IT201600124372A1

IT201600124372A1 - Macchina stereolitografica con gruppo ottico perfezionato

Info

Publication number: IT201600124372A1
Application number: IT102016000124372A
Authority: IT
Inventors: Ettore Maurizio Costabeber
Original assignee: Dws Srl
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2018-06-07
Also published as: US20190366624A1; JP6865829B2; JP2020504032A; KR102218252B1; CN110267795A; TW201821244A; US11433602B2; WO2018104885A1; KR20190089964A; EP3551435B1; EP3551435A1

Description

MACCHINA STEREOLITOGRAFICA CON GRUPPO OTTICO PERFEZIONATO.

DESCRIZIONE

L’invenzione concerne una macchina stereolitografica del tipo atto a realizzare oggetti tridimensionali mediante una pluralità di strati sovrapposti, in cui ciascuno strato viene ottenuto per solidificazione selettiva di una sostanza fluida nelle aree corrispondenti al volume dell'oggetto da produrre.

Inoltre, l’invenzione riguarda un metodo di realizzazione di oggetti tridimensionali mediante un processo stereolitografico attuato tramite la macchina stereolitografica dell’invenzione.

Una macchina stereolitografica di tipo noto comprende un contenitore in cui è disposta la sostanza fluida, generalmente una resina fotosensibile allo stato liquido o pastoso.

La macchina comprende inoltre una sorgente che, generalmente, è di tipo luminoso, che emette una radiazione atta a solidificare la sostanza fluida.

Un gruppo ottico provvede a convogliare la suddetta radiazione verso una superficie di riferimento disposta all'interno del contenitore, che corrisponde alla superficie dello strato dell'oggetto da solidificare più prossima al suddetto gruppo ottico.

L'oggetto tridimensionale in formazione viene supportato da una piastra di modellazione, la quale è mobile verticalmente rispetto al contenitore in modo da poter disporre l'ultimo strato solidificato dell'oggetto in posizione adiacente alla suddetta superficie di riferimento.

In questo modo, dopo che ciascuno strato è stato solidificato, la piastra di modellazione viene movimentata in modo da disporre lo strato solidificato nuovamente adiacente la superficie di riferimento, dopodiché il processo può venire ripetuto per lo strato successivo. Le macchine stereolitografiche del tipo suddetto si suddividono in due forme esecutive principali.

Una prima delle suddette forme esecutive prevede che la superficie di riferimento sia disposta adiacente al fondo del contenitore, il quale è trasparente alla radiazione.

In questo caso, la sostanza fluida viene irradiata dal basso e l'oggetto tridimensionale viene formato inferiormente alla piastra di modellazione.

La seconda forma esecutiva prevede che la superficie di riferimento sia disposta in corrispondenza della superficie libera della sostanza fluida.

In questo secondo caso, la sostanza fluida viene irradiata dall'alto e l'oggetto tridimensionale viene formato superiormente alla piastra di modellazione.

E’ noto che, per entrambe le suddette forme esecutive, il convogliamento della radiazione nei diversi punti della superficie di riferimento è ottenuto con un singolo gruppo ottico, scelto tra diversi gruppi ottici di tipo noto.

In particolare, una prima tipologia di gruppo ottico comprende una matrice di specchi che possono venire controllati singolarmente in modo da proiettare sulla superficie di riferimento l'immagine dello strato dell'oggetto.

Ancora più specificatamente, ciascuno specchio può assumere due diverse posizioni, una posizione attiva in cui la radiazione viene riflessa verso un punto corrispondente della superficie di riferimento ed una posizione passiva in cui la radiazione viene riflessa verso una zona di dispersione.

Tale tipologia di gruppo ottico è nota nel gergo tecnico come proiettore “Digital Light Processing” o con l’acronimo DLP.

Le suddette matrici di specchi sono in grado di illuminare contemporaneamente tutta la superficie di riferimento, consentendo di ottenere ciascuno strato mediante un'unica esposizione e, quindi, in modo particolarmente rapido.

Tuttavia, le matrici di specchi presentano una definizione limitata, con l'inconveniente di ottenere oggetti con bordi, o superfici esterne, irregolari.

Un ulteriore limite dei sistemi suddetti sta nel fatto che l'immagine che essi generano presenta un'intensità luminosa uniforme su tutta la sua superficie di riferimento.

Pertanto, sorge l'inconveniente che tali sistemi non consentono di modulare la potenza luminosa nelle diverse zone della superficie di riferimento.

Un secondo tipo di gruppo ottico, presente nelle macchine stereolitografiche dell’arte nota, in alternativa alle suddette matrici di specchi, prevede di convogliare la radiazione in un unico punto della superficie di riferimento e di movimentare tale punto in modo da poter illuminare progressivamente tutta la porzione della superficie di riferimento corrispondente al volume dell'oggetto.

Rispetto al tipo di gruppo ottico precedentemente descritto, questo presenta il vantaggio di poter dirigere il fascio luminoso in un punto qualsiasi della superficie di riferimento, facendogli percorrere traiettorie continue e ottenendo, quindi, oggetti che sono esenti da irregolarità.

Inoltre, questo tipo di gruppi ottici consente, vantaggiosamente, di modificare l'intensità luminosa nelle diverse zone della superficie di riferimento.

Ancora più in dettaglio, una nota forma esecutiva del gruppo ottico del secondo tipo sopra descritto prevede una sorgente laser che viene movimentata su due assi ortogonali tramite un dispositivo meccanico.

Questa forma esecutiva presenta gli inconvenienti che la movimentazione del fascio luminoso è piuttosto lenta e che, inoltre, il dispositivo meccanico di movimentazione può andare incontro a rotture e, quindi, richiede una certa manutenzione.

In alternativa, una diversa forma esecutiva di gruppo ottico del secondo tipo prevede di utilizzare una sorgente fissa, solitamente una sorgente laser, ed una coppia di specchi disposti in serie uno all'altro, solitamente una testa galvanometrica, per dirigere il fascio luminoso. Ciascuno specchio è motorizzato per poter ruotare attorno ad un rispettivo asse di rotazione ortogonale all'asse dell'altro specchio, in modo tale che la combinazione delle loro rotazioni permetta di dirigere il fascio in un punto qualsiasi della superficie di riferimento. Rispetto al sistema che prevede il movimento del laser citato in precedenza, quello appena descritto presenta i vantaggi di consentire un'elevata rapidità di movimentazione del fascio, dovuta alla minor inerzia degli specchi galvanometrici, ed una maggiore affidabilità, dovuta al minor numero di componenti meccanici.

Nonostante i suddetti vantaggi, tale gruppo ottico del secondo tipo, cioè quello che prevede di convogliare la radiazione in un unico punto della superficie di riferimento, presenta svantaggiosamente l’inconveniente di allungare i tempi di solidificazione delle porzioni della suddetta superficie di riferimento che appartengono al volume dell’oggetto da realizzare, in quanto è necessario, come detto in precedenza, movimentare il suddetto punto convogliato progressivamente su tutti i punti che costituiscono ciascuna di tali porzioni.

La presente invenzione si prefigge di superare tutti gli inconvenienti sopra menzionati appartenenti all'arte nota.

In particolare, è scopo dell'invenzione realizzare una macchina stereolitografica che consenta di ottenere oggetti con un’elevata definizione e allo stesso tempo consenta di attuare il processo stereolitografico per la realizzazione di tale oggetto in modo rapido. Ancora, è scopo dell’invenzione realizzare una macchina stereolitografica di tipo versatile, in grado cioè di adattare la propria modalità di esecuzione del processo stereolitografico in base alle caratteristiche dell’oggetto tridimensionale da realizzare, al fine di ottenere un compromesso ottimale tra rapidità di esecuzione e qualità dell’oggetto prodotto.

I suddetti scopi vengono raggiunti da una macchina stereolitografica realizzata in accordo con la rivendicazione principale.

Ulteriori caratteristiche di dettaglio dell'invenzione vengono date nelle relative rivendicazioni dipendenti.

Fa parte dell’invenzione anche il metodo di realizzazione di oggetti tridimensionali mediante l’applicazione di un processo stereolitografico attuato tramite la macchina stereolitografica dell’invenzione.

I suddetti scopi e vantaggi, assieme ad altri che verranno menzionati in seguito, appariranno evidenti durante la seguente descrizione di alcune preferite forme esecutive dell'invenzione che vengono date, a titolo indicativo ma non limitativo, con riferimento alle tavole di disegno allegate dove:

- le figg. 1 e 2 rappresentano schematicamente la macchina stereolitografica dell’invenzione secondo una prima forma esecutiva preferita, rispettivamente in una vista laterale e in una vista assonometrica;

- le figg. 3 e 4 rappresentano schematicamente la macchina stereolitografica dell’invenzione secondo una forma esecutiva alternativa rispetto alla prima forma esecutiva preferita di figg. 1 e 2, rispettivamente in una vista laterale e in una vista assonometrica; - la fig. 5 rappresenta un esempio di oggetto tridimensionale realizzabile mediante il metodo dell’invenzione utilizzando la macchina stereolitografica dell’invenzione;

- la fig. 6 rappresenta in vista sezionata secondo il piano di sezione π rappresentato in fig. 5, la zona interna e la zona superficiale che definiscono uno strato del corpo centrale dell’oggetto tridimensione di fig. 5.

La macchina stereolitografica dell'invenzione, indicata nelle figg. 1 e 2 complessivamente con 1, consente di produrre un oggetto tridimensionale O mediante un processo stereolitografico che prevede di sovrapporre uno sull'altro una pluralità di strati S ottenuti tramite esposizione selettiva di una sostanza fluida R ad almeno una radiazione predefinita RL atta a solidificarla.

Preferibilmente, la suddetta sostanza fluida R è una resina liquida fotosensibile e la radiazione predefinita RL è una radiazione luminosa accordata nel campo del visibile o dell'ultravioletto.

Evidentemente, in varianti esecutive dell'invenzione, la sostanza fluida R può essere di natura qualsivoglia, liquida o pastosa, purché atta a solidificare quando esposta ad una radiazione predefinita RL. La macchina stereolitografica 1 comprende inoltre un contenitore 2 per la suddetta sostanza fluida R ed una piastra di modellazione 6 per supportare l'oggetto O in formazione, motorizzata secondo un asse di movimentazione verticale Z.

La macchina 1 comprende almeno una sorgente 3, come verrà specificato di seguito, per emettere la suddetta radiazione predefinita RL ed un gruppo ottico 4 atto a dirigere la radiazione RL verso una o più porzioni qualsiasi di una superficie di riferimento SR, che corrisponde alla superficie più prossima a tale gruppo ottico 4 dello strato S di sostanza fluida R in via di solidificazione.

Preferibilmente, la suddetta superficie di riferimento SR è piana ed è disposta adiacente al fondo 2a del contenitore 2, come si osserva in fig. 1.

In questo caso, il gruppo ottico 4 è configurato per dirigere la radiazione predefinita RL dal basso verso l'alto in modo da farla incidere sul fondo 2a.

Inoltre, il fondo 2a è trasparente alla radiazione RL in modo che quest'ultima possa colpire la sostanza fluida R disposta in prossimità del fondo stesso per solidificarla.

Secondo questa forma esecutiva, l'oggetto tridimensionale O viene realizzato inferiormente alla piastra di modellazione 6, come si vede in fig. 1.

Una variante esecutiva dell'invenzione, non rappresentata, prevede invece che il gruppo ottico sia configurato per dirigere la radiazione RL dall'alto verso il basso sulla superficie libera della sostanza fluida R presente nel contenitore 2.

In questo caso, l'oggetto viene realizzato superiormente alla piastra di modellazione 6.

In entrambe le suddette varianti esecutive, la macchina stereolitografica 1 comprende un'unità logica di comando 5 configurata per controllare il gruppo ottico 4 e/o la sorgente 3 in modo da esporre la sostanza fluida R alla radiazione RL selettivamente in corrispondenza di una o più porzioni predefinite della superficie di riferimento SR.

Nello specifico, le suddette porzioni predefinite sono relative alle porzioni di volume che corrispondono, di volta in volta, a ciascuno strato S dell'oggetto tridimensionale O.

Secondo l'invenzione, il gruppo ottico 4 comprende un primo sottogruppo ottico 41 configurato per essere esposto alla suddetta radiazione RL predefinita

in modo da proiettare istantaneamente e integralmente sulla superficie di riferimento SR l'immagine di una prima porzione predefinita da solidificare dell’oggetto tridimensionale O.

Secondo la preferita forma esecutiva dell’invenzione, in particolare, tale primo sottogruppo ottico 41 è provvisto di una matrice di specchi 411 configurati per essere controllati singolarmente in modo, appunto, da proiettare, quando esposti alla suddetta radiazione RL, istantaneamente e integralmente sulla superficie di riferimento SR l’immagine della suddetta prima porzione predefinita da solidificare. In particolare, tale primo sottogruppo ottico 41 comprende un così detto proiettore Digital Light Processing o DLP.

Tale primo sottogruppo ottico 41, nello specifico la matrice di specchi 411, come già detto nella trattazione dell’arte nota, consente dunque di illuminare contemporaneamente tutti i punti di ciascuna prima porzione della superficie di riferimento SR che definisce il volume dell’oggetto tridimensionale O, permettendo di eseguire, per ciascun strato S, la solidificazione di ciascuna delle suddette prime porzioni mediante un'unica esposizione e, quindi, in modo particolarmente rapido.

Secondo alcune varianti esecutive dell’invenzione, non rappresentate nelle figure, il primo sottogruppo ottico 41 potrebbe comprendere al posto della matrice di specchi 411 un LCD, un sistema LCoS o D-ILA, purché anche secondo queste varianti esecutive, il primo sottogruppo ottico 41 sia configurato comunque per essere esposto alla radiazione RL e purché sia comunque in grado di riflettere la suddetta radiazione RL in modo da proiettare istantaneamente e integralmente sulla superficie di riferimento SR l'immagine di una prima porzione predefinita da solidificare dell’oggetto tridimensionale O.

Ancora, un’ulteriore variante esecutiva dell’invenzione, non rappresentata nelle figure, potrebbe prevedere che il suddetto primo sottogruppo ottico 41 comprenda un sistema così detto in gergo “Direct Mask”, che consiste nell’interporre tra la sorgente 3 e la superficie di riferimento SR un film trasparente opportunamente oscurato in corrispondenza delle porzioni attraverso cui non si intende far passare la radiazione RL generata dalla stessa sorgente 3. In tal modo pertanto si definisce una maschera che consente di far passare la radiazione RL e quindi di proiettare istantaneamente e integralmente tale radiazione RL solo in corrispondenza delle porzioni della superficie di riferimento SR che si intende solidificare.

Ulteriormente, sempre secondo l’invenzione, il gruppo ottico 4 comprende anche un secondo sottogruppo ottico 42 configurato per convogliare selettivamente la radiazione predefinita verso un punto della superficie di riferimento SR e per movimentare tale punto in modo da esporre progressivamente una seconda porzione della superficie di riferimento SR corrispondente ad una seconda porzione del volume del suddetto oggetto tridimensionale O.

In questo caso, la radiazione puntiforme generata dal suddetto secondo sottogruppo ottico 42 e la possibilità di muovere tale radiazione puntiforme lungo la suddetta superficie di riferimento SR consente di percorrere traiettorie continue, ottenendo, quindi, oggetti molto definiti ed esenti da irregolarità.

Secondo la preferita forma esecutiva dell’invenzione, il secondo sottogruppo ottico 42 comprende una coppia di specchi 421 disposti in serie uno all'altro in modo da convogliare la radiazione RL verso un punto della superficie di riferimento SR e per movimentare tale punto in modo da esporre progressivamente una seconda porzione della stessa superficie di riferimento SR. Ancora più in dettaglio, preferibilmente ma non necessariamente, tale coppia di specchi 421 appartiene ad una testa galvanometrica.

Non è escluso, tuttavia, che, secondo una forma esecutiva alternativa dell’invenzione non rappresentata nelle figure, ciascuno specchio della suddetta coppia di specchi 421 è uno micro-specchio appartenente ad un relativo sistema ottico elettromeccanico miniaturizzato (MOEMS) provvisto di una struttura di supporto e di mezzi di articolazione, entrambi associati a tale micro-specchio per definire per lo stesso micro-specchio un asse di rotazione. In altri termini il secondo sottogruppo ottico 42 comprende due sistemi ottici elettromeccanici miniaturizzati (MOEMS), ciascuno dei quali oltre a prevedere un micro-specchio, la struttura di supporto e i mezzi di articolazione, comprende anche mezzi attuatori atti a movimentare il relativo micro-specchio attorno a tale asse.

Non è escluso, tuttavia, che secondo ulteriori varianti esecutive dell’invenzione, tale secondo sottogruppo ottico 42 possa prevedere una struttura differente da quelle descritte sopra, purché esso sia configurato per convogliare selettivamente la radiazione RL predefinita verso un punto della superficie di riferimento SR e per movimentare tale punto in modo da esporre progressivamente una seconda porzione della stessa superficie di riferimento SR.

Per quanto riguarda l’unità logica di comando 5, secondo l’invenzione, essa è configurata per controllare il primo sottogruppo ottico 41 e il secondo sottogruppo ottico 42 in modo indipendente l’uno dall’altro.

Ciò significa che l’unità logica di comando 5 è in grado, per ogni strato S da solidificare dell’oggetto tridimensionale O, di scegliere se utilizzare il primo sottogruppo ottico 41 per l’esposizione alla suddetta radiazione RL di almeno una prima porzione della superficie di riferimento SR e utilizzare il secondo sottogruppo ottico 42 per l’esposizione alla stessa radiazione RL di almeno una seconda porzione della superficie di riferimento SR. Alternativamente, l’unità logica di comando 5 è in grado di scegliere se utilizzare esclusivamente il primo sottogruppo ottico 41 o, ancora, esclusivamente il secondo sottogruppo ottico 42 per la solidificazione di tutte le porzioni di superficie di riferimento SR che definiscono il volume del suddetto oggetto tridimensionale O, per ciascun singolo strato S. Va precisato che, l’unità logica di comando 5 è configurata per operare tale scelta in modo indipendente tra strato e strato. Di seguito verranno descritti alcuni criteri, secondo l’invenzione, per la discriminazione, per ciascun strato S, delle prime porzioni della superficie di riferimento SR da solidificare mediante il primo sottogruppo ottico 41 e delle seconde porzioni della stessa superficie di riferimento SR da solidificare mediante il secondo sottogruppo ottico 42.

Tuttavia, è chiaro fin d’ora che, tenendo in considerazione gli specifici vantaggi tecnici, menzionati in precedenza, ottenibili con l’uno o con l’altro dei due sottogruppi ottici 41 e 42, la logica di discriminazione dell’invenzione prevede di scegliere l’utilizzo del primo sottogruppo ottico 41 nel momento in cui è necessario esporre alla suddetta radiazione RL e solidificare una porzione della superfice di riferimento SR di ampie dimensioni e che non richiede una elevata definizione dei propri bordi, mentre tale logica prevede di scegliere l’utilizzo del secondo sottogruppo ottico 42 nel momento in cui è necessario esporre e solidificare una porzione della superfice di riferimento SR poco estesa, ma richiede una elevata definizione dei propri bordi.

Per quanto riguarda la radiazione RL predefinita e, pertanto, la sorgente 3 di tale radiazione RL predefinita, la preferita forma esecutiva della macchina stereolitografica 1 dell’invenzione, prevede la presenza di una prima sorgente 31 di una prima radiazione RL1 predefinita direzionata verso il primo sottogruppo ottico 41 e di una seconda sorgente 32 di una seconda radiazione RL2 predefinita direzionata verso il secondo sottogruppo ottico 42.

In particolare, per quanto riguarda la prima sorgente 31, essa è configurata per generare una prima radiazione RL1 di ampie dimensioni, preferibilmente di dimensioni maggiori rispetto all’area definita dalla suddetta matrici di specchi 411, in modo da poter illuminare un elevato numero, se non la totalità, dei suddetti specchi. Ciò consente, pertanto, di riflettere la prima radiazione RL1 incidente la matrice di specchi 411 verso la superficie di riferimento SR, avendo la possibilità di sfruttare l’intera area definita dalla stessa matrice di specchi 411.

Per quanto riguarda, invece, la seconda sorgente 32, essa preferibilmente ma non necessariamente, è una sorgente laser 321 che genera un fascio di luce puntuale il quale, a sua volta, è direzionato in modo da incidere in sequenza la suddetta coppia di specchi 421 appartenenti al secondo sottogruppo ottico 42.

Preferibilmente ma non necessariamente, la sorgente laser 321 è scelta ed è gestita in modo che la dimensione dello spot del fascio laser generato risulti compresa tra 1 mm e 1,5 mm in corrispondenza del punto di incidenza della suddetta superficie di riferimento SR.

Secondo, tale preferita forma esecutiva dell’invenzione, l’unità logica di comando 5 è configurata per controllare il primo sottogruppo ottico 41 e/o la relativa prima sorgente di radiazione 31 in modo da esporre almeno una prima porzione predefinita della superficie di riferimento SR alla prima radiazione RL1 e contemporaneamente o alternativamente, per ogni strato S, per controllare il secondo sottogruppo ottico 42 e/o la seconda sorgente 32 in modo da esporre almeno una seconda porzione della superficie di riferimento SR alla seconda radiazione RL2.

Secondo una forma esecutiva alternativa dell’invenzione rappresenta nelle figg. 3 e 4, non è escluso, tuttavia, che la macchina stereolitografica 1 preveda un’unica sorgente 3 della radiazione predefinita RL configurata per irradiare, ovviamente in alternativa, il primo sottogruppo ottico 41 e il secondo sottogruppo ottico 42.

Nelle suddette due figg. 3 e 4 la sorgente 3 è rappresentata in modo figurato disposta in entrambe tali due situazioni alternative.

Seconda tale forma esecutiva alternativa, l'unità logica di comando 5 è configurata, pertanto, per controllare la sorgente 3 in modo da direzionare la radiazione predefinita RL alternativamente verso il primo sottogruppo ottico 41 e verso il secondo sottogruppo ottico 42. Tuttavia, in questa ultima forma esecutiva alternativa dell’invenzione, l’unità logica di comando 5 è configurata anche per variare la dimensione della radiazione RL emessa dalla suddetta sorgente 3 poiché, come appare chiaro, nel caso di utilizzo del primo sottogruppo ottico 41 è necessario irradiare un elevato numero di specchi appartenenti alla suddetta matrice di specchi 411, mentre nel caso di uso del secondo sottogruppo ottico 42, lo spot del fascio luminoso deve evidentemente essere di tipo puntiforme (da 1 mm a 1,5 mm). In particolare, tale forma esecutiva alternativa dell’invenzione, prevede che la suddetta unica sorgente 3, preferibilmente ma non necessariamente, sia una sorgente laser il cui fascio luminoso emesso possa essere variato in dimensioni, in base a quale dei due sottogruppi ottici 41 e 42 debba irradiare.

Un ulteriore aspetto dell’invenzione riguarda il metodo per la realizzazione di un oggetto tridimensionale O mediante un processo stereolitografico eseguito tramite la macchina stereolitografica dell’invenzione 1, avete le caratteristiche descritte in precedenza, comprese le varianti esecutive.

Nell’attuale contesto, per oggetto tridimensionale O si intende l’insieme degli elementi comprendenti il vero e proprio corpo principale CP dell’oggetto tridimensionale O, cioè l’elemento che si intende effettivamente produrre, una base di supporto BS necessaria per attuare il processo stereolitografico e una pluralità di elementi di supporto ES atti a collegare la base di supporto BS allo stesso corpo principale CP.

Per maggiore comprensione di quali siano gli elementi che compongono un oggetto tridimensione O secondo il contesto attuale, si riporta in fig. 5 un esempio in cui il corpo principale CP è rappresentato da una sfera collegata alla base di supporto BS mediante la suddetta pluralità di elementi di supporto ES, comprendenti in particolare una pluralità di colonnine di supporto. Ritornando al metodo per la realizzazione di un oggetto tridimensionale O mediante un processo stereolitografico e la macchina stereolitografica 1 dell’invenzione, come è noto, esso deve prevede di distendere uno strato S della sostanza fluida R all’interno del contenitore 2 in modo da definire una superficie di riferimento SR e di esporre almeno una porzione della suddetta superficie di riferimento SR alla radiazione predefinita RL.

Chiaramente la porzione della suddetta superficie di riferimento SR da esporre alla radiazione RL predefinita rappresenta la porzione di volume nello specifico strato S dell’oggetto tridimensionale O da realizzare.

Il metodo prevede, quindi, di ripetere tale distensione e tale esposizione per tutti gli strati S consecutivi che definiscono l’oggetto tridimensionale O.

Secondo l’invenzione, il metodo prevede, per ciascun strato S, di esporre alla suddetta radiazione RL le porzioni della superficie di riferimento SR relative alla base di supporto BS dell’oggetto tridimensionale O mediante l’utilizzo, preferibilmente in modo esclusivo, del primo sottogruppo ottico 41 appartenente alla macchina stereolitografica 1.

Infatti, vantaggiosamente, poiché le varie porzioni dei vari strati S che definiscono la base di supporto BS presentano una dimensione ampia e allo stesso tempo non richiedono un’elevata definizione, l’utilizzo del primo sottogruppo ottico 41 consente di ridurre drasticamente i tempi di realizzazione della suddetta base di supporto SB rispetto ad un potenziale utilizzo del secondo sottogruppo ottico 42.

Preferibilmente ma non necessariamente, il metodo dell’invenzione prevede, per ogni strato S, di esporre alla radiazione RL mediante il primo sottogruppo ottico 41 anche le porzioni della superficie di riferimento SR relative agli elementi di supporto ES dello stesso oggetto tridimensionale O.

In questo caso, tuttavia, il vantaggio di una maggiore rapidità di esecuzione del processo stereolitografico per la realizzazione degli elementi di supporto ES con l’uso del primo sottogruppo ottico 41 rispetto all’uso del secondo sottogruppo ottico 42, non è così evidente come nel caso della base di supporto BS, in quanto la dimensione di ciascuna singola porzione relativa ad un elemento di supporto ES non risulta alquanto ampia.

Il vantaggio ottenuto con l’utilizzo del primo sottogruppo ottico 41 piuttosto che del secondo sottogruppo ottico 42 per la realizzazione degli elementi di supporto ES appare evidente nel momento in cui il numero degli stessi elementi di supporto ES è elevato. Infatti, con l’uso del primo sottogruppo ottico 41 è possibile solidificare contemporaneamente, per ciascun singolo strato S che riguarda gli elementi di supporto ES, la pluralità di porzioni relative gli stessi elementi di supporto ES, mentre nel caso di utilizzo del secondo sottogruppo ottico 42 la solidificazione di ciascuna delle suddette porzione avviene necessariamente in momenti temporali distinti.

Chiaramente, poiché gli elementi di supporto ES così come la base di supporto BS, al termine del processo stereolitografico vengono separati dal corpo principale CP, avendo esaurito la loro funzione, anche in questo caso non è di fondamentale importanza il livello di definizione con cui essi sono stati realizzati.

Non è escluso, tuttavia, che secondo differenti forme esecutive del metodo dell’invenzione, gli elementi di supporto ES possano essere realizzati utilizzando il secondo sottogruppo ottico 42.

Ulteriormente, secondo la preferita forma esecutiva del metodo dell’invenzione, è previsto, per ciascuna delle porzioni da solidificare della superficie di riferimento SR relative al corpo principale CP dell’oggetto tridimensionale O, di distinguere le zone superficiali ZS dalle zone interne ZI della suddetta porzione, come rappresentato schematicamente in fig. 6.

Una volta eseguita tale distinzione il metodo prevede di procedere all’esposizione delle suddette zone interne ZI mediante l’utilizzo del primo sottogruppo ottico 41 e di procedere all’esposizione delle zone superficiali ZS mediante l’utilizzo del secondo sottogruppo ottico 42. Tale procedura risulta in linea con la logica generale descritta in precedenza. Infatti, poiché le zone interne ZI di ciascuna porzione del corpo principale CP possono presentare una dimensione ampia ma, essendo interne, non richiedono un’elevata definizione, è conveniente solidificarle con l’uso del primo sottogruppo ottico 41, mentre per le zone superficiali ZS o di bordo, avendo sostanzialmente un’estensione limitata, almeno in spessore, ma richiedendo invece un’elevata definizione, in quanto rappresentano appunto la superficie in vista del reale oggetto O che si intende produrre, è più adeguato l’uso del secondo sottogruppo ottico 42.

Non è escluso, anche in questo caso che secondo varianti esecutive del metodo dell’invenzione, che le porzioni di superficie di riferimento SR per ciascuno strato S relative al corpo principale CP possano essere realizzate mediante l’utilizzo esclusivo del primo sottogruppo ottico 41 o mediante l’utilizzo esclusivo del secondo sottogruppo ottico 42.

Ulteriormente, non è escluso che, secondo una variante esecutiva del metodo dell’invenzione, la distinzione delle zone superficiali ZS e delle zone interne ZI delle suddette porzioni relative al corpo principale CP e il conseguente uso del primo o del secondo sottogruppo ottico 41 e 42 per la realizzazione rispettivamente delle prime e delle seconde, possano essere previsti indipendentemente dal metodo utilizzato per realizzare le porzioni della superficie di riferimento SR di ciascuno strato S relative alla base di supporto BS e/o agli elementi di supporto ES.

In base a quanto detto quindi la macchina stereolitografica 1 dell’invenzione e il metodo di realizzazione di un oggetto tridimensionale dell’invenzione raggiungono tutti gli scopi prefissati. In particolare, è raggiunto lo scopo di realizzare una macchina stereolitografica che consenta di ottenere oggetti con un’elevata definizione e allo stesso tempo consenta di attuare il processo stereolitografico per la realizzazione di tale oggetto in modo rapido. Inoltre, è raggiunto lo scopo di realizzare una macchina stereolitografica di tipo versatile, in grado cioè di adattare la propria modalità di attuazione del processo stereolitografico in base alle caratteristiche dell’oggetto tridimensionale da realizzare, al fine di ottenere un compromesso ottimale tra rapidità di esecuzione e qualità dell’oggetto prodotto.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Macchina stereolitografica (1) per la realizzazione di un oggetto tridimensionale (O), del tipo comprendente: - un contenitore (2) per una sostanza fluida (R) atta a venire solidificata a strati (S) tramite esposizione ad almeno una radiazione predefinita (RL, RL1, RL2); - almeno una sorgente (3, 31, 32) di detta almeno una radiazione predefinita (RL, RL1, RL2); - un gruppo ottico (4) configurato per dirigere detta almeno una radiazione (RL, RL1, RL2) verso una superficie di riferimento (SR) di detta sostanza fluida (R) disposta all’interno di detto contenitore (2); - un'unità logica di comando (5) configurata per controllare detto gruppo ottico (4) e/o detta almeno una sorgente di radiazione (3, 31, 32) in modo da esporre almeno una porzione di detta superficie di riferimento (SR) a detta radiazione (RL, RL1, RL2); caratterizzata dal fatto che: - detto gruppo ottico (4) comprende: - un primo sottogruppo ottico (41) configurato per essere esposto a detta almeno una radiazione (RL, RL1, RL2) in modo da proiettare istantaneamente su detta superficie di riferimento (SR) l'immagine di una prima porzione da solidificare corrispondente a una porzione di volume di detto oggetto tridimensionale (O); - un secondo sottogruppo ottico (42) configurato per convogliare selettivamente detta almeno una radiazione (RL, RL1, RL2) verso un punto di detta superficie di riferimento (SR) e per movimentare detto punto in modo da esporre progressivamente una seconda porzione da solidificare di detta superficie di riferimento (SR) corrispondente ad una porzione di volume di detto oggetto tridimensionale (O); - detta unità logica di comando (5) è configurata per controllare detto primo sottogruppo ottico (41) e detto secondo sottogruppo ottico (42) in modo indipendente l’uno dall’altro.
2) Macchina stereolitografica (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto secondo sottogruppo ottico (42) comprende una coppia di specchi (421) disposti in serie uno all'altro in modo da convogliare detta almeno una radiazione (RL, RL1, RL2) verso un punto di detta superficie di riferimento (SR) e per movimentare detto punto in modo da esporre progressivamente detta seconda porzione di detta superficie di riferimento (SR).
3) Macchina stereolitografica (1) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detta coppia di specchi (421) appartiene ad una testa galvanometrica.
4) Macchina stereolitografica (1) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che ciascuno specchio di detta coppia di specchi (421) è un micro-specchio associato ad una struttura di supporto tramite mezzi di articolazione configurati per definire per detto micro-specchio un asse di rotazione, detto micro-specchio e detta struttura di supporto appartenendo ad un sistema ottico elettromeccanico miniaturizzato (MOEMS), ciascuno di detti due sistemi ottici elettromeccanici miniaturizzati (MOEMS) comprendendo inoltre mezzi attuatori atti a movimentare detto micro-specchio attorno a detto asse (X1, X2).
5) Macchina stereolitografica (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto primo sottogruppo ottico (41) è provvisto di una matrice di specchi (411) configurati per essere controllati singolarmente in modo da proiettare istantaneamente su detta superficie di riferimento (SR) detta immagine di detta una prima porzione da solidificare.
6) Macchina stereolitografica (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che: - detta almeno una sorgente (3, 31, 32) di detta almeno una radiazione predefinita (RL, RL1, RL2) è un’unica sorgente (31) di detta radiazione (RL); - detta un'unità logica di comando (5) è configurata per controllare detta sorgente (3) in modo da direzionare detta radiazione (RL) alternativamente verso detto primo sottogruppo ottico (41) o verso detto secondo sottogruppo ottico (42).
7) Macchina stereolitografica (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzata dal fatto di comprendere una prima sorgente (31) di una prima radiazione predefinita (RL1) direzionata verso detto primo sottogruppo ottico (41) e una seconda sorgente (32) di una seconda radiazione predefinita (RL2) direzionata verso detto secondo sottogruppo ottico (42), detta unità di controllo (5) essendo configurata per controllare detto primo sottogruppo ottico (41) e/o detta prima sorgente (31) in modo da esporre detta prima porzione di detta superficie di riferimento (SR) a detta prima radiazione (RL1) e contemporaneamente o alternativamente per controllare detto secondo sottogruppo ottico (42) e/o detta seconda sorgente (32) in modo da esporre detta seconda porzione di detta superficie di riferimento (SR) a detta seconda radiazione (RL2).
8) Metodo per la realizzazione di un oggetto tridimensionale (O) mediante un processo stereolitografico tramite una macchina stereolitografica (1) del tipo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedente, detto oggetto tridimensionale (O) comprendendo un corpo principale (CP), una base di supporto (BS) ed elementi di supporto (ES) definiti tra detta base di supporto (BS) e detto corpo principale (CP), detto metodo comprendendo le seguenti fasi di: - distendere uno strato (S) di detta sostanza fluida (R) in detto contenitore (2) in modo da definire una superficie di riferimento (SR); - esporre almeno una porzione di detta superficie di riferimento (SR) a detta almeno una radiazione (RL, RL1, RL2); - ripetere detta distensione e detta esposizione per ciascuno strato (S) successivo di detto oggetto tridimensionale (O); caratterizzato dal fatto di prevedere per ciascun strato (S) l’esposizione a detta radiazione (RL, RL1) delle porzioni da solidificare di detta superficie di riferimento (SR) relative almeno a detta base di supporto (BS) di detto oggetto tridimensionale (O) mediante detto primo sottogruppo ottico (41).
9) Metodo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto di prevedere l’esposizione a detta radiazione (RL, RL1) delle porzioni da solidificare di detta superficie di riferimento (SR) relative anche a detti elementi di supporto (ES) di detto oggetto tridimensionale (O) mediante detto primo sottogruppo ottico (41).
10) Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti 8 o 9, caratterizzato dal fatto di prevedere per ciascuna delle porzioni da solidificare di detta superficie di riferimento (SR) relative a detto corpo principale (CP) di detto oggetto tridimensionale (O) di: - distinguere le zone superficiali (ZS) dalle zone interne (ZI) di ciascuna di dette porzioni di detto corpo principale (CP); - procedere all’esposizione di dette zone interne (ZI) di detta porzione di detto corpo principale (CP) mediante l’utilizzo di detto primo sottogruppo ottico (41); - procedere all’esposizione di dette zone superficiali (ZS) di detta porzione di detto corpo principale (CP) mediante l’utilizzo di detto secondo sottogruppo ottico (42).