WO2013182547A1 - Verfahren zum aufbau eines dreidimensionalen formkörpers - Google Patents

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Wolfgang Wachter
Gottfried Rohner
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Technische Universitaet Wien
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    • B29L2031/7532—Artificial members, protheses
    • B29L2031/7536—Artificial teeth

Definitions

  • the invention relates to a method for constructing a shaped body of liquid, photopolymerizable material using lithographic-based generative production (rapid prototyping), in which a layer of viscous, liquid material is defined on a construction platform, the layer in an exposure area with a predetermined contour by exposure is polymerized on the polymerized layer ei ⁇ ne further layer of photopolymerizable material is defi ⁇ defined, the layer last defined Belich ⁇ processing area with the last defined layer pre give ⁇ ner contour is polymerized by exposure in one, and repeating the last two steps be formed until the sequence of hardened layers with layered predetermined contours, a shaped body having a predetermined shape, wherein at least one layer of color within the given Kon ⁇ tur is applied, the building platform movable on ⁇ hangs is and the building platform after the polymerization of a layer in a processing station for polymerizing a layer is performed by processes to a Farbaufbringungsstation as another processing station
  • a method for constructing a shaped body is known from WO 2010/045950 Al, which relates in particular to the construction of dental restorations made of liquid, photopolymerizable materials which can have high viscosity.
  • a building platform is held vertically movable above a tank bottom, which is designed to be translucent.
  • Below the tub floor is a Be ⁇ lichtungshow.
  • the construction platform is first inserted into the photo- Polymerized material lowered so far, between the building platform and the bottom of the tub, only one layer remains with the desired layer thickness of photopolymerizable material. Subsequently, this layer is exposed to a specified differently contour surrounded by the exposure unit and since ⁇ cured by.
  • the methods described above belong to the SD printing techniques (powder bed). Although the entry of colored binder in a powder bed leads to colored components, but their properties are unsatisfactory in various respects.
  • 3D printing techniques the granules either colored and / or the powder surfaces occupied. In both cases, capillary forces result in uncontrolled penetration and bleeding of the paint, so that the coloration does not remain locally selective. Dyeing is thus always associated with a bleeding of the ink due to the properties of a loose powder bed.
  • the end product of 3D printing techniques is always a porous green body, which can not be sintered using ceramic particles into a dense structure with corresponding properties, for example. Here only additional infiltration steps are available, which can potentially lead to a further "carry-over" of the color bodies.
  • the process for the construction of moldings which can serve as dental restorations, should be usable.
  • the process of the construction platform is carried out between different processing stations by rotating a drum-shaped carrier supporting the construction platform about a horizontal or vertical axis of rotation about which processing stations are distributed in the direction of rotation around the axis of rotation.
  • the execution of the method in a turret mechanism in ei ⁇ ner compact arrangement allows, as two (or more) to be traversed sequentially to processing stations in the circumferential direction distributed around the drum-shaped carrier can be arranged and not linearly one behind the other.
  • this possibility is generally opened, corresponding to arrange several construction ⁇ platforms around the periphery of the drum-shaped carrier, the construction platforms can then be processed in parallel in the processing stations.
  • the application of the color with varying colors with a given spatial dependence within the pre ⁇ given contour Preferably, the application of the color with varying colors with a given spatial dependence within the pre ⁇ given contour.
  • the ink is applied to a layer after its polymerization and before the application of another layer.
  • Advantages of printing ei ⁇ ner already polymerized layer are in the control of the drop propagation and the wetting behavior on the polymerized surface.
  • After possible drying or fixation of the applied color-imparting components such as color pigments, which are dispersed or may be suspended, or dyes that can be dissolved, summarized in the fol ⁇ constricting referred to as color, they remain after their upon re-immersion into the photopolymerizable material Cure in place and be incorporated by polymerizing the next layer.
  • the paint is applied to a defined layer of photopolymerizable material prior to curing.
  • the applied ink layer when NE ⁇ kind, fixed, which takes place in suspensions and solutions in photopoly ⁇ merisierbarem material by exposing and for suspensions of pigments or dyes in solution of solvents by evaporation of the solvent. Since this fixing or curing step preferably follows immediately after the application step, the color distribution is maintained without appreciable diffusion or spread of the applied color distribution.
  • any non-solidified coloring material still adhering be removed in a suitable cleaning step, for example by suction or by blowing off.
  • the inking may be performed by a color printer, e.g. an inkjet printer, done directly on the layer.
  • the ink can also be applied by passing through a series of successively arranged nozzles or printheads, each with at least one nozzle, the nozzles or printheads are assigned different colors.
  • the application of the ink may alternatively be effected indirectly by a film transfer process in which the color is first applied to a film in a location-selective manner and from there to the layer to be dyed.
  • the transmission may e.g. by adhesion or use of a dye fixing station under fixation by exposure through the film.
  • the photopolymerizable material is exposed at the bottom of the build platform by exposure from below polymerized a transparent tank bottom.
  • the build platform is raised relative to the tray bottom after each exposure step, and polymerizable material is tracked to define another layer.
  • the build platform if any, with the layers formed thereon is lowered back into the tracking photopolymerizable material so that a layer of predetermined thickness is defined by adjusting the distance above the well bottom. In this embodiment, it is particularly advantageous if the axis of rotation is aligned horizontally.
  • the molded body to be built on the construction platform can be exposed from below, then the carrier is rotated to Farbaufbringungstation and printed there from above, when the Be ⁇ lamination station is rotated by 180 ° about the axis of rotation of the drum-shaped carrier.
  • the construction platform is transferred after the Polymerisati ⁇ on a layer by rotating the drum-shaped carrier to a cleaning station as the next processing station, is removed in the excess polymerizable material that has not been cured in the last exposure step. Subsequently, the build platform is moved on to the ink application station as the next processing station by rotation of the drum-shaped carrier in the color ortselektiv up to the last formed layer is ⁇ introduced.
  • the build platform after the color application in the inking station is moved to a Farbfixierstation as the next processing station by rotation of the drum-shaped carrier in which the applied color is fixed by Verfes ⁇ actuation before the build platform is again rotated to the processing station for polymerizing a layer towards is where another layer of photopolymerizable mate ⁇ material is defined and polymerized.
  • the construction platform is moved between two processing stations by rotating the support holding the construction platform about its vertical axis of rotation and the Ver ⁇ drive between two other processing stations by rotating the platform about a vertical axis of rotation of the support vertical, horizontal axis of rotation by 180 ° , so that on ⁇ consecutive editing done from below and from above.
  • a molded body is constructed on both opposite surfaces of the building platform and the processing of the two moldings is carried out from below and above simultaneously.
  • another building platform is rotatably suspended together with the first building platform on the drum-shaped support in the circumferential direction at a distance from the first so that the further building platform is in the cleaning or Farbaufbringungsstation, if the first building platform in a station to define another Layer is located.
  • a plurality of construction platforms to the axis of rotation ver ⁇ distributed to the drum-shaped carrier is suspended such that when a first build platform for the polymerisation of a further layer located opposite to an exposing unit, a second build platform is located in the cleaning station, a third building platform in the ink applying station and a fourth build platform is in the color fixation station.
  • the processing of the four resulting moldings on the four construction platforms is carried out in parallel time by exposure, by cleaning in the cleaning station, by ink application in the ink application station and by color hardening in the dye fixing.
  • coloring components with UV light (spectrum from 200 to 410 nm) to cure or polymerize or to dry the applied paint by evaporation of solvent during the actual building process under USAGE ⁇ dung (visible light spectrum 380 - 780 nm) or vice versa.
  • Corresponding additives, such as absorbers and Ini ⁇ tiatoren be selected according to the preferred wavelength range.
  • the protected absorbent on the last cured layer protruding portion with ⁇ means of energy of the exposure wavelength Materi ⁇ al, so that it upon exposure of the supernatant be ⁇ Reich polymerization in the underlying region of the last solidified layer is avoided.
  • An indirect film transfer method may also be used in another embodiment to provide photopolymerizable mate rial ⁇ and optional color.
  • a thin film of photopolymerizable material is first applied to the film, for example via a doctor blade system.
  • the film is transported further and the color on the surface is defined at a paint application station and optionally fixed by means of a dye-fixing station.
  • the colored layer of photopolymerizable material can be transferred to the construction platform or the layer last hardened thereon and cured by exposure .
  • FIGS. 1 to 4 show side views of a device for carrying out a method according to the invention in successive method steps
  • FIG. 5 and 6 an apparatus for carrying out an alternative procedure, in plan view from above and in Be ⁇ tenansicht show Fig. 7 shows a side sectional view of a device for carrying out a further alternative procedure, and
  • FIGS 8 and 9 are side views of the apparatus of Figure 7.
  • the device shown in Fig. 1 comprises a trough 10, the trough bottom is at least in a portion transparent or permeable to light of a wavelength ⁇ .
  • This subregion of the trough bottom covers at least the extent of the focal plane of an exposure unit 12, which is arranged below the trough bottom.
  • the exposure unit 12 has a light source and a light modulator, by which the intensity is controlled ortsse ⁇ is set tively by a control unit to generate a flash field with the desired for the currently layer to be formed geometry of the tank bottom.
  • a laser may also be used in the exposure unit, whose light beam successively scans the exposure field with the desired intensity pattern via a movable mirror, which is controlled by a control unit, or an xy laser plotter.
  • the exposure unit 12 with respect to is provided a building platform 1 above the tub 10, which is supported by a lifting mechanism, not shown, so that it is held in essentiallynverstellba ⁇ rer way across the bottom of the trough 10 in the area of the exposure unit 12th
  • the procedure is as follows.
  • the build platform 1 is lowered by the lifting mechanism in a controlled manner so that dips (before the first exposure step) their bottom in the filling of the photopolymer ⁇ lymerisierbarem material and, as much approaches the tub bottom, that between the underside of the build platform 1 and the tank bottom just the desired layer thickness ver ⁇ remains.
  • Belich ⁇ processing unit 12 After adjustment of the layer thickness desired for this layer location-selective exposure followed by Belich ⁇ processing unit 12 in order to harden in the desired shape.
  • the building platform 1 After the formation of the layer, the building platform 1 by means of the lifting mechanism by lifting the same or by lowering the trough 10 again separated from the trough 10. Subsequently photopolymerizable material is tracked in the ima ⁇ depressed area to form again a layer of photopolymer ⁇ lymerisierbarem material that is only slightly thicker than that for the next layer to be formed ⁇ desired layer thickness.
  • a distribution can be effected for example by a doctor or by a so-called spin coating method in which a predetermined amount of material in the center of the tub 10 is applied and the build platform is then put in Rotati ⁇ on to the photopolymerizable material to ei ⁇ ner layer in the desired thickness pull apart.
  • the supplied material represents the basic color of the corresponding layer. This can be varied during the construction process.
  • Figure 2 is indicated by the rectilinear arrow lifting the build platform after curing of a current layer.
  • the building platform 1 is rotatably suspended about a horizontal axis on a drum-shaped cylindrical support 6.
  • the axis of rotation of the carrier 6 is perpendicular to the plane of the figure.
  • Around the drum-shaped support 6 are disposed further processing stations, namely a cleaning station 20, a paint application station 30 and a ink fixing station 40.
  • the construction platform 1 is fed to said processing stations in succession.
  • the build platform 1 is conveyed to the fact already formed part of the shaped body first by rotation of the carrier 6 to a Rei ⁇ nistsstation 20 are ent ⁇ removed in the adhering residues of unpo- lymerinstrumentem material which has not been cured. This can be done, for example mechanically by stripping or preferably contactless by blowing or suction. This processing step is shown in FIG.
  • the build platform 1 is further rotated to the ink applying station 30, in which, as in Fig. 4 spatially selective color on the last formed layer is set ⁇ introduced.
  • This can be done, for example, by an ink-jet printing process in which a suspension of color particles in monomeric material is applied in the desired pattern.
  • the build platform 1 is further rotated to the ink fixing station 40 in which the applied ink is fixed.
  • the paint may also be applied as a solution, which is subjected to a heat treatment in the ink fixing station 40 to evaporate the solvent.
  • all devices for depositing the coloring components in liquid or solid form are applicable, such as pad printing in the case of the film transfer process for providing the color and recording by the platform or component surface.
  • the construction platform 1 is again rotated to the position shown in FIG. 1, in which a new layer of photopolymerizable material is defined and polymerized between the layer last formed and the bottom of the tank. Thereafter, the cycle described begins again from the beginning and is repeated until the successively formed molding has reached the end ⁇ valid desired shape.
  • three further construction platforms 2, 3 and 4 are suspended on the trommei ⁇ shaped support 6.
  • the building platforms 1 - 4 are arranged offset by 90 ° to each other about the carrier 6.
  • This embodiment makes it possible for processing steps to be carried out in parallel on the construction platforms 1-4 in different processing stations.
  • a layer of desired thickness between the last formed layer, and the trough bottom is defined at the construction platform 1 takes place and whose ⁇ from curing by exposure to light of wavelength ⁇ .
  • ink is applied in the paint application station 30 to the last formed layer of the resulting on the build platform 3 molding.
  • the cleaning station is not offset by 90 ° with respect to the tub 10, so that the cleaning step shown in Fig. 3 for removing adherent, uncured material takes place as a separate operation.
  • the cleaning station 20 could also be arranged rotated by 90 ° relative to the trough bottom, so that then the individual processing steps on the building platforms 1-4 could be carried out simultaneously or parallel to one another.
  • the trough 10 and the processing stations 20, 30 and 40 are slidable in the plane of the figure in a controlled manner relative to the building platforms, so that they can adjust their machining position to the stage of the assembly process of each of the building platforms 1 - 4 resulting moldings.
  • the support 6 of the building platforms 1 - 4 about a horizontal (perpendicular to Figu ⁇ renebene stationary) shaft rotatably suspended, so that a re ⁇ volverartige arrangement is given.
  • each newly formed layer on a build platform by curing is printed by ink application in the ink application station 30 in the desired manner.
  • ink application in the ink application station 30 in the desired manner.
  • not every layer must be printed on the resulting molded body, but also single or multiple layers can be formed without applying paint.
  • the color application can also be used for a further purpose, namely when the molded body to be formed has overhangs.
  • an overhang the situation is referred to here, in which a currently to be formed layer in at least one direction on the underlying hardened layer protrudes.
  • the last defined layer in the areas where overhangs of the next layer to be formed can be printed in these areas so that these areas are covered and so in the Be ⁇ clearing the next to be formed, supernatant layer in the area
  • the overhangs can not take place polymerization of the underlying last-formed layer, since it is covered by the applied color.
  • Fig. 5 shows a top plan view of an apparatus suitable for carrying out an alternative procedure.
  • the device has an about a vertical axis of rotation on ⁇ suspended central drum-shaped carrier 6, in 90 ° intervals, four building platforms are suspended from the (the axis of rotation is perpendicular to the pattern plane).
  • the four processing stations ⁇ nen namely trough 10 for layer definition of a layer to be polymerized from photopolymerizable material and for exposure and curing of the so defined further layer, cleaning station 20, ink application station 30 and Farbfi- xierstation 40th
  • Fig. 6 shows a side view of the apparatus of Fig. 5.
  • the building platforms are suspended on the rotatable drum-shaped support 6, which is rotatable about a vertical Z-axis to the building platforms by rotation of the central support 6 from one processing station to the next to move.
  • the building platforms can additionally be suspended from the central support 6 so as to be rotatable about a horizontal axis perpendicular to the Z-axis.
  • the construction platforms can be rotated after a processing step by 180 ° about said horizontal axis on the carrier 6, so that a processing can be done from above and below.
  • This embodiment may be advantageous, for example, in the cleaning station 20, as it may aid in the drainage of excess uncured material by gravity.
  • the exposure with the exposure unit 12 takes place from below through the trough bottom of the trough 10. Subsequently, the support 6 is rotated by 90 ° to the cleaning station 20. In the cleaning station, a build platform 2 is cleaned during the exposure step of the build platform 1, whereby it is rotated about the horizontal axis perpendicular to the Z-axis in order to facilitate the outflow of polymerizable material. Meanwhile, the build platform 3 is printed from above in the ink application station 30. Of course, in principle, the printing can also be done from below. It must then be set for the specific embodiment, the controller so that the build platform is placed in the correct orientation to the respective processing station.
  • FIGS. 7 to 9 show an alternative embodiment of a device suitable for carrying out a method according to the invention.
  • Fig. 7 shows the device again in plan view from above, while in Fig. 8 and 9 schematic ⁇ zier side views are shown.
  • This embodiment differs from the previous ones in that the exposure station with the tub 10 and the cleaning station 20 are spatially combined.
  • the paint application station 30 is spatially combined with the ink fixing station 40.
  • two construction platforms 1, 2 are diametrically opposite arrival at the central Trä ⁇ ger 6 orderly.
  • the build platform 1 is located in the area of the exposure station 10 and the cleaning station 20, while the build platform 2 is located in the area of the ink application station 30 and the ink fixing station 40.
  • the illustrated building panel ⁇ form is rotatably suspended on the central drum-shaped support 6 about a Z-axis vertical, horizontal axis. Since ⁇ may initially one side of the building platform the Farbauf- brin supply station 30 are facing and the color are applied to the top layer of the molded body on this side of the form by Bauplatt ⁇ . After the paint application, the build platform can be rotated by 180 °, so that the layer has been applied to the straight color, then directed down to the ink fuser 40, so that the auf ⁇ brought color can be cured, for example by exposure ,
  • Fig. 9 the device in the region of the tub 10 and the cleaning station 20 is shown.
  • the building platform is raised and rotated about the horizontal axis, so that it is directed to the cleaning ⁇ station 20 too.
  • the carrier 6 is again rotated by 180 ° then, so that after the cleaning ⁇ writing now the ink applying and curing in the Farbauf- brin supply station 30 and Farbfixierstation 40 can be made.
  • the exposure is from below and the build platform is vertically movable to build layer upon layer under the build platform.
  • the present invention is of course applicable to exposure from above.
  • the printing can be done depending on the embodiment from above or from below.
  • the fixing of the color can be achieved by exposure to light using polymer sierbarbarer color or by evaporation of solvent using dissolved in solvent paint.

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Description

VERFAHREN ZUM AUFBAU EINES DREIDIMENSIONALEN FORMKÖRPERS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbau eines Formkörpers aus flüssigem, photopolymerisierbarem Material unter Anwendung einer lithographiebasierten generativen Fertigung (Rapid Prototyping) , bei dem an einer Bauplattform eine Schicht aus viskosem, flüssigen Material definiert wird, die Schicht in einem Belichtungsgebiet mit vorgegebener Kontur durch Belichten polymerisiert wird, an der polymerisierten Schicht ei¬ ne weitere Schicht aus photopolymerisierbarem Material defi¬ niert wird, die zuletzt definierte Schicht in einem Belich¬ tungsgebiet mit für die zuletzt definierte Schicht vorgegebe¬ ner Kontur durch Belichten polymerisiert wird, und die letzten beiden Schritte wiederholt werden, bis durch die Abfolge von ausgehärteten Schichten mit schichtweise vorgegebenen Konturen ein Formkörper mit vorgegebener Form gebildet ist, wobei auf mindestens eine Schicht Farbe innerhalb der vorgegebenen Kon¬ tur aufgebracht wird, wobei die Bauplattform verfahrbar aufge¬ hängt ist und die Bauplattform nach der Polymerisierung einer Schicht in einer Bearbeitungsstation zum Polymerisieren einer Schicht durch Verfahren zu einer Farbaufbringungsstation als weiterer Bearbeitungsstation geführt wird, in der ortsselektiv Farbe auf die zuletzt gebildete Schicht aufgebracht wird, wo¬ nach die Bauplattform wieder zu der Bearbeitungsstation zum Polymerisieren einer weitern Schicht verfahren wird.
Ein Verfahren zum Aufbau eines Formkörpers ist aus WO 2010/045950 AI bekannt, die sich insbesondere auf den Aufbau von Dentalrestaurationen aus flüssigen, photopolymerisierbaren Materialien, die hohe Viskosität aufweisen können. Bei dem bekannten Verfahren wird eine Bauplattform vertikal beweglich über einem Wannenboden gehalten, der lichtdurchlässig ausgebildet ist. Unterhalb des Wannenbodens befindet sich eine Be¬ lichtungseinheit. Die Bauplattform wird zunächst in das photo- polymerisierbare Material soweit abgesenkt, bis zwischen der Bauplattform und dem Wannenboden nur noch eine Schicht mit der gewünschten Schichtdicke aus photopolymerisierbarem Material verbleibt. Anschließend wird diese Schicht mit einer vorgege¬ benen Kontur durch die Belichtungseinheit belichtet und da¬ durch ausgehärtet. Nach Anheben der Bauplattform wird photopo- lymerisierbares Material aus der Umgebung nachgeführt und die Bauplattform erneut abgesenkt, wobei die Absenkung so gesteu¬ ert wird, dass der Abstand zwischen der zuletzt gebildeten Schicht und dem Wannenboden eine Schicht mit der gewünschten Dicke definiert. Danach werden die letzten Schritte so oft wiederholt, bis durch die aufeinanderfolgende Aushärtung von Schichten mit jeweils vorgegebener Kontur ein Formkörper mit der gewünschten Form hergestellt ist.
In DE 698 07 236 T2 wird die Herstellung von Formkörpern beschrieben, wobei pulverförmige Materialien schichtweise aufge¬ bracht und ortsselektiv eine Flüssigkeit als Bindemittel auf¬ gebracht wird. Die Flüssigkeit, die auf jede Schicht aus fein¬ pulverigem Material aufgetragen wird, wird vorzugsweise in Form von einem oder mehreren feinen Tröpfchenstrahlen aufgetragen. Weiter wird erwähnt, dass die Flüssigkeit in Form ei¬ ner Mehrzahl von feinen Tröpfchenstrahlen aufgetragen wird, wobei die Flüssigkeiten in den verschiedenen Strahlen verschiedene Farben besitzen. Dies kann dadurch bewirkt werden, indem ein an sich bekannter Tintenstrahldrucker verwendet wird. Hier wird also das Bindemittel ortsselektiv gleichzeitig mit der gewünschten Farbe aufgebracht. Ähnliche Verfahren sind in DE 697 16 946 T3 und DE 603 10 600 T2 beschrieben.
Die zuvor beschriebenen Verfahren gehören zu den SD- Drucktechniken (Pulverbett) . Der Eintrag von farbigem Bindemittel in ein Pulverbett führt zwar zu farbigen Bauteilen, deren Eigenschaften sind jedoch in verschiedener Hinsicht unbefriedigend. Bei den 3D-Drucktechniken werden die Granulate entweder eingefärbt und/oder die Pulveroberflächen belegt. In beiden Fällen kommt es durch Kapillarkräfte zu einem unkontrollierten Eindringen und Verlaufen der Farbe, so dass die Einfärbung nicht ortsselektiv bleibt. Eine Einfärbung ist hier also stets mit einem Verlaufen der Farbe aufgrund der Eigenschaften einer losen Pulverschüttung verbunden. Das Endprodukt von 3D-Drucktechniken ist stets ein poröser Grünkörper, welcher beispielsweise unter Verwendung keramischer Partikel nicht zu einem dichten Gefüge mit entsprechenden Eigenschaften gesintert werden kann. Hier bieten sich lediglich zusätzliche Infiltrationsschritte an, die potentiell zu einer weiteren „Verschleppung" der Farbkörper führen können.
Aus EP 2 455 211 A2 ist ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt, bei dem sukzessive Schichten aus photopo- lymerisierbarem Material durch Belichtung ausgehärtet werden. Nach dem Aushärten einer Schicht wird der aufzubauende Formkörper aus der Belichtungsstation zu einer Farbaufbringungs- station verfahren, in der selektiv Farbe auf die letzte Schicht aufgebracht wird. Der Verfahren erfolgt durch eine li¬ neare, horizontale Bewegung, durch die der Formkörper zwischen den auf Abstand zueinander liegenden Bearbeitungsstationen hin und her gefahren wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum schichtweisen Aufbau eines Formkörpers aus flüssigem, photopo- lymerisierbarem Material anzugeben, der mit einer gewünschten ortsabhängigen Einfärbung aufbaubar ist, wobei die Bearbeitungsschritte beim Aufbau in einer räumlich kompakten Anordnung und in zeiteffizienter Weise, die grundsätzlich eine parallele Bearbeitung mehrerer Formkörper ermöglicht, ausführbar sein sollen. Insbesondere soll das Verfahren zum Aufbau von Formkörpern, die als Dentalrestaurationen dienen können, einsetzbar sein. Zur Lösung dieser Aufgabe dient das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Erfindungsgemäß wird das Verfahren der Bauplattform zwischen verschiedenen Bearbeitungsstationen durch Drehen eines die Bauplattform an seinem Umfang haltenden, trommeiförmigen Trägers um eine horizontale oder vertikale Drehachse ausgeführt, um dessen Drehachse herum Bearbeitungsstationen in Drehrichtung verteilt angeordnet sind. Dadurch wird einerseits die Ausführung des Verfahrens in einem Revolvermechanismus in ei¬ ner kompakten Anordnung ermöglicht, da zwei (oder mehr) sequentiell zu durchlaufende Bearbeitungsstationen in Umfangs- richtung verteilt um den trommeiförmigen Träger angeordnet werden können und nicht linear hintereinander. Außerdem wird dadurch grundsätzlich die Möglichkeit eröffnet, mehrere Bau¬ plattformen entsprechend um den Umfang des trommeiförmigen Trägers anzuordnen, wobei die Bauplattformen dann in den Bearbeitungsstationen parallel bearbeitet werden können.
Vorzugsweise erfolgt das Aufbringen der Farbe mit variierenden Farben mit vorgegebener Ortsabhängigkeit innerhalb der vorge¬ gebenen Kontur.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Farbe auf eine Schicht nach deren Polymerisierung und vor dem Aufbringen einer weiteren Schicht aufgebracht. Vorteile des Bedruckens ei¬ ner bereits polymerisierten Schicht liegen in der Kontrolle der Tropfenausbreitung und des Benetzungsverhaltens auf der polymerisierten Oberfläche. Nach möglicher Trocknung bzw. Fixierung der aufgebrachten farbgebenden Komponenten wie Farbpigmenten, die dispergiert oder suspendiert sein können, oder Farbstoffen, die gelöst sein können, zusammengefasst im fol¬ genden als Farbe bezeichnet, verbleiben diese beim erneuten Eintauchen in das photopolymerisierbare Material nach ihrer Aushärtung an Ort und Stelle und werden durch Polymerisieren der nächsten Schicht eingebunden.
Alternativ erfolgt die Farbaufbringung auf eine definierte Schicht aus photopolymerisierbarem Material vor deren Aushärtung. Vorzugsweise wird die aufgebrachte Farbschicht, wenn nö¬ tig, fixiert, was bei Suspensionen und Lösungen in photopoly¬ merisierbarem Material durch Belichten und bei Suspensionen von Farbpigmenten bzw. Lösung von Farbstoffen in Lösungsmitteln durch Verdampfen des Lösungsmittels erfolgt. Da dieser Fixierungs- oder Aushärtungsschritt vorzugsweise unmittelbar auf den Aufbringungsschritt folgt, bleibt die Farbverteilung ohne merkliche Diffusion oder Ausbreitung der aufgebrachten Farbverteilung erhalten. Auch in dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass nach der Verfestigung einer Schicht eventuell noch anhaftendes nicht verfestigtes farbgebendes Material in einem geeigneten Reinigungsschritt zu entfernen, z.B. durch Absaugen oder Abblasen.
Die Farbaufbringung kann durch einen Farbdrucker, z.B. einen Tintenstrahldrucker, direkt auf die Schicht erfolgen. Die Farbe kann auch durch Durchlaufen einer Reihe von hintereinander angeordneten Düsen bzw. Druckköpfen mit je mindestens einer Düse aufgebracht werden, wobei den Düsen bzw. Druckköpfen unterschiedliche Farben zugeordnet sind.
Das Aufbringen der Farbe kann alternativ indirekt durch ein Folientransferverfahren erfolgen, bei dem die Farbe zunächst ortsselektiv auf eine Folie aufgebracht und von dort auf die zu färbende Schicht übertragen wird. Die Übertragung kann z.B. durch Adhäsion oder Verwendung einer Farbfixierstation unter Fixierung durch Belichten durch die Folie erfolgen.
Vorzugsweise wird das photopolymerisierbare Material an der Unterseite der Bauplattform durch Belichten von unten durch einen durchsichtigen Wannenboden polymerisiert . Die Bauplattform wird relativ zu dem Wannenboden nach jedem Belichtungsschritt angehoben, und es wird polymerisierbares Material zur Definition einer weiteren Schicht nachgeführt. Vorzugsweise wird nach Nachführung des photopolymerisierbaren Materials die Bauplattform, falls vorhanden, mit den daran gebildeten Schichten, wieder in das nachgeführte photopolymerisierbare Material abgesenkt, so dass durch Einstellung des Abstands über dem Wannenboden eine Schicht mit vorgegebener Dicke definiert wird. In dieser Ausführungsform ist es besonders vorteilhaft, wenn die Drehachse horizontal ausgerichtet ist. Dann kann der aufzubauende Formkörper an der Bauplattform von unten belichtet werden, der Träger dann zur Farbaufbringungstation gedreht und dort von oben bedruckt werden, wenn diese der Be¬ lichtungsstation um 180° um die Drehachse des trommeiförmigen Trägers gedreht gegenüberliegt.
Vorzugsweise wird die Bauplattform wird nach der Polymerisati¬ on einer Schicht durch Drehen des trommeiförmigen Trägers zu einer Reinigungsstation als nächster Bearbeitungsstation überführt, in der überschüssiges polymerisierbares Material, das in dem letzten Belichtungsschritt nicht ausgehärtet worden ist, entfernt wird. Anschließend wird die Bauplattform weiter zu der Farbaufbringungsstation als nächster Bearbeitungsstation durch Drehen des trommeiförmigen Trägers gefahren, in der ortselektiv Farbe auf die zuletzt gebildete Schicht aufge¬ bracht wird.
Vorzugsweise wird die Bauplattform nach der Farbaufbringung in der Farbaufbringungsstation zu einer Farbfixierstation als nächster Bearbeitungsstation durch Drehen des trommeiförmigen Trägers verfahren, in der die aufgebrachte Farbe durch Verfes¬ tigung fixiert wird, bevor die Bauplattform wieder zur Bearbeitungsstation zum Polymerisieren einer Schicht hin gedreht wird, wo eine weitere Schicht aus photopolymerisierbarem Mate¬ rial definiert und polymerisiert wird.
Vorzugsweise erfolgt das Verfahren der Bauplattform zwischen zwei Bearbeitungsstationen durch Drehen des die Bauplattform haltenden Trägers um dessen vertikale Drehachse und das Ver¬ fahren zwischen zwei anderen Bearbeitungsstationen durch Drehen der Bauplattform um eine zur vertikalen Drehachse des Trägers senkrechte, horizontale Drehachse um 180°, so dass auf¬ einanderfolgend eine Bearbeitung von unten und von oben erfolgt .
Vorzugsweise wird auf beiden gegenüberliegenden Oberflächen der Bauplattform jeweils ein Formkörper aufgebaut und erfolgt die Bearbeitung der beiden Formkörper von unten und oben gleichzeitig .
Vorzugsweise ist eine weitere Bauplattform drehbar zusammen mit der ersten Bauplattform an dem trommeiförmigen Träger in dessen Umfangsrichtung auf Abstand zur ersten so aufgehängt, dass sich die weitere Bauplattform in der Reinigungs- oder Farbaufbringungsstation befindet, wenn die erste Bauplattform sich in einer Station zur Definition einer weiteren Schicht befindet .
Vorzugsweise sind mehrere Bauplattformen um die Drehachse ver¬ teilt an dem trommeiförmigen Träger so aufgehängt, dass, wenn sich eine erste Bauplattform zur Polymerisation einer weiteren Schicht gegenüber einer Belichtungseinheit befindet, eine zweite Bauplattform sich in der Reinigungsstation befindet, eine dritte Bauplattform sich in der Farbaufbringungsstation befindet und eine vierte Bauplattform sich in der Farbfixier- station befindet. Vorzugsweise erfolgt die Bearbeitung der vier entstehenden Formkörper an den vier Bauplattformen zeitlich parallel durch Belichtung, durch Reinigung in der Reinigungsstation, durch Farbaufbringung in der Farbaufbringungsstation und durch Farbaushärtung in der Farbfixierstation erfolgt.
Es kann Fälle geben, in denen es nicht immer möglich ist, alle anhaftenden Monomerreste in einer Reinigungsstation berührungslos (z.B. durch Absaugen, Abblasen) zu entfernen. Es ist daher bevorzugt, die farbgebenden Komponenten mit UV-Licht (Spektrum 200 - 410 nm) auszuhärten bzw. zu polymerisieren oder die aufgebrachte Farbe durch Verdampfen von Lösungsmittel zu trocknen, während der eigentliche Bauprozess unter Verwen¬ dung von sichtbarem Licht (Spektrum 380 - 780 nm) stattfindet oder umgekehrt. Entsprechende Additive, wie Absorber und Ini¬ tiatoren sind gemäß dem bevorzugten Wellenlängenspektrum auszuwählen .
Vorzugsweise wird im Bereich von Überhängen, d.h. wenn die aktuell auszuhärtende Schicht an wenigstens einem Randbereich über die letzte zuvor ausgehärtete Schicht vorsteht, der über die zuletzt ausgehärtete Schicht hervorstehende Bereich mit¬ tels Energie der Belichtungswellenlänge absorbierendem Materi¬ al geschützt, so dass es beim Belichten des überstehenden Be¬ reichs eine Polymerisation in dem darunterliegenden Bereich der zuletzt ausgehärteten Schicht vermieden wird.
Es ist bevorzugt, wenn es beim Absenken der Bauplattform mit dem daran bereits anhaftenden Teil des Formkörpers in das pho- topolymerisierbare Material zur Definition einer weiteren aus¬ zuhärtenden Schicht nicht zu einer merklichen Materialverdrängung aus dem Zwischenraum zwischen der zuletzt gebildeten Schicht und dem Wannenboden kommt, damit es zu keiner unakzep¬ tablen Verdrängung von Material kommt, auf dem bereits Farbe aufgebracht ist. Daher sollte die Schicht aus photopolymeri- sierbaren Material auf dem Wannenboden schon vor der Einfär- bung möglichst genau die Dicke der auszuhärtenden Schicht ha¬ ben, so dass kein photopolymerisierbares Material nach der Farbaufbringung verdrängt werden muss und der restliche Anteil des photopolymerisierbaren Materials in der Wanne nicht durch verdrängte Farbstoffe verunreinigt wird. Um eine Schicht mit einer gewünschten Schichtdicke so zu definieren, kann eine Rakel oder ein Spin-Coating-Verfahren eingesetzt werden, wodurch eine Schicht mit genau der gewünschten Schichtdicke erzeugt wird .
Ein indirektes Folientransferverfahren kann in einer weiteren Ausführungsform auch dazu dienen, photopolymerisierbares Mate¬ rial und optional Farbe bereitzustellen. Hierbei wird zunächst ein dünner Film photopolymerisierbaren Materials auf die Folie aufgebracht, z.B. über ein Rakelsystem. Die Folie wird weiter transportiert und an einer Farbaufbringungsstation die Farbe auf der Oberfläche definiert und optional mittels einer Farb- fixierstation fixiert. Anschließend kann die gefärbte Schicht photopolymerisierbaren Materials auf die Bauplattform oder die zuletzt daran ausgehärtete Schicht übertragen und durch Be¬ lichtung ausgehärtet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbei¬ spiels in den Zeichnungen erläutert, in denen:
Figuren 1 bis 4 Seitenansichten einer Vorrichtung zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten zeigen,
Figuren 5 und 6 eine Vorrichtung zur Ausführung einer alternativen Verfahrensweise in Draufsicht von oben und in Sei¬ tenansicht zeigen, Fig. 7 eine seitliche Schnittansicht auf eine Vorrichtung zur Ausführung einer weiteren alternativen Verfahrensweise zeigt und
Figuren 8 und 9 Seitenansichten der Vorrichtung aus Fig. 7 zeigen .
Es wird zunächst die Verfahrensweise zum sukzessiven Aufbau des Formkörpers beschrieben, bevor auf die weiteren Schritte im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eingegangen wird. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist eine Wanne 10 auf, deren Wannenboden zumindest in einem Teilbereich durchsichtig oder durchlässig für Licht einer Wellenlänge λι ist. Dieser Teilbereich des Wannenbodens überdeckt zumindest die Ausdehnung der Fokusebene einer Belichtungseinheit 12, die unter dem Wannenboden angeordnet ist. Die Belichtungseinheit 12 weist eine Lichtquelle und einen Lichtmodulator auf, mit dem die Intensität gesteuert von einer Steuereinheit ortsse¬ lektiv eingestellt wird, um ein Belichtungsfeld mit der für die momentan zu bildende Schicht gewünschten Geometrie an dem Wannenboden zu erzeugen. Alternativ kann in der Belichtungseinheit auch ein Laser verwendet werden, dessen Lichtstrahl über einen beweglichen Spiegel, der von einer Steuereinheit gesteuert wird, oder einen xy-Laserplotter das Belichtungsfeld mit dem gewünschten Intensitätsmuster sukzessive abtastet.
Der Belichtungseinheit 12 gegenüber ist über der Wanne 10 eine Bauplattform 1 vorgesehen, die von einem nicht dargestellten Hubmechanismus getragen wird, so dass sie in höhenverstellba¬ rer Weise über dem Boden der Wanne 10 im Bereich der Belichtungseinheit 12 gehalten wird.
In der Wanne 10 befindet sich eine Füllung aus hochviskosem photopolymerisierbarem Material. Der Materialspiegel der Fül¬ lung sollte nur geringfügig höher als die gewünschte Dicke der zu definierenden Schicht sein. Zur Definition einer Schicht aus photopolymerisierbarem Material wird in folgender Weise vorgegangen. Die Bauplattform 1 wird durch den Hubmechanismus in gesteuerter Weise abgesenkt, so dass (vor dem ersten Belichtungsschritt) ihre Unterseite in die Füllung des photopo¬ lymerisierbarem Materials eintaucht und sich dem Wannenboden soweit nähert, dass zwischen der Unterseite der Bauplattform 1 und dem Wannenboden genau die gewünschte Schichtdicke ver¬ bleibt. Nach Einstellung der Schichtdicke folgt die für diese Schicht gewünschte ortsselektive Belichtung durch die Belich¬ tungseinheit 12, um sie in der gewünschten Form auszuhärten. Nach der Bildung der Schicht wird die Bauplattform 1 mittels des Hubmechanismus durch Anheben derselben oder auch durch Absenken der Wanne 10 wieder von der Wanne 10 getrennt. Anschließend wird photopolymerisierbares Material in den belich¬ teten Bereich nachgeführt, um wieder eine Schicht aus photopo¬ lymerisierbarem Material zu bilden, die nur geringfügig dicker als die für die nächst zu bildende Schicht gewünschte Schicht¬ dicke ist. Eine solche Verteilung kann zum Beispiel durch eine Rakel oder durch ein sogenanntes Spin-Coating-Verfahren erfolgen, bei dem eine vorgegebene Materialmenge in der Mitte der Wanne 10 aufgebracht wird und die Bauplattform dann in Rotati¬ on versetzt wird, um das photopolymerisierbare Material zu ei¬ ner Schicht in der gewünschten Dicke auseinanderzuziehen. Das zugeführte Material stellt die Basisfarbe der entsprechenden Schicht dar. Dieses kann über den Bauprozess variiert werden.
In Figur 2 ist durch den geradlinigen Pfeil das Anheben der Bauplattform nach dem Aushärten einer aktuellen Schicht angedeutet .
Diese Schritte werden nachfolgend mehrfach wiederholt, wobei dann jeweils der Abstand zwischen der Unterseite der zuletzt gebildeten Schicht zum Wannenboden auf die gewünschte Schicht- dicke eingestellt wird und daraufhin die nächste Schicht in der gewünschten Weise ortsselektiv ausgehärtet wird.
Bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren finden allerdings zwischen den Belichtungsschritten aufeinanderfolgender Schichten an der Bauplattform 1 weitere Zwischenschritte in verschiedenen Bearbeitungsstationen statt. Zu diesem Zweck ist die Bauplattform 1 um eine horizontale Achse drehbar an einem trommeiförmigen zylindrischen Träger 6 aufgehängt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel steht die Drehachse des Trägers 6 senkrecht zur Figurenebene. Um den trommeiförmigen Träger 6 herum sind weitere Bearbeitungsstationen angeordnet, und zwar eine Reinigungsstation 20, eine Farbaufbringungsstation 30 und eine Farbfixierstation 40. Die Bauplattform 1 wird den genannten Bearbeitungsstationen nacheinander zugeführt. Dabei wird die Bauplattform 1 mit dem daran bereits gebildeten Teil des Formkörpers zunächst durch Drehung des Trägers 6 zu einer Rei¬ nigungsstation 20 befördert, in der anhaftende Reste von unpo- lymerisiertem Material, das nicht ausgehärtet worden ist, ent¬ fernt werden. Dies kann zum Beispiel mechanisch durch Abstreifen oder vorzugsweise kontaktlos durch Abblasen oder Absaugen geschehen. Dieser Bearbeitungsschritt ist in Fig. 3 gezeigt.
Nach der Reinigung wird die Bauplattform 1 weiter zu der Farbaufbringungsstation 30 gedreht, in der wie in Fig. 4 gezeigt ortsselektiv Farbe auf die zuletzt gebildete Schicht aufge¬ bracht wird. Dies kann zum Beispiel durch ein Tintenstrahl- druckverfahren erfolgen, bei dem eine Suspension von Farbpartikeln in Monomermaterial in dem gewünschten Muster aufgebracht wird. Daraufhin wird die Bauplattform 1 weiter zu der Farbfixierstation 40 gedreht, in der die aufgebrachte Farbe fixiert wird. Falls die Farbe in Form einer Suspension in pho- topolymerisierbarem Material aufgebracht wird, kann die Aus¬ härtung durch Belichtung erfolgen. In alternativen Ausführungsformen kann die Farbe auch als Lösung aufgebracht werden, die in der Farbfixierstation 40 einer Wärmebehandlung unterzogen wird, um das Lösungsmittel zum Verdampfen zu bringen. Grundsätzlich sind alle Vorrichtungen zur Deponierung der farbgebenden Komponenten in flüssiger oder fester Form anwendbar, wie z.B. auch Tampondruck im Falle des Folientransferver- fahrens zur Bereitstellung der Farbe und Aufnahme durch die Plattform bzw. Bauteiloberfläche.
Danach wird die Bauplattform 1 wieder in die in Fig. 1 gezeigte Stellung gedreht, in der eine neue Schicht aus photopolyme- risierbarem Material zwischen der zuletzt gebildeten Schicht und dem Wannenboden definiert und polymerisiert wird. Danach beginnt der beschriebene Zyklus von vorne und wird solange wiederholt, bis der sukzessive gebildete Formkörper die end¬ gültig gewünschte Form erreicht hat.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind an dem trommei¬ förmigen Träger 6 drei weitere Bauplattformen 2, 3 und 4 aufgehängt. In dem Ausführungsbeispiel sind die Bauplattformen 1 - 4 jeweils um 90° zueinander um den Träger 6 versetzt angeordnet. Diese Ausführungsform ermöglicht es, dass an den Bau¬ plattformen 1 - 4 Bearbeitungsschritte in verschiedenen Bearbeitungsstationen parallel durchgeführt werden. In der in Fig. 1 gezeigten Stellung wird an der Bauplattform 1 eine Schicht mit der gewünschten Dicke zwischen der zuletzt gebildeten Schicht und dem Wannenboden definiert und erfolgt deren Aus¬ härtung durch Belichten mit Licht der Wellenlänge λι . Parallel dazu wird in der Farbaufbringungsstation 30 auf die zuletzt gebildete Schicht des an der Bauplattform 3 entstehenden Formkörpers Farbe aufgebracht. Parallel dazu wird die zuvor aufge¬ brachte Farbe auf der letzten Schicht des an der Bauplattform 4 entstehenden Formkörpers in der Farbfixierstation 40 durch eine weitere Belichtung mit der Wellenlänge λ2 ausgehärtet oder fixiert. In diesem Ausführungsbeispiel finden also drei suk¬ zessive Bearbeitungsschritte an drei der Bauplattformen in verschiedenen Bearbeitungsstationen gleichzeitig statt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Reinigungsstation nicht um 90° gegenüber der Wanne 10 versetzt, so dass der in Fig. 3 gezeigte Reinigungsschritt zum Entfernen von anhaftendem, unausgehärtetem Material als gesonderter Arbeitsschritt stattfindet. Grundsätzlich könnte die Reinigungsstation 20 allerdings auch um 90° gegenüber dem Wannenboden gedreht angeordnet sein, so dass dann die einzelnen Bearbeitungsschritte an den Bauplattformen 1 - 4 gleichzeitig oder parallel zueinander durchgeführt werden könnten.
Die Wanne 10 und die Bearbeitungsstationen 20, 30 und 40 sind in der Figurenebene in gesteuerter Weise verschiebbar relativ zu den Bauplattformen, so dass sie ihre Bearbeitungsstellung jeweils an das Stadium des Aufbauvorgangs der jeweils an den Bauplattformen 1 - 4 entstehenden Formkörper anpassen können.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Träger 6 der Bauplattformen 1 - 4 um eine horizontale (senkrecht zur Figu¬ renebene stehende) Achse drehbar aufgehängt, so dass eine re¬ volverartige Anordnung gegeben ist.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird jede an einer Bauplattform durch Aushärten neu gebildete Schicht durch Farbaufbringung in der Farbaufbringungsstation 30 in der gewünschten Weise bedruckt. Allerdings muss nicht jede Schicht an dem entstehenden Formkörper bedruckt werden, sondern können auch einzelne oder mehrere Schichten ohne Farbaufbringung gebildet werden .
Die Farbaufbringung kann auch zu einem weiteren Zweck eingesetzt werden, und zwar wenn der zu bildende Formkörper Überhänge aufweist. Als Überhang wird hier die Situation bezeichnet, in der eine momentan zu bildende Schicht in wenigstens einer Richtung über die darunterliegende ausgehärtete Schicht vorsteht. In diesem Fall kann die zuletzt definierte Schicht in den Bereichen, wo Überhänge der nächsten zu bildenden Schicht entstehen werden, in diesen Bereichen so bedruckt werden, dass diese Bereiche abgedeckt werden und so bei der Be¬ lichtung der nächsten zu bildenden, überstehenden Schicht im Bereich der Überhänge keine Polymerisierung der dahinterlie- genden zuletzt gebildeten Schicht stattfinden kann, da sie durch die aufgebrachte Farbe abgedeckt ist.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht von oben auf eine zur Ausführung einer alternativen Verfahrensweise geeignete Vorrichtung. Die Vorrichtung hat einen um eine vertikale Drehachse drehbar auf¬ gehängten zentralen trommeiförmigen Träger 6, an dem in 90° Abständen vier Bauplattformen aufgehängt sind (die Drehachse steht senkrecht zu Figurenebene) . Um den trommeiförmigen Trä¬ ger 6 herum (über oder unter unter den Bauplattformen) befinden sich ebenfalls in 90° Abstand die vier Bearbeitungsstatio¬ nen, nämlich Wanne 10 zur Schichtdefinition einer zu polymeri- sierenden Schicht aus photopolymerisierbarem Material und zur Belichtung und Aushärtung der so definierten weiteren Schicht, Reinigungsstation 20, Farbaufbringungsstation 30 und Farbfi- xierstation 40.
Fig. 6 zeigt eine seitliche Ansicht auf die Vorrichtung aus Fig. 5. Die Bauplattformen sind an dem drehbaren trommeiförmigen Träger 6 aufgehängt, der um eine vertikale Z-Achse drehbar ist, um die Bauplattformen durch Drehung des zentralen Trägers 6 von einer Bearbeitungsstation zur nächsten zu bewegen. In dieser Ausführungsform können die Bauplattformen zusätzlich um eine horizontale, senkrecht zur Z-Achse stehende Achse drehbar an dem zentralen Träger 6 aufgehängt sein. Diese Ausführungs¬ form ermöglicht es, jeweils zwei Formkörper auf beiden Seiten jeder Bauplattform aufzubauen, so dass insgesamt 8 Bauplatt- formenoberfächen vorhanden sind, wobei jeweils vier davon nach unten und vier nach oben weisen. In dieser Ausführungsform können die Bauplattformen nach einem Bearbeitungsschritt um 180° um die genannte horizontale Achse am Träger 6 gedreht werden, so dass eine Bearbeitung von oben und unten erfolgen kann. Diese Ausführungsform kann zum Beispiel in der Reinigungsstation 20 vorteilhaft sein, da so das Abfließen von überschüssigen, nicht ausgehärtetem Material durch die Schwerkraft unterstützt werden kann.
In der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform erfolgt das Belichten mit der Belichtungseinheit 12 von unten durch den Wannenboden der Wanne 10. Anschließend wird der Träger 6 um 90° zu der Reinigungsstation 20 gedreht. In der Reinigungsstation wird während des Belichtungsschrittes der Bauplattform 1 eine Bauplattform 2 gereinigt, wobei diese dabei um die senkrecht zur Z-Achse stehende horizontale Achse gedreht wird, um das Abfließen von über polymerisierbarem Material zu erleichtern. Währenddessen wird die Bauplattform 3 von oben in der Farbauf- bringungsstation 30 bedruckt. Natürlich kann grundsätzlich das Drucken auch von unten erfolgen. Es muss für die konkrete Ausführungsform dann die Steuerung so eingestellt werden, dass die Bauplattform in der richtigen Orientierung zu der jeweiligen Bearbeitungsstation gestellt wird.
In den Fig. 7 bis 9 ist eine alternative Ausführungsform für eine zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung gezeigt. Fig. 7 zeigt die Vorrichtung wiederum in der Draufsicht von oben, während in Fig. 8 und 9 schema¬ tische Seitenansichten gezeigt sind. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorhergehenden dadurch, dass die Belichtungsstation mit der Wanne 10 und die Reinigungsstation 20 räumlich zusammengefasst sind. Ebenso ist die Farbaufbrin- gungsstation 30 räumlich mit der Farbfixierstation 40 zusam- mengefasst. Wie in Fig. 7 gezeigt, sind an dem zentralen Trä¬ ger 6 zwei Bauplattformen 1, 2 diametral gegenüberliegend an- geordnet. Die Bauplattform 1 befindet sich im Bereich der Belichtungsstation 10 und der Reinigungsstation 20, während sich die Bauplattform 2 im Bereich der Farbaufbringungsstation 30 und der Farbfixierstation 40 befindet. Fig. 8 zeigt die Vorrichtung im Bereich der Farbaufbringungsstation 30 und der Farbfixierstation 40 in Draufsicht. Die dargestellte Bauplatt¬ form ist an dem zentralen trommeiförmigen Träger 6 um eine zur Z-Achse senkrechte, horizontale Achse drehbar aufgehängt. Da¬ durch kann zunächst eine Seite der Bauplattform der Farbauf- bringungsstation 30 zugewandt liegen und die Farbe auf die oberste Schicht des Formkörpers auf dieser Seite der Bauplatt¬ form aufgebracht werden. Nach der Farbaufbringung kann die Bauplattform um 180° gedreht werden, so dass die Schicht, auf die gerade Farbe aufgebracht worden ist, dann nach unten auf die Farbfixierstation 40 zu gerichtet ist, so dass die aufge¬ brachte Farbe zum Beispiel durch Belichtung ausgehärtet werden kann .
In Fig. 9 ist die Vorrichtung im Bereich der Wanne 10 und der Reinigungsstation 20 gezeigt. Nachdem eine Schicht über dem Wannenboden durch Belichtung von unten an dem Formkörper ausgehärtet worden ist, wird die Bauplattform angehoben und um die horizontale Achse gedreht, so dass sie auf die Reinigungs¬ station 20 zu gerichtet ist. Nach der Reinigung wird dann der Träger 6 wieder um 180° gedreht, so dass nach dem Reinigungs¬ schrift nun die Farbaufbringung und Aushärtung in der Farbauf- bringungsstation 30 und Farbfixierstation 40 erfolgen können.
In den beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen erfolgt die Belichtung von unten und ist die Bauplattform vertikal beweglich, um Schicht auf Schicht unter der Bauplattform aufzubauen. Die vorliegende Erfindung ist aber natürlich auch bei Belichtung von oben anwendbar. Ebenso kann das Bedrucken je nach Ausführungsform von oben oder von unten erfolgen. Das Fixieren der Farbe kann durch Belichtung bei Verwendung von polymeri- sierbarer Farbe erfolgten oder durch Verdampfung von Lösungsmittel bei Verwendung von in Lösungsmittel gelöster Farbe.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Aufbau eines Formkörpers aus photopolymerisierbarem Material unter Anwendung einer lithographiebasierten generativen Fertigung (Rapid Prototyping) , bei dem an einer Bauplattform (1, 2, 3, 4) eine Schicht aus flüssigem, photopolymerisierbarem Material definiert wird, die Schicht in einem Belichtungsgebiet mit vorgegebener Kontur durch Belichten polymerisiert wird, an der polymerisierten Schicht einer weitere Schicht aus photopolymerisierbaren Material definiert wird, die zuletzt definierte Schicht in einem Belichtungsgebiet mit für die zuletzt definierte Schicht vorgegebener Kontur durch Belichten polymerisiert wird, und die letzten beiden Schritte wiederholt werden, bis durch die Abfolge von ausgehärteten Schichten mit schichtweise vorgegebenen Konturen ein Formkörper mit vorgegebener Form gebildet ist, wobei auf mindestens eine Schicht Farbe innerhalb der vorgegebenen Kontur aufge¬ bracht wird, wobei die Bauplattform verfahrbar aufgehängt ist und die Bauplattform nach der Polymerisierung einer Schicht in einer Bearbeitungsstation zum Polymerisieren einer Schicht durch Verfahren zu einer Farbaufbringungsstation (30) als weiterer Bearbeitungsstation geführt wird, in der ortsselektiv Farbe auf die zuletzt gebildete Schicht aufgebracht wird, wonach die Bauplatt¬ form wieder zu der Bearbeitungsstation zum Polymerisieren einer weitern Schicht verfahren wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren der Bauplattform zwischen verschiedenen Bearbeitungsstationen durch Drehen eines die Bauplattform an seinem Umfang haltenden, trommeiförmigen Trägers (6) um eine horizontale oder vertikale Drehachse erfolgt, um dessen Drehachse herum Bearbeitungsstationen in Drehrichtung verteilt angeordnet sind.
2. Verfahren zum Aufbau eines Formkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Farbe mit variierenden Farben mit vorgegebener Ortsabhängigkeit innerhalb der vorgegebenen Kontur erfolgt.
3. Verfahren zum Aufbau eines Formkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Farbe auf eine Schicht nach deren Polymeri- sierung und vor dem Aufbringen einer weiteren Schicht erfolgt .
4. Verfahren zum Aufbau eines Formkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Farbe durch einen Farbdrucker direkt auf die Schicht erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Farbe indirekt durch ein Fo- lientransferverfahren erfolgt, bei dem die Farbe zunächst ortsselektiv auf eine Folie aufgebracht und von dort auf die zu färbende Schicht übertragen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das photopolymerisierbare Material an der Unterseite der Bauplattform durch Belichten von unten durch einen durchsichtigen Wannenboden polymerisiert wird, dass die Bauplattform relativ zu dem Wannenboden nach jedem Belichtungsschritt angehoben wird und dass photopoly- merisierbares Material zur Definition einer weiteren Schicht nachgeführt wird.
7. Verfahren zum Aufbau eines Formkörpers nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Nachführung von photopo- lymerisierbarem Material die Bauplattform, falls vorhanden mit den daran gebildeten Schichten, wieder in das nachgefüllte photopolymerisierbare Material abgesenkt wird, so dass durch Einstellung des Abstands der zuletzt ausgehärteten Schicht über dem Wannenboden eine Schicht aus photo- polymerisierbarem Material mit vorgegebener Dicke definiert wird.
Verfahren zum Aufbau eines Formkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Bau¬ plattform nach der Polymerisierung einer Schicht in der Bearbeitungsstation zum Aufbringen und Polymerisieren durch Drehen des trommeiförmigen Trägers (6) zunächst zu einer Reinigungsstation (20) als nächster Bearbeitungsstation gedreht wird, in der überschüssiges photopolymeri- sierbares Material, das in dem letzten Belichtungsschritt nicht ausgehärtet worden ist, entfernt wird, bevor sie zur Farbaufbringungsstation (30) als nächster Bearbeitungsstation verfahren wird.
Verfahren zum Aufbau eines Formkörpers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauplattform nach der Farbaufbringung in der Farbaufbringungsstation (30) zu einer Farbfixierstation (40) als weiterer Bearbeitungsstation durch Drehen des trommeiförmigen Trägers (6) gedreht wird, in der die aufgebrachte Farbe durch Verfestigung fi¬ xiert wird, bevor die Bauplattform wieder zur Bearbeitungsstation zum Aufbringen und Polymeriseren einer Schicht hin gedreht wird, wo eine weitere Schicht von pho- topolymerisierbarem Material definiert und polymerisiert wird .
10. Verfahren nach Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahren der Bauplattform zwischen zwei Bearbeitungsstationen durch Drehen des die Bauplattform haltenden Trägers (6) um dessen vertikale Drehachse erfolgt und das Verfah¬ ren zwischen zwei anderen Bearbeitungsstationen durch Drehen der Bauplattform um eine Aufhängung am Träger (6) mit einer zur vertikalen Drehachse des Trägers (6) senkrechten, horizontalen Drehachse um 180° erfolgt, so dass auf¬ einanderfolgend eine Bearbeitung mit Orientierung nach unten und nach oben erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden gegenüberliegenden Oberflächen der Bauplattform jeweils ein Formkörper aufgebaut wird und dass die Bear¬ beitung der beiden Formkörper von unten und oben gleichzeitig erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Bauplattform drehbar zu¬ sammen mit der ersten Bauplattform an dem trommeiförmigen Träger in dessen Umfangsrichtung auf Abstand zu der ersten so aufgehängt ist, dass sich die weitere Bauplattform in der Reinigungs- oder Farbaufbringungsstation befindet, wenn die erste Bauplattform sich in einer Station zur Definition einer weiteren Schicht befindet.
13. Verfahren nach der Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bauplattformen um die Drehachse in Umfangs- richtung verteilt an dem trommeiförmigen Träger (6) so aufgehängt sind, dass, wenn sich eine erste Bauplattform (1) in der Bearbeitungsstation zum Polymerisieren einer weiteren Schicht gegenüber einer Belichtungseinheit befindet, eine zweite Bauplattform (2) sich in der Reinigungs¬ station (20) als Bearbeitungsstation befindet, eine dritte Bauplattform (3) sich in der Farbaufbringungsstation (30) als Bearbeitungsstation befindet und eine vierte Bauplatt¬ form (4) sich in der Farbfixierstation (40) als Bearbeitungsstation befindet.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung der vier entstehenden Formkörper an den vier Bauplattformen zeitlich parallel durch Belichtung, durch Reinigung in der Reinigungsstation (20), durch Farbaufbringung in der Farbaufbringungsstation (30) und durch Farbaushärtung in der Farbfixierstation (40) erfolgt.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich von Überhängen, wo die aktuell auszuhärtende Schicht seitlich über die zuletzt ge¬ bildete Schicht vorsteht, der überstehende Bereich durch im Belichtungswellenlängenbereich absorbierendes Material abgedeckt wird, um Polymerisationen hinter der aktuell auszuhärtenden Schicht zu vermeiden.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das photopolymerisierbare Material vor dem Belichten einer weiteren Schicht auf eine gewünschte Höhe über dem Wannenboden gebracht wird, indem die gewünschte Schichtdicke durch eine Rakel oder durch ein Spin-Coating-Verfahren eingestellt wird, so dass keine merkliche Materialverdrängung beim Absenken der Bauplattform zum Wannenboden zur Definition der auszuhärtenden Schicht auftritt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen einer weiteren Schicht aus photopolymerisierbarem Material auf die Bauplattform oder die zuletzt daran ausgehärtete Schicht ein indirektes Folientransferverfahren angewendet wird, bei dem eine Schicht aus photopolymerisierbaren Material in der ge- wünschten Dicke auf einer Folie definiert und die Folie weiter transportiert wird, um die darauf definierte Schicht auf die Bauplattform oder die zuletzt daran ausge- härtete Schicht zu übertragen und durch Belichtung auszu-
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