Método de producción por capas y sistema de iluminación para utilizarse con el mismo.

Método para la producción por capas de un objeto tangible (5),

comprendiendo el método:

- disponer un depósito (2) de líquido que contiene un líquido (3); y

- realizar repetidamente ciclos del método, comprendiendo cada ciclo del método las etapas de:

- solidificar una zona predeterminada de una capa líquida (10) del líquido (3), para obtener una capa sólida (14) delobjeto tangible (5), teniendo de esta manera la capa sólida una forma predeterminada, y

- crear una capa líquida (10) sucesiva del líquido (3), paralela y adyacente a la capa sólida (14), para llevar a cabodicho ciclo sucesivo del método para solidificar de manera similar una zona predeterminada de la capa líquidasucesiva, para obtener dicha capa sólida sucesiva adherida a la capa sólida (14);

- en el que la solidificación se lleva a cabo iluminando la zona predeterminada por medio de un sistema deiluminación (20) que comprende un elemento (21) de formación de imágenes que se puede controlar para formarimágenes bidimensionales variables en el tiempo, un sistema (22, 23) de proyección de imágenes y un conjunto (7)de microlentes que comprende microlentes (8) individuales que están dispuestas en las dos dimensiones de unplano recto, estando dispuesto el sistema de proyección de imágenes para proyectar las imágenes bidimensionalessobre el conjunto de microlentes de tal modo que cada una de las microlentes (8) individuales proyecta la radiación(18) incidente sobre la misma, en forma de correspondientes micropuntos concentrados (17) independientes, en lazona predeterminada de la capa líquida (10); y

- en el que, por lo menos, para uno de dichos ciclos del método, el conjunto (7) de microlentes está controlado pararealizar un movimiento (9; 99) que es paralelo a dicho plano recto y con respecto al objeto (5) en construcción,mientras que de modo sincrónico el elemento (21) de formación de imágenes está controlado para formar lasimágenes bidimensionales variables en el tiempo, de tal manera que durante dicho movimiento (9) del conjunto (7)de microlentes los micropuntos (17) describen y solidifican la zona predeterminada de la capa líquida (10),caracterizado porque dicho movimiento realizado por el conjunto de microlentes es con respecto, por lo menos, aparte del sistema (22, 33) de proyección de imágenes.

Método de producción por capas y sistema de iluminación para utilizarse con el mismo SECTOR TÉCNICO .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un método para la producción por capas de un objeto tangible. La invención se refiere asimismo a un sistema de iluminación para utilizarse en un sistema para la producción por capas de un objeto tangible.

Un sistema conocido para llevar a cabo dicho método es, por ejemplo, un aparato comercializado por la firma Envision Technologies GmbH, de Alemania, bajo el nombre de “Perfactor y ”. Este aparato, ya conocido, se utiliza en el campo de la Tecnología de producción en capas (LMT) , denominada a menudo como Creación rápida de prototipos (RP) o Fabricación rápida (RM) , para producir un objeto tangible. La Creación rápida de prototipos (RP) y la Fabricación rápida (RM) se denominan “rápidas” dado que no requieren que se diseñe y se fabrique un molde.

El sistema de iluminación del Perfactor y comprende un Dispositivo digital de microesepejos (DMD) . En el caso del Perfactor y , la zona de trabajo del objeto a producir tiene habitualmente unas dimensiones similares a 3 x 4 cm, para lo cual el DMD utiliza habitualmente 1.280 x 1.024 píxeles. Estos objetos son relativamente pequeños. Cuando se desea producir objetos mayores, se requieren zonas de trabajo más grandes, por ejemplo del orden de magnitud de 30 cm x 40 cm. Cuando, además, se desea producir dichos objetos más grandes con la misma precisión que los objetos más pequeños, se necesitarán correspondientemente mayores cantidades de píxeles. No obstante, la utilización de dichas grandes cantidades de píxeles no está normalmente al alcance del DMD. De este modo, con el Perfactor y no es posible producir con precisión detalles del producto pequeños para objetos grandes.

El documento U.S.A. A-2005/175302 da a conocer un método según el preámbulo de la reivindicación 1. Por mencionar otro documento, que simplemente define el estado general de la técnica, se hace referencia al documento JP-A-05138746 que da a conocer un dispositivo de conformación tridimensional óptico que utiliza un conjunto de lentes -15-.

CARACTERÍSTICAS DE LA INVENCIÓN

Un objetivo de la invención es dar a conocer una solución según la cual, para la fabricación de productos de gran tamaño, se pueden solidificar grandes zonas de trabajo de capas con una resolución elevada y sin necesidad de aumentar la resolución de un elemento de formación de imágenes de un sistema de iluminación utilizado en la producción.

Por lo tanto, según un primer aspecto de la invención, se da a conocer un método según la reivindicación 1.

En este método según el primer aspecto de la invención, la solidificación se lleva a cabo iluminando la zona predeterminada mediante un sistema de iluminación que comprende un elemento de formación de imágenes que se puede controlar para formar imágenes bidimensionales variables en el tiempo, un sistema de proyección de imágenes y un conjunto de microlentes que comprende microlentes individuales que están dispuestas en las dos dimensiones de un plano recto, estando dispuesto el sistema de proyección de imágenes para proyectar las imágenes bidimensionales sobre el conjunto de microlentes de tal forma que cada una de las microlentes individuales proyecta la radiación incidente sobre la misma, en forma de correspondientes micropuntos concentrados independientes en la zona predeterminada de la capa líquida, en el que, por lo menos para uno de dichos ciclos del método, el conjunto de microlentes está controlado para realizar un movimiento que es paralelo a dicho plano recto, con respecto, por lo menos, a parte del sistema de proyección de imágenes y con respecto al objeto en construcción, mientras que de modo sincrónico el elemento de formación de imágenes está controlado para formar las imágenes bidimensionales variables en el tiempo, de tal manera que durante dicho movimiento del conjunto de microlentes los micropuntos describen y solidifican la zona predeterminada de la capa líquida.

De esta forma, los micropuntos “escriben” sobre la capa líquida para solidificar la zona predeterminada de la misma. Con el objeto de obtener una resolución elevada, los micropuntos concentrados independientes pueden estar dispuestos separados entre sí a distancias relativamente grandes, dado que los espacios intermedios entre los micropuntos se pueden alcanzar en el transcurso del tiempo durante la “escritura”.

Se destaca que el objetivo de la invención mencionado anteriormente se alcanza asimismo con un método según la reivindicación 1, cuando dicho método está adaptado para que, en vez de desplazar el conjunto de microlentes con respecto, por lo menos, a parte del sistema de proyección de imágenes y con respecto al objeto en construcción, el elemento de formación de imágenes y/o el sistema de proyección de imágenes son desplazados de manera controlable junto con el conjunto de microlentes con respecto al objeto en construcción. Por lo tanto, en dicho método adaptado, por ejemplo el sistema de iluminación total es desplazado de manera controlable con respecto al objeto en construcción, por ejemplo, desplazando el sistema de iluminación total con respecto al entorno mientras se mantiene el objeto en construcción fijo con respecto al entorno, o desplazando el objeto en construcción con respecto al entorno mientras se mantiene el sistema de iluminación total fijo con respecto al entorno. Sin embargo, el método según la reivindicación 1 tiene la ventaja sobre dicho método adaptado de que requiere solamente que una pequeña masa (es decir, sustancialmente sólo la masa del conjunto de microlentes) sea desplazada con gran precisión. Esto es menos complicado de realizar y consume menos energía que desplazar una masa más grande, por ejemplo, del sistema de iluminación total, o desplazar el objeto en construcción.

Además, según un segundo aspecto de la invención, se da a conocer un sistema de iluminación según la reivindicación 5.

Se destaca que se pueden aplicar un método según la invención y un sistema de iluminación según la invención utilizando una forma constructiva (transparente) , en la que la solidificación de la zona predeterminada de la capa líquida se lleva a cabo cuando dicha capa líquida está contigua a la forma constructiva y en la que, durante un ciclo del método, la capa sólida obtenida es separada de dicha forma constructiva. La forma constructiva puede ser, por ejemplo, la parte inferior transparente del depósito de líquido en la que, durante un ciclo del método, la radiación del sistema de iluminación incide sobre la capa líquida desde abajo, de tal manera que se solidifica la capa más baja del objeto en producción. Alternativamente, la forma constructiva puede estar situada, por ejemplo, de tal modo que la capa más elevada, en vez de la capa más baja, de un objeto en construcción se solidifique durante un ciclo del método. En dicho caso, por ejemplo un soporte desplazable verticalmente del producto puede estar situado, por ejemplo, debajo del objeto en producción, mientras que, por ejemplo, el sistema de iluminación puede estar situado de tal modo que la radiación del sistema de iluminación incida sobre la capa líquida desde arriba, en vez de desde abajo. De hecho, cuando se utiliza una forma constructiva, el método según la invención y el sistema de iluminación según la invención son aplicables a la producción por capas funcionando en cualquier orientación con respecto a la gravedad. Sin embargo, un método según la invención y un sistema de iluminación según la invención pueden aplicarse asimismo en casos en los que no se utiliza una forma constructiva, por ejemplo cuando la solidificación de la zona predeterminada de la capa líquida se lleva a cabo en el momento que dicha capa líquida forma la capa más elevada del líquido en el depósito de líquido.

Las realizaciones específicas de la invención están expuestas en las reivindicaciones dependientes.

Estos y otros aspectos de la presente invención serán evidentes y se explicarán haciendo referencia a las realizaciones descritas más adelante.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Los detalles, aspectos y realizaciones adicionales de la invención se describirán solamente a modo de ejemplo, haciendo referencia a las figuras esquemáticas en los dibujos adjuntos.

La figura 1 muestra esquemáticamente, en una vista lateral en sección, un ejemplo de una realización de un sistema de iluminación, según la invención, utilizado en un sistema para usarse en un ejemplo de una realización de un método según la invención.

1. Método para la producción por capas de un objeto tangible (5) , comprendiendo el método:

- disponer un depósito (2) de líquido que contiene un líquido (3) ; y

-realizar repetidamente ciclos del método, comprendiendo cada ciclo del método las etapas de:

- solidificar una zona predeterminada de una capa líquida (10) del líquido (3) , para obtener una capa sólida (14) del objeto tangible (5) , teniendo de esta manera la capa sólida una forma predeterminada, y

- crear una capa líquida (10) sucesiva del líquido (3) , paralela y adyacente a la capa sólida (14) , para llevar a cabo dicho ciclo sucesivo del método para solidificar de manera similar una zona predeterminada de la capa líquida sucesiva, para obtener dicha capa sólida sucesiva adherida a la capa sólida (14) ;

- en el que la solidificación se lleva a cabo iluminando la zona predeterminada por medio de un sistema de iluminación (20) que comprende un elemento (21) de formación de imágenes que se puede controlar para formar imágenes bidimensionales variables en el tiempo, un sistema (22, 23) de proyección de imágenes y un conjunto (7) de microlentes que comprende microlentes (8) individuales que están dispuestas en las dos dimensiones de un plano recto, estando dispuesto el sistema de proyección de imágenes para proyectar las imágenes bidimensionales sobre el conjunto de microlentes de tal modo que cada una de las microlentes (8) individuales proyecta la radiación

(18) incidente sobre la misma, en forma de correspondientes micropuntos concentrados (17) independientes, en la zona predeterminada de la capa líquida (10) ; y

- en el que, por lo menos, para uno de dichos ciclos del método, el conjunto (7) de microlentes está controlado para realizar un movimiento (9; 99) que es paralelo a dicho plano recto y con respecto al objeto (5) en construcción, mientras que de modo sincrónico el elemento (21) de formación de imágenes está controlado para formar las imágenes bidimensionales variables en el tiempo, de tal manera que durante dicho movimiento (9) del conjunto (7) de microlentes los micropuntos (17) describen y solidifican la zona predeterminada de la capa líquida (10) , caracterizado porque dicho movimiento realizado por el conjunto de microlentes es con respecto, por lo menos, a parte del sistema (22, 33) de proyección de imágenes.

2. Método, según la reivindicación 1, en el que, por lo menos para uno de dichos ciclos del método, el sistema (22, 33) de proyección de imágenes proyecta las imágenes bidimensionales sobre el conjunto (7) de microlentes de tal manera que la radiación correspondiente a las imágenes bidimensionales incide sobre el conjunto de microlentes en una dirección que es ortogonal a dicho plano recto.

3. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las microlentes (8) del conjunto (7) de microlentes están dispuestas en filas equidistantes y en columnas equidistantes, cuyas filas y columnas son perpendiculares entre sí, y en el que, por lo menos para uno de dichos ciclos del método, dicho movimiento (99) del conjunto de microlentes es un movimiento rectilíneo que está inclinado con respecto a las direcciones de las filas y las columnas.

4. Método, según la reivindicación 3, en el que la inclinación de dicho movimiento (99) está predeterminada de tal manera que cuando el conjunto (7) de microlentes ha recorrido en su dirección de las filas una distancia correspondiente a un número entero predeterminado de columnas consecutivas, el conjunto (7) de microlentes ha recorrido asimismo en su dirección de las columnas una distancia correspondiente a un número entero predeterminado de filas consecutivas.

5. Sistema de iluminación para utilizarse en un sistema (1) de producción por capas de un objeto tangible (5) en un depósito de líquido (2) que contiene un líquido (3) , estando dispuesto el sistema de iluminación (20) para iluminar una zona predeterminada de una capa líquida (10) del líquido (3) a efectos de solidificar la zona predeterminada para obtener una capa sólida (14) del objeto tangible (5) , teniendo de este modo la capa sólida una forma predeterminada, en el que:

- el sistema de iluminación (20) comprende:

- un elemento (21) de formación de imágenes que se puede controlar para formar imágenes bidimensionales que varían en el tiempo,

- un sistema (22, 23) de proyección de imágenes, y

- un conjunto (7) de microlentes que comprende microlentes (8) individuales que están dispuestas en las dos dimensiones de un plano recto;

- el sistema (22, 23) de proyección de imágenes está dispuesto para proyectar las imágenes bidimensionales sobre el conjunto (7) de microlentes, de tal manera que cada una de las lentes individuales (8) proyecta la radiación (18) que incide sobre la misma, en forma de correspondientes micropuntos concentrados (17) independientes, en la zona predeterminada de la capa líquida (10) ;

- el conjunto (7) de microlentes se puede controlar para realizar un movimiento (9) que es paralelo a dicho plano recto; y

- el sistema de iluminación (20) comprende además un controlador (24) para controlar el conjunto (7) de microlentes

a efectos de realizar dicho movimiento (9; 99) y para controlar el elemento (21) de formación de imágenes a efectos de formar las imágenes bidimensionales que varían en el tiempo, de modo sincrónico con dicho movimiento, de tal manera que los micropuntos (17) describen y solidifican la zona predeterminada de la capa líquida (10) cuando dicho movimiento (9; 99) es asimismo con respecto al objeto tangible (5) en construcción, caracterizado porque dicho movimiento es con respecto, por lo menos, a parte del sistema (22, 23) de proyección de imágenes.

6. Sistema de iluminación, según la reivindicación 5, en el que el sistema (22, 23) de proyección de imágenes está dispuesto para proyectar las imágenes bidimensionales sobre el conjunto (7) de microlentes de tal manera que la radiación correspondiente a las imágenes bidimensionales incide sobre el conjunto de microlentes en una dirección que es sustancialmente ortogonal a dicho plano recto.

7. Sistema para la producción por capas de un objeto tangible (5) , que comprende un sistema de iluminación (20) según la reivindicación 5 ó 6, un depósito (2) de líquido para contener un líquido (3) , un soporte (11) del producto para soportar el producto (5) en construcción, y un accionador (12) para desplazar el soporte (11) del producto con respecto al depósito (2) de líquido.