DE69524080T2

DE69524080T2 - Fortschrittliche bautechniken in stereolithografie

Info

Publication number: DE69524080T2
Application number: DE69524080T
Authority: DE
Inventors: J. Allen; J. Bedal; M. Earl; J. Gigl; W. Hull; F. Jacobs; N. Leyden; R. Manners; D. Nguyen; H. Pang; R. Smalley; L. Vandorin; J. Vorgitch
Original assignee: 3D Systems Inc
Current assignee: 3D Systems Inc
Priority date: 1994-04-25
Filing date: 1995-04-25
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2015-04-26
Also published as: AU2365595A; EP0757621B1; JP2006096047A; EP0757621A1; JPH09512220A; ATE209101T1; DE69524080D1; CA2186613A1; EP1120227A3; WO1995029053A3; JP2006099123A; WO1995029053A2; EP1120227A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines dreidimensionalen Objekts, das schichtweise durch die gezielte Verfestigung eines verfestigbaren Mediums aufgebaut werden soll, beispielsweise durch die Anwendung der Prinzipien der Stereolithographie. Mehrere Aufbautechniken sind in letzter Zeit verfügbar geworden, um dreidimensionale Objekte in Schichten aufzubauen. Eine solche Technik ist die Stereolithographie, die in dem US-Patent 4,575,330 (im folgenden das '330-Patent) beschrieben ist. Gemäß den Prinzipien der Stereolithographie wird ein dreidimensionales Objekt schichtweise Schritt für Schritt aus einem Material geformt, das zu einer physikalischen Transformation in der Lage ist, wenn es einer synergistischen Stimulation ausgesetzt wird (beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein flüssigkeitsähnliches Material, wie z. B. ein Photopolymer, sinterbare Pulver oder verbindbare Pulver). In einem Ausführungsbeispiel der Stereolithographie werden Schichten eines flüssigen Photopolymers nacheinander an der Arbeitsoberfläche eines Volumens des flüssigen Photopolymers, das in einem Behälter enthalten ist, gebildet.
Typischerweise ist die Arbeitsoberfläche die obere Oberfläche der Flüssigkeit, wobei die Oberfläche eine freie Oberfläche ist, da ihre Position nicht durch eine physikalische Barriere begrenzt ist.
Diese Schichten werden daraufhin gezielt der synergistischen Stimulation ausgesetzt, um aufeinanderfolgende Querschnitte des Objekts zu bilden. Darüber hinaus haftet das transformierte Material nach der Transformation in die Querschnitte des Objekts typischerweise durch die natürlichen haftenden Eigenschaften des Photopolymers bei der Verfestigung an den zuvor gebildeten Querschnitten. Zusätzliche Details über die Stereolithographie finden sich in den folgenden Publikationen und Patenten:
WO 92/20505 WO 90/15674
WO 92/08200 WO 91/06378
WO 89/10256 JP-Anm. 291647/1990
WO 89/10249 US 5,059,359
WO 89/10254 US 4,996,010
WO 89/10259 US 4,999,143
WO 89/11085 US 5,015,424
WO 89/10801 US 5,058,988
EPO 85/171069 US 5,123,734
JP 62-3596 US 5,059,021
WO 90/03255 US 5,184,307
US 5,104,592 US 5,174,931
US 5,143,663 US 5,096,530
US 5,182,056 US 5,141,680
US 5,130,064 US 5,192,469
US 5,321,622 US 5,238,639
US 5,182,715 US 5,256,340
US 5,234,636 US 5,182,055
Wie in der WO 89/10256 beschrieben, wird ein Stereolithographiesystem ein dreidimensionales Objekt typischerweise gemäß einer entsprechenden Objektdarstellung bilden, wobei diese Darstellung in einem CAD-System oder ähnlichem erzeugt werden kann. Bevor solch eine Darstellung jedoch verwendet werden kann, muss sie in eine Mehrzahl von Schichtdarstellungen geschnitten werden. Das Stereolithographiesystem wird daraufhin im Zuge des Aufbaus des Objekts in einem schrittweisen und schichtweisen Aufbau gezielt die nicht transformierten Schichten des Materials gemäß der Schichtdarstellung belichten, um die Objektschichten und somit das Objekt selbst zu bilden.
Die WO 92/20505 beschreibt verschiedene Techniken zum Aufbau eines Objekts durch Stereolithographie mit reduzierter Verzerrung nach dem Aushärten.
Das US-Patent 5,321,622 (und die WO 92/08200) beschreiben die Verwendung von Boolschen Verknüpfungen beim Feststellen, welche Bereiche von jeder Schicht von der vorausgegangenen Schicht sich durch die gegenwärtige Schicht und durch die nächste nachfolgende Schicht fortsetzen und welche Bereiche eine Oberseite oder eine Unterseite oder beides sind. Das genannte Patent beschreibt daher Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergleichen von Ursprungsdaten, die jeder Schicht zugeordnet sind und das Vergleichen solcher Daten zwischen Schichten, um resultierende Daten zu bilden, die beim Prozess der physikalischen Herstellung des Objekts verwendet werden. Zusätzlich beschreibt dieses genannte Patente die Verwendung von solchen Vorgängen, um Objekte geeigneter Größe (beispielsweise mit Untergröße oder Übergröße) zu erhalten.
Das US-Patent 5,130,064, die WO 91/06378 und die WO 92/20505 beschreiben kontinuierliche Außenschicht- und Webetechniken zur Reduktion der Verzerrung nach der Aushärtung. Das US-Patent 5,184,307 beschreibt detaillierter die gegenwärtig bevorzugte Stereolithographievorrichtung, ebenso wie verschiedene Methoden, um damit Bauteile zu bilden. Zwei Referenzhandbücher, das SLA-250 Anwenderreferenzhandbuch und das SLA-500 Referenzhandbuch begleiten die US-Patentanmeldung mit der Nr. 429,435 (dem jetzigen US-Patent 5,130,064) als Anhänge B bzw. C.
Das US-Patent 4,575,330 von Hull erläutert Stereolithographie im allgemeinen. Es lehrt die vollständige Polymerisation von jedem Querschnitt bei der Bildung eines stereolithographisch gebildeten Objekts. Die grundlegenden Stereolithographieschritte und Vorrichtungskomponenten sind in dem '330-Patent beschrieben.
Das US-Patent 5,076,974 beschreibt das Nachaushärten von Komponenten mit einer Wellenlänge jenseits des Absorptionspeaks (off-absorption peak wavelength post curing), die gebildet worden sind, basierend auf dem primären Ansatz zum Aufbau von stereolithographischen Bauteilen.
Das US-Patent 5,104,592 beschreibt verschiedene Verfahren zur Reduktion der Welligkeitsverzerrung.
Das US-Patent 4,999,143 beschreibt die Verwendung von Rippenunterstützungen zur Unterstützung und Minimierung der Welligkeit in einem gebildeten Bauteil.
Das US-Patent 5,015,424 beschreibt die Verwendung von "Smalleys" zur Minimierung der Welligkeit.
Das US-Patent 5,182,056 beschreibt die Verwendung von verschiedenen Eindringtiefen beim Stereolithographievorgang zusammen mit der Verwendung von Strahlprofilcharakteristika in Verbindung mit Harzparametern, um verschiedene Aushärteparameter vorherzusagen, die der Erzeugung von stereolithographischen Bauteilen zugeordnet sind. Diese Anmeldung beschreibt ferner die Rolle von Strahlprofilinformation bei der Erzeugung von Außenschichtfüllung und erläutert verschiedene Aushärtemethoden mehrerer Wellenlängen zur Verringerung der Bauteilverzerrung.
Das US-Patent 5,234,636 offenbart verschiedene Methoden zur Nachbearbeitung einer Oberfläche eines stereolithographischen Bauteils, um Diskontinuitäten in einem Nachverarbeitungsschritt zu glätten.
Die WO 90/03255 offenbart die Verwendung eines Rakels (doctor blade), um eine gleichförmige Beschichtung des Harzes einer bekannten Dicke über jedem Querschnitt eines stereolithographischen Bauteils zu erhalten ebenso wie ein System, um ein bekanntes Oberflächenniveau des Aufbaumaterials beizubehalten, während das Teil aufgebaut wird.
Ein Problem mit früheren Systemen betrifft Bauteile, die für Genaugussanwendungen verwendet werden sollen. Mit traditionellen Stereolithographieverfahren sind Probleme aufgetreten beim Abfluss von nicht verfestigtem Material aus den inneren Vertiefungen solcher Bauteile. Ein weiteres Problem war der Zusammenbruch von äußeren Wänden solcher Bauteile, nachdem das nicht verfestigte Material abgeflossen ist.
Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, ein Objekt bereitzustellen, das mit einem Aufbaustil gebildet wird, der den Abfluss von nicht verfestigtem Aufbaumaterial aus seinem Inneren unterstützt, das jedoch stabile Außenwände hat. Solch ein Objekt ist nützlich für Anwendungen beim Genauguss.
Die Erfindung stellt ein Verfahren bereit, um Entlüftungsöffnungen und Abläufe in einer dreidimensionalen Objektdarstellung anzuordnen, so dass nicht verfestigtes Material in der Lage ist, von dem Objekt abzufließen, nachdem es durch Stereolithographie aufgebaut worden ist.
Die EP-A-0590957 betrifft das Problem des Bildens einer wabenförmigen Struktur innerhalb eines Objekts, wobei gleichzeitig eine Verbindung für den Fluss von nicht verfestigtem Material zwischen Zellen der Struktur ermöglicht wird durch Flüssigkeit ausstoßende Öffnungen. Diese Öffnungen werden durch das Eliminieren oder Beabstanden einiger Rippen gebildet oder durch das Bilden von Löchern in einigen Rippen.
Die EP-A-0250121 betrifft die Bildung von dreidimensionalen Objekten und offenbart die Bildung eines Abflusskanals und eines Luftkanals. Diese Kanäle werden in einem Bereich gebildet, von dem niemals beabsichtigt gewesen ist, dass er einen Teil des Objekts bildet, insbesondere zu einem gefangenen Leerraum, der von dem Objekt umgeben wird.
Ein Bereich, der kein Teil des Objekts bildet, wird festgestellt, indem ein Voxel mit einem Wert 0 gefunden wird. Daraufhin werden die Werte von Voxel, die oberhalb und unterhalb dieses Voxels liegen, verändert, damit diese Voxel einen Kanal bilden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen eines dreidimensionalen Objekts, das schichtweise durch die gezielte Verfestigung eines verfestigbaren Mediums aufgebaut werden soll, offenbart, indem zumindest ein Bereich des Objekts, der als fest in einem ersten Datensatz, der das Objekt definiert, angegeben ist, gemäß einem zweiten Datensatz aufgebaut wird, der vom ersten Datensatz als eine Struktur mit Zwischenräumen abgeleitet ist, die nicht verfestigtes Medium zwischen verfestigten Strukturelementen enthält, wobei der zweite Datensatz sicherstellt, dass das Objekt aufgebaut wird, um eine oder mehrere Oberflächen zu haben, die den Bereich definieren und die die Zwischenräume von einer Verbindung mit dem Äußeren des Objekts abschließen, wobei zumindest eine der Oberflächen mit einer Entlüftungsöffnung oder einer Sickerbohrung bereitgestellt wird, die die Entleerung von nicht verfestigtem Material aus den Zwischenräumen ermöglicht.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines dreidimensionalen Objekts, das schichtweise durch die gezielte Verfestigung eines verfestigbaren Mediums aufgebaut wird, bereitgestellt, bei dem zumindest ein Bereich des Objekts, der als fest in einem ersten Datensatz angegeben ist, der das Objekt definiert, aufgebaut wird gemäß einem zweiten Datensatz, der vom ersten Datensatz als eine Struktur mit Zwischenräumen abgeleitet ist, die nicht verfestigtes Medium zwischen verfestigten Strukturelementen enthalten, wobei die Vorrichtung ein Erzeugungsmittel für einen zweiten Datensatz umfasst, um den zweiten Datensatz zu erzeugen mit einer oder mehreren Oberflächen, die den Bereich definieren, der die Zwischenräume von einer Verbindung mit dem Äußeren des Objekts abschließt, wobei zumindest eine der Oberflächen mit einer Entlüftungsöffnung oder einer Sickerbohrung versehen wird, die die Entleerung von nicht verfestigtem Material aus den Zwischenräumen ermöglicht. Besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind der Gegenstand entsprechender abhängiger Ansprüche. Die vorliegende Verwendung benutzt vorzugsweise eine Kombination von zwei .CTL-Darstellungen des Objekts, die relativ zueinander skaliert werden, wobei die normalen Richtungen der Dreiecke in der relativ verkleinerten Darstellung umgedreht werden.
Es wird ein Verfahren zum Bilden eines Objekts, das verschiedene Aufbauparameter in zwei oder mehreren hüllenförmigen Zonen verwendet und ein Verfahren zum Erhalten der für solch einen Aufbau notwendigen Daten offenbart. Beispielsweise kann das Objekt in eine äußere Zone einer spezifizierten Dicke und in eine innere Zone aufgeteilt werden. Diese Verfahren verwenden eine Kombination von drei oder mehreren Objektdarstellungen, die relativ zueinander skaliert werden, wobei die Normalenrichtungen der Dreiecke einiger Darstellungen umgedreht werden und wobei Paare von aufeinanderfolgenden Darstellungen verwendet werden, um unterscheidbare Zonen zu definieren.
Diese Erfindung ermöglicht, dass Objekte mit einem Aufbaustil gebildet werden, der das Abfließen von nicht transformiertem Aufbaumaterial aus ihrem inneren Bereich unterstützt. Die gemäß diesen Techniken hergestellten Objekte sind besonders nützlich als Genaugussmodelle. Die Fähigkeit des nicht transformierten Aufbaumaterials, von den internen Bereichen des Objekts entfernt zu werden, ist das Ergebnis der Verwendung von weit beabstandeten Schraffurmustern, die periodisch versetzt sind und/oder der Verwendung von zumindest einigen Schraffurmustern, die zu durchbrochenen Linien des transformierten Materials führen. Mehrere Außenschichten und/oder mehrere Grenzen können ebenfalls verwendet werden. Darüber hinaus sind komplexere Ausführungsbeispiele möglich, die verschiedene Aufbauparameter für verschiedene innere Bereiche des Objekts verwenden. Einige dieser komplexeren Ausführungsbeispiele verwenden minimale interne Gitterstrukturen nahe den Oberflächen und Grenzen des Objekts und verwenden mehr interne Gitterstrukturen tief innerhalb des Objekts. Andere Ausführungsbeispiele verwenden einige Gitterstrukturen nahe den Oberflächen und Grenzen des Objekts, aber verwenden weniger oder keine Gitterstrukturen in den tiefen inneren Regionen des Objekts.
Die Erfindung kann in Kombination mit den Welligkeitsreduktionstechniken verwendet werden, so wie sie beschrieben sind in: US-Patent 5,104, 592; US- Patent 5,015,424; US-Patent 4,999,143 und die anderen bereits zitierten Patente und Veröffentlichungen. Beispielsweise kann ein verbessertes stereolithographisches Verfahren die kombinierte Verwendung von Schraffur mit nicht aufeinanderfolgender Außenschichtfüllung in mehr als den nach oben oder nach unten gerichteten Merkmalen umfassen. Als ein weiteres Beispiel kann ein verbessertes stereolithographisches Verfahren das Verfahren der Reduktion der Belichtung bzw. Exposition an Stellen, wo sich Vektoren schneiden und des Bereitstellens von Diskontinuitäten bei der Außenschichtfüllung umfassen, um mehrfache Vektorbelichtung in Bereichen zu verhindern, in denen Schraffurvektoren bereitgestellt worden sind.
Ein Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschrieben, in denen:
Fig. 1a bis 1f zeigen Aufsichten auf zwei horizontale Bereiche "A" und "B", die einer Boolschen Vereinigungs-, Multiplikations- und Differenzierungsverknüpfung unterworfen worden sind;
Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf einen quadratischen Querschnitt, auf dem mehrere Linienbreitenkompensationen durchgeführt worden sind, um zweite Grenzen zu erzeugen;
Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf einen quadratischen Querschnitt, bei dem eine Offset-Linie zweite Grenzen erzeugt hat;
Fig. 4 zeigt eine partielle Seitenansicht eines Objekts mit mehreren Außenschichten, weiten Grenzbereichen und einem Spalt in dem verfestigten Bereich nahe der Oberfläche;
Fig. 5 zeigt verschiedene Probleme, die auftreten können in Verbindung mit der Z-Fehlerkorrektur;
Fig. 6a und 6b erläutern ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Durchführen der Z-Fehlerkorrektur einschließlich des vorausgehenden Schritts des Konvertierens der .STL-Datei in eine .CTL-Datei;
Fig. 7 zeigt zwei Dreiecke, auf die im Text Bezug genommen wird, um den Vorgang des Bildens einer .CTL-Datei zu erklären;
Fig. 8 ist eine Darstellung einer gekrümmten Oberfläche, die im Text in Beziehung mit der Bearbeitung von nahezu flachen Oberflächen zur Korrektur eines Z-Fehlers erläutert wird;
Fig. 9a-9b zeigen ein Flussdiagramm eines bevorzugten Verfahrens zum Konvertieren einer .STL-Datei in eine .CTL-Datei (unter der Verwendung einer Kontrolltabelle bzw. Hash- Tabelle);
Fig. 10a-10b und Ila-11b erläutern das Zusammenfallen von mehreren Dreiecksspitzen in einen einzigen Punkt und die Bildung von entarteten Dreiecken, wenn eine .CTL-Datei gebildet wird unter der Verwendung eines künstlich hohen Rundungsfehlers;
Fig. 12 zeigt einen Auszug eines Codes, der verwendet wird, um entartete Dreiecke zu eliminieren;
Fig. 13a-13b erläutern die Ausdehnung von nicht-entarteten Dreiecken zum Ausfüllen der Leere, die durch die Entfernung von entarteten Dreiecken übriggeblieben ist;
Fig. 14 erläutert ein Flussdiagramm eines Vorgangs zum Manipulieren einer .CTL-Datei, um eine hohle Hülle des Objekts zu erzeugen;
Fig. 15 erläutert den Vorgang des Verarbeitens eines Scheitelpunktnormals als ein gewichteter Durchschnitt von zugeordneten Dreiecksnormalen, wobei die Gewichte auf den Winkeln der relevanten Dreiecksscheitelpunkte basieren;
Fig. 16a-16b erläutern ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bilden der 3D-RLE-Objektdarstellung;
Fig. 17a und 17b zeigen zwei Querschnitte eines Objekts, wobei jeder Querschnitt ein unterschiedliches Schraffurmuster verwendet;
Fig. 17c und 17d zeigen vertikale Schnitte durch das Objekt der Fig. 7a und 7b an zwei angegebenen Orten;
Fig. 18 zeigt einen Querschnitt, der in zwei Bereiche aufgeteilt ist, wobei jeder Bereich mit einem unterschiedlichen Muster schraffiert wird;
Fig. 19 zeigt ein Flussdiagramm des Vorgangs des Einfügens einer Entlüftungsöffnung in ein Bauteil durch VIEW;
Fig. 20 zeigt ein Flussdiagramm des Vorgangs des Einfügens eines Abflusses in ein Bauteil durch VIEW;
Fig. 21 erläutert das "Entlüftungsöffnungen- und Abflüsse"- Fenster von VIEW;
Fig. 22-24 und 26 erläutern zahlreiche perspektivische Ansichten eines Objekts, in das Entlüftungslöcher und Abflüsse eingefügt worden sind;
Fig. 25 erläutert das "Viewing Transformation"-Fenster von VIEW;
Fig. 27 erläutert die Verwendung einer Boolschen Verknüpfung, um eine(n) Entlüftungsöffnung/Abfluss in einen flachen Bereich einzufügen;
Fig. 28 erläutert den Fall, in dem die Entlüftungsöffnung/der Abfluss sich über einen flachen Bereich hinaus erstreckt;
Fig. 29-30 erläutern einen ersten Ansatz zum Einfügen einer Entlüftungsöffnung/eines Abflusses in einen nahezu flachen Bereich;
Fig. 31a-31c erläutern einen zweiten Ansatz zum Einfügen einer Entlüftungsöffnung/eines Abflusses in einen nahezu flachen Bereich;
Fig. 32a-32b erläutern ein Problem, das bei diesem Ansatz in Bezug auf steile, nahezu flache Bereiche auftreten kann;
Fig. 33 erläutert die Erzeugung einer nicht gewünschten Schraffur/Füllung, die auftritt, wenn Bereiche von Schichtgrenzen eliminiert werden; und -
Fig. 34a bis 34b erläutern die Verwendung einer Mehrzahl von Linien, die in Z-Richtung beabstandet sind, um eine Entlüftungsöffnung/einen Abfluss auf einer nahezu flachen oder vertikalen Oberfläche darzustellen.
Beim Implementieren eines Beispiels der vorliegenden Erfindung sind Schichtvergleiche notwendig, um festzustellen, welchen letztendlichen Querschnitten jeder Bereich von jedem ursprünglichen Querschnitt zugeordnet wird und um die geeignete Aushärtetiefe für jeden Bereich zu bestimmen.
Schichtvergleichsschneiden (Layer Comparison Slice, CSlice), so wie es bereits im US-Patent 5,321,622 beschrieben ist, führt generische Schichtvergleiche in der Form von Boolschen Vereinigungen (+), Differenzbildungen (-) und Boolschen Multiplikationen ("n" oder "* ") durch. Fig. 1 zeigt grafisch diese Boolschen Verknüpfungen. Der schattierte Bereich innerhalb des Kreises der Fig. 1A zeigt einen ersten Bereich, der als Region A bekannt ist. Der andere Kreis stellt die physikalische Anordnung eines zweiten Bereichs in Bezug auf Region A dar, der als Region B bekannt ist,. In analoger Weise zeigt der schattierte Bereich innerhalb des Kreises der Fig. 1B die Region B, während der andere Kreis die Region A darstellt. Der schattierte Bereich der Fig. 1C repräsentiert das Ergebnis der Boolschen Vereinigung der Regionen "A" und "B" (A+B). Der schattierte Bereich der Fig. 1D stellt die Boolsche Multiplikation (den Schnitt) der Bereiche "A" und "B" (AnB oder alternativ A*B) dar. Der schattierte Bereich der Fig. 1E und 1F zeigt entsprechend das Ergebnis der Boolschen Differenzverknüpfung von A ohne B und B ohne A. CSlice verwendet ferner den Nicht-Operator (-). Dieser Operator ist äquivalent zu einem Differenzoperator. Somit invertiert der Nicht-Operator alles worauf er angewendet wird. Die obigen Boolschen Verknüpfungen haben sich als nützlich im CSlice-Programm herausgestellt, wobei natürlich andere Boolsche Verknüpfungen wie benötigt verwendet werden können.

Horizontale Vergleichstechniken

In der Praxis der Stereolithographie werden Objektquerschnitte in verschiedene Bereiche unterschieden, die sich darauf beziehen, wie die Bereiche von jedem Querschnitt mit den äußeren Oberflächen des Objekts zusammenwirken. Bei der Verwendung der Schneidtechniken, die im US-Patent 5,184,307 (das '307-Patent) beschrieben sind, wird jeder Querschnitt potentiell in fünf Bereiche aufgeteilt, während mit den Techniken, die im US-Patent 5,321,622 (das '622-Patent) beschrieben sind, jeder Querschnitt in potentiell drei Bereiche aufgeteilt wird. Sowohl nach der Lehre des '307-Patents als auch des '622-Patents werden diese separaten Bereiche abgeleitet, basierend darauf, ob oder ob nicht jeder Bereich eines Querschnitts eine nach oben gerichtete Oberfläche, eine nach unten gerichtete Oberfläche oder weder eine nach oben gerichtete noch nach unten gerichtete Oberfläche des Objekts ist. Obwohl diese Querschnittsaufteilungen, wie sie in diesen genannten Anmeldungen gelehrt werden, sehr nützlich sind, können andere Aufteilungen verwendet werden, entweder zusätzlich zu den oben genannten oder um einige oder alle von ihnen zu ersetzen. Diese alternativen oder zusätzlichen Aufteilungen können zu bedeutenden Vorteilen in der Praxis der Stereolithographie führen. Erosion, Ausdehnung und andere Offset-Techniken können verwendet werden, um einen Querschnitt in verschiedene Bereiche aufzuteilen, basierend auf der Aufteilung von individuellen Bereichen des Querschnitts von einem oder mehreren Punkten, einer oder mehrerer Linien oder einer oder mehreren Oberflächen.
Die bevorzugte Implementierung der horizontalen Vergleichstechnik dient zum Versetzen ausgewählter Punkte, Linien oder Oberflächen um ein bekanntes Maß und verwendet Offset- bzw. Versatzelemente, um neue Querschnittsbereiche zu definieren. Insbesondere verwendet ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel Offset- bzw. Versatzarten mit positiver und negativer Linienbreitenkompensation von existierenden Querschnittsgrenzen. Techniken zur Durchführung der Linienbreitenkompensation werden im Detail in den US-Patenten 5,321,622 und 5,184,307 beschrieben, auf die beide bereits Bezug genommen worden ist. Fig. 2 zeigt einen einfachen quadratischen Querschnitt eines Objekts mit einer Grenze 500 sowie eine erste, zweite und dritte sekundäre Offset-Grenze, die mit 502 bzw. 504 und 506 bezeichnet sind. Diese sekundären Grenzen werden erzeugt unter der Verwendung einer Linienbreitenkompensationstechnik. Die Offset-Grenze 506 kann direkt von der Grenze 500 erzeugt worden sein oder kann alternativ von der Grenze 504 erzeugt worden sein, die von der Grenze 502 erzeugt worden ist, die wiederum von der Grenze 500 erzeugt worden ist. In Abhängigkeit vom angestrebten Ziel könnte eine oder alle der Offset-Grenzen verwendet werden, um separate Belichtungsbereiche für das Objekt zu definieren. Beispielsweise könnte das Innere von 506 ein Belichtungsbereich sein, der Bereich zwischen 502 und 506 ein zweiter Belichtungsbereich und der Bereich von 502 und 500 ein dritter Belichtungsbereich. Ferner können die Grenzen, an denen die obigen Versetzungen durchgeführt werden, die Gesamtquerschnittsgrenzen für einen Querschnitt sein oder alternativ dazu eine oder mehrere der nach unten gerichteten, nach oben gerichteten oder kontinuierlichen Grenzen des Querschnitts, entweder in Kombination oder alleine.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das diese Technik verwendet, bringt die Herstellung von verbesserten Modellen für den Genauguss mit sich. In diesem Ausführungsbeispiel werden die horizontalen Vergleiche auf den Schichtgrenzbereichen (Layer Boundary Regions, LB) von jedem Querschnitt durchgeführt, um sie in drei Bereiche aufzuteilen. Der erste Bereich ist am nächsten zur ursprünglichen LB-Grenze und ist ungefähr 15-30 mils (0,4 bis 0,8 mm) breit. Dieser erste Bereich bildet einen vollständig verfestigten Hüllenbereich. Die Verfestigung des ersten Bereiches kann über mehrere, sich überlappende Offset-Grenzen geschehen (bevorzugte Technik) oder er kann alternativ durch die Verwendung von Außenschichtvektoren (Skin-Vektoren) gefüllt werden. Der zweite Bereich grenzt an den ersten Bereich an und dringt weitere 50 bis 100 mils (1,3 bis 2,5 mm) in den Querschnitt ein. Diese Region wird verfestigt unter der Verwendung einer Minimalstruktur, beispielsweise einer sehr breit beabstandeten Schraffur oder möglicherweise einem unterbrochenen Schraffurmuster, das nur auf periodische Schichten angewendet wird.
Jede Schraffurlinie wird durch einen einzigen Schraffurvektor oder durch zwei oder mehr Schraffurvektoren, die zueinander beabstandet sind, verfestigt. Beispielsweise können sie alle 35 bis 150 mils (0,9 bis 3,8 mm) verwendet werden und gegenüber nachfolgenden Anwendungen versetzt sein. Alternativ können sie beispielsweise alle 100 bis 150 mils (2,5 bis 3,8 mm) verwendet werden, jedoch bei der Verwendung einer Serie von zwei oder drei oder mehreren aufeinanderfolgenden Schichten ohne Offset bzw. Versatz belichtet werden. Der Abstand zwischen den Vektoren kann 100 bis 250 mils (2,5 bis 6,4 mm) sein.
In diesem Ausführungsbeispiel nimmt der dritte Bereich den Rest des ursprünglichen LB-Bereichs ein. Der dritte Bereich wird mit einem dichteren Schraffurmuster verfestigt oder einem mit weniger Unterbrechungen, als demjenigen, das im zweiten Bereich verwendet wird. Beispielsweise kann eine Schraffur mit einem Abstand von 100 bis 150 mils (2,5 bis 3,8 mm) auf jeder Schicht verwendet werden und periodisch versetzt werden. Dieses Ausführungsbeispiel bietet eine stabile äußere Hülle, die direkt durch eine sehr feine Gitterstruktur unterstützt wird, die wiederum durch eine steifere Gitterstruktur unterstützt wird. Da der Abfluss aus stereolithographisch erzeugten Genaugussmodellen kritisch für ihre erfolgreiche Anwendung ist und da der Einschluss von Harz zwischen den Oberflächen des Objekts und den Schraffurlinien zum Versagen der keramischen Form beim Ausbrennen führen kann, ermöglicht die Verwendung der horizontalen Vergleichstechnik die Implementierung einer internen Gitterstruktur, die nahe den Objektoberflächen fein genug ist, um den Abfluss von Harz zu ermöglichen, jedoch strukturell in den tiefen inneren Bereichen des Objekts steif genug ist, um eine geeignete Unterstützung für große Strukturen bereitzustellen, um die strukturelle Integrität sicherzustellen. Ohne die horizontalen Vergleichstechniken, die hier beschrieben werden, könnte dieses Ausführungsbeispiel nicht schnell auf einer automatischen Basis implementiert werden.
Darüber hinaus werden in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel diese horizontalen Vergleichstechniken mit simultanen Mehrschicht- Vergleichstechniken (Simultaneous Multi Layer Comparison, SMLC) kombiniert, so wie sie in der WO 92/08200, dem US-Patent 5,321,622 und dem US-Patent 5,192,469 beschrieben sind, um ein Modell mit mehreren Außenschichten sowie dickeren Grenzbereichen zu erzeugen. Dieses Kombinations-Ausführungsbeispiel wird schnell implementiert, indem die mehreren Außenschichten zunächst abgeleitet werden durch die Verwendung der SLMC-Techniken und daraufhin die horizontale Vergleichstechnik verwendet wird, um die abschließenden Schichtgrenzenbereiche (Final Layer Boundary, FLB Regions), die sich aus den Schichtvergleichen ergeben, zu zerschneiden.
Das am meisten bevorzugte Ausführungsbeispiel erweitert das letzte Ausführungsbeispiel einen Schritt weiter, indem der Schichtvergleich in einer oder mehrerer Schichten, die sich unmittelbar über den mehreren, nach unten gerichteten Außenschichten und unmittelbar unter den mehreren nach oben gerichteten Außenschichten fortgesetzt wird, um Bereichsbezeichnungen bereitzustellen, die ermöglichen, dass die Bereiche unmittelbar oberhalb und unterhalb der nach unten gerichteten bzw. nach oben gerichteten Oberflächen unter der Verwendung einer minimalen Menge an Schraffur transformiert werden. Vorzugsweise erstrecken sich diese Bereiche jenseits der Außenschichten um 25 bis 150 mils (0,6 bis 3,8 mm) und besonders bevorzugt um 70 bis 100 mils (1,8 bis 2,5 mm) und werden verfestigt unter der Verwendung einer Serie von Punktbelichtungen (beispielsweise Säulen, die eine, zwei, drei oder mehrere Linienbreiten im Durchmesser haben können und 25 bis 150 mils (0,6 bis 3,8 mm) voneinander beabstandet sind. Alternativ dazu können die Säulen nicht kreisförmig in ihren Querschnittsdimensionen sein, sondern irgendeine andere Form haben, wie z. B. kleine Kreuze, Boxen oder ähnliches.
Andere weiter fortgeschrittene Ausführungsbeispiele sind möglich, wobei die alleräußersten Bereiche der FLB-Bereiche nicht mit einer verbreiterten festen Aushärtung versehen sind, wobei der FLB durch einen Bereich begrenzt wird, der mit einer Außenschicht versehen wird. Insbesondere ist es möglich, die Außenschichtdicke zu beurteilen, die einen Bereich des FLB begrenzt und somit basierend auf dieser Dicke zu entscheiden, wie der Bereich innerhalb und nahe des FLB ausgehärtet werden soll. Je breiter die angrenzende Außenschicht, desto geringer ist natürlich die Notwendigkeit für eine breite äußere verfestigte FLB- Zone. In der Tat, bei der Anwesenheit einer breiten Außenschicht könnte eine breite äußere verfestigte FLB-Zone nachteilig sein. In einer Erweiterung dieses Ausführungsbeispiels kann zusätzlich darauf geachtet werden sicherzustellen, dass Objektbereiche nahe von Innenecken nicht unbeabsichtigt ohne Belichtung bleiben, da möglicherweise mehrere Außenschichten nicht in diese Eckenbereiche kopiert werden und da eine FLB-Zone fehlt, die nicht durch eine angrenzende Region mit einer Außenschicht begrenzt wird. Fig. 4 zeigt solch einen Bereich 564. Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht eines Bereiches eines Objekts, wobei die Linien 550 die äußere Oberfläche des Objekts definieren, der Bereich 552 eine nach oben gerichtete Außenschicht anzeigt und die Region 558 die Grenzen der fortsetzenden Bereiche (FLB) anzeigt. Die Bereiche, die mit einer Außenschicht aufgrund der Verwendung von mehreren Außenschichten versehen werden, sind durch die Bezugszeichen 552 und 554 angegeben, während Bereiche, die transformiert werden aufgrund der verbreiterten Verfestigungszone um die FLBs (beispielsweise durch die Verwendung von mehreren Grenzen), durch die Bezugszeichen 560 und 562 angegeben werden. Wie man erkennen kann, sollte der Bereich 564 verfestigt werden, wird es jedoch nicht. Dies liegt an der Entscheidung, keine verbreiterten Aushärtezonen um den FLB herum zu verwenden, die neben Bereichen mit Außenschichten liegen. Die zusätzliche Beachtung bringt die Verwendung von zusätzlichen Vergleichen mit sich, um fest zustellen, ob oder ob nicht entsprechende FLBs in der nächsten anschließenden Schicht existieren und ob oder ob nicht sie neben Außenschichtbereichen liegen. Falls solch eine nächste aufeinanderfolgende Schicht gefunden wird, werden daraufhin die entsprechenden FLBs für die gegenwärtige Schicht und wahrscheinlich für eine oder mehrere vorausgegangene Schichten mit der verbreiterten Verfestigungszone versehen. Andere horizontale Vergleichstechniken sind ebenfalls möglich. Beispielsweise können Bereiche auf einem Querschnitt durch ihre Distanz von einer Linie, die parallel zur Ebene des Querschnitts liegt und den Querschnitt entweder schneidet oder außerhalb davon liegt, bezeichnet werden. Diese Situation ist in Fig. 3 erläutert. Ein Querschnitt wird gezeigt, der durch eine Grenze 500 definiert wird. Eine Linie 508 ist gezeigt, die außerhalb des Querschnitts liegt. In einer analogen Weise zum Versetzen von Grenzenvektoren während einer Linienbreitenkompensationsroutine wird die Linie 508 von ihrer ursprünglichen Position um ein bekanntes Maß versetzt. Bei gewünschten Intervallen kann die Versatzlinie dazu verwendet werden, um sekundäre Grenzlinien für den Querschnitt zu erzeugen. Diese sekundären Grenzlinien können verwendet werden, um Bereiche des Objekts zu definieren, die an bestimmten Distanzen von der Ursprungslinie 508 angeordnet sind. Die Bezugszeichen S 10, 512 und 514 zeigen solche sekundären Grenzlinien. Wenn es gewünscht ist, tatsächlich Grenzschleifen zu definieren, basierend auf den sekundären Linien, kann der Bereich zwischen zwei sekundären Grenzlinien als ein imaginärer Festkörper betrachtet werden, der teilweise durch die sekundären Grenzlinien definiert wird. Um die Definition dieses imaginären festen Bereichs abzuschließen, werden zwei zusätzliche Liniensegmente an den sekundären Grenzen befestigt, wobei die Befestigung auf jeder Seite der Bereiche durchgeführt wird, die den tatsächlichen Querschnitt enthalten. Zwei solcher Linien sind in der Figur mit den Bezugszeichen 516 und 518 gezeigt. Der vollständig definierte imaginäre feste Bereich kann mit dem Querschnittsbereich, der durch die Grenze 500 definiert wird, geschnitten werden, um den Bereich zu erhalten, der zu beiden gehört. Dieser gemeinsame Bereich wird an einer gegebenen Distanz von der Ursprungslinie 508 angeordnet. Diese Art von Vergleich kann in einer Vielzahl von Situationen angewendet werden. Wenn beispielsweise die Linie 508 eine Achse darstellt, um die das fertige Objekt rotieren soll, kann das Trägheitsmoment von jedem Querschnittsstreifen verwendet werden, um das Gesamtträgheitsmoment für das Objekt zu bestimmen. Geeignete Aushärteparameter können auf jeden Streifen angewendet werden, um dem Objekt ein Gesamtträgheitsmoment zu geben oder um den Streifen bei ähnlichen Distanzen von der Linie 508 dieselben Aushärteparameter zu geben.
Als ein weiteres Beispiel einer horizontalen Vergleichstechnik kann ein punktähnlicher Bereich, entweder innerhalb des Querschnitts oder außerhalb des Querschnitts, definiert werden, von dem aus eine Serie von negativen Kompensationen (Expansionen) durchgeführt werden, um die Distanz zwischen jedem Bereich des Querschnitts und dem Anfangspunkt zu bestimmen. Der ursprüngliche Punkt kann als ein kleines Quadrat, Hexagon, Oktogon oder anderes Polygon definiert werden, das mit jeder Expansion die geeignete geometrische Form ergibt.
Als ein Beispiel können horizontale Vergleichstechniken verwendet werden um zu helfen, den Vorgang der erneuten Beschichtung zu automatisieren. Wenn positive mehrfache Linienbreitenkompensationen, d. h. Reduktionen, durchgeführt werden, wobei jeder Kompensationsschritt eine bekannte Dicke hat, wobei die Anzahl der Schritte gezählt wird und wobei die Kompensationen wiederholt werden, bis der gesamte Querschnitt überspannt worden ist, kann der maximale Abstand von den äußeren Bereichen des Querschnitts zu seinem tiefsten inneren Punkt bestimmt werden. Diese Distanz bestimmt die maximale Entfernung, die das Harz über die Oberfläche des vorangegangenen Querschnitts zurücklegen muss, um den am weitesten entfernten Punkt im Querschnitt zu erreichen. Diese Distanz ist der Durchmesser des sog. kritischen Kreises. Man kann den Durchmesser des kritischen Kreises mit der Eintauchtiefe korrelieren, die benötigt ist, um am schnellsten eine vorläufige Beschichtung über einen früheren Querschnitt zu bilden. Dies wiederum kann zu einer Reduktion in der Aufbauzeit führen, da die Nettoeintauchzeiten reduziert werden können. Bevor der erneute Beschichtungsprozess für jeden Querschnitt durchgeführt wird, kann daher eine Nachschlagtabelle oder ähnliches abgefragt werden, um die geeigneten Eintauchparameter zur Verwendung während des erneuten Beschichtens festzustellen.
Der Vorgang der erneuten Beschichtung kann ferner automatisiert werden durch die Verwendung einer Kombination der horizontalen und vertikalen Vergleichstechniken, um die Objektkonfiguration zu charakterisieren, um die ein Glättungsglied geführt wird. Obwohl viele mögliche Objektkonfigurationen existieren können, kann die Charakterisierung dieser Konfigurationen hoffentlich auf eine tolerierbare Menge reduziert werden. Die Gruppe von unterschiedlichen Konfigurationen kann in zwei oder mehrere Kategorien eingeteilt werden. Bevorzugt hat ein Satz von unterschiedlichen Konfigurationen weniger als 10 bis 20 Kategorien. Für jede vordefinierte Kategorie können optimale Parameter für die erneute Beschichtung festgestellt werden und zur Verwendung während des erneuten Beschichtungsvorgangs für jede Schicht gespeichert werden. Es gibt verschiedene Parameter für die erneute Beschichtung, die variiert werden können in Abhängigkeit von der Objektkonfiguration. Beispielsweise können diese Parameter umfassen: (1) die Anzahl der Überstreichungen, (2) der Abstand zwischen dem Glättungsglied und der Objektoberfläche während jeder Überstreichung, (3) die Geschwindigkeit jeder Überstreichung, (4) der Spalt zwischen der Unterseite des Glättungsgliedes und dem gewünschten Aufbauniveau, (5) die Überstreichungsrichtung, etc..
In einer modifizierten Vorrichtung kann ein anderer Parameter der erneuten Beschichtung, der variiert wird, die Art des verwendeten Geräts umfassen, beispielsweise eine flexible Rakel oder eine steife Rakel, ein rotierendes Gerät, eine Rakel mit Zähnen oder mehreren Anhängseln, etc. Weitere Parameter für die erneute Beschichtung, die variiert werden können, sind die Orientierung des Objekts relativ zum Überstreichungsgerät, d. h. das Objekt kann auf einer Plattform gebildet werden, die in einer horizontalen Ebene rotiert werden kann. Die rotierbare Plattform kann in eine geeignete Richtung zum Überstreichen gedreht werden und dann zurück rotiert werden zum Aushärten der nächsten Schicht. Alternativ dazu kann die Verfestigung der nächsten Schicht erfolgen durch das Drehen der Orientierung des zu verwendenden Belichtungsmusters, gefolgt von einer weiteren Drehung des Objekts zur erneuten Beschichtung bei geeigneten und möglicherweise zusätzlichen Rotationen und Versetzungen des Belichtungsmusters.
Eine Anzahl von Variablen kann zur Kategorisierung der Objektkonfiguration verwendet werden. Beispielsweise können diese Variablen umfassen: (1) die Schichtdicke, (2) die maximale Tiefe des größten gefangenen Volumens, (2) die maximale Dicke des tiefsten gefangenen Volumens, (3) der Querschnittsbereich der zuvor verfestigten Schicht, (4) die primäre Orientierung und die Dimensionen des größten gefangenen Volumens und (5) die primäre Orientierung und die Dimensionen der zuvor verfestigten Schicht. Die Verwendung eines Glättunggliedes im stereolithographischen Vorgang der erneuten Beschichtung, d. h. einer Rakel, ist in der WO 90/03255 beschrieben, auf die hiermit vollständig Bezug genommen wird.
Eine Anzahl von bevorzugten Parameterwerten wurde für die verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen gegeben. Weitere Parameterwerte können jedoch vom Fachmann abgeleitet werden, basierend auf der vorliegenden Lehre und dem Aufbau von Beispielobjekten.
Obwohl die Ausführungsbeispiele dieser Offenbarung darauf gerichtet sind, Aushärteparameter durch Datenverarbeitung zu erhalten, stellt dies nur einen Ansatz dar, um eine geeignete Transformation des Materials in Bezug auf jede Schicht zu verursachen. Die Datenverarbeitungsterminologie sollte daher ausgelegt werden, um irgendein Mittel zum Modifizieren von beschreibenden Parametern des ursprünglichen Objekts zu umfassen, die zur Transformation des Materials gemäß der Lehre dieser Erfindung führen. Die Lehren dieser Erfindung beziehen sich auf die Interpretation von objektbeschreibenden Parametern und der Reproduktion des Objekts in einer Weise, die von einer strikten schichtweisen Bildung abweicht so wie es benötigt wird, um eine Herstellung mit größerer Genauigkeit zu erreichen. Die Verfahren und die Vorrichtung dieser Erfindung führen zu Reproduktionen größerer Genauigkeit durch die Verwendung der hier offenbarten SLMC-Technik.

QUICKCAST-Aufbautechniken

"QUICKCAST" ist einer aus einer Anzahl verschiedener Aufbaustile, die ermöglichen, dass nicht transformiertes Material vom Inneren der Wände des Objekts nach seiner Bildung entfernt werden kann (frühere Ausführungsbeispiele sind in der WO 92/08200 und der WO 92/20505 beschrieben). Die Fähigkeit, dass nicht transformiertes Aufbaumaterial von inneren Bereichen des Objekts entfernt werden kann, ist das Ergebnis der Verwendung von weit beabstandeten Schraffurmustern, die periodisch versetzt sind und/oder der Verwendung von zumindest einigen Schraffurmustern, die zu unterbrochenen Linien des transformierten Materials führen, wie beispielsweise zuvor beschrieben.
Mehrere Außenschichten und/oder mehrere Grenzen können ferner verwendet werden. Die entleerten Objekte werden typischerweise als Genaugussmodelle verwendet. Da diese Aufbaustile Objekte mit geringer Verzerrung erzeugen und da sie ferner vergleichsweise wenige Mengen an Aufbaumaterial verwenden, werden sie als praktische Aufbaustile für viele Anwendungen betrachtet.
Die Aufbautechnik, die entwässerbare Bauteile zur Verwendung als Genaugussmodelle erzeugt, ist unter dem Namen QUICKCAST-Aufbaustil bekannt geworden. Dies ist ein generischer Name, der auf irgendeine Vielzahl von stereolithographischen Aufbaustilen angewandt werden kann, die dazu verwendet werden, Objekte mit hohlen oder entwässerbaren Wänden zu bilden.
Die gegenwärtig bevorzugten QUICKCAST-Aufbautechniken verwenden weit beabstandete Kreuzschraffurvektoren, die von Schraffurpfaden abgeleitet werden, die für eine Anzahl von Schichten fest sind. Dies verursacht, dass die Schraffurlinien, die von den Schraffurvektoren erzeugt werden, für eine Anzahl von Schichten übereinander liegen. Nach dem Bilden von mehreren Schichten werden die Schraffurpfade verschoben und bleiben in diesem geänderten Zustand für eine Anzahl von Schichten, wonach sie zurück zu ihrem ursprünglichen Ort verschoben werden. Im Ergebnis tritt das Verschieben der Schraffurlinien nur periodisch auf. Die meisten geeigneten Schraffurabstände und Schraffurhöhen vor dem Verschieben sind harzabhängig. Es hat sich ferner herausgestellt, dass diese Parameter auch von der Objektkonfiguration abhängen können. Beim Genauguss der stereolithographisch gebildeten Modelle hatte sich herausgestellt, dass, wenn die Dicke des vollständig festen Materials 80 bis 120 mils (2,0 bis 3,0 mm) überschreitet, die keramischen Formhüllen springen können, wenn versucht wird, das stereolithographische Modell auszubrennen. Beim Bilden von Objekten muss daher sichergestellt werden, dass Regionen, die dicker als 80 bis 120 mils (2,0 bis 3,0 mm) sind, nicht gefangenes Harz enthalten, dass bei der Nachaushärtebestrahlung verfestigt werden körnte. Dies stellt in der Tat eine obere Grenze dar, wie viele aufeinanderfolgende Schichten eine überlappende Schraffur enthalten kann, wenn das Muster für eine beliebige Objektkonfiguration verwendet werden soll. Wenn die Schichten der überlagerten Schraffur sich 80 mil (2,0 mm) nähern, wird deutlich, dass eine beliebige Objektkonfiguration Bereiche enthalten kann, die daran gehindert werden könnten, zu entwässern. Wenn andererseits die Schichten der überlagerten Schraffur zu dünn werden, können die vertikalen Öffnungen zwischen den versetzten Schraffurlinien zu klein werden, um eine effektive Entwässerung des flüssigen Harzes zu ermöglichen aufgrund der Oberflächenspannung oder viskoser Fließeffekte. Zum Ausgleich der Probleme beim Einstellen der gesamten Schraffurhöhe ist für eine typische Objektkonfiguration die bevorzugte Dicke der Schichten vor dem Versatz im Bereich von 70 bis 130 mils (1,8 bis 3,3 mm) und insbesondere zwischen 80 und 120 mils (2,0 bis 3,0 mm), besonders bevorzugt ungefähr 100 mils (2,5 mm) plus/minus 5 mils (0,1 mm) und möglicherweise 10 mils (0,2 mm). Für eine gegebene Objektkonfiguration kann es vorteilhaft sein, die Höhe vor der Verschiebung auf bis zu 30 bis 40 mils (0,8 bis 1,0 mm) zu reduzieren. Wenn jedoch die Höhe vor dem Versatz verringert wird, muss man einen erheblichen Zuwachs in der Abflusszeit erwarten. Es ist anzumerken, dass beim Aushärten von Schraffurvektoren, diese typischerweise einer Belichtung über die Schichtdicke hinaus ausgesetzt werden, um sicherzustellen, dass die Schichten aneinander haften. Diese Überschuss-Aushärtetiefe ist typischerweise 5 bis 6 mils (0,1 mm) oder mehr. Diese Überschuss-Aushärtetiefe führt zu einer Verringerung der vertikalen Dimensionen der Öffnungen, die durch den Versatz der Schraffur gebildet werden. Diese Verringerung in der Öffnungshöhe muss berücksichtigt werden, wenn die Anzahl der zu zeichnenden Schichten vor dem Versatz festgelegt wird. Der horizontale Abstand der Schraffurvektoren ist ebenfalls durch widerstreitende Anforderungen begrenzt. Wenn der Schraffurabstand zu gering ausgelegt wird, machen die Oberflächenspannung und/oder die viskosen Fließcharakteristika der Flüssigkeit die Entwässerung unpraktisch, wenn nicht unmöglich. Wenn andererseits der Abstand der Schraffurvektoren zu weit ist, können verschiedene Probleme auftreten: (1) sie können eine nicht ausreichende Unterstützung für die Außenschicht und die Grenzbereiche an der Oberfläche des Objekts bereitstellen, (2) sie können eine nicht ausreichende Stärke für die gesamte Integrität des Objekts bereitstellen oder (3) sie können gefangene Volumina erzeugen, die das erneute Beschichten erschweren. Bei typischen Objektkonfigurationen hat sich herausgestellt, dass ein Abstand von ungefähr 120 bis 180 mils (2,0 bis 3,0 mm) bevorzugt ist; insbesondere ist ein Abstand von 130 bis 170 mils (1,8 bis 3,3 mm) bevorzugt; am meisten bevorzugt wird ein Abstand von ungefähr 150 mils (3,8 mm) verwendet. Abstände von 100 bis 250 mils (2,5 bis 6,4 mm) haben sich ebenfalls als zufriedenstellend herausgestellt. Die vorliegend bevorzugten Aufbaumaterialien für stereolithographisch gebildete Genaugussmodelle sind hybride Epoxydharze, SL 5170 und SL 5180. Diese Harze werden von Ciba Geigy aus Basel (Schweiz) hergestellt und werden von 3D Systems, Inc. aus Valencia, Kalifornien, verkauft. Das SL 5170 wird in Verbindung mit einem HeCd-Laser verwendet, der eine 325 nm-Strahlung emittiert, während das SL 5180 in Verbindung mit einem Argon-Ionen-Laser verwendet wird, der eine 351 nm-Strahlung emittiert oder einem Krypton-Laser, der eine 351 und 356 nm-Strahlung emittiert. Die bevorzugte Schichtdicke für das SL 5170 ist 4 mils (0,1 mm) mit einer Grenzvektor-Überaushärtung von 7 mils (0,2 mm) und anderen Belichtungsparametern inklusive einer Schraffurvektor- Überaushärtung von 5 mils (0,1 mm) in Verbindung mit einem dreieckigen Schraffurmuster, einem Außenschichtvektorabstand von 4 mils (0,1 mm) und einer Nettoaußenschicht-Aushärtetiefe von 12 mils (0,3 mm). Die bevorzugte Schichtdicke für das SL 5180 Harz ist 6 mils (0,2 mm) mit einem dreieckigen Muster und anderen Belichtungsparametern inklusive einer Grenzenüberaushärtung von 7 mils (0,2 mm), einer Schraffurüberaushärtung von 6 mils (0,2 mm) und mit anderen Parametern, ähnlich denen, die für das SL 5170 Harz verwendet werden.
Obwohl es möglich ist, das Bauteil auf eine erhöhte Temperatur zu heizen, um die Harzviskosität zu verringern, um die Entwässerung zu beschleunigen, hat sich herausgestellt, dass die meisten bevorzugten Temperaturen äquivalent sind zu den Temperaturen, die beim Bilden der Objekte auf dem SLA verwendet werden. Der Temperaturbereich ist typischerweise 28 bis 30ºC. Wenn die Temperatur signifikant über dieses Niveau erhöht wird, wurde eine Zunahme der Objektverzerrung aufgrund der Temperatur festgestellt, die gegenüber irgendwelchen Vorteilen, die durch eine verringerte Entwässerungszeit erreicht werden, überwiegt.
Obwohl die oben beschriebene Version des QUICKCAST-Aufbaustils gut arbeitet, um verwendbare Genaugussmodelle herzustellen, hat sie mehrere Nachteile. Diese Nachteile umfassen: (1) Löcher können in den Außenschichten und Oberflächen des Objekts gebildet werden aufgrund der Entfernung einer Unterstützung und/oder aufgrund der ungenügenden Haftung zwischen Grenzen, möglicherweise aufgrund von Endbenetzungsphänomenen zwischen dem verfestigten Harz und dem flüssigen Harz, wenn sehr dünne Schichten beim Bilden des Objekts verwendet werden, (2) wie oben erwähnt, können interne hohe Räume abgeschlossen werden, so dass Harz eingeschlossen wird, (3) ungenügendes Entwässern von Bereichen des Objekts, (4) unzureichende Oberfläche (5) mögliche Bildung von gefangenen Volumina und (6) Oberflächenvertiefungen. Basierend auf diesen Problemen wurde eine neue Version des QUICKCAST-Aufbaustils entwickelt. Diese neue Version fügt ein Merkmal oder eine Kombination neuer Merkmale hinzu. Diese neuen Merkmale können umfassen (1) die Bildung von mehreren nach unten gerichteten Außenschichten um die strukturelle Integrität von nach unten gerichteten Merkmalen zu erhöhen, (2) keine Verwendung von Schraffurvektoren beim Bilden von zumindest einer ersten Schicht einer nach unten gerichteten Außenschicht, die jegliches waffelartiges Aussehen dieser Merkmale minimiert, (3) die Bildung von mehreren nach oben gerichteten Außenschichten, um die strukturelle Integrität der nach oben gerichteten Merkmale zu erhöhen, (4) keine Verwendung von Schraffurvektoren beim Bilden zumindest der letzten Schicht der nach oben gerichteten Außenschicht, wodurch jedes waffelartige Aussehen, das entstehen könnte, minimiert wird, (5) die Verwendung von mehreren Grenzen, die zueinander versetzt sind, beim Bilden der äußeren Bereiche von jedem Querschnitt, wodurch die strukturelle Integrität der Wände des Objekts erhöht wird, (6) Belichtung der am weitesten außenliegenden Grenze von jedem Querschnitt als letztes, (7) Verwendung von weiter beabstandeten Schraffurvektoren als mit der früheren Version möglich, wodurch die Entwässerungszeit verringert wird und die Wahrscheinlichkeit von Einschlüssen von Harz in engen Bereichen verringert wird, (9) Verwendung von unterschiedlichen Schraffurstilen als denjenigen, die für die vorangegangene Version bevorzugt wurden, beispielsweise rechteckige oder hexagonale Muster, (10) automatische Erzeugung von Löchern in ausgewählten Oberflächen des Objekts, um die Bildung von gefangenen Volumina zu eliminieren oder verringern und um einen automatischen Abfluss von Flüssigkeit aus dem Objekt nach Abschluss der Objektbildung und dem Anheben des Objekts aus der Wanne mit dem Harz zu ermöglichen; (11) Kompensation für die Verwendung von nach unten gerichteten Außenschichten mit einer Dicke, die größer ist als die Schichtdicke. In den meisten bevorzugten Ausführungsformen werden alle diese Elemente miteinander kombiniert; es ist jedoch denkbar, dass nur ein Teil dieser Elemente in einem besonderen Ausführungsbeispiel implementiert wird, wobei die meisten, wenn nicht alle der Vorzüge des bevorzugten Ausführungsbeispiels für eine gegebene Objektkonfiguration erreicht werden. In dem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die am meisten bevorzugten Parameter bei der Verwendung von SL 5170: (1) die Verwendung von 6 mil (0,15 mm)- Schichten; (2) die Verwendung von vier Grenzen mit einem Abstand von 4 mils (0,10 mm) pro aufeinanderfolgende Grenze; (3) die Verwendung von drei nach oben gerichteten und nach unten gerichteten Außenschichten, die belichtet werden unter der Verwendung von sowohl X- als auch Y-Füllvektoren, wobei jeder Satz von Füllvektoren mit ausreichender Belichtung versehen wird, um eine 8 mil (0,2 mm) Aushärtungstiefe zu erreichen, wobei keine Schraffur auf der ersten nach unten gerichteten Schicht oder der letzten nach oben gerichteten Schicht vorhanden ist; (4) die Verwendung eines Schraffurabstands von zwischen 150 und 350 mils (3,8 bis 8,9 mm) und insbesondere zwischen 200 und 300 mils (5,1 bis 7,6 mm) und am meisten bevorzugt ungefähr 250 mils (6,4 mm); (5) die Verwendung eines quadratischen Schraffurmusters, obwohl eventuell ein hexagonales Muster besser ist; (6) obwohl noch nicht automatisiert, zumindest ein Loch mit einem Durchmesser von ungefähr ¹/&sub4; Inch (6 mm) an oder nahe der Spitze des Objekts, um als eine Entlüftungsöffnung zu dienen und ein oder zwei Löcher mit einem Durchmesser von ungefähr ¹/&sub4; Inch (6 mm), jeweils bei oder nahe dem Boden des Objekts, um als Entwässerungszonen zu dienen. Die für diese Parameter angegebenen Werte können variiert werden, beispielsweise in Abhängigkeit von der tatsächlichen Schichtdicke, die beim Bilden eines Objekts verwendet wird. Zwei Außenschichten können ausreichend sein oder es können mehr als drei gewünscht sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des QUICKCAST-Aufbaustils existiert, das nicht notwendigerweise eine versetzte Schraffur verwendet, um die Entwässerbarkeit des gerade hergestellten Objekts sicherzustellen. Statt dessen sind in diesem Ausführungsbeispiel die Schraffurvektoren nicht als kontinuierliche Linien gezeichnet, sondern periodisch mit Spalten versehen, die ausreichend groß sind, um sowohl in horizontalen als auch vertikalen Dimensionen den Fluss von flüssigem Harz und seinen eventuellen Abfluss aus den inneren Bereichen der Wände des Objekts zu erlauben. Ebenso wie die früheren Ausführungsbeispiele ist der Abstand der Schraffurvektoren vorzugsweise gleich oder größer als 150 mils (3,8 mm). Es wurde oben im bezug auf frühere Ausführungsbeispiele angemerkt, dass, wenn dünne, vertikale Merkmale in einem gegebenen Objekt existieren, dann in Abhängigkeit von den exakten vertikalen Dimensionen der Merkmale, dem exakten vertikalen Ort der Merkmale, und den vertikalen Orten, an denen die Schraffurvektoren versetzt sind, es möglich ist, dass flüssiges Harz zwischen den äußeren Grenzen, den äußeren Außenschichten und den Schraffurlinien gefangen werden kann. Dies ist insbesondere ein Problem mit dem Ausführungsbeispiel mit mehreren Außenschichten, da die Verwendung dieser zusätzlichen Außenschichten die vertikalen Dimensionen der offenen Bereiche dieser Merkmale verringert, wodurch sowohl die Wahrscheinlichkeit des Einfangens von Flüssigkeit und dass der gesamte verfestigte Bereich die akzeptable Dicke überschreitet, zunimmt. Auf der anderen Seite besteht bei diesen früheren Ausführungsbeispielen eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass Flüssigkeit in kleinen horizontalen Merkmalen vollständig gefangen wird, solange wie die vertikalen Abmessungen dieser Merkmale nicht ebenfalls gering sind. In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der versetzten Schraffur ist es ohne das Implementieren eines Ausführungsbeispiels, das auf Objektmerkmale sensitiv ist, schwierig, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens dieser vertikalen Einschlüsse zu reduzieren. In dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel der unterbrochenen Schraffur ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit der Bildung dieser vertikalen Fallen auf Kosten der Zunahme der Wahrscheinlichkeit des Auftretens von horizontalen Fallen zu verringern. Falls es jedoch vorsichtig durchgeführt wird, kann mit diesem Ausführungsbeispiel sowohl die vertikale als auch die horizontale Situation in Bezug auf die Einschlüsse auf einem akzeptablen Niveau gehalten werden, so dass es nicht wahrscheinlich ist, dass die gesamte verfestigte Dicke den akzeptablen Wert überschreitet. Wenn ein Objekt nur kleine horizontale Merkmale hat, verglichen mit den vertikalen Merkmalen, ist eines der vorangegangenen Ausführungsbeispiele wahrscheinlich gut geeignet, um das Objekt aufzubauen. Wenn das Objekt sowohl kleine vertikale Merkmale und kleine horizontale Merkmale hat, ist die erste beispielhafte Implementierung dieses Ausführungsbeispiels gut geeignet, um das Objekt zu bilden. Wenn das Objekt jedoch nur kleine vertikale Merkmale hat, ist die zweite beispielhafte Implementierung dieses Ausführungsbeispiels gut geeignet, um das Objekt zu bilden, da sie zu größerer struktureller Integrität führt, jedoch weiterhin erlaubt, dass Flüssigkeit schnell von dem Objekt entwässert wird.
Als erstes Beispiel für die Implementierung eines Ausführungsbeispiels mit unterbrochener Schraffur wird auf die Fig. 17a, 17b, 17c und 17d verwiesen. Fig. 17a zeigt die Grenze 1002 für eine beliebige Schicht und das Schraffurmuster 1004 soll in Verbindung mit dieser Schicht ausgehärtet werden. Wie man erkennen kann, liegen die Schraffurlinien, die auf dieser Schicht ausgehärtet werden sollen, auf einem quadratischen Gitter von Schraffurpfaden 1006 (d. h. den gestrichelten Linien), aber nur die Bereiche nahe der Schnittpunkte der Pfade werden tatsächlich verfestigt. Wenn der Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Schraffurpfaden beispielsweise 150 mils (3,8 mm) ist, ist die Länge der individuell verfestigten Linien für jeden Pfad zwischen 30 und 50 mils (0,8 und 1,3 mm). Dies führt zu offenen horizontalen Bereichen von 100 bis 120 mils (2,5 bis 3,0 mm) zwischen jeder verfestigten Linie von jedem Pfad. Fig. 17b zeigt auf der anderen Seite ein Schraffurmuster 1008, das in Verbindung mit anderen Schichten des Objekts ausgehärtet wird. Dieses Schraffurmuster basiert auf demselben Gitter 1006 von Schraffurpfaden, auf dem die kurze Schraffur 1004 basierte. Es wird damit sichergestellt, dass die Schraffurlinien aufeinander liegen. In diesem Ausführungsbeispiel alternieren die Schraffurmuster 1004 und 1008 auf einer periodischen Basis. Diese Alternierung der Muster sollte so auftreten, dass das Objekt mit ausreichender struktureller Integrität gebildet wird. Gleichzeitig sollten die Alternierungen durchgeführt werden unter der Verwendung eines Abstands, so dass die vertikalen Abmessungen der Öffnung ausreichend groß sind, um einen effizienten Fluss des flüssigen Materials zu ermöglichen und gleichzeitig nicht so weit voneinander beabstandet sein, dass Strukturen gebildet werden, die die Flüssigkeit in Merkmalen fangen, die dünner sind als 80 bis 120 mils (2,0 bis 3,0 mm). Basierend auf diesen Kriterien wird das Schraffurmuster 1004 für aufeinanderfolgende Schichten verwendet, bis eine Höhe von 80 bis 120 mils (2,0 bis 3,0 mm) erhalten wird, gefolgt durch die Verwendung des 1008- Schraffurmusters auf den nächsten nachfolgenden Schichten für eine Höhe von 20 bis 40 mils (0,5 bis 1,0 mm). Dieser schichtweise Aufbauprozess ist in der Seitenansicht des Objekts, die in den Fig. 17c und 17d gezeigt wird, wiedergegeben, die von vertikalen Schnitten durch eine Ebene der gestapelten Schraffurpfade und einer Ebene zwischen den gestapelten Schraffurpfaden aufgenommen ist. Wie man unmittelbar erkennen kann, ist dieses Ausführungsbeispiel weniger anfällig darauf, Volumina von Flüssigkeit einzufangen, die dazu führen können, dass die verfestigten Bereiche dicker als das akzeptable Maß sind. Natürlich sind auch andere Schraffurmuster möglich, die zum selben gewünschten Resultat führen können. Diese anderen Schraffurmuster können auf anderen Schraffurpfadmustern oder Abständen und/oder anderen Kombinationen von fester und unterbrochener Schraffur basieren oder sogar auf unterbrochener und unterbrochener Schraffur. Für zusätzliche strukturelle Stärke kann jede Schraffurlinie tatsächlich gebildet werden durch die Belichtung von zwei geringfügig versetzen Strukturvektoren.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel könnte verhindern, dass die Schraffurlinien oder Schichten, die unterbrochene Schraffurlinien enthalten, die Grenzen des Bereichs berühren. In der Tat, ein minimaler Trennungsabstand kann implementiert werden, indem eine temporäre Grenze für Schraffurzwecke über eine linenbreitenartige Kombination der Originalgrenze erzeugt wird.
Das zweite Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel oben mit der Ausnahme, dass einigen der unterbrochenen Schraffurlinien erlaubt wird, sich weiter zu erstrecken und somit mehr Stabilität für die Struktur bereitzustellen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des QUICKCAST-Aufbaustils kann in Verbindung mit irgendeinem der obigen Ausführungsbeispiele verwendet werden. Einige dieser zusätzlichen Ausführungsbeispiele bringen die Verwendung von verschiedenen Schraffurmustern an verschiedenen Positionen innerhalb des Objekts mit sich in Abhängigkeit davon, wie weit die Positionen von der Oberfläche des Objekts entfernt sind. Bei der Verbindung einer einzigen Außenschicht und eines Schraffur-Ausführungsbeispiels mit einem einzigen Grenzenversatz muss die Schraffur vergleichsweise nahe beabstandet sein und häufig versetzt werden, um sicherzustellen, dass die Oberflächen des Objekts ausreichend unterstützt sind, so dass keine großen Flüssigkeitsbereiche innerhalb des Objekts gefangen werden. Nahe beabstandete Schraffur und häufiger Versatz der Schraffur impliziert jedoch, dass die Flusspfade vergleichsweise gering sind und daher erhebliche Zeit benötigt werden kann, um die notwendige Entwässerung abzuschließen. Da die interne Integrität des Objekts weniger wichtig ist als die äußere Integrität, kann der Abstand der Schraffurvektoren signifikant zunehmen, in dem Maße, wie man sich von der Oberfläche des Objekts wegbewegt. Die Zunahme im Abstand der Vektoren oder die andere Reduktion in der Anzahl der verwendeten Schraffurlinien kann zu einer Verringerung der Abflusszeit führen, da der Widerstand für den Fluss des Harzes reduziert wird. Der erste Schritt beim Implementieren eines Ausführungsbeispiels, das die Anzahl der Schraffurlinien verändert in dem Maße, wie man sich tiefer in das Objekt hineinbewegt, besteht darin, festzustellen, wie tief man im Objekt ist.
Durch die Verwendung von Schichtvergleichen, um vertikale Tiefen in dem Objekt festzustellen und die Verwendung von Erosions- und Expansionsroutinen zum Bestimmen der horizontalen Tiefe in dem Bauteil kann man Grenzen für jeden Querschnitt definieren, die an einer vorbestimmten minimalen Distanz im Objekt von allen Oberflächen liegen und somit kann das Aushärten des Materials innerhalb dieser Grenzen auf einem modifizierten Satz von Kriterien basieren. Beim Aushärten der Bereiche innerhalb dieser Grenzen müssen die Grenzen selbst nicht verfestigt werden, wodurch irgendwelche Bedenken, dass diese tiefen Grenzen den Fluss des Harzes begrenzen, beseitigt werden. Wenn beispielsweise ein besonderer Schraffurabstand für die Verwendung nahe der Oberfläche des Objekts bevorzugt ist, um äußere Grenzen und Außenschichten zu unterstützen, kann dieser Schraffurabstand in tieferen Bereichen des Objekts verdoppelt werden. Beispielsweise kann den Bereichen des Querschnitts mit einem Abstand von 50 bis 150 mils (1,3 bis 3,8 mm) von der Oberfläche ein Schraffurabstand von ungefähr 150 mils (3,8 mm) gegeben werden, während Bereichen, die tiefer im Querschnitt liegen, ein Schraffurabstand von 300 mils (7,6 mm) gegeben werden kann. Fig. 18 zeigt einen Querschnitt, der zwei verschiedene Schraffurtypen verwendet, abhängig vom Abstand des Bereiches von der Oberfläche des Querschnitts.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Information über die Tiefe eines Bereiches innerhalb des Objekts verwendet werden in einer entgegengesetzten Weise zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel. Insbesondere, wenn ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Außenschichten und mehreren Grenzen verwendet wird, kann man weniger interne Struktur verwenden, um die Oberflächen und die äußeren Grenzen des Objekts zu unterstützen. Diese Verwendung von weniger Unterstützungsstruktur kann zu einer viel freieren Entwässerung des nicht transformierten Materials innerhalb und nahe der äußeren Oberflächen des Objekts führen. Obwohl die Oberflächenbereiche viel steifer sind, muss man jedoch weiterhin die strukturelle Gesamtintegrität des Objekts bedenken. Basierend auf diesen Bedenken verwendet dieses Ausführungsbeispiel minimale interne Strukturen nahe der Oberflächen und Grenzen des Objekts und mehr Struktur, wenn man weiter von den äußeren Merkmalen des Objekts entfernt ist. Beispielsweise kann der Schraffurabstand groß sein, wenn man innerhalb eines besonderen Abstands zur Oberfläche des Objekts ist und/oder man kann sicherstellen, dass nur unterbrochene Schraffurvektoren innerhalb einer gegebenen Distanz von der Oberfläche verwendet werden. Man kann dann zu einer dichteren oder nicht durchbrochenen Schraffur übergehen, wenn man sich tiefer in das Innere des Objekts bewegt. Da es nur die Kombination von Grenzen und/oder einer Außenschicht mit einer Schraffur ist, die gefangene Einschlüsse der Flüssigkeit erzeugen kann (die letztendlich verfestigt werden können und zu einem Versagen während des Gusses führen) und da dieses Ausführungsbeispiel verwendet werden kann, um sicherzustellen, dass keine eingefangenen Bereiche Dimensionen haben, die nahe zu denjenigen sind, die zu einem Genauguss- Versagen während des Ausbrennens führen, werden die Ausführungsbeispiele, die auf diesen Techniken basieren, als am meisten bevorzugt betrachtet. Natürlich existieren Zwischenausführungsbeispiele, die sich nur auf den horizontalen Abstand von Grenzen konzentrieren oder nur auf die vertikale Distanz. Obwohl sie weniger bevorzugt sind, würden diese Zwischenausführungsbeispiele wahrscheinlich in vielen Situationen zufriedenstellende Teile erzeugen und gleichzeitig die Rechenkomplexität des Ausführungsbeispiels verringern.
Wie oben bemerkt, können horizontale Vergleiche ein besonderer Vorteil beim Implementieren von fortgeschrittenen QUICKCAST-Aufbaustilen sein. Das folgende ist ein Beispiel solch einer Ausführungsform. In diesem Ausführungsbeispiel werden die horizontalen Vergleiche auf die LB-Bereiche von jedem Querschnitt angewendet, um sie in drei Bereiche aufzuteilen. Der erste Bereich ist derjenige, der den ursprünglichen LE-Grenzen am nächsten ist und ist ungefähr 15 bis 30 mils (0,4 bis 0,8 mm) breit. Dieser erste Bereich bildet einen vollständig verfestigten Hüllenbereich. Die Verfestigung des ersten Bereichs kann über mehrere überlappende Versatzgrenzen erfolgen (bevorzugte Technik) oder er kann alternativ durch die Verwendung von Außenschichtvektoren gefüllt werden. Der zweite Bereich grenzt an den ersten Bereich an und schreitet um weitere 50 bis 100 mils (1,3 bis 2,5 mm) in den Querschnitt fort. Dieser Bereich wird verfestigt unter der Verwendung von minimaler Struktur, d. h. einer sehr weit beabstandeten Schraffur oder möglicherweise einem unterbrochenen Schraffurmuster, das nur auf periodischen Schichten verwendet wird. Jede Schraffurlinie kann über einen einzelnen Schraffurvektor oder durch zwei oder mehrere Schraffurvektoren, die voneinander versetzt sind, verfestigt werden. Beispielsweise kann sie alle 25 bis 150 mils (0,6 bis 3,8 mm) verwendet werden und mit aufeinanderfolgenden Anwendungen versetzt werden.
Alternativ dazu kann sie beispielsweise alle 100 bis 150 mils (2,5 bis 3,8 mm) verwendet werden, aber sie kann bei der Verwendung in einer Serie von zwei oder drei oder mehreren aufeinanderfolgenden Schichten ohne Versatz belichtet werden. Der Abstand zwischen den Vektoren kann 100 bis 250 mils (2,5 bis 6,4 mm) sein.
In diesem Ausführungsbeispiel nimmt der dritte Bereich den Rest des ursprünglichen LB-Bereichs ein. Der dritte Bereich wird mit einem engeren Schraffurmuster verfestigt oder mit einem, das weniger Unterbrechungen aufweist als demjenigen, das im zweiten Bereich verwendet worden ist. Beispielsweise kann eine Schraffur mit einem Abstand von 100 bis 150 mils (2,5 bis 3,8 mm) in jeder Schicht und mit periodischem Versatz verwendet werden. Dieses Ausführungsbeispiel bietet eine stabile äußere Hülle, die direkt durch eine sehr feine Gitterstruktur unterstützt wird, die wiederum durch eine steifere Gitterstruktur unterstützt wird. Da das Entwässern von stereolithographisch produzierten Genaugussmodellen kritisch für ihren erfolgreichen Einsatz ist und da das Einfangen von Harz zwischen den Oberflächen des Objekts und den Schraffurlinien zu einem Versagen der keramischen Form beim Ausbrennen führen kann, ermöglicht die Verwendung der horizontalen Vergleichstechnik die Implementierung einer internen Gitterstruktur, die nahe der Objektoberfläche fein genug ist, um das Entwässern des Harzes zu ermöglichen, die jedoch strukturell in den tiefen inneren Bereichen des Objekts steif genug ist, um eine geeignete Unterstützung für große Strukturen bereitzustellen, um die strukturelle Integrität sicherzustellen. Ohne die horizontalen Vergleichstechniken, die oben beschrieben worden sind, könnte dieses Ausführungsbeispiel nicht schnell auf einer automatischen Basis implementiert werden.
Darüber hinaus wird, wie bereits erwähnt, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel Bereiche, die mit der horizontalen Vergleichsmethode erzeugt worden sind, kombinieren mit mehreren Außenschichten, die durch vertikale Schichtvergleiche erzeugt worden sind. Dieses Kombinationsausführungsbeispiel wird leicht durch die in der oben genannten Anmeldung beschriebenen Techniken erzeugt.
Das am meisten bevorzugte Ausführungsbeispiel erweitert das letzte Ausführungsbeispiel um einen weiteren Schritt, in dem die Schichtvergleiche in eine oder mehrere Schichten unmittelbar über den mehreren nach unten gerichteten Außenschichten und unmittelbar unter den mehreren nach oben gerichteten Außenschichten fortgesetzt wird, um Bereichsbezeichnungen bereitzustellen, die ermöglichen, dass Bereiche unmittelbar oberhalb und unterhalb der nach unten bzw. nach oben gerichteten Oberflächen unter der Verwendung einer minimalen Menge an Schraffur transformiert werden. Vorzugsweise erstrecken sich diese Bereiche jenseits der Außenschichten um 25 bis 150 mils (0,6 bis 3,8 mm) und am meisten bevorzugt um 70 bis 100 mils (1,8 bis 2,5 mm) und werden verfestigt unter Verwendung einer Serie von Punktbelichtungen, d. h. Säulen, die einen Durchmesser von einer, zwei, drei oder mehreren Linienbreiten haben können und 25 bis 150 mils (0,6 bis 3,8 mm) voneinander beabstandet sind. Alternativ dazu können die Säulen keinen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, sondern irgendeine andere Form haben, wie z. B. kleine Kreuze, Boxen oder ähnliches.
Andere weiter fortgeschrittene Ausführungsbeispiele sind möglich, wobei den am weitesten außenliegenden Bereichen der kontinuierlichen Grenzbereiche keine verbreiterte feste Aushärtung gegeben wird an Stellen, an denen die kontinuierliche Grenze durch einen Bereich begrenzt wird, der eine Außenschicht aufweist. In einer Erweiterung dieses Ausführungsbeispiels kann zusätzlich darauf geachtet werden, sicherzustellen, dass Objektbereiche in der Nähe von Innenecken nicht unabsichtlich ohne Belichtung bleiben aufgrund des möglichen Mangels an mehrfachen Außenschichten, die in diese Eckenbereiche kopiert werden und aufgrund eines Mangels an einer verbreiterten kontinuierlichen Grenzenzone.

ACES-Aufbaustile

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel bei der Verwendung des SL 5170-Harzes und des SL 5180-Harzes wird ACES-Aufbaustile genannt. Auf jedem Bereich von jedem Querschnitt werden ausschließlich Grenzen und X- und Y- Außenschichtfüllungen verwendet. Die Abfolge der Belichtungen der X- und Y- Vektoren alterniert von Schicht zu Schicht. Der erste Satz von belichteten Außenschichtvektoren wird eine Belichtung gegeben, die zu einer Nettoaushärtetiefe von kurz unter einer Schichtdicke führt. Wenn der zweite Satz von Vektoren das Material belichtet, führt die Zunahme in der Aushärtetiefe zur Haftung. Typischerweise werden identische Belichtungen auf beide Sätze von Außenschichtvektoren angewendet. Es ist jedoch möglich, eine größere Belichtung auf den zweiten Satz zu verwenden als diejenige, die auf dem ersten Satz verwendet wird. Die bevorzugten Schichtdicken sind 4 mils (0,1 mm) für SL 5170 und 6 mils (0,15 mm) für SL 5180. Obwohl es nicht bevorzugt ist, ist es möglich, Schraffurvektoren während der Belichtung der Querschnitte zu verwenden. Darüber hinaus ist es möglich, den ACES-Aufbaustil in einem Bereich eines Querschnitts eines Objekts zu verwenden und irgendeinen anderen Aufbaustil in einem anderen Bereich des Querschnitts oder Objekts. Der ACES- Aufbaustil führt zu hochdurchsichtigen Bauteilen.
Wenn Epoxydharze, wie SL 5170 und SL 5180 verwendet werden, hat es sich herausgestellt, dass es hilfreich ist, eine Zeitperiode zwischen 5 und 90 Sekunden nach der Belichtung von jedem Querschnitt zu warten, bevor der erneute Beschichtungsprozess beginnt, um dem Modul des belichteten Harzes zu ermöglichen, auf ein bestimmtes Minimalmaß anzusteigen, bevor die neu belichtete Schicht den Kräften ausgesetzt wird, die das erneute Beschichten mit sich bringt. Diese Zeitperiode wird als Verzögerung vor dem Tauchen (Predip Delay) bezeichnet. Für den ACES-Aufbaustil ist bei der Verwendung von SL 5170 die Zeitperiode typischerweise zwischen 10 und 30 Sekunden, während sie bei der Verwendung von SL 5180 typischerweise zwischen 45 und 90 Sekunden ist. Für die QUICKCAST-Aufbaustile ist die Verzögerung vor dem Tauchen bei der Verwendung von SL 5170 typischerweise zwischen 0 und 15 Sekunden, während sie bei der Verwendung von SL 5180 typischerweise zwischen 10 und 30 Sekunden ist. Exakte Werte der Verzögerung vor dem Tauchen können durch minimales Ausprobieren für bestimmte Teilegeometrien erhalten werden.
Als eine Technik zum Eliminieren oder zumindest Minimieren des Einflusses, den die Verzögerung vor dem Tauchen auf die Aufbauzeit eines Bauteils hat, ist es möglich, ein intelligentes Belichtungsmuster zu verwenden, das kritische Bereiche zuerst belichtet, gefolgt von der Belichtung von weniger kritischen Bereichen. In der Tat, das Abwärtszählen der Zeit für die Verzögerung vor dem Tauchen kann beginnen, sobald alle kritischen Regionen belichtet worden sind. Somit wird, abhängig davon, wie lange die Belichtung der weniger kritischen Bereiche benötigt, die Verzögerung vor dem Tauchen entweder eliminiert oder zumindest reduziert. Als kritische Bereiche können äußere Grenzbereiche und äußere Außenschichtbereiche betrachtet werden, wobei nur eine Gitterstruktur der nicht- äußeren Bereiche als zumindest geringfügig kritisch betrachtet wird. Eine mögliche Umgehung bringt das Scannen von äußeren Bereichen mit sich, zunächst gefolgt beim Scannen eines Gittermusters in den nicht-äußeren Bereichen, nachdem das Herunterzählen der Verzögerung vor dem Eintauchen beginnt, gefolgt von der Belichtung der verbleibenden nicht äußeren Bereiche. Die Umgehung der Verzögerung vor dem Eintauchen mit den ACES-Aufbaustilen kann über nicht aufeinanderfolgende Außenschichttechniken implementiert werden, wobei die Grenzen belichtet werden, gefolgt von der ersten Außenschichtbelichtung, gefolgt von der zweiten Außenschichtbelichtung, wobei die kritischen Bereiche zuerst belichtet werden (die in einem oder mehreren besonderen Grenzbereichen angeordnet sein können), gefolgt von einer zweiten und möglicherweise mit höherer Ordnung verschachtelten Belichtung.
Die automatische Erzeugung von Entlüftungsöffnungen und Abflüssen Die automatische Erzeugung von Entlüftungsöffnungen und Abflüssen wird jetzt beschrieben. Die Technik bringt die Verwendung des VIEW-Programms mit sich, die im US-Patent 5,182,715 (dem '715-Patent) beschrieben ist. Mit VIEW ist ein Anwender in der Lage, ein Objekt vor seinem Aufbau zu betrachten und möglicherweise zu re-orientieren, um glattere Oberflächen und ähnliches zu erhalten.
Wie in dem '715-Patent beschrieben, ist VIEW konfiguriert, um eine Darstellung des Objekts in dem .STL-Format anzuzeigen. Das .STL-Format ist ein mosaikartiges Dreiecksformat, in dem die Dreiecke im wesentlichen die Oberfläche des Objekts überspannen und jedes Dreieck wird durch seine drei Ecken dargestellt (in einem exemplarischen Ausführungsbeispiel werden die drei Ecken jeweils durch drei Gleitkommazahlen dargestellt und gemäß der "Rechte Hand-Regel" angeordnet) und einen Normalenvektor (der ebenfalls in einem exemplarischen Ausführungsbeispiel durch drei Gleitkommzahlen dargestellt wird, die die i-, j- und k-Komponenten der Normale darstellen). Zusätzliche Details über das .STL-Format sind erhältlich in den US-Patenten 5,059,359; 5,137,662, 5,321,622 und 5,345,391.
Es ist ferner möglich, eine Objektdarstellung entsprechend dem .CTL-Format anzuzeigen. Wie unten erläutert, stellt das .CTL-Format mehrere Vorteile, relativ zum .STL-Format bereit, die sich auf VIEW beziehen. Der erste Vorteil ist, dass es die Ausführung der Skalierungs- und Drehvorgänge erleichtert. Der zweite ist, dass durch die geeignete Auswahl des Delta-Wertes (das Maß des akzeptablen Rundungsfehlers), ein Detail, das vom Standpunkt von VIEW aus unnötig ist, eliminiert werden kann, wodurch ermöglicht wird, dass das resultierende Objekt effizient auf vergleichsweise langsamen Grafikanzeigegeräten angezeigt wird.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines automatischen Verfahrens zum Hinzufügen von Lüftungslöchern und Abflüssen zu einem Objekt bringt das Anzeigen einer Darstellung des Objekts gegenüber einem Anwender mit sich, sei es im .CTL- oder .STL-Format, und die automatische Anzeige der flachen Dreiecke, die mit der Darstellung des Objekts verbunden sind,. Nur die flachen Dreiecke werden hervorgehoben, da in diesem Ausführungsbeispiel ein Entlüftungsloch nur in einem flachen, nach oben gerichteten Dreieck angeordnet werden kann, während ein Abfluss nur in einem flachen, nach unten gerichteten Dreieck angeordnet werden kann. VIEW ist durch die Normalenvektoren, die dem Dreieck zugeordnet sind, in der Lage festzustellen, welche Dreiecke Kandidaten für die Anordnung eines Entlüftungslochs oder eines Abflusses sind,: Die k-Komponente der Normale aller flachen Dreiecke ist entweder 1 oder -1, wobei der Wert 1 einem nach oben gerichteten Dreieck zugeordnet ist und der Wert -1 einem nach unten gerichteten Dreieck.
Der Vorgang zum Erzeugen von Entlüftungslöchern bringt die in Fig. 19 erläuterten Schritte mit sich. In dem ersten Schritt, der in der Figur mit dem Bezugszeichen 1020 identifiziert ist, wählt der Anwender die Option der Anzeige einer Aufsicht auf das Bauteil aus. Unter der Verwendung einer Maus klickt der Anwender auf den "Top"-Button unter Verwendung des "Viewing Transformation"-Fensters, das von VIEW bereitgestellt wird und das in Fig. 25 gezeigt ist. Das "Viewing Transformation"-Fenster stellt dem Anwender die Möglichkeit bereit, verschiedene Charakteristika über die Anzeige zu spezifizieren, zum Beispiel, ob sie umgestellt oder gedreht werden soll, in einer oder mehreren Koordinaten, ob herangezoomt wird, die Perspektive der Anzeige (d. h. Draufsicht, Unteransicht, Vorderansicht, Hinteransicht, Ansicht von rechts, Licht, isomorphe Abbildung oder mosaikartiges Dreieck) und die Schattierung der Anzeige. Beispiele einer Anzeige eines Würfels, in der eine oder mehrere dieser Parameter variiert worden sind, sind in den Fig. 22, 23, 24 und 26 gezeigt.
Der nächste Schritt, der mit dem Bezugszeichen 1021 in Fig. 19 identifiziert wird, besteht darin, die Kandidatendreiecke hervorzuheben, in denen ein Entlüftungsloch angeordnet werden kann, die, wie erläutert, die flachen, nach oben gerichteten Dreiecke sind. Dieser Schritt wird erreicht durch das Klicken auf den "Anzeige von Entlüftungsöffnungs-Dreiecken"-Balken, der in dem "Entlüftungsöffnungen und Abflüsse"-Fenster bereitgestellt wird, die beide in Fig. 21 erläutert sind. Als Folge dieses Schritts werden die flachen, nach oben gerichteten Dreiecke in der Anzeige mit einer besonderen Farbe, beispielsweise blau, hervorgehoben. Der nächste Schritt, der in Fig. 19 mit dem Bezugszeichen 1022 identifiziert wird, besteht darin, die ausgewählten flachen, nach oben gerichteten Dreiecke zu identifizieren, in denen Entlüftungslöcher erzeugt werden sollen. Dies wird erreicht, indem der Mauspfeil in irgendeines der hervorgehobenen Dreiecke bewegt wird und einer der Mausknöpfe gedrückt wird. Das ausgewählte Dreieck wird daraufhin in einer anderen Farbe hervorgehoben, beispielsweise weiß, als die anderen, nach oben gerichteten Dreiecke. In diesem Schritt kann mehr als ein Dreieck ausgewählt werden.
Der nächste Schritt, der mit dem Bezugszeichen 1023 in Fig. 19 identifiziert wird, ist die automatische Erzeugung der Entlüftungslöcher. Dies wird erreicht durch das Klicken auf den "Erzeuge"-Button, der als Teil des "Entlüftungslöcher und Abflüsse"-Fensters (gezeigt in Fig. 21) angezeigt wird. Das Ergebnis ist, dass ein Entlüftungsloch in jedem der ausgewählten Dreiecke unter der Verwendung von Standardwerten erzeugt wird. Simultan werden wie in dem Schritt, der mit dem Bezugszeichen 1024 in Fig. 19 identifiziert wird, die Belüftungslöcher und die Dreiecke, in denen sie erscheinen, mit einer geeigneten Farbe hervorgehoben, beispielsweise blau. Alle anderen flachen, nach oben gerichteten Dreiecke sind nicht hervorgehoben.
Ein Entlüftungsloch, das gemäß dieses Vorgangs erzeugt worden ist, ist in den Fig. 22 bis 24 und 26 erläutert (das Entlüftungsloch wird in allen vier Figuren mit dem Bezugszeichen 1032 identifiziert). Wie erläutert, stellen die vier Figuren unterschiedliche Perspektiven und Schattierungen der Oberseite des Objekts dar.
Ferner haben in diesem Ausführungsbeispiel die Entlüftungslöcher, wenn sie zunächst erzeugt werden, eine Standardform und -größe. Vorzugsweise ist die Standardform des Entlüftungslochs ein Kreis, aber es versteht sich, dass andere Formen möglich sind. Darüber hinaus hat sich für die für kommerzielle Produkte von 3D Systems gegenwärtig bevorzugten Harze (Cibatool SL 5170 für den SLA- 190/250 und Cibatool SL 5180 für den SLA-500) herausgestellt, dass akzeptable Resultate erreicht werden können mit einem Standardradius des Entlüftungslochs von 1,250 mm (0,05 Inch).
Der abschließende Schritt, der in Fig. 19 erläutert ist (der Schritt, der mit dem Bezugszeichen 1025 identifiziert wird), ermöglicht einem Anwender, die Standardgröße des Entlüftungslochs zu verändern und erlaubt dem Anwender ferner, ein Entlüftungsloch zu verschieben (in der X-Y-Ebene) oder bestimmte der im Schritt 1023 erzeugten Entlüftungslöcher zu eliminieren. Zur Modifizierung oder zum Verändern der Größe eines Entlüftungslochs muss es der Anwender zunächst auswählen. Um ein Entlüftungsloch auszuwählen, positioniert der Anwender einfach den Mauspfeil über dem Entlüftungsloch und klickt die Maustaste. Nach der Auswahl wird das Entlüftungsloch unter der Verwendung einer speziellen Farbe hervorgehoben, beispielsweise weiß. Die x-, y-, z- Koordinaten des Entlüftungslochs und der Radius des Entlüftungslochs werden daraufhin in geeigneten Dateneintragfeldern in dem "Entlüftungslöcher und Abflüsse"-Fenster angezeigt. Durch Eingabe neuer Werte in den x- und y-Feldern (das z-Feld kann in diesem Ausführungsbeispiel nicht verändert werden), kann der Anwender den Ort des ausgewählten Entlüftungslochs verändern. Um den Radius von einem oder mehreren ausgewählten Entlüftungslöchern zu verändern, muss der Anwender nur das "Entlüftungslochradius"-Feld verändern. Wenn diese neuen Werte in die entsprechenden Felder eingegeben werden, wird die Anzeige automatisch aktualisiert, um die Veränderungen wiederzugeben. Durch das Klicken auf den "Clear"-Button kann der Anwender die Auswahl aller ausgewählten Entlüftungslöcher aufheben.
Im folgenden wird der Vorgang zur Erzeugung von Abflüssen beschrieben. Der Vorgang ist sehr ähnlich zu dem der Erzeugung von Entlüftungslöchern mit der großen Ausnahme, dass Abflüsse typischerweise größer sind als Entlüftungslöcher (da ein Abfluss anders als ein Entlüftungsloch groß genug sein muss, um zu erlauben, dass nicht verfestigtes Material fließen kann) und sie werden auf flachen, nach unten gerichteten Dreiecken anstelle von flachen, nach oben gerichteten Dreiecken, erzeugt. Daher werden nur die Unterschiede zwischen diesem Vorgang und den zuvor beschriebenen Vorgang der Erzeugung von Entlüftungslöchern beschrieben werden.
Der Vorgang ist in Fig. 20 erläutert. Der erste Schritt, der mit dem Bezugszeichen 1026 identifiziert wird, bringt die Auswahl einer Unteransicht des Teils mit sich unter der Verwendung des "Viewing Transformation"-Fensters aus Fig. 25. Als nächstes wählt der Anwender in dem Schritt, der mit dem Bezugszeichen 1027 identifiziert wird, den "Zeige Abflussdreiecke"-Button aus dem "Entlüftungslöcher und Abflüsse"-Fenster (Fig. 21) aus. In Antwort darauf hebt VIEW die flachen, nach unten gerichteten Dreiecke hervor unter Verwendung einer geeigneten Farbe, beispielsweise gelb. In dem dritten Schritt, der mit dem Bezugszeichen 1028 identifiziert wird, wählt der Anwender aus der Gruppe der flachen, nach unten gerichteten Dreiecke die gewünschten Dreiecke für die Anordnung von Entwässerungen aus. In Antwort darauf hebt VIEW die ausgewählten Dreiecke unter Verwendung einer geeigneten unterschiedlichen Farbe hervor, beispielsweise weiß. Im nächsten Schritt, der mit dem Bezugszeichen 1029 identifiziert wird, fordert der Anwender VIEW auf, automatisch Abflüsse zu erzeugen, indem er auf den "Erzeuge"-Button in dem "Entlüftungslöcher und Abflüsse"-Fenster klickt. VIEW tut dies durch das Erzeugen der Abflüsse in den ausgewählten Dreiecken unter der Verwendung von Standardparametern. Gegenwärtig ist die Standardform, Position und Größe eines Abflusses ein Kreis, zentriert in der Mitte des Dreiecks, mit einem Radius von 3,750 mm (0,150 Inch) für sowohl das Cibatool SL 5170-Harz (bevorzugt zur Verwendung mit dem SLA 190/250) und das SL 5180 (bevorzugt zur Verwendung mit dem SLA 500). Als nächstes hebt VIEW im Schritt, der mit dem Bezugszeichen 1030 identifiziert wird, die für die Anordnung der Abflüsse ausgewählten Dreiecke und die Abflüsse selbst mit einer geeigneten Farbe, d. h. gelb, hervor und beendet die Hervorhebung der anderen flachen, nach unten gerichteten Dreiecke. In dem Schritt, der mit dem Bezugszeichen 1031 identifiziert wird, re-positioniert der Anwender schließlich optional, verändert den Radius oder ändert die Auswahl der Abflüsse unter der Verwendung des "Entlüftungslöcher und Abflüsse"-Fensters. Das Ergebnis ist ein oder mehrere Abflüsse, so wie sie in den Fig. 43 und 44 (über die Bezugszeichen 1033 und 1034) gezeigt sind.
Gegenwärtig ermöglicht VIEW über geeignete Befehle einem Anwender, den Standardradius der Entlüftungslöcher und Abflüsse und ihrer Position zu verändern. Es versteht sich, dass die Aufnahme von zusätzlichen Befehlen möglich ist, die eine Standardform bereitstellen. Es versteht sich ferner, dass mehrere andere Verfeinerungen und Verbesserungen dieses Ausführungsbeispiels möglich sind, inklusive, ohne Begrenzung, eine Einfügung von Entlüftungslöchern oder Abflüssen in nahezu flache Oberflächen.
Nachdem Abflüsse und Entlüftungsöffnungen in die Objektdarstellung, wie beschrieben, eingefügt worden sind, ermöglicht VIEW einem Anwender die Information, die die Abflüsse und Entlüftungsöffnungen beschreibt, in einer Datei zu speichern. Gegenwärtig besteht die Information, die von VIEW gespeichert wird, für jede Entlüftungsöffnung oder Abfluss aus den x-, y-, z-Koordinaten des Mittelpunkts der Entlüftungsöffnung oder des Abflusses, den x-, y-, z- Komponenten (l, j, k) der Dreiecksnormalen und dem Radius der Entlüftungsöffnung oder des Abflusses. Um ein Objekt mit den eingefügten Entlüftungsöffnungen oder Abflüssen tatsächlich aufzubauen, gibt der Anwender diese Information in CSlice ein, d. h. das Slice-Programm zum Boolschen Schichtvergleich, das im US-Patent 5,321,622 (dem '622-Patent) beschrieben ist, zusammen mit der unveränderten Objektdarstellung. Aus der Objektdarstellung erzeugt CSlice bis zu drei Arten von Grenzen in Bezug auf eine Objektschicht, nach oben gerichtete Grenzen (UB), Schichtgrenzen (LB) und nach unten gerichtete Grenzen (DB). Nach dem Erzeugen dieser Grenzeninformation bearbeitet sie CSlice, basierend auf Information, die von VIEW bereitgestellt wird. Für einen gegebenen Abfluss oder ein Entlüftungsloch stellt CSlice fest, welche Schicht modifiziert werden muss, unter der Verwendung der z-Koordinate des Dreiecks, in dem das Entlüftungsloch oder der Abfluss erscheint (der Singular wird verwendet, da die Dreiecke in diesem ersten Ausführungsbeispiel darauf begrenzt sind, flache Dreiecke zu sein, die per Definition vollständig in einer gegebenen z-Ebene liegen). Das Vorzeichen der k-Komponente der Dreiecksnormale wird daraufhin verwendet, um festzustellen, ob die UB- oder DB-Information modifiziert wird. Wenn das Vorzeichen positiv ist und damit ein Entlüftungsloch anzeigt wird, wird die Modifikation an der UB-Information durchgeführt; falls sie negativ ist, wird die Modifikation an der DB-Information durchgeführt.
Die Modifikation, die an diesen Daten durchgeführt wird, wird im folgenden beschrieben.
Wie in dem '622-Patent erläutert, ist die UB- und DB-Information, die von CSlice erzeugt wird, vorzugsweise in der Form einer Mehrfachliste, d. h. einer geordneten Sequenz von Liniensegmenten, die ein festes oder hohles Merkmal des Objekts umschreiben. Vorteilhafterweise folgt die Reihenfolge der Koordinaten der Rechte Hand-Regel. In Übereinstimmung mit dieser Regel werden die Segmente in einer gegen den Uhrzeiger gerichteten Richtung angeordnet, wenn sie eine äußere Grenze des Objekts definieren, d. h. einen festen Bereich des Objekts umschreiben. Falls sie umgekehrt eine innere Grenze des Objekts definieren, d. h. einen hohlen Bereich des Objekts umschreiben, werden die Segmente in einer Richtung im Uhrzeigersinn angeordnet.
Die Technik bringt das Beschreiben des Entlüftungslochs oder des Abflusses mit einer Mehrfachliste mit sich. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Mehrfachliste von 255 Segmenten verwendet, aber es versteht sich, dass andere Optionen möglich sind. Vorteilhafterweise sind die Koordinaten der Segmente in Übereinstimmung mit der Rechte Hand-Regel in einer Richtung im Uhrzeigersinn geordnet. Dies liegt daran, dass sie per Definition ein Loch beschreiben. Das Vorzeichen der k-Komponente der Dreiecksnormalen wird daraufhin untersucht. Wenn das Vorzeichen positiv ist, werden die UB-Daten zur Modifizierung markiert. Wenn das Vorzeichen negativ ist, werden die DB-Daten zur Modifizierung markiert. Eine Boolsche Vereinigungsverknüpfung, so wie sie in dem '622-Patent beschrieben ist, wird daraufhin zwischen den geeigneten Daten durchgeführt, seien es UB- oder DB-Daten und der Mehrfachliste, die das fragliche Loch oder die Entlüftungsöffnung beschreibt.
Dieser Schritt ist in Fig. 27 erläutert. Der Kreis, der mit dem Bezugszeichen 1035 identifiziert wird, zeigt eine Mehrfachliste, die eine Grenze (sei sie nach oben gerichtet oder nach unten gerichtet) darstellt, die einen festen Bereich umschließt. In Übereinstimmung mit der Rechte Hand-Regel werden die Segmente, die die Mehrfachliste ausmachen, in einer gegen den Uhrzeigersinn gerichteten Richtung angeordnet. Der mit dem Bezugszeichen 1036 identifizierte Kreis zeigt auf der anderen Seite eine Mehrfachliste, die eine Entlüftungsöffnung oder einen Abfluss darstellt. In Übereinstimmung mit der Rechte Hand-Regel werden die Segmente, die die Mehrfachliste bilden, in einer im Uhrzeigersinn gerichteten Richtung geordnet, da ein Entlüftungsloch oder ein Abfluss per Definition einen hohlen Bereich umschließt. Die Boolsche Vereinigung der beiden Mehrfachlisten wird durch das Bezugszeichen 1037 identifiziert.
Ein bereits beschriebener Aspekt von QUICKCAST ist die Erzeugung von mehreren Schichten von Außenschichten des Objekts, um eine starke Hülle zur Verwendung beim Genauguss zu erzeugen. Der vorangegangene Schritt, in dem die Mehrfachliste, die ein Loch oder eine Entlüftungsöffnung macht, mit den UB- oder DB-Daten durch eine Boolsche Verbindung verbunden wird, muss für jede dieser Außenschichtlagen wiederholt werden. Falls dies mit weniger als mit allen durchgeführt wird, wird das Loch oder die Entlüftungsöffnung im abschließenden Bauteil mit einer Schicht überzogen, d. h. blockiert.
Sobald die geeigneten UB- oder DB-Daten modifiziert worden sind, schreitet der CSlice-Vorgang, wie im '622-Patent beschrieben, fort, in Verbindung mit den hier beschriebenen erfinderischen Konzepten in Bezug auf den QUICKCAST-Stil des Teileaufbaus. Das Ergebnis ist ein Bauteil, das aufgebaut worden ist gemäß dem QUICKCAST-Stil, indem Entlüftungsöffnungen oder Abflüsse in das Bauteil eingefügt worden sind.
Es versteht sich, dass dieses Ausführungsbeispiel zur automatischen Erzeugung einer Entlüftungsöffnung oder eines Abflusses ebenfalls verwendet werden kann, um nicht verfestigtes Material aus gefangenen Volumina innerhalb von festen Teilen abzulassen. Wie in dem US-Patent 5,258,146 erläutert, können gefangene Volumina zu Problemen mit führenden oder nachschleppenden Kanten führen, aufgrund des Materialstaus während des Prozesses der erneuten Beschichtung. Dieses Problem kann bedeutsam sein: Der Materialstau kann, sobald er verfestigt ist, mit dem Betrieb der Rakel oder der Kehrvorrichtung, die für die erneute Beschichtung verwendet wird, interferieren. Die Auswahl von geeigneten Parametern zum erneuten Beschichten, um diese Probleme zumindest teilweise zu eliminieren, so wie sie in dem oben genannten US-Patent 5,258,146 erläutert sind, ist keine vollständig zufriedenstellende Lösung, da sie die Auswahl von Parametern zur erneuten Beschichtung verhindert, die unabhängig von der Geometrie des speziellen aktuellen Bauteils sind. Die automatische Erzeugung einer Entlüftungsöffnung oder eines Abflusses würde helfen, gefangene Volumina zu eliminieren. In dieser Technik wird der Verbindungsvorgang nicht nur auf nach unten gerichtete oder nach oben gerichtete Bereiche angewendet, sondern auf alle Bereiche (nach unten gerichtete, nach oben gerichtete und durchgehende) auf allen Schichten zwischen dem spezifizierten nach unten gerichteten oder nach oben gerichteten Merkmal und einschließlich des gegenüberliegenden nach oben gerichteten oder nach unten gerichteten Merkmals. Es versteht sich ferner, dass es in dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel keine Anforderungen gibt, das Entlüftungsöffnungen oder Abflüsse in ein einzelnes Dreieck passen oder sogar innerhalb einen speziellen nach oben oder nach unten gerichteten Bereich. Wenn das Entlüftungsloch oder der Abfluss teilweise außerhalb eines nach oben oder nach unten gerichteten Bereiches fällt, wird das Entlüftungsloch oder das Abflussloch in der Größe reduziert, da ein Teil von ihm fehlen wird.
Dieses Phänomen ist in Fig. 28 erläutert. Wie gezeigt, wird die Mehrfachliste 1035, die entweder eine nach oben oder nach unten gerichtete Grenze darstellt, durch eine Boolsche Verknüpfung mit der Mehrfachliste 1036' vereinigt, die, wie gezeigt, ein Loch umkreist, das nicht vollständig von der Mehrfachliste 1035 umgeben ist. Das Ergebnis dieser Vereinigungsverknüpfung ist die Grenze, die in Fig. 28 gezeigt ist. Da diese Grenze die Grenzen definiert, bis zu denen eine Schraffur oder eine Außenschicht auf der fraglichen Schicht erzeugt wird, wird ein Entlüftungsloch oder ein Abfluss, das/der mit dem Bezugszeichen 1039 identifiziert wird, weiterhin in dem abschließenden Bauteil erzeugt, jedoch mit einem reduzierten Oberflächenbereich in Bezug auf das in der Mehrfachliste 1036' beschriebene Loch.
Mehrere Verfeinerungen oder Verbesserungen dieses Ausführungsbeispiels werden jetzt beschrieben. In einer Verbesserung können die von VIEW bereitgestellten Daten in Kombination mit einer Objektdarstellung, die gemäß dem SLC-Format formatiert sind, verwendet werden (ein Kontur/Schichtformat, das in dem '622-Patent beschrieben ist). Durch Boolsche Vereinigungsverknüpfungen können solche Daten modifiziert werden unter der Verwendung von Entlüftungsöffnungen/Abflussdaten, die von VIEW in der beschriebenen Weise bereitgestellt werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel für die automatische Einfügung von Entlüftungsöffnungen/Abflüssen in ein dreidimensionales Objekt wird jetzt beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Fähigkeit bereitgestellt, Entlüftungsöffnungen oder Abflüsse in nahezu flachen Bereichen des Objekts bereitzustellen, eine Fähigkeit, die besonders nützlich ist im Fall von Bauteilen, die durch Reorientierung zur Verringerung von eingefangenen Volumina, der Erleichterung der Erzeugung von Unterstützungen und ähnlichem keine flachen Bereiche haben.
Ein erster Ansatz zum Implementieren dieses zweiten Ausführungsbeispiels bringt die Einfügung eines flachen Bereiches in die Objektdarstellung bei dem ursprünglich nahezu flachen Bereich mit sich und daraufhin die Anwendung des gerade eben erläuterten Ausführungsbeispiels zur Einfügung eines Abflusses oder einer Entlüftungsöffnung in den gerade erzeugten flachen Bereich. Die Technik bringt die Verwendung von VIEW mit sich zur Anzeige des Objekts, der Auswahl einer Darstellung eines zweiten Objekts mit einer flachen Oberfläche aus einer Bibliothek vorbestimmter Darstellungen (wie z. B. ein Zylinder oder ein rechteckiger Balken) der Anordnung der zweiten Objektdarstellung in VIEW, so dass der flache Bereich geeignet innerhalb des nahezu flachen Bereiches der ersten Objektdarstellung angeordnet ist und daraufhin die Durchführung einer Boolschen Differenzierungsverknüpfung zwischen den beiden Darstellungen.
Daraufhin wird das zuvor erläuterte Ausführungsbeispiel verwendet, um ein Entlüftungsloch oder einen Abfluss in den resultierenden flachen Bereich, der in der ersten Objektdarstellung erzeugt worden ist, einzufügen.
Diese Technik ist in den Fig. 29-30 erläutert. In Fig. 29 ist ein nahezu flacher Bereich gezeigt, der in der Figur mit dem Bezugszeichen 1040 identifiziert wird und eine Darstellung eines Zylinders, der mit dem Bezugszeichen 1041 identifiziert wird, einen flachen Bereich 1042 hat, der innerhalb des nahezu flachen Bereiches angeordnet worden ist. Das Ergebnis der Boolschen Differenzierungsverknüpfung ist in Fig. 30 gezeigt. Wie gezeigt, wird ein flacher Bereich, der mit dem Bezugszeichen 1043 identifiziert wird, innerhalb des Bauteils zur Einfügung von Entlüftungslöchern oder Abflüssen erzeugt worden.
Eine Variante dieser Technik bringt die Durchführung dieser Boolschen Verknüpfung in dem CAD-System mit sich, d. h. das Modifizieren einer .STL- Datei, die das Objekt darstellt.
Ein zweiter Ansatz zum Implementieren dieses zweiten Ausführungsbeispiels bringt eine Modifikation von CSlice mit sich, dem "Schneid"-Programm zum Boolschen Schichtvergleich, das in dem '622-Patent beschrieben ist. Ein Flussdiagramm dieser Technik ist in Fig. 31a erläutert. Der erste Schritt, der mit dem Bezugszeichen 1044 identifiziert wird, bringt die Verwendung vorläufiger Grenzdaten, die in dem '622-Patent beschrieben sind (die als Eingabe für die Vorgänge zum Boolschen Schichtvergleich verwendet werden, der zur Bildung der UB-, LB- und DB-Daten führt), als Eingabe mit sich, d. h. die L[i]-Daten und das Durchführen einer Boolschen Differenzierungsverknüpfung zwischen diesen Daten und den Daten, die gewünschte Zonen für eine Entlüftungsöffnung und einen Abfluss beschreiben. Dadurch wird ein flacher Bereich zum Einfügen einer Entlüftungsöffnung/eines Abflusses erzeugt. Dieser Schritt ist in Fig. 31b erläutert. Dort sind die vorläufigen Grenzdaten für eine Schicht gezeigt, die mit dem Bezugszeichen 1057 identifiziert werden, die durch diese Boolsche Differenzierungsverknüpfung zur Position 1057' bewegt/zurückgezogen werden. Das Ergebnis besteht darin, den flachen Bereich 1058 zu erzeugen. In dem zweiten Schritt, der mit dem Bezugszeichen 1045 identifiziert wird, werden die modifizierten L[i]-Daten durch CSlice in traditioneller Weise verarbeitet, um zu den UB-, LB- und DB-Daten zu gelangen, die den Einschluss der Zonen für eine Entlüftungsöffnung und einen Abfluss widerspiegeln. In dem dritten Schritt, der mit dem Bezugszeichen 1046 identifiziert wird, werden die resultierenden UB- und DB-Daten modifiziert durch einen zweiten Durchgang mit den Daten, die die Entlüftungslöcher und Abflüsse beschreiben in der Weise, die zuvor in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, d. h. die Erzeugung von Mehrfachlisten, die die Entlüftungsöffnungen/Abflüsse beschreiben, gefolgt von einer Boolschen Vereinigung zwischen diesen Daten und den UB-/DB-Daten. Dieser Schritt ist in Fig. 31c erläutert. Dort ist die Aufnahme der Entlüftungsöffnung/des Abflusses 1059 in den flachen Bereich 1058, der im Schritt 1044 erzeugt worden ist, gezeigt. Diese modifizierten Daten werden daraufhin dazu verwendet, um das Bauteil zu bilden.
Ein potentielles Problem mit diesen Ansätzen ist die mögliche Bildung von vergleichsweise großen Vertiefungen im Objekt aufgrund der Notwendigkeit, einen ausreichend großen flachen Bereich zu erzeugen, um einen Abfluss oder eine Entlüftungsöffnung akzeptabler Größe einzufügen. Insbesondere, wenn die Steigung der schrägen Oberfläche steiler wird, ist es klar, dass die Vertiefung für eine gegebene Größe des zu erzeugenden flachen Merkmals größer wird. Die so geformten Vertiefungen können eine unakzeptable Verzerrung der Objektoberfläche darstellen. Ein zusätzliches potentielles Problem mit diesen Ansätzen ergibt sich aus der Tatsache, dass das eingefügte Loch nicht am niedrigsten Ende des Objektmerkmals, in das es eingefügt wird, angeordnet ist. Wenn das Loch als ein Abfluss dienen soll, ist es offensichtlich, dass nicht die gesamte innere Flüssigkeit von dem Objekt abgelassen werden kann, außer das Objekt wird gekippt. Natürlich wird dies gegenstandslos, wenn eine Einrichtung zur automatischen Verkippung des Objekts zu der Plattform- Unterstützungsstruktur hinzugefügt wird, mit der das Objekt verbunden ist.
Diese Probleme können teilweise überwunden werden durch die Überarbeitung des Ausführungsbeispiels, so dass das Loch in der vertikalen Oberfläche existiert, die durch den Schnitt erzeugt wird, der mit einer Boolschen Verknüpfung subtrahiert wird. Techniken zur Implementierung von vertikalen Löchern werden im folgenden beschrieben. In einem dritten Ansatz zur Implementierung des zweiten Ausführungsbeispiels werden lediglich die Außenschichten, die einer schrägen Oberfläche zugeordnet sind, entfernt und die Schichtgrenzen übriggelassen. In diesem Fall hätte das definierte Loch eine schräge Orientierung, wobei Bereiche des Lochs aufeinanderfolgenden Schichten zugeordnet wären. Das partielle Loch, das den aufeinanderfolgenden Schichten oder Querschnitten der Daten zugeordnet ist, kann erhalten werden, indem der Bereich des schrägen Lochs zwischen zwei Querschnitten auf die geeigneten zwei Querschnitte (typischerweise den oberen Bereich der Schicht oder den oberen Querschnitt) projiziert werden. Techniken zur Durchführung des Projektionsvorgangs sind in den zuvor genannten US-Patenten 5,345,391 und 5,321,622 beschrieben.
Ein mögliches Problem mit diesem letzten Ansatz besteht darin, dass er nicht effektiv ist, um Entlüftungsöffnungen oder Abflüsse in extrem steile, nahezu flache Oberflächen einzufügen. In Fig. 32a ist beispielsweise eine steile, nahezu flache Oberfläche (identifiziert mit dem Bezugszeichen 1047) gezeigt. Die LB- Bereiche, die den entsprechenden Schichten zugeordnet sind, sind mit den Bezugszeichen 1049a, 1049b, 1049c und 1049d identifiziert und die DB-Bereiche, die den entsprechenden Schichten zugeordnet sind, sind mit den Bezugszeichen 1048a, 1048b, 1048c und 1048d identifiziert. Die Entfernung der DB-Bereiche, welche die oben beschriebene Variante erreichen wird, wird keinen Spalt in der resultierenden Oberfläche des Objekts zurücklassen. Dies liegt daran, dass die Oberfläche so steil ist, dass die LB-Bereiche von aufeinanderfolgenden Schichten nahe genug aneinander sind, um irgendwelche Spalten zu schließen.
Dieser Ansatz wird jedoch effektiv sein mit mehr allmählich steigenden nahezu flachen Oberflächen, wie zum Beispiel derjenigen, die in Fig. 23b mit dem Bezugszeichen 1047' identifiziert ist. In dieser Figur werden die LB-Bereiche für die entsprechenden Schichten mit den Bezugszeichen 1049a', 1049b' und 1049c' identifiziert, während die DB-Bereiche für die entsprechenden Schichten mit den Bezugszeichen 1048a', 1048b' und 1048c' identifiziert werden. Die Entfernung der DB-Bereiche wird in diesem Fall Spalten zurücklassen, die mit den Bezugszeichen 1050a und 1050b identifiziert werden, die nicht durch die verbleibenden LB-Bereiche "gestopft" werden. Abflüsse in diesen Bereichen wären effektiv, um nicht verfestigtes Material aus dem Bauteil abfließen zu lassen. Entsprechend ist es geeignet, die Anwendungen dieser Variante auf allmählich ansteigende nahezu flache Oberflächen zu begrenzen.
Ein vierter Ansatz zum Implementieren dieses zweiten Ausführungsbeispiels wird jetzt beschrieben. Ein vorteilhafter Aspekt dieses Ansatzes besteht darin, dass er angewendet werden kann, um Entlüftungslöcher/Abflüsse in vertikale ebenso wie in nahezu flache Bereiche einzufügen. Gemäß dieses Ausführungsbeispiels wird ein neuer Grenzentyp erzeugt, der bekannt ist als "Anti-Grenze". Eine Anforderung, die von CSlice erhoben wird, ist, dass Schichtgrenzen (LB) geschlossene Schleifen bilden. Diese Anforderung wird aufgestellt aufgrund der von den Schichtgrenzen erfüllten Funktion. Sie werden dazu verwendet, um Schraffur- und Füllvektoren zu erzeugen. Wie in Fig. 33 erläutert, wird eine Unterbrechung 1052 in der Schichtgrenze 1051 eines Objekts zur Erzeugung von unerwünschter Schraffur oder Füllung (identifiziert mit dem Bezugszeichen 1053) führen.
Diese Anforderung erzeugt ein Problem für die Erzeugung von Entlüftungslöchern/Abflüssen in steilen oder vertikalen Oberflächen. Wie erläutert, sind die Schichtgrenzen von aufeinanderfolgenden Schichten so eng, dass sie die Erzeugung von Entlüftungslöchern/Abflüssen durch Öffnungen in der Außenschichtfüllung alleine verhindern. Somit muss ein Mittel bereitgestellt werden, um Unterbrechungen in Schichtgrenzen einzufügen.
Die Hinzufügung von temporären Grenzen löst dieses Problem. Temporäre Grenzen definieren den Bereich der Schichtgrenzen, die nicht verfestigt werden sollen. Temporäre Grenzen ergänzen reguläre Grenzen, so dass eine vollständige geschlossene Schleife gebildet wird. Diese temporären Grenzen sind beschränkt auf die Verwendung bei der Erzeugung von Schraffur/Füllvektoren, sie werden jedoch nicht in die zu belichtenden Grenzen mit aufgenommen.
Ein Ansatz zur Erzeugung von temporären Grenzen, der in den Fig. 34a-34b erläutert ist, geht aus vom Schnitt zwischen der gewünschten Entlüftungsöffnung/dem Abfluss (wie er auf der nahezu flachen/vertikalen Oberfläche des Objekts existiert) (identifiziert in den Figuren mit dem Bezugszeichen 1054) und den Schnittebenen (identifiziert in Fig. 22a mit dem Bezugszeichen 1055a, 1055b, 1055c, 1055d, 1055e und 1055f), die in CSlice (der Schichtvergleichsschneidung) verwendet werden. Das Ergebnis ist eine Serie von Linien (partiellen Grenzen) bei verschiedenen z-Positionen, die in Fig. 34 mit den Bezugszeichen 1056a, 1056b, 1056c, 1056d und 1056e identifiziert werden, welche die temporären Grenzen bilden. Dieser Ansatz wäre effektiv zur Verwendung mit sowohl dem SLA-250 (in dem Schraffur und Füllung in CSlice bei oder ungefähr zur selben Zeit erzeugt werden wie die Schichtgrenzeninformation) und dem SLA-500, in dem Schraffur und Füllung "im Vorübergehen" erzeugt werden, wie im US-Patent 5,182,715 beschrieben). Sowohl die temporären als auch die regulären Grenzen würden an den SLA-500 geliefert, beide zur Verwendung in der Schraffurerzeugung, jedoch nur zur Verwendung der regulären Grenzen beim Belichten.
Alternativ können zwei Grenzen gebildet werden, wobei eine Grenze eine absichtlich entworfene Unterbrechung aufweist und zur Belichtung des Materials verwendet wird. Die andere Grenze bildet eine vollständige Schleife und wird zur Erzeugung von Schraffur oder Füllung verwendet.
Als eine weitere Alternative kann eine vollständige Schleife aus Grenzen erzeugt werden, zusammen mit einem oder mehreren "Anti-Grenzen"-Segmenten. In diesem Fall wird die gesamte Schleife aus Grenzen zur Erzeugung der Schraffur verwendet, wonach eine Boolsche Differenz zwischen der Schleife aus Grenzen und dem Anti-Grenzen-Segment gebildet wird, um eine unvollständige oder durchbrochene Grenze zu erhalten, die bei der Belichtung des Materials verwendet wird.
Obwohl die oben genannten Ausführungsbeispiele primär im Hinblick auf ihre Implementation in Systemen beschrieben worden sind, die auf der gezielten Verfestigung von Photopolymeren basieren (das bevorzugte System), wird angenommen, dass die Datenverarbeitungs- und Objektaufbautechniken auch auf andere Bereiche der Rapid Protoyping und Herstellungsindustrie alleine oder in Kombination anwendbar sind. Diese anderen Segmente umfassen Technologien, die die gezielte Verfestigung von polymerisierbarem Material durch die Verwendung von IR, sichtbaren und anderen Formen von Strahlung mit sich bringen oder die gezielte Deposition eines Mediums auf das Material (beispielsweise eines Photoinitiators, der auf ein polymerisierbares Material in einer kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Lichtumgebung abgegeben wird oder die gezielte Abgabe eines zweiten Teils eines Zweikomponenten-Harzes auf den ersten Teil). Ferner sind auch Technologien beim Aufbau von Objekten aus gezielt verfestigten Pulvermaterialien in diesen Segmenten umfasst (beispielsweise durch Sintern oder die gezielte Ablagerung von reaktiven Materialien oder Bindemitteln). Außerdem sind in diesen Segmenten Technologien enthalten, die den schichtweisen Aufbau aus bahnförmigem Material verwenden oder die gezielte Abgabe eines Materials, das sich verfestigt, wenn es in eine geeignete Umgebung abgegeben wird (beispielsweise die Technologien, die in den US-Patenten 5,192,559 und 5,141,680 offenbart sind).

Die Umwandlung von .STL- zu .CTL-Dateien

Eine .STL-Darstellung eines Objekts kann in eine neue Darstellung, die als .CTL- Dateiformat bekannt ist (der Begriff "CTL" steht für "Compressed Triangle List"), konvertiert werden, um daraufhin die resultierende .CTL-Datei in den verbleibenden stereolithographischen Prozessschritten zu verwenden. Die Technik umfasst das Eliminieren von redundanten Ecken und daraufhin das Ausdrücken von Dreiecken, die im wesentlichen die Oberfläche oder Oberflächen des Objekts überspannen durch Identifizierungen der nicht redundanten Ecken.
Die Technik kann mit Bezug auf die Fig. 6a-6B erläutert werden, die ein Flussdiagramm der Technik illustrieren. In dem ersten Schritt, der mit dem Bezugszeichen 648 in der Figur identifiziert wird, werden die Ecken von jedem .STL-Dreieck zunächst mit einer Liste verglichen und dann dieser Liste hinzugefügt, wenn sie nicht bereits vorhanden sind. Wie in dem '622-Patent beschrieben, wird jedes .STL-Dreieck vorzugsweise durch neun Gleitkommazahlen dargestellt, die die Kartesischen Koordinaten der drei Dreiecksecken definieren und drei Gleitkommazahlen, die die Kartesischen Koordinaten der Dreiecksnormalen definieren. Die Reihenfolge, in der die Ecken aufgelistet werden, folgt vorzugsweise der "Rechte Hand-Regel", gemäß der die Rückseite des Dreiecks die Oberfläche eines Festkörpers bildet, wenn sie entgegen dem Uhrzeigersinn orientiert sind und die Oberfläche eines hohlen Bereiches, wenn sie im Uhrzeigersinn orientiert sind. Beim Feststellen, ob eine Ecke bereits in der Liste vorhanden ist, werden die drei Gleitkommazahlen jeweils mit entsprechenden Nummern verglichen, die jede Ecke in der Liste ausmachen. Beim Durchführen der Vergleiche ist keine strikte Identität verlangt. Statt dessen wird ein "Delta"-Wert verwendet, um Rundungsfehler zu berücksichtigen, die den Gleitkommazahlen zugeordnet sind. Der Wert repräsentiert einen Bereich, um den zwei Gleitkommazahlen sich unterscheiden können und trotzdem als identisch angesehen werden.
Der Vorgang dieses Schrittes kann mit Bezug auf Fig. 7 erklärt werden, die zwei Beispiele erläutert, die mit den Bezugszeichen 654 und 655 identifiziert werden. Das erste Dreieck, das mit dem Bezugszeichen 654 identifiziert wird, soll die folgenden Ecken haben: (0,00001, 0,0, 0,0), (0,0, 1,0, 1,0) und (0,0, 0,0, 1,0). Das zweite Dreieck, das durch das Bezugszeichen 655 identifiziert wird, soll die folgenden Ecken haben: (0,0, 0,0, 0,0001), (1,0, 0,0, 0,0) und (0,0, 1,0, 1,0).
Die Ecken des Dreiecks 654 werden daraufhin für die Anordnung auf der Liste untersucht. Da die Liste gegenwärtig leer ist, wird jede Ecke des Dreiecks 654 auf der Liste angeordnet. Die Ecken des Dreiecks 655 werden daraufhin zur Anordnung auf der Liste untersucht. Unter der Annahme, dass ein Delta von 0,001 verwendet wird, führt diese Untersuchung dazu, dass die erste und die dritte Ecke (0,0, 0,0, 0,0001) und (0,0, 1,0, 1,0) bereits in der Liste vorhanden sind, da sie im Zusammenhang mit dem Dreieck 654 dort angeordnet worden sind, während die dritte Ecke neu ist. Somit ist das Nettoresultat dieses Untersuchungsvorgangs die Anordnung der zweiten (1,0, 0,0, 0,0) Ecke in der Liste. Somit ist die Liste der Ecken nach Abschluss des ersten Schrittes wie folgt: (0,00001, 0,0, 0,0), (0,0, 1,0, 1,0), (0,0, 0,0, 1,0) und (1,0, 0,0, 0,0).
Im zweiten Schritt, der in der Figur mit dem Bezugszeichen 649 identifiziert wird, wird jede Ecke, die zu der Liste hinzugefügt worden ist, durch eine eindeutige Ganzzahl repräsentiert. Vorteilhafterweise repräsentiert die Ganzzahl die Position oder den Index der Ecke in der Liste. In bezug auf die gerade erläuterte Liste könnte die folgende Zuordnung das Ergebnis dieses Schrittes sein: V0: (0,00001, 0,0, 0,0), V1: (0,0, 1,0, 1,0), V2: (0,0, 0,0, 1,0) und V3: (1,0, 0,0, 0,0).
Im dritten Schritt, der mit dem Bezugszeichen 650 in der Figur identifiziert wird, wird jedes Dreieck durch die drei Ganzzahlen, die die Ecken des Dreiecks definieren, dargestellt. Die beiden Dreiecke, die in Fig. 7 erläutert sind, können wie folgt dargestellt werden: T1 (identifiziert mit dem Bezugszeichen 654 in Fig. 7): (0, 1, 2) und T2 (identifiziert mit dem Bezugszeichen 655 in Fig. 7): (0, 3, 1). Im vierten Schritt, der mit dem Bezugszeichen 651 in Fig. 6b identifiziert wird, wird ein Feld von Boolschen Merkern bzw. Flags eingerichtet, einer für jede Ecke in der Liste. Der Zweck der Flags ist es nachzuverfolgen, welche Ecken bewegt worden sind. Anfangs ist kein Flag gesetzt.
Im fünften Schritt, der mit dem Bezugszeichen 652 in der Figur identifiziert wird, werden die Flags von allen Ecken von nach unten gerichteten Dreiecken auf eine logische "1" gesetzt. Die nach unten gerichteten Dreiecke werden identifiziert unter der Verwendung der z-Komponente der Dreiecksnormalen. Im Fall von nach unten gerichteten Dreiecken ist dieser Wert negativ und wird -1 sein.
Im sechsten Schritt, der durch das Bezugszeichen 653 in der Figur identifiziert wird, können die z-Komponenten der Ecken, deren Flags gesetzt worden sind, angepasst werden, um einen Z-Fehler zu korrigieren. Im Fall, in dem die MSD 12 mils (0,3 mm) ist und die gewünschte Schichtdicke 4 mils (0,1 mm) ist, würden beispielsweise die z-Komponenten der Ecken von nach unten gerichteten Dreiecken nach oben um 8 mils (0,2 mm) angepasst.
Die modifizierte .CTL-Datei, die aus diesem Vorgang hervorgeht, wird dann anstelle der .STL-Darstellung in den verbleibenden Schritten des stereolithographischen Aufbauvorgangs verwendet. Obwohl dieser Vorgang geringfügig modifiziert worden ist, um das neue .CTL-Format aufzunehmen, können solche Modifizierungen einfach durchgeführt werden und es wird angenommen, dass sie innerhalb der Fähigkeiten des gewöhnlichen Fachmanns liegen. Beispielsweise könnte man tatsächliche Werte für die Identifizierungen einsetzen, wenn jede Ecke verarbeitet wird. Sie werden daher nicht weiter erläutert. Es versteht sich, dass ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels über das zweite Ausführungsbeispiel die Recheneffizienz ist, die aus einer Reduktion in der Anzahl der Ecken folgt, die bewegt werden müssen. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist es notwendig, die Ecken der nach unten gerichteten Dreiecke ebenso wie alle Ecken, die berühren oder die innerhalb eines spezifizierten Rundungsfehlers voneinander sind, zu verschieben. In dem dritten Ausführungsbeispiel müssen im Gegensatz dazu nur die Ecken der nach unten gerichteten Dreiecke verschoben werden. Die Ecken der anderen Dreiecke werden aufgrund der Art und Weise, in der sie dargestellt werden, automatisch angepasst (d. h. durch Ganzzahlen, die eindeutig die Ecken identifizieren, die die Dreiecke bilden). Zusammengefasst passt durch diesen Darstellungsvorgang der Schritt des Anpassens der z-Komponenten der Ecken der nach unten gerichteten Dreiecke automatisch alle relevanten Dreiecke an.
Ein weiterer Vorteil betrifft die Reduktion in den Speicheranforderungen. Mit der .CTL-Darstellung müssen die Gleitkommazahlen, die die Ecken ausmachen, nur einmal gespeichert werden. Im Gegensatz dazu führt die Redundanz der Ecken unter den Dreiecken mit der .STL-Darstellung zu mehrfachen Kopien derselben gerade gespeicherten Ecke.

Die Erzeugung der .CTL-Datei unter der Verwendung einer Kontrolltabelle (Hash-Tabelle')

Eine Modifizierung des Schrittes, um festzustellen, ob zwei beliebige Ecken aus unterschiedlichen Dreiecken die "gleichen" sind (d. h. innerhalb des spezifizierten Rundungsfehlers), ist möglich. Es ist entdeckt worden, dass dieser Schritt, wenn er durchgeführt wird unter der Verwendung eines paarweisen Vergleichs zwischen einer gegebenen Ecke und den Ecken von jedem anderen Dreieck in der .STL-Datei extrem zeitaufwendig sein kann. Obwohl die benötigte Zeit in gewissem Maße reduziert werden kann durch das Sortieren der Dreiecke (beispielsweise durch das Sortieren nach der minimalen Z-Komponente der Ecken der Dreiecke, bevor der Vergleich durchgeführt wird), ist die benötigte Zeit (typischerweise 2-3 Stunden) trotzdem für die meisten Anwendungen zu lang.
Es ist entdeckt worden, dass geeignete Ergebnisse durch die Verwendung einer Kontrolltabelle zum Sortieren der Dreiecksecken erhalten werden können. Diese Technik umfasst die Auswahl einer geeigneten Kontrollfunktion oder Hashfunktion, die den Zweck hat, ähnliche Ecken, d. h. Ecken innerhalb eines spezifizierten Rundungsfehlers, in dieselben Fächer der Kontrolltabelle zu tun, wobei gleichzeitig ein großer Unterschied zwischen ungleichen Ecken erreicht wird. Im wesentlichen umfasst die Technik das Sortieren der Dreiecksecken in eine Kontrolltabelle und das Eliminieren überflüssiger Ecken durch das Vergleichen der Ecken, die in dasselbe Fach oder denselben Schlitz der Kontrolltabelle fallen. Die nicht redundanten Ecken werden daraufhin mit eindeutig identifizierenden Indizes bezeichnet und die Dreiecke werden daraufhin mit diesen eindeutig identifizierenden Indizes ausgedrückt anstelle der Ecken selbst.
In einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist entdeckt worden, dass akzeptable Ergebnisse erhalten werden können unter der Verwendung der folgenden Kontrollfunktion bzw. Hash-Funktion: Modulus(integer(abs((x*31.3 + y *24343.0 + z*68.265))), wobei der Term "Modulus" sich auf die Modulusfunktion bezieht (d. h. der Modulus einer Zahl ist der Ganzzahlrest, der verbleibt, nachdem die Zahl durch die Basis dividiert worden ist), der Begriff "abs" sich auf die Absolutwertfunktion bezieht und der Begriff "integer" sich auf die Integerfunktion bezieht, die Basis der Modulusfunktion die Größe der Kontrolltabelle ist und x, y und z sich auf ganzzahlige Kartesische Koordinaten der fraglichen Ecke beziehen. Die Ganzzahlbearbeitung der Ecken vor der Anwendung der Hash-Funktion ist notwendig, um sicherzustellen, dass zwei ähnliche Ecken (d. h. solche innerhalb eines akzeptablen Rundungsfehlers) in dasselbe Fach (bucket) abgebildet werden. Die Ganzzahlbearbeitung kann durchgeführt werden unter der Verwendung der folgenden Gleichung: c(T) = integer((c(U)/delta)* delta), wobei c(U) sich auf eine nicht verkürzte Koordinate bezieht und delta sich auf das Maß des akzeptablen Rundungsfehlers bezieht, d. h. das Ausmaß, um das zwei Gleitkommazahlen differieren können und trotzdem als dieselbe Zahl betrachtet werden. In der Praxis ist ein Standardwert von 1 mil als Delta-Wert ein guter Wert zur Verwendung unter Anbetracht der schlechten Qualität von einigen .STL-Übersetzern. Es ist jedoch zu bemerken, dass, falls eine höhere Auflösung benötigt wird, Delta-Werte, wie z. B. 0,1 oder 0,01 mils verwendet werden können.
Ein Flussdiagramm der Technik ist in den Fig. 9a-9b erläutert. Der erste Schritt, der in der Figur mit den Bezugszeichen 661 identifiziert wird, umfasst das Einordnen der Dreiecksecken in ein Fach der Kontrolltabelle durch die Anwendung der Kontrollfunktion bzw. Hash-Funktion auf die Koordinaten von jeder Ecke. Als nächstes wird die Ecke in dem mit dem Bezugszeichen 662 identifizierten Schritt mit irgendeiner Ecke, die bereits in dem Fach gespeichert ist, verglichen. Falls es eine "Übereinstimmung" gibt, d. h. falls festgestellt wird, dass die Koordinaten der zwei innerhalb eines spezifizierten Delta-Wertes zueinander liegen (und daher redundant sind), wird die Ecke nicht in der Tabelle gehalten. Statt dessen wird in dem Schritt, der mit dem Bezugszeichen 663 in der Figur bezeichnet ist, die Ganzzahl, die dem bereits in der Tabelle gespeicherten Eintrag zugeordnet ist, zur Verwendung bei der Darstellung des gegebenen Dreiecks genommen. Wenn jedoch keine Übereinstimmung vorliegt, wodurch angezeigt wird, dass die Ecke nicht redundant ist, wird im Schritt, der mit dem Bezugszeichen 664 identifiziert wird, die Ecke in dem Fach gespeichert und eine eindeutige identifizierende Ganzzahl wird der Ecke zugeordnet. Als nächstes wird in dem Schritt, der mit dem Bezugszeichen 665 identifiziert wird, das gegebene Dreieck durch die Ganzzahl dargestellt, die dazu verwendet wird, um seine Ecke darzustellen. Dieser Prozess wird daraufhin wiederholt für die verbleibenden Ecken in der Objektdarstellung. Nachdem alle Dreiecke dargestellt worden sind, wie durch den Schritt erläutert, der mit dem Bezugszeichen 666 identifiziert wird, schreitet die Technik fort, wie in Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel erläutert.

Andere Anwendungen der .CTL-Datei

Andere Anwendungen der .CTL-Darstellung des Objekts werden jetzt erläutert. Es ist entdeckt worden, dass die .CTL-Datei ferner nützlich ist zum Zweck der Anzeige des Objekts auf einem graphischen Anzeigegerät. Ein Anwender kann beispielsweise das Objekt anzeigen möchten, bevor er es schneidet oder aufbaut, um es geeignet zu orientieren oder ähnliches (3D Systems VIEW-Programm, erläutert im US-Patent Nr. 5,182,715, stellt die Fähigkeit bereit, ein Objekt vor seinem Aufbau durch die Stereolithographie anzuzeigen). Für Anwendungen wie diese ist es typischerweise nicht notwendig, das Objekt mit der kleinsten Auflösung darzustellen. Darüber hinaus kann die Aufnahme von Merkmalen wie diesem in die Anzeige des Objekts zu langen Verzögerungen bei der Anzeige und im Verschieben eines Bauteils führen. Es gab daher eine Notwendigkeit für eine Fähigkeit zum Entfernen einiger der feineren Details von einem Objekt vor seiner Anzeige.
Es ist entdeckt worden, dass die .CTL-Darstellung des Objekts eine nützliche und effiziente Art zum Entfernen der feineren Details bereitstellt. Diese Technik umfasst das Verwenden eines großen Delta-Wertes und daraufhin das Aufrufen der Kontrolltabellenprozedur, die oben erläutert worden ist. Durch die Verwendung eines großen Delta-Wertes fallen viele Ecken aufeinander und verschwinden somit. Lediglich Ecken, die von anderen Ecken um mehr als den Delta-Wert verschoben sind, werden beibehalten.
Die Technik ist in den Fig. 10a-10b erläutert. Die gestrichelte Linie erläutert die Zonen, die durch das gewählte große Delta skizziert werden. Alle Ecken innerhalb einer gegebenen Zone werden in eine einzelne Ecke zusammenfallen. Fig. 10a erläutert die einzelnen Ecken, bevor sie zusammenfallen. Fig. 10b erläutert die Anzahl der Punkte (in der Figur hervorgehoben), in die einige dieser einzelnen Ecken zusammenfallen werden.
Ein Aspekt dieser Technik ist, dass viele Dreiecke entartet werden, d. h. nur eine oder zwei unterschiedliche Ecken behalten. Dieser Effekt wird in den Fig. 30a-30b erläutert. Fig. 30a zeigt die Punkte, auf die die Ecken zusammenfallen und Fig. 30b zeigt die Anzahl von unterschiedlichen Ecken, die bei jedem Dreieck übrigbleiben. Wie man ersehen kann, bleiben nur sehr wenige der gezeigten Dreiecke nicht-entartet, d. h. sie behalten drei unterschiedliche Ecken. Da die entarteten Dreiecke redundant sind zu den Ecken oder Seiten der nicht- entarteten Dreiecke, d. h. sie werden überflüssig sein zum Kommunizieren von irgendwelcher Information über das Objekt, wird eine Prozedur benötigt, um alle diese degenerierten Dreiecke zu finden und sie zu entfernen. Das Pseudo-Code- Fragment, das in Fig. 12 gezeigt ist, wird diese Aufgabe erfüllen. Diese Prozedur geht durch die Liste der Dreiecke und sucht nach irgendwelchen degenerierten Dreiecken. Wenn eines gefunden ist, wird das letzte Dreieck in die Position des entarteten Dreiecks in der Liste kopiert und die Anzahl der Dreiecke wird verringert. Die Expansion der verbleibenden nicht-entarteten Dreiecke zum Abdecken des übrigen Raums wird in den Fig. 32a-32b erläutert. Der Satz von nicht-entarteten Dreiecken ist vor der Expansion in Fig. 32a gezeigt. Es ist zu bemerken, dass eine Ecke von einem dieser Dreiecke in jeweils einer der Zonen enthalten ist, die durch den Delta-Wert skizziert worden sind. Wenn diese Ecken entsprechend in einzelne Punkte zusammenfallen innerhalb entsprechender Zonen, ist der Effekt, dass die Größe der nicht-entarteten Dreiecke expandiert wird und der durch die Entfernung der entarteten Dreiecke übriggelassene Raum aufgefüllt wird. Dieser Vorgang ist in Fig. 32b erläutert.
In der Praxis hängt der geeignete Delta-Wert zur Verwendung in dieser Anwendung vom Oberflächenbereich des betroffenen Bauteils ab und der gewünschten Anzahl von Dreiecken. Die folgende Gleichung liefert ein nützliches Verfahren, um automatisch das Delta zu berechnen:
Delta = (Fläche/gewünschte Anzahl von Dreiecken).
Eine zweite zusätzliche Anwendung der .CTL-Darstellung ist der Aufbau einer hohlen Hülle eines Objekts. Ein Flussdiagramm einer dazu geeigneten Technik ist in Fig. 14 erläutert. Im ersten Schritt, der in der Figur mit dem Bezugszeichen 667 identifiziert wird, werden Normalen für alle Ecken berechnet. Eine Normale einer Ecke wird berechnet durch das Bilden des Durchschnitts der Koordinaten der Normalen aller Dreiecke, zu denen die Ecke gehört oder die sie berührt. Der Durchschnitt kann berechnet werden als ein simpler arithmetischer Durchschnitt; er ist jedoch vorzugsweise ein gewichteter Durchschnitt, wobei die Gewichte bestimmt werden durch die relativen Flächen der entsprechenden Dreiecke oder besonders bevorzugt durch die relativen Größen der Winkel, die die entsprechenden Dreiecksecken ausmachen. Das Verfahren der Gewichtung durch die Winkelgröße ist in Fig. 15 erläutert. Dort ist ein Verfahren zum Berechnen der Normalen für den Eckpunkt 671 gezeigt. Zwei der Dreiecke, die in diesem Berechnungsvorgang verwendet werden, sind durch die Bezugszeichen 672 und 673 identifiziert. Die Winkel, die durch die relevanten Ecken dieser zwei Dreiecke gebildet werden, werden durch die Bezugszeichen 674 und 675 identifiziert. Da der Winkel, der mit dem Bezugszeichen 674 identifiziert wird, größer ist als derjenige, der mit dem Bezugszeichen 673 identifiziert wird, wird der Normalen des Dreiecks 672 ein größeres Gewicht bei dem Berechnungsprozess gegeben als der Normalen, die dem anderen Dreieck zugeordnet ist.
In dem zweiten Schritt, der mit dem Bezugszeichen 668 in der Figur identifiziert wird, wird die .CTL-Darstellung des Objekts kopiert und daraufhin expandiert, indem die Ecken in Richtungen bewegt werden, die durch die entsprechenden Eckennormalen angegeben sind. Die Expansion wird einfach durch die Manipulation der Liste der Ecken erreicht. Die Dreiecke, die durch Gruppen von Ganzzahlen, die die Ecken des Dreiecks darstellen, dargestellt werden, müssen überhaupt nicht geändert werden. Das Maß der Expansion hängt von der gewünschten Dicke der Hülle ab. Das Maß der Expansion sollte so sein, dass der Unterschied zwischen der äußeren Oberfläche der expandierten Darstellung und der ursprünglichen Oberfläche gleich der gewünschten Dicke ist.
In dem dritten Schritt, der in der Figur mit dem Bezugszeichen 669 identifiziert ist, werden die Dreiecke, die die ursprüngliche .CTL-Darstellung ausmachen, effektiv "umgekippt", um eine Darstellung der inneren Oberfläche der Hülle zu erzeugen. Dies wird erreicht durch das Umdrehen des Vorzeichens der Dreiecknormalen und ferner möglicherweise durch das Verändern der Reihenfolgen der Ecken, um die Rechte Hand-Regel widerzuspiegeln.
Schließlich wird in dem vierten Schritt, der in der Figur mit dem Bezugszeichen 670 identifiziert wird, die expandierte Datei und die Originaldatei miteinander verschmolzen, um eine .CTL-Darstellung einer hohlen Hülle zu erzeugen. Diese .CTL-Datei wird daraufhin verwendet, um die verbleibenden Schritte des Stereolithographievorgangs durchzuführen, beginnend mit dem Schneidprozess.
Als ein alternativer Schritt 1 kann eine Kopie der .CTL-Datei erstellt werden und die Eckennormalen bestimmt werden. Daraufhin werden als ein alternativer Schritt 2 die Eckennormalen in der Kopie umgedreht werden. Als nächstes werden als alternativer Schritt 3 die Ecken der Kopie in die Richtung der umgedrehten Normalen verschoben werden, um eine verkleinerte Größe zu erhalten. Schließlich werden wie im ursprünglichen Schritt 4 (670 aus Fig. 14) das Original und die verschobene .CTL-Datei miteinander verschmolzen, um eine hohle Hülle zu erzeugen. Dieses alternative Ausführungsbeispiel wird als am meisten bevorzugt betrachtet, da es die äußere Dimension des Objekts wie in der Originaldatei belässt. Wenn jedoch die innere Dimension des Objekts als besonders relevant betrachtet wird, würde das Ausführungsbeispiel aus Fig. 14 als das bevorzugtere betrachtet.
Das obige Ausführungsbeispiel zum Bilden einer Hülle kann verwendet werden, um ein festes Objekt zu bilden, wobei zwei oder mehrere unterschiedliche Aufbauziele bei unterschiedlichen Tiefen in dem Objekt verwendet werden. Beispielsweise kann in dem obigen alternativen Hüllenansatz eine Kopie der verschobenen Darstellung erstellt werden und die Normalen können zurück in ihre ursprüngliche Richtung umgedreht werden, um eine dritte Darstellung zu bilden. Diese dritte Darstellung stellt einen inneren Bereich des Objekts dar, während die kombinierten ersten und zweiten Darstellungen einen äußeren Hüllenbereich (einen Außenbereich) des Objekts darstellen. Unterschiedliche Aufbauparameter (beispielsweise der Grenzen, der Schraffur und der Füllmuster und der Verfestigungsmengen) können auf jeden Bereich angewendet werden, um ein Objekt mit einer inneren Oberfläche zu bilden, die unterschiedlich ist von seiner äußeren Struktur. Natürlich können zusätzliche Kopien, Versetzungen und Normalenumdrehungen durchgeführt werden, um zusätzliche Zonen oder Bereiche zu erhalten, wenn man sich tiefer in das Objekt hineinbewegt. Zusätzlich kann das Maß des Versatzes oder des Verschiebens von Niveau zu Niveau variieren.
Eine dritte zusätzliche Anwendung der .CTL-Darstellung ist das Aufbauen eines herunterskalierten Bauteils, das, nachdem es pulverbeschichtet worden ist oder ähnliches (beschrieben im US-Patent 5,234,636) die korrekte Größe haben wird. Eine Technik zum Erzeugen einer .CTL-Datei für solch ein Bauteil umfasst das Berechnen der Eckennormalen, wie oben beschrieben, und daraufhin das Bewegen der Ecken in eine Richtung entgegen derjenigen, die durch die Normalen spezifiziert worden ist, bis eine Objektdarstellung mit den korrekten herunterskalierten Dimensionen erzeugt worden ist.

Claims

1. Verfahren zum Bereitstellen eines dreidimensionalen Objekts, das schichtweise durch die gezielte Verfestigung eines verfestigbaren Mediums aufgebaut werden soll, bei dem zumindest ein Bereich des Objekts, der in einem ersten Datensatz, der das Objekt definiert, als fest angegeben ist, gemäß einem zweiten Datensatz aufgebaut wird, der als eine Struktur mit Zwischenräumen vom ersten Datensatz abgeleitet ist, die nicht verfestigtes Medium zwischen verfestigten Strukturelementen enthalten, wobei der zweite Datensatz vorsieht, dass das Objekt mit einer oder mehreren Oberflächen aufgebaut wird, die den Bereich definieren, und die die Zwischenräume gegenüber der Außenseite des Objekts abdichten, wobei zumindest eine der Oberflächen eine Entlüftungsöffnung oder eine Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) aufweist, die das Entleeren von nicht verfestigtem Medium aus den Zwischenräumen ermöglicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Oberfläche eine flache Oberfläche ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Oberfläche eine nahezu flache Oberfläche ist.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in der die Oberfläche eine vertikale Oberfläche ist.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in der der erste Datensatz die Form des Objekts in der Form von Polygonen definiert, die durch ihre Ecken definiert werden und wobei die Entlüftungsöffnung oder Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) durch die Auswahl unter den Oberflächen, die vom ersten Datensatz definiert werden, und durch das Modifizieren des zweiten Datensatzes erhalten wird, um die Entlüftungsöffnung oder die Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) in die zumindest eine Oberfläche mit aufzunehmen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, wobei der erste Datensatz die Form des Objekts in der Form von Polygonen definiert, die durch ihre Ecken definiert werden, und wobei die Entlüftungsöffnung oder Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) durch die Auswahl unter den Polygonen, die durch den ersten Datensatz definiert werden und durch das Modifizieren des zweiten Datensatzes erhalten wird, um die Entlüftungsöffnung oder Sickerbohrung 1032, 1033, 1034) in zumindest ein ausgewähltes Polygon mit aufzunehmen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das zumindest eine ausgewählte Polygon im wesentlichen flach ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, wobei der erste Datensatz das Objekt als eine Mehrzahl von Darstellungen der Grenzen von Querschnitten des Objekts definiert, wobei die Entlüftungsöffnung oder Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) durch das Modifizieren von zumindest einer Grenzendarstellung des zweiten Datensatzes erhalten wird, um die Entlüftungsöffnung oder Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) in die Grenze mit aufzunehmen.

9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner aufweisend: Speichern von Datensätzen, die die Entlüftungsöffnungen bzw. Sickerbohrungen (1032, 1033, 1034) definieren und bei denen die Aufnahme einer Entlüftungsöffnung oder einer Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) in die zumindest eine Oberfläche das Kombinieren eines gespeicherten Datensatzes, der ein Entlüftungsloch oder eine Sickerbohrung definiert (1032, 1033, 1034), mit Daten vom ersten Datensatz, die sich auf die Oberfläche beziehen, in der die Entlüftungsöffnung oder Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) bereitgestellt werden soll, umfasst.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Kombinieren eines gespeicherten Datensatzes mit Daten aus den ersten Daten eine Boolesche Verknüpfung umfasst.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Boolesche Verknüpfung eine Boolesche Multiplikation ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9-11 bei dem die oder zumindest eine Oberfläche aus mehreren Schichten von mehreren Lagen einer Außenschicht aufgebaut wird und wobei das Kombinieren auf jede der mehreren Lagen der Außenschicht angewendet wird.

13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem eine weitere Objektdarstellung (1041) mit zumindest einer vertikalen Oberfläche und einer flachen Oberfläche (1042) ausgewählt wird, wobei die weitere Objektdarstellung (1042) so in Bezug auf die erste genannte Objektdarstellung orientiert ist, dass die flache Oberfläche und/oder die vertikale Oberfläche (1042) der weiteren Objektdarstellung nahe einer nahezu flachen Oberfläche der ersten genannten Objektdarstellung angeordnet ist, eine Boolesche Verknüpfung zwischen den Objektdarstellungen durchgeführt wird, um eine modifizierte Objektdarstellung mit einer flachen Oberfläche oder einer vertikalen Oberfläche (1043) zu bilden, die an der nahezu flachen Oberfläche der Objektdarstellung gebildet wird, und bei dem die Sickerbohrung oder Entlüftungsöffnung (1032, 1033, 1034) in die flache oder vertikale Oberfläche (1043) der modifizierten Objektdarstellung eingefügt wird.

14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in der die Entlüftungsöffnung oder Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) durch einen Ort und eine Dimension spezifiziert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, in der die Dimension der Entlüftungsöffnung oder Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) aus einer oder mehreren voreingestellten Dimensionen ausgewählt wird.

16. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in der die Dimension eine Sickerbohrung (1033, 1034) mit einem nach unten gerichteten Bereich größer ist als die Dimension einer Entlüftungsöffnung (1032) in einem nach oben gerichteten Bereich.

17. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das verfestigbare Material eine fotopolymerisierbare Flüssigkeit ist.

18. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Schichten selektiv einer synergistischen Stimulation gemäß der Daten ausgesetzt werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, in der die synergistische Stimulation ultraviolette Strahlung umfasst.

20. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in der jegliches nicht verfestigtes Material innerhalb des Objektes zumindest teilweise, nachdem das Objekt gebildet worden ist, von dem Objekt entfernt wird, durch die zumindest eine Sickerbohrung (1033, 1034).

21. Verfahren zum Genauguss, bei dem ein Objekt, das nach Anspruch 20 gebildet worden ist, als Gussmodell verwendet wird.

22. Vorrichtung zum Bereitstellen eines dreidimensionalen Objektes, das schichtweise durch die gezielte Verfestigung eines verfestigbaren Mediums aufgebaut werden soll, in der zumindest ein Bereich des Objekts, der in einem ersten Datensatz, der das Objekt definiert, als fest angegeben ist, gemäß einem zweiten Datensatz, der vom ersten Datensatz abgeleitet worden ist, als eine Struktur mit Zwischenräumen aufgebaut wird, die nicht verfestigtes Medium zwischen verfestigten Strukturelementen enthalten, wobei die Vorrichtung ein Erzeugungsmittel für den zweiten Datensatz umfasst, um den zweiten Datensatz mit einer oder mehrere Oberflächen zu erzeugen, die den Bereich definieren und die die Zwischenräume gegenüber der Außenseite des Körpers abdichten, wobei ein eine Entlüftungsöffnung oder eine Sickerbohrung bildendes Mittel bereitgestellt wird, um zumindest auf einer der Oberflächen eine Entlüftungsöffnung oder eine Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) bereitzustellen, die die Entleerung von nicht verfestigtem Medium aus den Zwischenräumen ermöglicht.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die zumindest eine Oberfläche eine flache Oberfläche ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die zumindest eine Oberfläche eine nahezu flache Oberfläche ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-24, in der die Oberfläche eine vertikale Oberfläche ist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-25, in der der erste Datensatz die Form des Objektes in der Form von Polygonen definiert, die durch ihre Ecken definiert werden und wobei das Mittel zum Bilden der Entlüftungsöffnung oder der Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) unter den Oberflächen, die durch den ersten Datensatz definiert werden, auswählt und den zweiten Datensatz modifiziert, um die Entlüftungsöffnung oder die Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) in der zumindest einen Oberfläche aufzunehmen.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-25, in der der erste Datensatz die Form des Objektes in der Form von Polygonen definiert, die durch ihre Ecken definiert werden, und wobei das Mittel zum Bilden der Entlüftungsöffnung oder Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) unter den durch den ersten Datensatz definierten Polygonen auswählt und den zweiten Datensatz modifiziert, um die Entlüftungsöffnung oder Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) in dem zumindest einen ausgewählten Polygon aufzunehmen.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26, in der das zumindest eine ausgewählte Polygon im wesentlichen flach ist.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-25, in der der erste Datensatz das Objekt als eine Mehrzahl von Darstellungen von Grenzen der Querschnitte des Objekts definiert und wobei das Mittel zum Bilden der Entlüftungsöffnung oder Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) zumindest eine der Grenzendarstellungen des zweiten Datensatzes modifiziert, um die Entlüftungsöffnung oder die Sickerbohrung in die Grenze aufzunehmen.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-29 ferner aufweisend ein Mittel zum Speichern von Datensätzen, die Entlüftungsöffnungen und Sickerbohrungen definieren (1032, 1033, 1034) und wobei das Mittel zum Bilden von Entlüftungsöffnungen oder Sickerbohrungen ein Mittel zum Kombinieren eines gespeicherten Datensatzes umfasst, der eine Entlüftungsöffnung oder eine Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) definiert, mit Daten aus dem ersten Datensatz, die sich auf die Oberfläche beziehen, in der die Entlüftungsöffnung oder Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) bereitgestellt werden soll.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, in der das Mittel zum Kombinieren des gespeicherten Datensatzes mit den Daten aus den ersten Daten ein Mittel zum Durchführen einer Booleschen Verknüpfung umfasst.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, in der die Boolesche Verknüpfung eine Boolesche Multiplikation ist.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30-32, in der zumindest eine Oberfläche aus mehreren Lagen von Außenschichten aufgebaut wird und wobei das Mittel zum Kombinieren vorgesehen ist, um die Daten von jeder der mehreren Lagen der Außenschicht zu kombinieren.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-33, in der ein Mittel bereitgestellt wird, um eine weitere Objektdarstellung (1041) auszuwählen, die zumindest eine vertikale Oberfläche und eine flache Oberfläche (1042) hat und zum Orientieren der weiteren Objektdarstellung (1041) in Bezug auf die erste genannte Objektdarstellung (1041), so dass die flache Oberfläche (1042) und/oder die vertikale Oberfläche der weiteren Objektdarstellung (1041) nahe einer nahezu flachen Oberfläche der ersten genannten Objektdarstellung angeordnet ist,

ein Mittel zum Durchführen einer Booleschen Verknüpfung zwischen den Objektdarstellungen, um eine modifizierte ersten Darstellung des Objekts zu bilden, die eine flache Oberfläche oder eine vertikale Oberfläche (1043) umfasst, die an der nahezu flachen Oberfläche der ersten Objektdarstellung gebildet wird und in der das Mittel zum Bilden der Sickerbohrung oder Entlüftungsöffnung (1032, 1033, 1034) die Sickerbohrung oder Entlüftungsöffnung (1032, 1033, 1034) in der flachen oder vertikalen Oberfläche der modifizierten Objektdarstellung bildet.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-34, in der die Vorrichtung die Entlüftungsöffnungen oder Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) durch einen Ort und eine Dimension spezifiziert.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, ferner aufweisend: einen Speicher zum Speichern von einer von mehreren voreingestellter Dimensionen für eine Entlüftungsöffnung oder eine Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) und die ein Mittel umfasst, zur Auswahl der Dimension der Entlüftungsöffnung oder Sickerbohrung (1032, 1033, 1043) aus der einen oder der mehreren voreingestellten Dimensionen.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-36, in der das Mittel zum Bilden der Entlüftungsöffnung oder Sickerbohrung (1033, 1034) eine Sickerbohrung in einem nach unten gerichteten Bereich mit einer größeren Dimension bildet, als die Dimension einer Entlüftungsöffnung (1032) in einem nach oben gerichteten Bereich.

38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-37, bei der das verfestigbare Material eine fotopolymerisierbare Flüssigkeit ist.

39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-38, ferner aufweisend eine Quelle zur synergistischen Stimulation, in der die Schichten selektiv der synergistischen Stimulation gemäß der Daten ausgesetzt werden.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, in der die Quelle der synergistischen Stimulation eine Quelle von ultravioletter Strahlung umfasst.

41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-40, zum Bereitstellen einer Entlüftungsöffnung oder einer Sickerbohrung (1032, 1033, 1034) in einem dreidimensionalen Objekt nach dem Verfahren einer der Ansprüche 1-20.