeitig kann an der ersten Position wiederum ein neues Bauteil begonnen werden. Die maximale Bauhöhe der Bauteile entspricht der größten Entfernung der Mantelfläche der Walze zur optisch transparenten Scheibe bei der in Drehrichtung letzten Belichtungsstation. Die Breite der Walze wird in der Regel durch jeweilige Belichtungseinheit bzw. deren Ausleuchtungsbereich begrenzt.
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Durch die vorgeschlagene Vorrichtung und das zugehörige Verfahren können die Bauteile kontinuierlich gefertigt werden. Es sind somit keinerlei Rüstzeiten erforderlich und die Fertigungsanlage muss für eine neue Produktion nicht angehalten werden. Vielmehr werden die fertig gestellten Bauteile jeweils an der Oberseite der Walze entnommen so dass bei der weiteren Rotation der Walze wieder freier Platz für den Aufbau neuer Bauteile bereit steht. Die Bauteile können alle unterschiedlich sein, insbesondere unterschiedliche Geometrien und Größen aufweisen, und können auch als Einzelstücke gefertigt werden. Der Unterschied in der Größe der Bauteile wird lediglich durch den maximalen Abstand der transparenten Seiten des Behältnisses zur Mantelfläche der Walze an der in Drehrichtung letzten Belichtungsstation begrenzt. Durch entsprechende Dimensionierung des Behältnisses und der Walze lassen sich dadurch Bauteile sehr unterschiedlicher Größe fertigen. Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen aufgrund des kontinuierlichen Fertigungsprozesses eine Verkürzung der Fertigungszeit pro Bauteil sowie eine ökonomische Personaleinsatzplanung für die Vor- und Nachbereitung, da keine starken Auslastungsschwankungen wie beim batchweisen Betrieb mehr auftreten. Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen auch eine effizientere Maschinenauslastung, insbesondere für die Nachbearbeitung der gefertigten Bauteile.
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Die Walze ist bei der vorgeschlagenen Vorrichtung vorzugsweise zylindrisch ausgebildet, weist also einen kreisförmigen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse auf. Prinzipiell besteht jedoch auch die Möglichkeit anderer Querschnitte, bspw. in Form eines Polygons. Das Oberflächenmaterial der Walze ist so gewählt, dass das verfestigte Polymermaterial an der Walzenoberfläche ausreichend haftet. Dies ist auch bereits bei bekannten Fertigungsanlagen der Photopolymerisation der Fall, bei denen ebenfalls das Substrat bzw. die Unterlage, auf dem das Bauteil aufgebaut wird, ein entsprechende Haftfähigkeit für die unterste verfestigte Schicht haben muss. Ein Beispiel für ein geeignetes Oberflächenmaterial ist Glas. Die Seiten des Behältnisses, die bei der Verfestigung der jeweils obersten Schicht mit dieser Schicht in Kontakt kommen, dürfen demgegenüber keine Haftung der verfestigten Schicht ermöglichen. Diese Seiten sind daher vorzugsweise aus einem Material gebildet, bei dem die Benetzbarkeit mit dem flüssigen Polymermaterial stark vermindert ist. Alternativ kann die innere Oberfläche dieser Seiten kann auch mit einem entsprechenden Material beschichtet sein, beispielsweise mit einer Schicht aus Silikon, insb. Sylgard® 184.
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Das Behältnis ist vorzugsweise nach oben offen, so dass eine freie Zugänglichkeit zur Oberseite der Walze für die Entnahme der fertigen Bauteile gewährleistet ist. Vorzugsweise steht die Walze dabei mit einem Abschnitt über dem oberen Rand des Behältnisses über. Alternativ kann auch nur eine entsprechend bis unter den Rand reichende Menge an flüssigem Bauteil- bzw. Polymermaterial bei der Fertigung eingefüllt werden. Die Walze kann mit ihrer Lagerung in das Behältnis eingebaut oder auch nur von oben, ohne feste Verbindung mit dem Behältnis, in das Behältnis eingehängt sein. Die Belichtungsstationen sind bei der vorgeschlagenen Vorrichtung vorzugsweise so angeordnet, dass sie über mindestens die Hälfte des Walzenumfangs Bauteilschichten verfestigen können, d. h. über einen Winkelabschnitt des Umfangs der Walze von mindestens 180°. Das Behältnis und die Walze sind dabei so ausgebildet und angeordnet, dass sich über diesen Winkelbereich der Abstand zwischen Manteloberfläche der Walze und den jeweils gegenüberliegenden Seiten des Behältnisses vorzugsweise kontinuierlich vergrößert. Die Vergrößerung des Abstandes in Umfangsrichtung der Walze und die Belichtungsstationen sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass jeweils bei Drehung der Walze um einen Winkel Δα eine erneute Belichtung der Bauteile an den Belichtungsstationen zur Verfestigung einer neuen Schicht führt, die eine jeweils gleiche Schichtdicke d aufweist. Hierzu muss zum einen der Abstand zwischen Manteloberfläche der Walze und der entsprechenden Seitenfläche des Behältnisses bei einer Drehung der Walze um den Winkel Δα um etwa die Schichtdicke d wachsen, zum anderen muss an dieser neuen Position eine entsprechende Belichtung durch eine der Belichtungsstationen möglich sein.
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Die Walze wird bei der vorgeschlagenen Vorrichtung vorzugsweise motorisch angetrieben. Eine Steuereinheit steuert dann die Belichtungseinheiten synchron zur Drehung der Walze und in Abhängigkeit von der jeweils momentanen Drehposition der Walze und den jeweils auf der Walze zu fertigenden Bauteilen zur Belichtung bzw. Verfestigung der jeweils neuen Schicht der jeweiligen Bauteile an. Die Steuereinheit kann dabei auch für die Steuerung der Drehbewegung der Walze eingesetzt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorgeschlagene Vorrichtung sowie das zugehörige Verfahren werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer möglichen Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung;
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2 eine perspektivische Darstellung eines Teils der Vorrichtung der 1;
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3 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbauprozesses der Bauteile auf der Walze an einer Belichtungsstation; und
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4 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des gleichzeitigen Aufbaus unterschiedlicher Bauteile bei der kontinuierlichen Fertigung mit der vorgeschlagenen Vorrichtung.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung und dem vorgeschlagenen Verfahren werden Bauteile durch schichtweisen Aufbau mittels kontinuierlicher Photopolymerisation hergestellt. 1 zeigt hierzu in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch eine mögliche Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung. Die Figur zeigt das Behältnis 1 der Vorrichtung, das mit einem flüssigen Polymermaterial 3 gefüllt ist, das als Bauteilmaterial für die zu fertigenden Bauteile dient. In dem Behältnis 1 ist eine Walze 2 drehbar gelagert, die über den größten Teil ihres Umfangs in das flüssige Polymermaterial 3 eingetaucht ist und nur mit einem kleinen Abschnitt aus dem Polymermaterial 3 herausragt. Die Drehachse der Walze steht senkrecht zur Zeichenebene. Die Drehrichtung 4 ist durch den Pfeil angedeutet. Die Behälterwände des Behältnisses 1, die der Mantelfläche 6 der Walze 2 gegenüber liegen, sind in diesem Beispiel als optisch transparente Scheiben 5 ausgebildet, die die Einstrahlung von Licht zur Auslösung der für den Schichtaufbau erforderlichen Photopolymerisation ermöglichen. Die optisch transparenten Scheiben 5 sind relativ zur Oberfläche bzw. Mantelfläche 6 der Walze 2 so positioniert, dass der Abstand A zwischen den Scheiben 5 und der Mantelfläche 6 der Walze 2 ausgehend von einem minimalen Anfangswert von vorzugsweise ≤ 1 mm auf einer Seite des Behältnisses 1 zunimmt, wie dies in der 1 zu erkennen ist.
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Über einen Teil des Umfangs der Walze 2 sind außerhalb des Behältnisses 1 Belichtungseinheiten 7 angeordnet, die eine Belichtung des flüssigen Polymermaterials 3 innerhalb des Behältnisses 1 unterhalb der jeweiligen optisch transparenten Scheibe 5 ermöglichen. Im vorliegenden Beispiel sind diese bildgebenden Einheiten DLP-Projektoren, die vorgebbare Lichtmuster in die jeweilige Bildebene unmittelbar unterhalb der optisch transparenten Scheiben 5 projizieren können. Durch die Projektion eines Lichtmusters wird durch Photopolymerisation eine Schicht entsprechend dem Lichtmuster verfestigt.
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Die Position des geringsten Abstandes der Mantelfläche 6 der Walze 2 zu den optisch transparenten Scheiben 5 des Behältnisses 1 ist in der 1 als 0°-Position angedeutet. An dieser Stelle beginnt der Schichtaufbau jedes zu fertigenden Bauteils. Der Abstand zur Oberfläche der Walze 2 ist dabei so gewählt, dass er im Wesentlichen der Schichtdicke der einzelnen Schichten entspricht, aus denen die Bauteile aufgebaut werden. Durch Belichtung des entsprechenden Bereiches mit der ersten Belichtungseinheit 7a in Drehrichtung 4 der Walze 2 wird die erste Schicht des Bauteils auf der Manteloberfläche 6 der Walze 2 verfestigt. Durch Drehung der Walze 2 in Drehrichtung 4 fährt diese das im Aufbau begonnene Bauteil zur nächsten Position, bei der der Abstand der bereits verfestigten Schicht zur optisch transparenten Scheibe 5 um eine weitere Schichtdicke vergrößert ist. An dieser Stelle erfolgt durch die Belichtungseinheit 7a, je nach Aufbau auch bereits durch eine nachfolgende Belichtungseinheit, die Belichtung und Verfestigung der nächsten Schicht. Auf diese Weise wird durch Rotation der Walze 2 und wiederholte Belichtung das Bauteil Schicht für Schicht aufgebaut. Die Fertigung beginnt immer an der 0°-Position, d. h. der Position mit dem geringsten Abstand zwischen Walzenoberfläche und optisch transparenten Scheiben 5. Die maximale Bauhöhe eines mit dieser Vorrichtung herstellbaren Bauteils entspricht der Entfernung der Mantelfläche 6 der Walze 2 zur optisch transparenten Scheibe 5 an der in Drehrichtung letzten Belichtungsstation 7b.
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Die Vorrichtung ermöglicht die kontinuierliche Fertigung von unterschiedlichen Bauteilen ohne Unterbrechung des Prozesses. Wird ein begonnenes Bauteil nach Fertigung der ersten Schicht durch Drehung der Walze 2 weiter transportiert, so kann an der Position gleichzeitig gleichzeitig mit der weiteren Belichtung der nächsten Schicht dieses Bauteils bereits die erste Schicht eines anderen Bauteils belichtet werden. Es erfolgt somit über die verschiedenen Belichtungsstationen 7 während des Betriebs der Vorrichtung jeweils gleichzeitig ein Schichtaufbau an mehreren Bauteilen in unterschiedlichen Fertigungsstadien. An jeder Position können dabei auch mehrere Bauteile nebeneinander aufgebaut werden, soweit dies die Breite der Walze in y-Richtung (Richtung der Rotationsachse) und die Belichtungsbreite der jeweiligen Belichtungsstationen 7 zulässt.
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2 zeigt hierzu eine schematisierte perspektivische Darstellung eines Teils der Vorrichtung, in der nur eine Belichtungsstation 7 dargestellt ist. In dieser Darstellung ist die Breite der Walze 2 zu erkennen, die hier durch die Belichtungsstation 7 in der gesamten Breite belichtet werden kann. Durch geeignete Ausgestaltung der Belichtungsstationen 7 können dabei über die Breite der Walze 2 mehrere Bauteile gleichzeitig belichtet und somit gefertigt werden, da das projizierte Lichtmuster über die Breite beliebig vorgegeben werden kann.
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In gleicher Weise können mit einer Belichtungsstation auch Bauteile an unterschiedlichen Positionen in Drehrichtung 4, die noch innerhalb des mit der jeweiligen Belichtungsstation 7 ausleuchtbaren Bereiches liegen, gefertigt werden. Dies ist in der 3 schematisch angedeutet. Diese Figur zeigt einen Ausschnitt aus dem Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß 1, bei der der in Drehrichtung 4 der Walze 2 ausleuchtbare Bereich mit entsprechenden Bauteilen 8 dargestellt ist. In der Figur sind hierbei fünf Bauteile 8 auf der Mantelfläche 6 der Walze 2 in verschiedenen Fertigungsstadien zu erkennen. Beim ersten Bauteil wird gerade die erste Schicht 10 verfestigt, während das in Drehrichtung 4 bereits an der nächsten Position befindliche Bauteil schon eine Schicht 9 aufweist und seine zweite Schicht erhält usw. Die gleichzeitige Belichtung dieser Bauteile 8 wird durch den großen ausleuchtbaren Bereich der Belichtungseinheit 7 und die Möglichkeit, über diesen Bereich beliebige Lichtmuster zu projizieren, erreicht. Die jeweils auf die Oberflächen der jeweiligen Bauteile 8 projizierten Lichtmuster entsprechen dabei der zu erzeugenden lateralen Form der jeweiligen gerade zu erzeugenden Schicht 9. Nach Fertigstellung einer Schicht wird die Walze 2 wiederum um ein Bauteil weiter gedreht, so dass bei jedem Bauteil die nächste Schicht verfestigt werden kann.
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Sind die Bauteile fertig aufgebaut, tauchen sie durch die Rotation der Walze 2 schließlich aus der Flüssigkeit auf. Dies ist in der 4 schematisch angedeutet. An der höchsten Stelle der Walze 2, in diesem Beispiel durch die 270°-Markierung angedeutet, können die fertigen ausgetropften Bauteile 11 von der Oberfläche der Walze 2 getrennt und anschließend weiter bearbeitet werden. Dies ist durch den nach rechts gerichteten Pfeil angedeutet. Die Mantelfläche 6 der Walze 2 ist danach für eine neue Produktion bereit. Aus der 4 ist ersichtlich, dass mit der Vorrichtung Bauteile unterschiedlicher Größe erzeugt werden können, wobei die maximale Größe durch den größten Abstand zwischen optisch transparenter Scheibe 5 und Mantelfläche 6 der Walze an der letzten Belichtungsstation 7b begrenzt ist. Bei kleineren Bauteilen wird der Schichtaufbau entsprechend bereits an einer der vorangehenden Belichtungsstationen beendet.
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Auch wenn das vorliegende Ausführungsbeispiel DLP-Projektoren als Belichtungseinheiten einsetzt, so sind selbstverständlich auch anders ausgebildete Belichtungseinheiten möglich. Beispielsweise kann die Belichtung jeweils auch mit Hilfe eines über die Oberfläche geführten Laserstrahls erfolgen, der auch wie in 3 durch einen entsprechenden Scanvorgang quasi gleichzeitig alle Bauteile eines Bereiches belichten kann. Weiterhin können die optisch transparenten Scheiben 5 nicht nur eben ausgeführt sein, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, sondern auch gekrümmt sein. Eine eventuelle Störung der optischen Abbildung bei der Belichtung kann dabei durch geeignete optische Kompensation in der Belichtungseinheit kompensiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behältnis
- 2
- Walze
- 3
- flüssiges Polymermaterial
- 4
- Drehrichtung
- 5
- optisch transparente Scheibe
- 6
- Mantelfläche der Walze
- 7
- Belichtungseinheit
- 7a
- erste Belichtungseinheit
- 7b
- letzte Belichtungseinheit
- 8
- Bauteile in Fertigung
- 9
- Bauteilschicht
- 10
- gerade verfestigte Schicht
- 11
- fertige Bauteile
