Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines drei¬ dimensionalen Artikels aus einem Material mittels schichtweisem Auftrag.

Derartige Verfahren werden beispielsweise genutzt, um Modelle von dreidimensionalen Kör- pern zu erzeugen, was auch als „Rapid Prototyping" bezeichnet wird. Unter „Rapid Prototy- ping" wird der Technologiebereich zusammengefaßt, der sich mit der schnellen und automati¬ schen generativen Herstellung von dreidimensionalen Objekten beschäftigt. Hierbei wird ein CAD-Modell des herzustellenden Objektes mittels eines geeigneten Softwareprogramms in horizontale Schnitte zerlegt und die zweidimensionalen Schnitte dann sequentiell in einem geeigneten Verfahren in reale Schichten des Objektes umgesetzt und so das Objekt vollstän¬ dig schichtweise aufgebaut.

Bekannte Verfahren, die eine hochfrequente Mikro-Tropfendosierung zum Aufbau von drei¬ dimensionalen Kunststoffbauteilen nutzen, wie sie beispielsweise mittels Ink- Jet-Düsen reali¬ siert wird, sind das 3D-Printing (3DP), das Ballistic Modeling (BPM) und das Ink-Jet- Drucken.

Das 3D-Printing wird beispielsweise in dem Dokument US 5,204,055 beschrieben. Bei die¬ sem Verfahren wird ein Binder in Tropfenform auf eine Pulverschicht dosiert, so daß das Pul¬ ver selektiv der Schnittinformation entsprechend verklebt wird. Nach dem Auftragen der nächsten Pulverschicht wird erneut der Binder ortsselektiv aufgetragen usw.. Das entstehende Bauteil besteht hauptsächlich aus dem aufgetragenen Pulver, nur der Binder wird mittels Ink¬ Jet-Düse aufgetragen. Aus der Sicht der Kunststoffverarbeitung können mit diesem Verfahren nur Ansichts-/Designmodelle hergestellt werden. Die entstehenden Bauteile weisen hinsicht¬ lich ihrer Materialeigenschaften keinerlei Ähnlichkeit mit Kunststoffserienteilen auf.

In den Dokumenten US 4,665,492, US 5,134,569, US 5,216,616 und US 5,555,176 wird ein als ,3amstic Particle Manufacturing" (BPM) bekanntes Verfahren beschrieben. Bei dem Ver¬ fahren wird das eigentliche Baumaterial für das Objekt als Masseteilchen oder Tröpfchen mittels 5-achsig arbeitendem Dispenser auf vorher ausgehärtete Schichten des Objektes auf¬ getragen. Zur Erzeugung von Kunststoffbauteilen wird der Auftrag von Plastikpartikeln in einer ionisierten Atmosphäre, der Auftrag von photopolymerisierbaren Harzen mit anschlie- ßendem Bestrahlungsschritt zur Polymerisationsauslösung und die Verwendung von einem schmelzbaren Baumaterial, das mittels Erstarren das Bauteil aufbaut, beschrieben. Die er¬ zeugten Kunststoffmodelle sind spröde. Eine ausreichende Positioniergenauigkeit des Dispen¬ sers ist wegen der gewollten vielfältigen Bewegungsmöglichkeiten des Dispensers technisch nur sehr aufwendig und damit teuer zu realisieren. BPM hat sich aufgrund dieser gravierenden Nachteile bei Anwendungen nicht durchgesetzt.

In den Dokumenten US 5,059,266, US 5,140,937 und US 5,149,548 wird ein Ink-Jet-Druck- Verfahren beschrieben. Bei diesem Verfahren wird mittels Ink- Jet-Düsen, die sich unterhalb der Bauplattform befinden, ein härtbares Baumaterial entgegen der Schwerkraft in Objekt- form aufgebracht. Im zweiten Schritt wird das aufgebrachte Material durch Energieeintrag gehärtet. Es können mittels Licht härtbare (vgl. US 5,059,266), mittels Wärme härtbare (vgl. US 5,140,937) oder 2-komponentige (vgl. US 5,149,548) Werkstoffe verwendet werden. Bei den 2-Komponentenwerkstoffen wird die eine Komponente, der Härter, in der anderen Kom¬ ponente als Mikrokapsel homogen dispergiert. Nach dem Auftrag auf eine bei der Herstellung genutzte Bauplattform werden die Mikrokapseln mittels zusätzlichem Energieeintrag zerstört und so das Material ausgehärtet. Mit diesem Verfahren ist es nahezu unmöglich, Überhän- ge/Hinterschnitte oder andere nicht-selbsttragende Strukturen zu realisieren. Außerdem han¬ delt es sich um ein 2-Schritt- Verfahren, es sind also zusätzliche Energiequellen, die mit er¬ höhten Kosten einhergehen, zur Reaktionseinleitung notwendig. Diese gravierenden Nachteile haben dazu geführt, daß aus dem Prinzip des „gegen die Schwerkraft Drückens" kein kom¬ merzielles Gerät entwickelt wurde.

In dem Dokument US 5,136,515 ist ein Ink-Jet-Druckverfahren beschrieben, bei dem dreidi¬ mensionale Objekte mittels schichtweisem Tropfenauftrag zweier verschiedener härtbarer Materialien erzeugt werden. Die Materialien müssen im Anschluß an den Bauprozeß vonein- ander trennbar sein. Die Materialien unterscheiden sich zur besseren Trennung beispielsweise durch unterschiedliche Schmelzpunkte und ihr Verhalten gegenüber Lösemitteln. Der eigent¬ liche Objektaufbau erfolgt mittels eines temperaturbedingten Phasenwechsels flüssig-fest und/oder mittels nachfolgender Strahlenhärtung des Baumaterials. Als Beispiel ein Material ist Wachs angegeben.

In den Dokumenten US 5,506,607, US 5,740,051 und US 6,305,769 werden ausführlich pro¬ zeßtechnische Umsetzungen des oben beschriebenen Verfahrens beschrieben. Dies führte zur Entwicklung von kommerziell erhältlichen Ink-Jet-„Wachs"druckern, zum Beispiel Model- Maker II® von Solidscape; Thermojet® von 3D-Systems. Die zum Modellaufbau genutzten Materialmischungen werden beispielsweise in den Dokumenten US 6,395,811, US 6,133,353, US 6,582,613 und US 6,476,122 näher beschrieben. Bei den Materialien ist unabhängig von der chemischen Zusammensetzung immer der physikalische Phasenwechsel flüssig-fest die Basis des Modellaufbaus (phase change solid imaging material). Es kann noch ein strahlenin¬ duzierter Vernetzungsschritt folgen, wie in dem Dokument US 2003/0083771 beschrieben.

Aufgrund der hohen Detailgenauigkeit bzw. Auflösung sind die durch Wachsdrucker erzeug¬ ten Modelle sehr gut als Positive für Wachsausschmelzverfahren und den Feinguß geeignet. Zur Verwendung als Funktionsprototypen oder als Serienteile sind sie jedoch aufgrund der Materialeigenschaften der Wachse, insbesondere deren Sprödigkeit und mangelnden Wärme¬ formbeständigkeit, völlig ungeeignet.

Ein weiteres Ink- Jet-Druckverfahren wird in dem Dokument US 6,259,962 beschrieben. Ein Photopolymer wird mittels Ink- Jet-Düsen ortsselektiv aufgetragen und in einem zweiten Schritt mit Hilfe von Strahlung zur Reaktion gebracht. Aufgrund der benötigten Strahlungs- quelle und entsprechender Schutzvorrichtungen ist das Verfahren teuer. Außerdem besteht nur ein sehr eingeschränktes Materialspektrum, da die Photopolymere eine sehr niedrige Vis¬ kosität aufweisen müssen, um druckfähig zu sein. Außerdem ist die Nutzung von Füllstoffen zur Pigmentierung oder Verbesserung der Materialeigenschaften verhindert, da durch ihren Zusatz die zur Photopolymerisation notwendige Lichtabsorption verhindert wird.

hi dem Dokument US 2002/0111707 Al wird ein Verfahren beschrieben, in dem ein bei Raumtemperatur festes Präpolymer-Gemisch als Schmelze über Ink- Jet-Düsen oder schwin¬ gungsgesteuerte Dosiereinrichtungen gezielt abgelegt wird. Die Reaktion zum Polymer wird durch gezielte Temperaturführung eingeleitet, alle notwendigen Reaktionskomponenten be¬ finden sich in dem dosierten Präpolymer-Gemisch. Es sollen lineare Polymere, vorwiegend Polyamide entstehen. Auch bei diesem Verfahren handelt es sich um ein 2-Schritt-Verfahren: Erst die gezielte Materialabgabe, dann später die Reaktionseinleitung. Es ist zu erwarten, daß die beschriebene Temperaturftihrung einerseits zu ungewollter Reaktion in den Dosierkörpern fuhrt, da alle Reaktionspartner gleichzeitig durch eine Düse dosiert werden. Andererseits wird die Konturgenauigkeit negativ beeinflußt, da ein erneutes Erwärmen der schon abgelegten Kontur zum Zerfließen führt. Des weiteren ist aus dem Dokument GB 2,382,798 A ein Verfahren bekannt, bei dem mit Hilfe einer Düsenanordnung, die Tintenstrahl-Druckköpfe umfaßt, zwei Flüssigkeiten tröpf¬ chenweise zum Herstellen eines dreidimensionalen Artikels ausgebracht werden, so daß die Flüssigkeiten nach Kontakt zwischen beiden chemisch miteinander reagieren, um ein Material zu bilden, dessen Eigenschaften sich von denen der separaten Flüssigkeiten unterscheiden. Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens werden beispielsweise Leiterplatten hergestellt. Die tröpfchenweise ausgebrachten Flüssigkeiten können mit Hilfe der Düsenanordnung so ausge¬ stoßen werden, daß Tropfen der beiden Flüssigkeiten noch im Flug oder erst beim Auftreffen miteinander in Kontakt treten.

Aus dem Dokument WO 03/016030 Al ist ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensio¬ nalen Artikels nach einem Modell des Artikels mit Hilfe schichtweisem Auftrag bekannt. Bei dem Verfahren wird eine Schicht aus einem ersten Material gebildet. Bei dem ersten Material kann es sich um ein Pulver oder eine Flüssigkeit handeln. Anschließend wird tröpfchenweise ein zweites Material auf die Schicht des ersten Materials aufgebracht, was entsprechend dem Modell des Artikels geschieht. Diese Verfahrensschritte werden mehrfach wiederholt, um den dreidimensionalen Artikel herzustellen. Der dreidimensionale Artikel entsteht beim schicht¬ weisen Auftrag, indem auch zwischen den Schichten chemische Bindungen gebildet werden. Die Tröpfchen des zweiten Materials können nach verschiedenen Mustern auf die Schicht aus dem ersten Material mit Hilfe der Düsenanordnung aufgebracht werden, um mikroskopische oder makroskopische Eigenschaften des dreidimensionalen Artikels zu variieren. Beispiels¬ weise können hierdurch mechanische Eigenschaften des hergestellten Artikels variiert wer¬ den. Zusätzlich zu den Tröpfchen des zweiten Materials können Tröpfchen eines weiteren Materials mittels der Düsenanordnung ausgestoßen und auf der Schicht des ersten Materials aufgebracht werden, wobei solche Flüssigkeitströpfchen im Flug oder auf der Oberfläche der Schicht aus dem ersten Material zusammentreffen können. Bei dem hergestellten Artikel kön¬ nen die Eigenschaften wenigstens einiger der aufgebrachten Schichten innerhalb der Schich variieren, und/oder die Eigenschaften des Materials sind von Schicht zu Schicht in dem Arti¬ kel verschieden.

In dem Dokument WO 02/064353 Al ist ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen eines drei- dimensionalen Artikels nach einem Modell des Artikels mit Hilfe schichtweisem Auftrag be¬ schrieben. Bei dem bekannten Verfahren wird auf eine Flüssigkeitsschicht eines ersten Mate¬ rials tröpfchenweise eine zweite Flüssigkeit mit einer Viskosität im Bereich von 2 bis 500cps bei Raumtemperatur aufgebracht. In ähnlicher Weise ist in dem Dokument WO 02/064354 Al ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Artikels mittels schichtweisem Tropfenauftrag beschrieben. Im Un¬ terschied zu den vorgenannten Verfahren wird die Schicht aus dem ersten Material mit Hilfe eines Pulvermaterials gebildet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Artikels aus einem Material mittels schichtweisem Auftrag anzugeben, bei denen eine möglichst vielseitige Variation von Materialeigenschaften des dreidimensionalen Artikels erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem unabhängigen Anspruch 1 sowie einer Vorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch 17 gelöst.

Die Erfindung umfaßt den Gedanken, ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Artikels aus einem Material mittels schichtweisem Auftrag auf einer Unterlage vorzuschla¬ gen, bei dem: a. ein Tropfenauftrag ausgeführt wird, bei dem Tropfen von Reaktionskomponenten mittels einer Düsenanordnung ausgestoßen und auf eine aufgebrachte Basisreaktionskomponente aufgetragen werden; b. das Material für den dreidimensionalen Artikel gebildet wird, wenn bei Kontakt die Basis¬ reaktionskomponente mit den Reaktionskomponenten jeweils reagiert, wobei das Material bei einer Reaktion der Basisreaktionskomponente mit einer der Reaktionskomponenten als Material mit einer Materialeigenschaft und bei einer anderen Reaktion der Basisreaktions¬ komponente mit einer anderen der Reaktionskomponenten als Material mit einer anderen Materialeigenschaft gebildet wird, wobei die Schritte a. und b. zum Bilden des dreidimen¬ sionalen Artikels mehrfach wiederholt werden; und c. ein Artikelabschnitt mit einem graduellen Übergang zwischen der einen Materialeigen- schaft und der anderen Materialeigenschaft erzeugt wird, indem: cl. in einem Endbereich des Artikelabschnitts beim Tropfenauftrag erste Reaktionspara¬ meter für die Tropfen der einen Reaktionskomponente und die Tropfen der anderen Reaktionskomponente eingestellt werden, so daß in dem Endbereich des Artikelab¬ schnitts nach dem Tropfenauftrag überwiegend oder ausschließlich das Material mit der einen Materialeigenschaft gebildet wird; c2. in einem entgegengesetzten Endbereich des Artikelabschnitts beim Tropfenauftrag zweite Reaktionsparameter für die Tropfen der einen Reaktionskomponente und die Tropfen der anderen Reaktionskomponente eingestellt werden, so daß in dem anderen Endbereich des Artikelabschnitts nach dem Tropfenauftrag überwiegend oder aus¬ schließlich das Material mit der anderen Materialeigenschaft gebildet wird; und c3. in einem Zwischenbereich des Artikelabschnitts zwischen den beiden Endbereichen beim Verlagern der Düsenanordnung von dem Endbereich zu dem entgegengesetzten Endbereich beim Tropfenauftrag veränderliche Zwischenreaktionsparameter für die Tropfen der einen Reaktionskomponente und die Tropfen der anderen Reaktionskom¬ ponente eingestellt werden, so daß ein gradueller Übergang zwischen den ersten Re¬ aktionsparametern und den zweiten Reaktionsparametern ausgeführt wird.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Ausführen eines Ver¬ fahrens zum Herstellen eines dreidimensionalen Artikels aus einem Material mittels schicht¬ weisem Auftrag vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist: - eine Bauunterlage zum Halten des Artikels beim Herstellen; - eine Düsenanordnung zum Ausführen eines Tropfenauftrags, bei dem Tropfen von Reakti- onskomponenten mittels der Düsenanordnung ausgestoßen und auf eine Basisreaktions¬ komponente, die auf einem Substrat angeordnet ist, aufgetragen werden, so daß das Mate¬ rial für den dreidimensionalen Artikel gebildet wird, wenn bei Kontakt die Basisreaktions¬ komponente mit den Reaktionskomponenten jeweils reagiert, wobei das Material bei einer Reaktion der Basisreaktionskomponente mit einer der Reaktionskomponenten als Material mit einer Materialeigenschaft und bei einer anderen Reaktion der Basisreaktionskompo¬ nente mit einer anderen der Reaktionskomponenten als Material mit einer anderen Mate¬ rialeigenschaft gebildet wird; - einen Verlagerungsmechanismus, der mit der Düsenanordnung und/oder der Bauunterlage zum Verlagern der Düsenanordnung und der Bauunterlage relativ zueinander beim Trop- fenauftrag verbunden ist; und - Steuerungsmittel zum Steuern des Verlagerungsmechanismus und der Düsenanordnung beim schichtweisen Auftragen, so daß ein Artikelabschnitt mit einem graduellen Übergang zwischen der einen Materialeigenschaft und der anderen Materialeigenschaft erzeugt wer¬ den kann, indem: - in einem Endbereich des Artikelabschnitts beim Tropfenauftrag erste Reaktionspara¬ meter für die Tropfen der einen Reaktionskomponente und die Tropfen der anderen Re¬ aktionskomponente einstellbar sind, so daß in dem Endbereich des Artikelabschnitts nach dem Tropfenauftrag überwiegend oder ausschließlich das Material mit der einen Materialeigenschaft gebildet werden kann; - in einem entgegengesetzten Endbereich des Artikelabschnitts beim Tropfenauftrag zweite Reaktionsparameter für die Tropfen der einen Reaktionskomponente und die Tropfen der anderen Reaktionskomponente einstellbar sind, so daß in dem anderen Endbereich des Artikelabschnitts nach dem Tropfenauftrag überwiegend oder aus¬ schließlich das Material mit der anderen Materialeigenschaft gebildet werden kann; und - in einem Zwischenbereich des Artikelabschnitts zwischen den beiden Endbereichen beim Verlagern der Düsenanordnung von dem Endbereich zu dem entgegengesetzten Endbereich beim Tropfenauftrag veränderliche Zwischenreaktionsparameter für die Tropfen der einen Reaktionskomponente und die Tropfen der anderen Reaktionskom¬ ponente einstellbar sind, so daß ein gradueller Übergang zwischen den ersten Reakti¬ onsparametern und den zweiten Reaktionsparametern ausführbar ist.

Die Erfindung hat gegenüber bekannten Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Artikel den Vorteil, daß bei der Herstellung des Artikels eine oder mehrere Artikelabschnitte geschaf- fen werden können, in denen ein gradueller Übergang zwischen zwei voneinander abwei¬ chenden Materialeigenschaften des zur Herstellung des Artikels genutzten Materials ausbild¬ bar sind. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, in dem Artikelabschnitt mit dem gra¬ duellen Übergang den Übergang zwischen einem eher starren Materialabschnitt und einem eher elastisch verformbaren Abschnitt des hergestellten dreidimensionalen Artikels zu schaf- fen. Das Verfahren und die Vorrichtung können kostengünstig umgesetzt werden, da zur Tropfendosierung beispielsweise kommerziell verfügbare Druckdüsen genutzt werden kön¬ nen, die keine zusätzliche aufwendige Technik zur Leitung der Basisreaktionskomponente und der Reaktionskomponenten benötigen.

Es besteht weiterhin der Vorteil, daß der graduelle Übergang lokal begrenzt oder über den gesamten Artikel verteilt werden kann. Weiterhin ist es möglich, einen oder mehrere gradu¬ elle Übergänge in dem Artikel herzustellen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand abhängiger Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimen¬ sionalen Artikels mittels Tropfenauftrag; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer anderen Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Artikels mittels Tropfenauftrag;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung nach Fig. 2; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens, bei dem während des schichtweisen Auftrags die Schichtdicke der aufgetragenen Schichten in Ab¬ hängigkeit von Meßdaten für eine vorher aufgetragene Schicht geregelt wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimen¬ sionalen Artikels mittels Tropfenauftrag. Auf einer Bauplattform 1 ist eine Schicht 2 einer Basisreaktionskomponente B aufgebracht. Mit Hilfe einer Düsenanordnung 3, die zwei Düsen 3a, 3b umfaßt, werden Tropfen Tl einer Reaktionskomponente Rl sowie Tropfen T2 einer weiteren Reaktionskomponente R2 auf die Schicht 2 der Basisreaktionskomponente B aufge¬ bracht. Hierbei wird die Düsenanordnung 3 über die Schicht 2 der Basisreaktionskomponente B bewegt, wozu ein Fig. 1 schematisch dargestellter Verlagerungsmechanismus 4 verwendet wird, der mit Hilfe von elektronischen Steuersignalen betätigt wird und in Fig. 1 mittels Pfei- len schematisch dargestellt ist. Die Düsen 3a, 3b, 3c die beispielsweise mit Hilfe von Tinten¬ strahl-Druckköpfen basieren, sind über Steuerleitungen 5a, 5b, 5c mit einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) verbunden, so daß das Ausbringen der Tropfen mit Hilfe von über die Steu¬ erleitungen 5a, 5b, 5c übermittelten Steuersignalen steuerbar ist. Die Reaktionskomponenten Rl, R2 und die Basisreaktionskomponente B werden den Düsen 3a, 3b, 3c jeweils aus Vor- ratsbehältern über Versorgungsleitungen zugeführt, die in die Düsenanordnung 3 integriert sein können oder hiervon getrennt ausgebildet sind. Zum Ausbilden des dreidimensionalen Artikels wird der beschriebene Schichtauftrag wiederholt.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Artikels mittels Tropfenauftrag. Gleiche Merkmale sind in Fig. 2 mit glei- chen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. Im Unterschied zu der Vorrichtung nach Fig. 1 sind die beiden Düsen 3a, 3b bei der anderen Vorrichtung nach Fig. 2 so ausgerichtet, daß die Tropfen Tl der Reaktionskomponente Rl und die Tropfen T2 der Reaktionskomponente R2 im wesentlichen in einem gleichen Bereich der Schicht 2 der Basisreaktionskomponente B auftreffen. Hierbei kann die Ausstoßrichtung der Düsen 3 a, 3b so eingestellt sein, daß die Tropfen Tl der Reaktionskomponente Rl und die Tropfen T2 der Reaktionskomponente R2 noch vor dem Auftreffen auf der Schicht 2 der Basisreaktionskomponente B aufeinander tref¬ fen. Auf diese Weise ist es möglich, einen Tropfen Tl der Reaktionskomponente Rl gemein- sam mit einem Tropfen T2 der Reaktionskomponente R2 auf die Schicht der Basisreaktions¬ komponente B aufzubringen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, daß ein Tropfen Tl der Reaktionskomponente Rl und ein Tropfen T2 der Reaktionskomponente R2 in einem defi¬ nierten zeitlichen Abstand zueinander auf ein und denselben Bereich der Schicht 2, beispiels- weise ein und denselben Tropfen der Basisreaktionskomponente B aufgebracht werden.

Mit Hilfe der Vorrichtung nach Fig. 1 sowie der anderen Vorrichtung nach Fig. 2 ist es mög¬ lich, beim Schichtauftrag einen Tropfen oder einen Bereich der Basisreaktionskomponente B auf der Bauplattform 1 mit unterschiedlichen Mengen der Reaktionskomponente Rl und der Reaktionskomponente R2 in Kontakt zu bringen. Dieses kann beispielsweise dadurch geregelt werden, daß die mit Hilfe der Düsen 3a, 3b ausgestoßene Tropfengröße geregelt wird. Des weiteren können für die Tropfen Tl der Reaktionskomponente Rl und die Tropfen T2 der Reaktionskomponente R2 auch andere Reaktionsparameter individuell eingestellt werden, beispielsweise die Temperatur, die Ausstoßgeschwindigkeit und/oder die individuelle chemi¬ sche Zusammensetzung. Auf diese Weise ist es möglich, physikalische und/oder chemische Eigenschaften in Abschnitten des schichtweise hergestellten Artikels so zu variieren, daß ein gradueller Übergang zwischen zwei Materialeigenschaften gebildet wird. Beispielsweise kann der hergestellte Artikel innerhalb einer aufgetragenen Schicht und/oder über mehrere Schich¬ ten einen oder mehrere Übergänge zwischen einem eher starren Material und einem eher ela¬ stisch verformbaren Material aufweisen.

Fig. 3 zeigt die andere Vorrichtung nach Fig. 2 in einer weiteren Ausgestaltung, bei der die Düsenanordnung 3 in z-Richtung und die Bauplattform 1 in x- und y-Richtung mit Hilfe des Verlagerungsmechanismus 4 verlagerbar sind, um die für den schichtweisen Auftrag notwen¬ dige Relativbewegung der Düsenanordnung 3 zu der Bauplattform 1 zu ermöglichen. In Fig. 3 sind gleiche Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet.

Ein dreidimensionales Kunststoffbauteil wird mittels ortsselektivem schichtweisen Auftragen der zwei Reaktionskomponenten Rl und R2 in flüssiger Form auf die Basisreaktionskompo¬ nente B erzeugt, wobei die Reaktionskomponenten Rl, R2 bei Kontakt jeweils mit der Basis¬ reaktionskomponente B reagieren, wodurch bei der Reaktion der Reaktionskomponenten Rl mit der Basiskomponente B ein Material Ml mit einer Materialeigenschaft El und bei der Reaktion der Reaktionskomponenten R2 mit der Basiskomponente B das Material Ml mit einer Materialeigenschaft E2 gebildet wird. Bei geeigneter Auswahl der Basisreaktionskom¬ ponente B und der Reaktionskomponenten Rl, R2 kann auch vorgesehen sein, daß bei der Reaktion der Reaktionskomponenten R2 mit der Basisreaktionskomponente B ein anderes Material M2 mit der Materialei genschaft E2 gebildet wird, wobei das Material Ml und das andere Material M2 miteinander verträglich sind. Bei dem Material Ml und dem anderen Material M2 handelt es sich beispielsweise jeweils um einen festen vernetzten Kunststoff.

Die Basisreaktionskomponente B kann als Materialgemisch vorliegen, was zum Beispiel ei¬ nen Füllstoff enthält, beispielsweise Glasfasern, Mikrokugeln oder dergleichen, um die Mate¬ rialeigenschaften des hergestellten Materials zu beeinflussen. Die Mischung könnte sogar so verändert werden, daß der überwiegende Anteil von dem Füllstoff gebildet wird, zum Beispiel ein Füllstoff in Partikelform. Dies bewirkt zweierlei, zum einen können die Stoffeigenschaf- ten gezielt beeinflußt werden und zum anderen sinkt die zu dosierende Materialmenge im Verhältnis zur Volumenverfestigung, der Prozeß zum Herstellen des dreidimensionalen Arti¬ kels baut wesentlich schneller. So könnte ein Füllstoff mit der Basisreaktionskomponente B lediglich beschichte sein. Das Materialgemisch kann schüttfähig oder pastenförmig sein. Die Basisreaktionskomponente B kann mittels Aufrakeln oder Auftragen mit bekannten Be- schichtungsverfahren, zum Beispiel Rollen, Streichen, Sprühen, Spritzen, Abziehen, aufgetra¬ gen werden. Der Auftrag der Reationskomponenten Rl und R2 erfolgt dann ortsselektiv.

Notwendige Schichtinformationen beim schichtweisen Bilden des dreidimensionalen Artikels werden den gängigen Rapid-Prototyping-Verfahren entsprechend direkt aus CAD-Kon¬ struktionsdaten des zu erzeugenden Artikels generiert. Mit auf diese Weise gewonnenen Steuerungsdaten werden die Düsenanordnung 3 und die Bauplattform 1 relativ zueinander bewegt und der Tropfenausstoß der Düsen 3 a, 3b gesteuert. Die Düsen 3 a, 3b der Düsenan¬ ordnung 4 sind mit temperierbaren Vorratsbehältern, die die Reaktionskomponenten Rl, R2 und gegebenenfalls die Basisreaktionskomponente B enthalten, verbunden.

Nach einer Ausführungsform umfaßt das Herstellungsverfahren die folgenden Schritte: a) In einem Bauraum mit kontrollierbarer Temperatur und Bauraumatmosphäre befindet sich die in z-Richtung bewegliche Bauplattform 1 so in einer Wanne, die mit einer der Basisreaktionskomponente B gefüllt ist, daß über der Bauplattform 1 eine Schicht der Basisreaktionskomponente B definierter Dicke entsteht. b) Entsprechend den Steuerungsdaten werden mit Hilfe der in x- und y-Richtung bewegli- chen temperierbaren Düsenanordnung 3 ortsselektiv die Reaktionskomponenten Rl, R2 auf die Bauplattform 1 aufgebracht. Mittels chemischer Reaktion der Basisreaktionskom- ponente B mit einer oder beiden Reaktionskomponenten Rl, R2 entsteht eine erste Schicht des zu erzeugenden Artikels. c) Anschließend wird die Bauplattform 1 abgesenkt, so daß über der ersten Schicht des Bauteils eine Schicht der Basisreaktionskomponente B definierter Dicke erzeugt wird. Danach wird der Verfahrensschritt b) ausgeführt. d) Der Schritt c) wird mehrfach wiederholt, bis der gesamte Artikel erzeugt ist.

Die Basisreaktionskomponente B und die Reaktionskomponenten Rl, R2 sind hinsichtlich ihrer Dichte aufeinander abgestimmt, so daß überschüssige Anteile der Basisreaktionskompo¬ nente B und/oder der Reaktionskomponenten Rl, R2 in der Wanne eine Stützfunktion für Überhänge des Artikels übernehmen.

Nach einer anderen Ausführungsform umfaßt das Herstellungsverfahren die folgenden Schritte: a) In einem Bauraum mit kontollierbarer Temperatur und Bauraumatmosphäre sind die in z- Richtung bewegliche Bauplattform 1 und die in x- und y-Richtung bewegliche Düsenan- Ordnung 3 mit temperierbaren Ink- Jet-Düsen angeordnet, wobei eine Düse mit dem Vor¬ ratsbehälter für die Basisreaktionskomponente B, eine weitere Düse mit dem Vorratsbe¬ hälter für die Reaktionskomponente Rl und eine andere Düse mit dem Vorratsbehälter für die Reaktionskomponente R2 verbunden sind, so daß die Basisreaktionskomponente B, die Reaktionskomponente Rl und die Reaktionskomponente R2 jeweils tropfenweise ausgebracht werden können. b) Entsprechend den Steuerungsdaten tragen die Düsen die Basisreaktionskomponente B, die Reaktionskomponente Rl und die Reaktionskomponente R2 derart auf die Bauplatt¬ form 1 auf, das mittels anschließender chemischer Reaktionen der Basisreaktionskompo¬ nente B mit der Reaktionskomponente Rl und/oder der Reaktionskomponente R2 eine erste Schicht des zu erzeugenden Artikels entsteht. c) Die Bauplattform 1 wird um eine Schichtdicke abgesenkt. d) Der Verfahrensschritt b) wird wiederholt, bis der gesamte Artikel erzeugt ist.

Die beiden Reaktionskomponenten Rl, R2 können auf ein und demselben Tropfen der Basis¬ reaktionskomponente B abgelegt werden. Dieses kann zeitgleich oder zeitlich versetzt erfol- gen. Unter „kontrollierbarer Temperatur" im Bauraum ist zu verstehen, das der gesamte Bau¬ raum oder Teile hiervon auf einer definierte Temperatur gehalten werden. Der Begriff „kon- trollierbare Bauraumatmosphäre" in der hier verwendeten Bedeutung beschreibt, daß die Art der Atmosphäre, also beispielsweise Luft oder Stickstoff oder Argon, einstellbar ist.

Die Basisreaktionskomponente B und die flüssigen Reaktionskomponente Rl, R2 bilden je¬ weilige Reaktionssysteme, die durch chemische Reaktion miteinander einen festen vernetzten Kunststoff erzeugen. Bevorzugte Polymeraufbaureaktionen ist die Polyadditionsreaktion. Be¬ vorzugt erzeugte Kunststoffe sind Polyurethane, als Polymere, die nach dem Di-(oder Po- ly)isocyanat-Polyadditionsverfahren hergestellt werden und meistens die Urethan-Gruppe als charakteristisches Strukturelement enthalten.

Die Basisreaktionskomponente B enthält beispielsweise höhermolekulare Oligomere und/oder Präpolymere, die mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktive Wasserstoffatome aufwei¬ sen, die aus der Gruppe der primären Alkohole, sekundären Alkohole, Phenole, primären Amine und/oder sekundären Aminen stammen. Insbesondere zu nennen sind Polyole ausge¬ wählt aus der Gruppe Polyether-Polyole und Polyesterpolyole, wie sie erhalten werden durch Addition von Alkylenoxyden, wie Ehylenoxid und Propylenoxid, an mehrfunktionelle Starter, wie Ethylenglykol, Propylenglykol, Glycerin, Trimethylolpropan, Sucrose, Sorbit und/oder Ethylendiamin, oder durch Kondensation von Dicarbonsäuren, wie Adipinsäure, Bernstein¬ säure, Glutsäure, Korksäure, Sebacinsäure, Maleinsäure und/oder Glutarsäure, mit überwie¬ gend bifunktionellen Hydroxykomponenten, wie Ethylenglykol und/oder Propylenglykol, aufgebaut aus Ethylenoxyd und/oder Propylenoxyd sowie Glycerin, Trimethylolpropan, Ethyldiamin, Propylenglykol, Ethylenglykol, Sorbit oder deren Gemische als Starter.

Die Reaktionskomponenten Rl, R2 enthalten organische Polyisocyanate und/oder Polyisocy- anatpräpolymere, wobei die an sich bekannten aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphati- schen und vorzugsweise aromatischen mehrkernigen Isocyanate oder durch Reaktion ver¬ kappte Isocyanate zur Anwendung kommen können. Besonders geeignet sind die Toluylen- diisocyanate und die Diphenylmethandiisocyanate, deren Modifizierungsprodukte oder ihre entsprechenden Präpolymere. Insbesondere werden als aromatische Polyisocyanate genannt: 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Mischungen aus 2,4'- und 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Roh-MDI-Typen oder polymeres MDI und/oder 2,4- und/oder 2,6 Toluylendiisocyanat sowie deren Mischungen untereinander.

Sowohl die Basisreaktionskomponente B als auch die Reaktionskomponenten Rl, R2 können neben den eigentlichen Reaktionspartnern noch Hilfs- und Zusatzstoffe, wie beispielsweise Katalysatoren/Aktivatoren, Kettenverlängerer, Vernetzer, Stabilisatoren und Füllstoffe, ent¬ halten.

Als Basisreaktionskomponente B kann bei dem oben beschriebene Ausführungsbeispiel für das Herstellungsverfahren beispielsweise das Isocynat Lupranat M20W der Firma Elastogran GmbH, Lemförde verwendet werden, dem 0,1 - 5% eines geeigneten Katalysator beigemischt werden. Als Reaktionskomponente Rl wird Lupranol 3300, Hersteller Elastogran GmbH, verwendet. Bei der Reaktionskomponente R2 handelt es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um Lupranol 1100. Die Bauraumtemperatur beträgt zwischen 25 und 70°C, die Düsenbetrieb¬ stemperatur zwischen 50 und 9O0C.

Es kann vorgesehen sein, daß der Reaktion zwischen Basisreaktionskomponente B und der Reaktionskomponente Rl und/oder der Reaktion zwischen Basisreaktionskomponente B und der Reaktionskomponente R2 bei Kontakt eine weitere Behandlung der gebildeten Schichtanordnung nachgeschaltet wird, beispielsweise eine Lichtbestrahlung oder ein Erwär¬ men, um zum Beispiel eine weitere Verfestigung bis hin zur Aushärtung des Materials zu er- reichen. Die Nachbehandlung kann dazu führen, daß die beim Kontaktieren begonnene Reak¬ tion der Reaktionspaare fortgesetzt oder eine weitere Reaktion initiiert wird.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens, bei dem wäh¬ rend des schichtweisen Auftrags die Schichtdicke einer aktuell aufzutragenden Schicht in Ab¬ hängigkeit von Meßdaten für die Schichtdicke einer vorher aufgetragenen Schicht geregelt wird. Zu diesem Zweck werden mit Hilfe einer Abstandsmeßeinrichtung 40 Meßdaten aufge¬ nommen, die Rückschlüsse über die Dicke einer zuletzt aufgetragenen Schicht 41 erlauben. Die Abstandsmessung wird bevorzugt mit Hilfe eines optischen Abstandsmeßverfahren aus¬ geführt. Die Meßdaten werden an eine Auswerteeinrichtung 42 übertragen, welche die Me߬ daten auswertet. Von der Auswerteeinrichtung 42 werden dann Steuersignale an eine Steuer- einrichtung 43 übertragen, die mit einer Düsenanordnung 44 gekoppelt ist. Auf Basis der Steuersignale werden in der Steuereinrichtung 43 Düsensteuersignale erzeugt und an die Dü¬ senanordnung 44 übertragen, um die Düsenanordnung 44 in Abhängigkeit von den mit Hilfe der Abstandsmeßeinrichtung 40 erfaßten Meßdaten zu steuern. Auf diese Weise kann bei¬ spielsweise das Tropfenvolumen von ausgestoßenen Tropfen 45 beim Auftragen einer aktu- eilen Schicht 46 vermindert werden, wenn festgestellt wird, daß die Dicke der zuletzt aufge¬ tragenen Schicht 41 größer als ursprünglich beabsichtigt ist. Umgekehrt kann das Tropfenvo¬ lumen der Tropfen 45 vergrößert werden, wenn die zuletzt aufgetragene Schicht 41 zu dünn ist. Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens ist während des gesamten Schichtauftrags zum Ausbilden eines dreidimensionalen Artikels 47 eine fortdauernde Überwachung einer exakten Schichtausbildung gewährleistet.

Das in Verbindung mit Fig. 4 beschriebene Verfahren zur automatischen Schichtdickenüber- wachung kann nicht nur im Zusammenhang mit sämtlichen Verfahrensvarianten und Vor¬ richtungen, die oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben wurden, sondern auch mit beliebigen anderen Verfahren zum Ausbilden dreidimensionaler Artikel mittels schichtweisem Auftrag genutzt werden. Der Schichtauftrag kann hierbei mit Hilfe eines Re¬ aktionssystems aus Basisreaktionskomponente und Reaktionskomponente. Gegebenenfalls kann ein weiteres Reaktionssystem aus Basisreaktionskomponente und einer weiteren Reakti¬ onskomponente genutzt werden, wie dies oben beschrieben wurde. Der Auftrag der Basis¬ komponente kann tropfenweise oder als Schicht erfolgen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.