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Title:
MACHINE FOR MAKING OBJECTS BY SELECTIVELY PHOTOPOLYMERISING LAYERED LIQUIDS OR POWDERS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1995/015841
Kind Code:
A1
Abstract:
A stereolithography machine using an "active" mask directly controlled by a computer device as a source for selectively photopolymerising liquid or powdered resins in order to produce three-dimensional objects on the basis of computer data. The "active" mask enabling an entire resin layer to be cured in a single step is particularly a liquid crystal device (9, 10) combined with a light source (8), an emissive video screen (11) or a laser diode or discharge tube device (12). An image of the mask may be projected through a focusing lens (13) onto a sheet member (14) immersed in a vessel (5) filled with liquid resin (4).

Inventors:
GORETA LUCAS (FR)
Application Number:
PCT/FR1993/001218
Publication Date:
June 15, 1995
Filing Date:
December 09, 1993
Export Citation:
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Assignee:
GORETA LUCAS (FR)
International Classes:
B29C67/00; G03F7/00; G03F7/20; (IPC1-7): B29C67/00
Domestic Patent References:
WO1992017329A11992-10-15
Foreign References:
EP0484086A11992-05-06
GB810041A1959-03-11
EP0549993A11993-07-07
US5026146A1991-06-25
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Claims:
REVENDICATIONS
1. Machine de fabrication d'objets tridimensionnels par photopolymérisation sélective de liquides ou poudres par couches, dite machine de "stéréolithographie", permettant de solidifier par couches successives une résine photopolymérisable (4) liquide ou en poudre contenue dans une cuve (5) , à partir de fichiers informatiques, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un masque "actif" (9,10,11,12) directement activé par un système informatique et électronique, ce masque "actif" émettant, ou laissant passer sélectivement, un rayonnement lumineux de longueur d'onde adaptée à la résine à polymeriser, en affichant une image correspondant à une couche complète à solidifier ou à une ligne de cette couche.
2. Machine de stéréolithographie selon la revendication 1, caractérisée en ce que le masque "actif" est un dispositif à cristaux liquides (9,10) , absorbant une partie du rayonnement émis par une source lumineuse (8).
3. Machine de stéréolithographie selon la revendication 2, caractérisée en ce que le masque "actif" est constitué par au moins un écran à cristaux liquides (9 ; 9a,9b) .
4. Machine de stéréolithographie selon la revendication 2, caractérisée en ce que le masque "actif" est constitué par au moins une barrette de cristaux liquides (10 ; 10a, 10b), montée mobile en translation (flèche F) ou en rotation.
5. Machine de stéréolithographie selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que le masque "actif" comprend au moins deux écrans à cristaux liquides (9a,9b) ou au moins deux barrettes de cristaux liquides (10a, 10b) disposés l'un derrière l'autre, des optiques de focalisation (25,27) ainsi que des diaphragmes (24,26) étant disposés entre ces écrans ou barrettes successifs (9a,9b ; 10a,10b) .
6. Machine de stéréolithographie selon la revendication 1, caractérisée en ce que le masque "actif" est un écran vidéo émissif (11) .
7. Machine de stéréolithographie selon la revendication 1, caractérisée en ce que le masque "actif" est un dispositif à diodes laser ou à tubes à décharge plasma (12) .
8. Machine de stéréolithographie selon la revendication 7, caractérisée en ce que le masque "actif" (12) est constitué par un écran à diodes laser ou à tubes de décharge plasma.
9. Machine de stéréolithographie selon la revendication 7, caractérisée en ce que le masque "actif" (12) est constitué par une barrette de diodes laser ou de tubes à décharge plasma, montée mobile en translation (flèche F) ou en rotation.
10. Machine de stéréolithographie selon l'une quelconque des revendications l à 9, caractérisée en ce qu'au masque "actif" (9,10,11,12) est associé un dispositif optique (13) de focalisation de l'image sur une plaque ou vitre (14) transparente au rayonnement utilisé, ladite plaque ou vitre (14) étant immergée dans la résine liquide (4) et remontée au fur et à mesure de la formation de l'objet à réaliser (7).
11. Machine de stéréolithographie selon la revendication 10, caractérisée en ce que le dispositif (30, 32) à masque "actif" est positionné dans ou sur un caisson étanche (29) , dont la plaque ou vitre précitée (14) constitue le fond.
12. Machine de stéréolithographie selon la revendication 10, caractérisée en ce que le dispositif (30,32) à masque "actif" est positionné extérieurement, une optique de focalisation (13) et au moins un miroir (22 ; 22a,22b,22c) étant prévus pour renvoyer l'image de ce dispositif à masgue "actif" sur la plaque ou vitre (14) du fond du caisson étanche (29) .
13. Machine de stéréolithographie selon la revendication 12, caractérisée en ce gue pour la réalisation d'objets de grande taille, elle comprend un masque "actif" unique associé à un jeu de plusieurs miroirs (22a,22b,22c) , dont certains sont montés mobiles, permettant de diriger sélectivement le rayonnement vers différentes parties ou zones de l'objet (7) en cours de fabrication.
Description:
"Machine de fabrication d'objets par photopolymérisation sélective de liquides ou poudres par couches"

L'invention concerne une machine pour la fabrication d'objets tridimensionnels, généralement des pièces prototypes, par photopolymérisation sélective de liquides ou poudres par couches.

La notion de prototypage rapide par solidification d'une couche de résine liquide ou une poudre, dénommée par le terme "stéréolithographie", est apparue dans le milieu des années 1980, comme une nouvelle méthode de fabrication d'objets à partir de fichiers informatiques dits de conception assistée par ordinateur (CAO) . Cette technologie permet de réaliser les objets définis en CAO en mode surfacigue ou volumigue directement dans une résine photopolymérisable, sans usinage, par solidification d'un liquide ou d'une poudre.

En matière de stéréolithographie, il existe aujourd'hui plusieurs systèmes permettant la solidification par couches successives de résines solides ou liquides, ou encore la création d'un objet par dépôt d'une couche de matériau fondu.

Le système actuellement le plus répandu dans le monde est conçu et fonctionne comme suit : Par l'utilisation d'une source ultraviolette focalisée en un seul point, en pratique un laser, on polymérise par couches successives (grâce à un plateau descendant dans la résine liquide) et de manière sélective, une partie d'une résine photopolymérisable. Le laser, piloté par deux miroirs eux-mêmes asservis par un système informatique, balaye la surface du liquide avec une vitesse de traçage dépendant des miroirs de déviation. Le temps de traçage complet d'une couche est donc dépendant de la surface à solidifier. De plus le laser est en général piloté de façon à ne solidifier qu'une partie de la pièce à réaliser (en dessinant par exemple des

croisillons), afin de créer une structure "portante", le reste de la résine étant ensuite solidifiée dans un four dit de "Post Curing", avec de simples lampes à ultraviolets. Lorsqu'une couche a été entièrement éclairée par le laser, toutes les parties de la résine liguide ainsi exposées ont amorcé une réaction de polymérisation. Ensuite, un système de raclette vient égaliser la surface, le plateau sur lequel est posée la pièce en cours de fabrication descend d'un pas dans le liquide (pas égal à l'épaisseur de couche à solidifier, soit en général de 0,1 à 0,2 mm). Le processus se répète ainsi jusqu'à la complète réalisation de la pièce. La figure 1 du dessin annexé rappelle le principe d'une telle machine : la y désigne le laser, lb le rayon laser, 2 un jeu de miroirs permettant d'orienter le rayon laser (en direction longitudinale et transversale d'un plan horizontal, 3 la raclette mobile en translation au-dessus de la surface de la résine liguide photopolymérisable 4 contenue dans une cuve 5, et 6 désigne le plateau descendant dans le liquide au fur et à mesure de la confection de la pièce 7 en cours de fabrication. Les avantages de cette technique par rapport aux méthodes classiques de réalisation d'objets (usinage par commande numérigue entre autres) sont les suivants : - Suppression de la nécessité de créer des parcours d'outil.

Création complète de l'objet (intérieur et extérieur) simultanément.

- Capacité de réaliser d'un seul tenant des pièces non directement usinables.

- Rapidité relative de réalisation des pièces.

Connexion directe, via une interface à un fichier CAO surfacique ou volumique.

- Réalisation des pièces dans une résine spécifique.

Comme déjà indiqué plus haut, cette technologie est actuellement largement diffusée dans le monde, auprès de nombreux utilisateurs, et pratiquement tous les fournisseurs de logiciels de conception assistée par ordinateur de type surfacique ou volumique disposent de l'interface adéquate, dénommmée interface "STL". Toutefois, ce procédé connu comporte encore des insuffisances. En particulier, la vitesse d'exécution des pièces est limitée, d'une part en raison de leur réalisation "point par point" (balayage laser) , et d'autre part en raison du principe utilisé de descente progressive de la pièce (portée par un plateau) en cours de fabrication, impliquant des temps intermédiaires de déplacement de cette pièce et d'attente de stabilisation de la surface du liquide, après chaque déplacement élémentaire de la pièce qui crée inévitablement des remous.

Le but de 1'invention est donc de créer une machine perfectionnée de fabrication d'objets par photopolymérisation sélective de liquides ou poudres par couches, permettant une exécution beaucoup plus rapide de ces objets, en évitant certains des principes des machines existantes rappelées précédemment.

Selon un premier aspect de la présente invention, la machine de stéréolithographie gu'elle concerne utilise, en lieu et place de la méthode ponctuelle "laser" rappelée ci-dessus, un masgue "actif" et une source d'insolation du liquide ou de la poudre située derrière ce masque. Il peut s'agir d'une source ultraviolette pour les résines photopolymérisables actuellement disponibles, ou d'une source d'autre longueur d'onde adaptée à d'autres résines que l'on souhaiterait durcir, ou encore d'une source active émissive, du type écran vidéo ou diodes laser ou tubes à décharge plasma. Dans tous les cas, le principe général appliqué est le suivant :

Afin de solidifier une couche de liquide, on crée un masque. Ce masque représente la couche à solidifier. Plus particulièrement, la partie transparente du masque laisse passer les photons de longueur d'onde adaptée à la résine que l'on désire, polymeriser (longueur d'onde ultraviolette en général, mais pouvant être différente suivant les résines employées comme indigué ci-dessus. Les photons qui toucheront le liquide photopolymérisable vont permettre la réaction chimique permettant le changement d'état "liquide / solide". La partie sombre du masque empêche le passage des photons et donc évite la solidification du liguide dans la zone correspondante.

A ce masque est associé un dispositif de focalisation optique, exactement comme un projecteur de diapositives ou rétroprojecteur (lentille de Fresnel) , chaque masque étant en lui-même une sorte de diapositive. Cela permet d'avoir une image nette à la surface du liguide et de ne solidifier que ce qui doit l'être.

Différents types de masques sont envisageables, néanmoins, pour être compatible avec les vitesses de travail envisagées ainsi gue pour la souplesse du procédé, tout en les mentionnant, on ne retiendra pas les masgues de type : photographique, électrostatique par dépôt de couche de toner sur une vitre, traçage sur film transparent, traceur ou phototraceur, ces types de masques étant qualifiés de "statiques" ou "passifs" puisqu'il faut une intervention supplémentaire sur chaque masque pour le modifier (photographie à développer, toner à effacer puis redéposer, traçage d'un film par traceurs de différents types) . Au contraire, la machine de stéréolithographie proposée utilise, selon le premier aspect de l'invention ici considéré, des masques dits "actifs" en ce sens qu'ils sont directement activés par un système informatique et électronique, pour modifier leur état en fonction des couches à solidifier. Ainsi les masques "actifs" peuvent être des écrans vidéo émissifs, des dispositifs à cristaux

liquides absorbant une partie du rayonnement émis par une source ultraviolette ou autre (dispositifs du type écran à cristaux liquides ou barrette de cristaux liquides) , ou des dispositifs à diodes laser ou tubes à décharge plasma émissifs (eux aussi du type écran à diodes laser ou tubes à décharge plasma, ou du type barrette de diodes ou tubes) .

Ces masques "actifs" sont plus rapides que les masques qualifiés précédemment de "passifs", puisqu'ils sont pilotés directement et forment une image animée, dont les configurations successives correspondent aux couches successives à solidifier. Plus particulièrement :

Dans le cas de l'écran vidéo, celui-ci affiche une image directe des parties à solidifier (partie lumineuse) et des parties à ne pas solidifier (partie opaque de l'écran). Il est nécessaire que les photons émis par l'écran soit adaptés en fréquence et en intensité aux caractéristiques de photopolymérisation des résines liquides photopolymérisables utilisées. De même, dans le cas de diodes laser mises en barrettes, il suffit de balayer la surface du liquide par déplacement de la barrette de diodes, en pilotant leur éclairement afin de reconstituer 1'image nécessaire à la polymérisation souhaitée, ces diodes devant travailler à des longueurs d'onde compatibles avec les caractéristigues de photopolymérisation des résines liquides photopolymérisables utilisées.

Dans tous les cas, on obtient une solidification rapide d'une couche, soit en solidifiant en une seule opération la totalité de la couche (cas de l'écran), soit en la solidifiant au cours d'un seul mouvement de balayage par translation ou rotation (cas de la barrette de diodes). En outre, le passage d'une couche à la suivante s'effectue instantanément, du point de vue du masque, par un pilotage de ce masque "actif". La conjugaison de ces particularités procure une grande rapidité d'exécution.

Les écrans vidéo actuels, quels que soit leur définition, ont une faible composante ultraviolette, ce qui reste peu praticable en égard à 1'état actuel d'avancement des résines photopolymérisables, mais pourront néanmoins être utilisés, en tant que masques "actifs", pour toute résine se polymérisant à une longueur d'onde pouvant être émise par ce type d'écran, actuellement ou dans le futur. On peut envisager des écrans vidéo noir et blanc ou couleur. Lorsque le masque "actif" est un dispositif du type écran à cristaux liquides, ce dispositif est rétroéclairé par une lampe ultraviolette ou une série de lampes ultraviolettes, dans le cas de résines sensibles au rayonnement ultraviolet (ou autre type de lampe, en fonction des résines utilisées) . Le rayonnement est focalisé par un dispositif optique sur la résine photopolymérisable, initialement liquide. Comme dans le cas précédent de l'écran vidéo, il se produit une polymérisation totale et en une seule fois de toute la surface désirée, pour former une couche complète.

Avantageusement, le dispositif à cristaux liquides est lui-même constitué de plusieurs écrans successifs. En effet, un seul masque "actif" de ce type n'offre pas un contraste supérieur à 70 % entre les parties laissées transparentes et celles censées être opaques au rayonnement. Pour augmenter de façon sensible le contraste entre les parties opagues et transparentes à la lumière ultraviolette ou autre, on monte donc au minimum deux écrans, et de préférence trois écrans à cristaux liquides l'un derrière l'autre, avec des optiques de focalisation entre eux ainsi que des diaphragmes. La partie transparente représentant une atténuation d'intensité très faible (sauf atténuation générale due à l'usage du diaphragme) par rapport aux parties opagues, on obtient 89 % d'atténuation sur les parties opaques par rapport aux parties transparentes, avec deux écrans, et 97 % avec

trois écrans, ce qui est dans les deux cas suffisant pour obtenir une polymérisation sélective, telle que souhaitée.

Le principe est le même dans le cas de l'utilisation de barrettes de cristaux liquides au lieu d'écrans. Des diaphragmes permettent alors d'affiner à la fois le contraste et la précision en augmentant la profondeur de champ.

Suivant les longueurs d'onde utilisées, un dispositif à cristaux liquides et une optique classique de projection peuvent être utilisés, ou plus spécifiquement on pourra utiliser des matériaux transparents à l'ultraviolet plus lointain comme le quartz.

Dans le cas de barrettes de diodes laser ou de barrettes de tubes à décharge plasma, une barrette de diodes ou tubes peut comporter plusieurs centaines ou milliers de diodes ou tubes de ce genre, à la manière des barrettes utilisées dans les imprimantes laser. Les diodes ou tubes sont disposées en ligne, et la barrette est commandée pour afficher une ligne d'image à la fois, éclairant ainsi la résine selon une ligne, soit directement, soit avec focalisation par un dispositif optique afin d'augmenter la précision. La barrette est déplacée pas à pas, par translation ou rotation, et l'image complète de la couche à solidifier est transmise à cette barrette, ligne par ligne, en synchronisme avec son mouvement de translation ou de rotation.

Dans le cas d'un écran à diodes laser ou à tubes à décharge plasma, l'écran étant de dimensions définies supérieures à celles des couches à solidifier, l'image de chaque couche est transmise en une seule fois, sans aucun mouvement.

Dans tous les cas, la modification d'affichage de chaque couche se fait directement, par pilotage du masque "actif" au moyen d'un dispositif informatique, sans manipulation mécanique.

Pour le reste, la machine selon l'invention, permettant de solidifier les couches successives, peut rester analogue à des machines existantes ; en particulier, la pièce en cours de fabrication peut reposer sur un plateau asservi, mobile verticalement, qui descend pas à pas dans le liquide au fur et à mesure de la formation de ladite pièce. Néanmoins, ce principe nécessite un temps de stabilisation du liquide (de quelques secondes) entre la solidification de deux couches successives, et le passage d'une raclette pour égaliser la surface.

Afin d'augmenter la vitesse de fabrication de l'objet, il est proposé, selon un second aspect de la présente invention, de disposer l'image projetée par le masque "actif" et le dispositif optique non pas à la surface du liquide, mais à la surface d'une vitre en quartz ou autre matériau transparent aux longueurs d'onde utilisées, la vitre étant immergée dans le liquide et remontée au fur et à mesure de la formation de 1*objet à réaliser. On supprime ainsi le plateau descendant, le problème de stabilisation de la surface du liquide et le raclage, d'où une augmentation supplémentaire de la rapidité d'exécution des pièces, s'accompagnant en outre d'une simplification mécanique de la machine. En particulier, le liquide étant directement en contact avec la vitre, il n'y a pas de possibilité de vaguelettes à la surface du liquide, et tout problème d'effet de capillarité sur les parties nouvellement solidifiées est éliminé par construction, puisque tout reste dans le liquide.

La machine complète, intégrant ce second aspect de l'invention, fonctionne comme suit :

La vitre, formant un écran de projection est positionnée initialement au fond de la cuve remplie de résine liquide, à une hauteur juste égale à l'épaisseur de la première couche à solidifier (par exemple : 0,1 mm). Le

masque "actif", tel qu'écran vidéo ou dispositif à cristaux liquides ou dispositif à diodes laser ou tubes à décharge plasma, affiche l'image de la première couche complète (ou ligne dans le cas des barrettes de diodes ou autres). La source lumineuse s'allume alors, avec une intensité et une durée d'éclairage dépendant du type de résine utilisée, par exemple à la manière d'un "flash" ou d'un système à obturateur, ce qui solidifie la première couche, laquelle deviendra la couche inférieure de l'objet.

La vitre est alors remontée d'une hauteur correspondant à l'épaisseur d'une couche (par exemple : 0,1 mm) , 1'interstice entre cette vitre et la première couche solidifiée restant rempli de liquide par l'effet de la pression, sans nécessité d'un nivellement. Le masque affiche alors l'image de la deuxième couche à solidifier, la source lumineuse envoie de nouvau son rayonnement pour solidifier cette deuxième couche, et ainsi de suite jusgu'à obtention de l'objet complet. En fin de processus, la vitre est remontée de la hauteur totale de la pièce à fabriquer, et le dispositif à masque "actif" a terminé son travail, la pièce formée se trouvant encore totalement immergée dans le liquide. Un plateau muni de moyens élévateurs, situé initialement au fond de la cuve, remonte la pièce terminée, entièrement solidifiée. Cette pièce est ensuite enlevée du plateau, rincée par un solvant adéquat et rendue disponible.

Les tailles des objets fabricables au moyen de la machine de stéréolithographie selon 1' invention ne sont pas particulièrement limitées, l'optimum se situant entre des volumes de 300 mm au cube pour les plus petites machines, et des machines standard de 600 à 1000 mm au cube. Des tailles plus grandes sont envisageables, éventuellement en multipliant les masques "actifs" ou en déplaçant un masque unique, ou encore, plus judicieusement, en éclairant successivement plusieurs

parties ou zones de l'objet à fabriquer, en n'utilisant qu'un seul masque fixe mais combiné avec un dispositif optique spécial, notamment à plusieurs miroirs dont certains sont mobiles, pour diriger sélectivement le rayonnement vers les différentes parties ou zones de l'objet en cours de fabrication.

En ce qui concerne la précision et la fabrication, celle-ci est entièrement liée à la précision de l'élément d'éclairement, à savoir cellule de cristaux liquides ou pixel de l'écran vidéo, ou encore diode laser ou tube à décharge, multipliée par le facteur de grandissement du dispositif optigue. Ce dispositif optique permet par ailleurs d'éclairer différentes parties de la surface à solidifier, et ce en plusieurs fois (exemple : un carré de 30 centimètres de côté peut être éclairé par neuf "flashes" successifs couvrant chacun un carré de 10 cm de côté ; et dans ce cas, la précision sera celle du carré de 10 cm de côté) . Dans le cas d'un écran à cristaux liquides de 1000 points par 1000, et de 200 mm de côté, la précision de chaque point est de : 200/1000 mm, soit : 0,2 mm pour un facteur de grandissement de 1 et 0,1 mm pour un facteur de grandissement de 1/2 (réduction de 1'image d•un facteur 2) .

Dans le cas d'une barrette de cristaux liquides, de diodes ou de tubes à décharge, cette précision sera de même ordre, suivant la disposition des éléments sur la barrette (en général de 300 à 600 points par pouce, soit : 25,1 mm pour 300 à 600 points) ; la précision directe avec facteur de grandissement de 1 est donc de 25,1/300 à 25,1/600 soit : 0,085 à 0,043 mm. En comparaison, la précision des machines de stéréolithographie actuellement fournies par les différents constructeurs n'est pas meilleure que 0,2 mm sur des objets de petite taille.

En ce qui concerne la vitesse de travail, les machines actuellement disponibles offrent des vitesses de l'ordre d'une couche solidifiée toutes les 40 secondes en

moyenne, ce temps étant dû, d'une part, à la vitesse de balayage du laser, et d'autre part au temps d'attente entre couches (stabilisation du liquide et passage de la raclette comme expliqué plus haut) . La machine objet de l'invention élimine le temps de traçage laser, la stabilisation du liquide et le passage de la raclette. Il en résulte que le temps de fabrication par couche peut passer à 2 secondes, pour une polymérisation de 0,1 mm de profondeur, ce qui permet de réaliser un objet de 10 cm de haut, quelles que soient sa longueur, sa largeur, et son épaisseur moyenne, en 2000 secondes, soit 35 minutes environ.

De plus, la machine objet de l'invention est d'un prix de revient relativement bas, comparé aux coûts actuels des machines de stéréolithographie, et elle peut toucher les bureaux d'étude des entreprises, même de petite taille, fabriquant des objets dans les domaines industriels suivants : automobile, aéronautique, électroménager, ingénierie, informatique, électricité, électromécanique, électronique, téléphonie, emballage, produits verriers, matériel de sport, jouets, lunetterie, matériel médical...

De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, quelques modes de réalisation de cette machine de fabrication d'objets par photopolymérisation sélective de liquides ou poudres par couches :

Figure 2 est un schéma de principe synoptique de la machine de stéréolithographie objet de l'invention, avec ses variantes prévues ;

Figure 3 est une vue schématique illustrant divers modes de conception envisagés d'un masgue "actif" ou "passif", en liaison avec l'invention ; Figure 4 est une vue en coupe verticale d'une machine avec masque à base d'écran à cristaux liquides ;

Figure 5 est une vue en perspective d'une machine à masque à base de barrette de cristaux liquides ;

Figure 6 illustre une première possibilité de po¬ sitionnement du dispositif à cristaux liquides de figure 5 ; Figure 7 illustre une seconde possibilité de po¬ sitionnement du dispositif à cristaux liquides de figure 5 ; Figure 8 est une vue en perspective d'une machine à masque à base de barrette de diodes laser ou tubes à décharge plasma ; Figures 9 et 10 illustrent deux possibilités de positionnement du dispositif à diodes laser ou tubes de figure 8 ;

Figure 11 est une vue en coupe verticale d'une machine selon 1'invention avec vitre plongée dans la cuve de résine ;

Figure 12 montre une variante de la machine de figure 11 ;

Figure 13 est une vue en perspective, représentant une machine conçue pour réaliser des objets de grande taille.

Sur la figure 2, qui est un schéma de principe commun à toutes les formes de réalisation de l'invention, 8 désigne la source d'éclairage, utilisée avec un masque "actif" 9 du type écran à cristaux liquides, ou avec un masque "actif" 10 du type barrette de cristaux liquides. En variante, 11 désigne un masque "actif" du type écran vidéo, et 12 un masque "actif" constitué par un dispositif à diodes laser ou tubes à décharge plasma (sous forme d'écran ou de barrettes), ces derniers masques "actifs" il et 12 constituant par eux-mêmes la source d'éclairage, donc ne nécessitant pas 1'intervention de la source d'éclairage séparée 8.

Entre le masque "actif" 9,10,11 ou 12, d'une part, et la cuve 5 contenant la résine liquide photopolymérisable 4, d'autre part, est interposé un dispositif de focalisation optique 13, qui projette

1•image du masque sur une vitre 14. La cuve 5 comporte un plateau de fond de cuve 15, mobile verticalement, qui est actionné en fin de processus pour sortir la pièce fabriquée (ici non représentée) . L'ensemble 16 comprenant l'éventuelle source d'éclairage 8, le masque "actif" 9,10,11 ou 12, l'optique de focalisation 13 et la vitre 14 constitue une partie mobile verticalement, s'enfonçant partiellement dans la cuve 5. Le sous-ensemble 17, constitué par le dispositif de focalisation 13 et la vitre 14, est immergé (en cours de fonctionnement) dans la résine liquide 4 contenue dans la cuve 5.

Comme 1'illustre en complément la figure 3, le masque permet de définir la partie de la résine qui doit être solidifiée, dans la cuve 5, pour former une couche horizontale de l'objet à réaliser. L'image de cette partie, telle qu'elle apparaît sur un écran 18, est indiquée en noir en haut et à droite de la figure 3. Les différents procédés envisageables pour solidifier de façon sélective et par couches, la résine photopolymérisable, contenue dans la cuve 5, sont désignés par les chiffres romains I à VI :

(I) - Poudre déposée électrostatiquement sur un support transparent 19 par un dispositif 20 (masque "passif" non retenu par la présente invention) .

(II) - Diapositive ou film 21 interposé entre la source d'éclairage 8 et l'optique de focalisation 13 (autre genre de masque "passif" non retenu par la présente invention) . (III) - Dispositif à cristaux liquides, notamment écran à cristaux liquides 9 constituant un masque "actif".

(IV) - Ecran vidéo 11 constituant un autre genre de masque "actif", incorporant sa source lumineuse.

(V) - Dispositif à diodes laser ou tubes à décharge plasma 12.

(VI) - Dispositif utilisant l'un des masques

"actifs" précédents 9,11 ou 12, mais disposé dans un plan vertical et non pas horizontal, et associé à au moins un miroir de renvoi 22, selon une disposition qui sera décrite plus en détail ci-après.

La figure 4 représente, plus en détail, une machine conforme à l'invention avec masque "actif" à base d'écran à cristaux liquides , disposé horizontalement. Entre la source lumineuse 8 et un premier écran à cristaux liquides 9a est interposé un diffuseur 23 assurant une répartition uniforme de la lumière. Il est encore prévu, ici, un deuxième écran à cristaux liquides 9b, situé au- dessous du premier. Entre les deux écrans à cristaux liquides 9a et 9b sont disposés un premier diaphragme 24 et une première optique de focalisation 25. Sous l'écran à cristaux liquides inférieur 9b sont disposés un second diaphragme 26 et une seconde optigue de focalisation 27. Tous ces composants sont supportés par une même monture 28. Une plaque 14 en verre ou autre matériau transparent aux longueurs d'ondes du rayonnement utilisé est solidaire d'un caisson étanche 29, s'enfonçant dans la résine liquide 4 contenue dans la cuve 5. L'optique de focalisation 27 projette l'image, formée par les deux écrans à cristaux liquides 9a et 9b, sur la vitre 14, avec possibilité d'agrandissement ou de réduction de cette image. Au fur et à mesure de la formation des couches de résine solidifiée, la vitre 14 est remontée. En fin de fabrication, l'objet formé est lui-même remonté, et extrait de la résine restée liquide, par déplacement du plateau de fond de cuve 15.

La figure 5 montre une machine avec masque "actif" à base de barrette à cristaux liquides, comportant un dispositif 30 mobile horizontalement au-dessus de la cuve 5 selon la flèche F, le dispositif 30 comprenant, d'une manière analogue à 1•exemple précédent : la source

lumineuse 8, un moyen 23 de répartition uniforme de la lumière, une première barrette de cristaux liquides 10a, un système diaphragme 24, un système de lentilles de focalisation 25 et une seconde barrette de cristaux liquides 10b. Des rails de guidage horizontaux 31 permettent la translation de ce dispositif 30, sur toute la longueur utile de la cuve 5, pour former "ligne par ligne" chaque couche de résine solidifiée, un dispositif asservi électroniquement à l'affichage de la ligne, pilotant la translation du dispositif 30.

Selon une première possibilité de positionnement, illustrée par la figure 6, le "masgue actif" constitué par le dispositif 30 précédemment détaillé est disposé directement dans un caisson étanche 29 avec plaque transparente 14 au fond, qui plonge dans la résine 4 contenue dans la cuve 5.

Selon une autre possibilité de positionnement illustrée par la figure 7, le dispositif 30 à base de barrette de cristaux liguides est situé à l'extérieur de la cuve 5, derrière une optigue de focalisation 13 de type "zoom" avec axe optique horizontal, un miroir 22 renvoyant l'image sur la vitre 14 du caisson étanche 29 gui plonge dans la résine 4 contenue dans la cuve 5.

Les figures 8,9 et 10 correspondent respectivement aux figures 5,6 et 7, mais illustrent une machine avec masque "actif" à base de dispositif à diodes laser ou tubes à décharge plasma, ici plus particulièrement une barrette 12 de diodes laser ou tubes à décharge. L'ensemble 32 constitué par la barrette 12 et par l'optique de focalisation associée 13 est mobile en translation horizontalement selon la flèche F, le long de rails de guidage 31, sur la longueur utile de la cuve 5 contenant la résine liquide 4.

Comme précédemment, les figures 9 et 10 illustrent les possibilités de positionnement de l'ensemble 32, soit dans un caisson étanche 29 plongeant dans la résine 4,

soit extérieurement avec interposition d'une optique de focalisation 13 de type "zoom" et d'un miroir de renvoi 22.

La figure 11 montre, de façon plus précise, une machine conforme à 1'invention avec vitre 14 formant le fond d'un caisson étanche 29 plongé dans la résine 4, le dispositif à masque "actif" (de l'un quelconque des types précédemment décrits) étant situé à l'extérieur, et formant une image qu'une optique de focalisation 13 et un miroir de renvoi 22 permettent de projeter sur la vitre immergée 14, remontant au fur et à mesure de la solidification des couches successives de la pièce 7 en cours de fabrication.

La figure 12 montre une variante sans miroir de renvoi, mais conservant un caisson étanche 29 avec vitre 14 plongeant dans la cuve 5 de résine photopolymérisable 4.

Enfin, la figure 13 représente une machine permettant la réalisation d'objets de grande taille, le repère 7 désignant la partie déjà réalisée d'une telle pièce, par exemple de grande longueur, fabriquée dans une cuve 5 de forme allongée, remplie de résine. Un caisson étanche 29 avec vitre 14, de forme correspondante, plonge dans la cuve 5. Le dispositif à masque "actif", par exemple avec source lumineuse 8, écran à cristaux liquides 9, et optique de focalisation 13, est disposé extérieurement. Un jeu de plusieurs miroirs 22a, 22b, 22c, dont certains sont montés pivotants, permet de renvoyer alternativement les images du masque "actif" sur plusieurs parties adjacentes de la vitre 14, donc dans différentes zones adjacentes de la pièce en cours de formation 7, de manière à réaliser la pièce complète en éclairant successivement plusieurs parties en lesquelles chaque couche est divisée.