Brevet FR3080320A1 — publié le 20191025

Description Titre de l'invention : Dispositif d'impression pour la fabrication additive d'objet en trois dimensions par polymérisation successive de couches de résine. Domaine technique [0001] L'invention se situe dans le domaine technique de l'impression 3D et plus particu- lièrement de l'impression en trois dimensions de précision permettant la réalisation d'objet médicaux en trois dimensions tels que notamment pour la réalisation de prothèses dentaires [0002] Cette application n'est toutefois pas limitative et le dispositif d'impression pourra également être utilisé pour la fabrication de tout autre objet, dans le domaine médical ou autre, nécessitant une grande précision et/un niveau élevé de finition. Technique antérieure [0003] On connait à ce jour une technique d'impression par ajout de couche successive de résine, chaque couche polymérisée, selon le motif souhaité, par une source optique de type laser. Cette technique est notamment connue sous le nom de SLA pour « appareil stéréolithographie ». Cette technique d'impression permet de réaliser des objets avec une bonne précision et relativement rapidement. [0004] On connait également des dispositifs permettant la mise en oeuvre de cette technique, notamment il existe des dispositifs avec une structure porteuse permettant à la fois de réceptionner une plateforme contenant la résine et de supporter la source lumineuse et tel que la plateforme se déplace verticalement à chaque cycle, c'est-à-dire à chaque nouvelle couche solidifiée de résine correspondant à une tranche de l'objet. Plus précisément, après chaque couche solidifiée, la plateforme descend d'une hauteur fixe permettant de recouvrir la couche solidifiée par une nouvelle couche de résine liquide. [0005] Cette hauteur fixe correspond sensiblement à l'épaisseur de chaque couche, toutefois, il est possible que la hauteur de la couche de résine ajoutée, engendrée par le déplacement de la plateforme, ne corresponde pas précisément à la dimension de la tranche de l'objet. [0006] Ce décalage est problématique pour plusieurs raisons et notamment par le fait qu'il peut entraîner une polymérisation de la résine imparfaite ou non homogène si le décalage est important, ou encore engendrée une précision de la tranche insuffisante. Ce problème est d'autant plus important si le décalage se cumule à chaque tranche. [0007] Pour corriger ce décalage, il est possible d'améliorer la précision du déplacement de la plateforme en utilisant des assemblages plus précis, toutefois cette solution est insuffisante car le décalage peut être dû à de nombreuse autres causes et notamment à un 2 manque de rigidité de la structure porteuse, à des vibrations, à l'usure des pièces, à la verticalité de la plateforme ou encore à la qualité de résine dans le bac ou un changement de viscosité de la résine. De plus dans certaines applications, la résine est distribuée dans plusieurs zones de travail ou bacs, et le niveau de la résine n'est pas toujours le même dans chaque bac engendrant la encore des problèmes de hauteurs de couche de résine liquide différentes et surtout une distance entre la source optique et la couche supérieure de résine liquide non constante entre les bacs. Résumé de l'invention [0008] La présente invention concerne un dispositif d'impression pour la fabrication additive d'objet en trois dimensions par polymérisation successive de couches de résine comportant une structure de support permettant la réception d'une plateforme de fabrication de l'objet en trois dimensions et la réception d'une source optique, ladite plateforme, permettant le support de l'objet dans un bac de résine, étant mobile en translation verticale à chaque ajout de couche selon une hauteur fixe et tel que, selon l'invention le dispositif comprend en outre : - des moyens de mesure de la distance entre la source optique et la surface de la résine dans le bac, - des moyens d'ajustement verticaux et horizontaux de la position de la source optique, disposés sur la structure de support, en fonction des valeurs mesurées par lesdits moyens de mesure permettant d'obtenir une distance constante entre la source optique et la surface de la résine, - des moyens de commande du déplacement des moyens d'ajustement verticaux et horizontaux pour délivrer une commande de déplacement des moyens d'ajustement verticaux et horizontaux. Avantages apportés [0009] Un premier but de la présente invention est de résoudre tout ou partie des problèmes techniques liés à l'art antérieur précité. [0010] Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'impression permettant d'obtenir une distance constante entre la source optique et la couche supérieure liquide de résine. [0011] Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'impression permettant un positionnement précis du balai ou lame de raclage de la résine. [0012] Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'impression d'objets en trois dimensions présentant une structure permettant le déplacement de la source optique dans les plans verticaux et horizontaux. [0013] Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'impression permettant un ajout de résine entre deux cycles. 3 [0014] Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'impression avec une structure fiable permettant la réalisation d'objets en trois dimensions présentant une grande précision notamment inférieure à 50pm et jusqu' à 10pm. Brève description des dessins [0015] La présente invention sera mieux comprise à la lecture d'un exemple détaillé de réa- lisation en référence aux figures annexées, fournies à titre d'exemple non limitatif, parmi lesquels : [0016] La figure 1 représente un exemple de réalisation en perspective d'un premier dispositif d'impression conforme à l'invention, [0017] La figure 2 représente en vue en perspective d'un second dispositif d'impression conforme à l'invention, [0018] La figure 3 représente une vue schématique simplifiée d'un dispositif d'impression selon l'exemple de réalisation de la figure 1. Description des modes de réalisation [0019] La présente invention vise à protéger un dispositif d'impression 1 pour la fabrication additive d'objet 2 en trois dimensions par polymérisation successive de couches de résine. [0020] En se reportant aux figures 1 et 2 représentant deux modes de réalisation on voit que le dispositif d'impression 1 comporte une structure de support 4 permettant la réception d'une plateforme 5 de fabrication de l'objet en trois dimensions. Cette structure de support 4 permet en outre la réception d'une source optique 6. [0021] Comme il est connu de l'état de la technique, ladite plateforme 5 permettant le support du bac 7 de résine est mobile en translation verticale. De cette manière à chaque ajout de couche 3 (c'est-à-dire après polymérisation de la couche 3 précédente selon le patron) la plateforme 5 est déplacée selon une hauteur fixe Hc (hauteur de couche) pour faire apparaître une nouvelle couche en résine liquide. [0022] Selon un aspect important de l'invention, le dispositif d'impression 1 comprend en outre des moyens de mesure 8 de la distance entre la source optique et la surface 9 de la résine dans le bac 7. [0023] En se reportant à la figure 1 on voit que ces moyens de mesure 8 de la distance comportent un capteur de distance 10 à distance constante avec la source optique 6, le capteur 10 permettant de mesurer la distance entre lui-même et la surface 9 de la couche supérieure de résine. [0024] En se reportant à la figure 2 représentant une alternative de réalisation, on voit que les moyens de mesure 8 de la distance comportent un capteur de distance 10 à distance constante avec la plateforme 5 permettant de mesurer la distance entre lui-même et la surface 9 de la couche supérieure de résine. 4 [0025] De manière avantageuse, le capteur 10, quel que soit le mode de positionnement du capteur 10, sera réalisé à partir d'un laser pour obtenir une précision importante. Toutefois d'autres types de capteur 10, connus de l'homme du métier pourraient également être envisagés et notamment des capteurs de type Doppler et notamment à ultrasons. [0026] Dans les exemples de réalisation des figures annexées, les moyens de mesure 8 ne comportent qu'un capteur 10. Toutefois en variante de réalisation, les moyens de mesure 8 pourront comportent au moins deux capteurs de mesure 10. [0027] Des moyens de mesure comportant plusieurs capteurs 10 sont particulièrement inté- ressants dans les deux cas suivants : - dans un premier cas, lorsque les capteurs permettent la mesure dans un bac 7, c'est-à-dire dans une zone de travail, permettant de vérifier si ce bac 7 est bien disposé dans l'axe horizontal, - dans un second cas, lorsque les capteurs sont associés chacun à une zone de travail, ce qui permet une adaptation de la distance de la source optique à chaque bac 7 c'est-à-dire à chaque zone de travail, les niveaux de résine dans les bacs 7 n'étant pas nécessairement identiques entre eux. [0028] Il est à noter également que l'on prévoit avantageusement, pour vérifier le pa- rallélisme entre la surface de la résine et l'axe horizontal soit un inclinomètre deux axes soit deux inclinomètres à un axe, ces inclinomètres permettant la calibration du dispositif 1. [0029] Selon l'invention, le dispositif d'impression 1 comporte en outre des moyens d'ajustement verticaux 11 et horizontaux 12 de la source optique 6. [0030] Ces moyens d'ajustement verticaux 11 et horizontaux 12 sont disposés sur la structure de support 4. Ces moyens d'ajustement 11 et 12 ajustent la position de la source optique 6, en fonction des valeurs mesurées par lesdits moyens de mesure 8 permettant d'obtenir une distance constante entre la source optique et le niveau supérieur de la résine, [0031] A cet effet le dispositif d'impression 1 comprend des moyens de commande 13 du déplacement des moyens d'ajustement verticaux 11 et horizontaux pour délivrer une commande de déplacement des moyens d'ajustement verticaux 11 et horizontaux 12. Ces moyens de commande 13 sont situés dans l'exemple de réalisation au niveau des moyens de mesure 8 mais pourraient également être déportés de manière classique sur une autre partie du dispositif d'impression 1 [0032] De manière avantageuse, les moyens de commande 13 sont actionnés après chaque ajout de couche 3 ou après chaque changement de zone de travail par la source optique 6. [0033] Comme représenté aux figures 1 et 2 les moyens d'ajustement verticaux 11 et ho- rizontaux 12 de la source optique 6 comportent un module optique 14 portant la source optique 6. Ce module optique 14 est relié à la partie haute 15 de la structure de support 4 par au moins un rail de guidage vertical 16 et comprend également des premiers moyens motorisés 17 pour l'entraînement vertical du module optique 15 le long dudit rail de guidage vertical 16. [0034] Le module optique 14 comprend en outre au moins un rail de guidage horizontal 18 et des seconds moyens motorisés 19, l'ensemble permettant le déplacement horizontal de la source optique 6 par rapport à la base du module optique 14. [0035] Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, on retrouve deux rails de guidage vertical 16 et deux rails de guidage horizontal 18 permettant d'assurer une meilleure stabilité du module optique 14. [0036] De manière avantageuse, le dispositif d'impression 1 comprend en outre un balai 20 solidaire du module optique 14. Cette caractéristique est intéressante car elle permet un déplacement vertical simultané et identique de la source optique et de la lame du balai 20. Ce dernier est donc toujours bien positionné par rapport à la surface 9 de la résine à balayer. [0037] En se reportant cette fois à la figure 3 représentant un exemple schématique du dispositif d'impression, on comprend le fonctionnement du dispositif d'impression 1. [0038] Le but poursuivi est de garder la distance HT (hauteur de travail) fixe au moment de l'actionnement de la source optique 6 de manière à polymériser de manière optimale la couche de résine liquide. [0039] Lorsqu'une couche 3 de l'objet 2 est réalisée, la plateforme 5 descend d'une hauteur HC (hauteur de couche) de manière à recouvrir l'objet d'une nouvelle couche de résine liquide qui va servir à fabriquer la couche suivant de l'objet 2. Lors de la descente, c'est l'ensemble de la structure de support 4 qui descend de sorte que le module optique 14 descend également d'une hauteur HC. [0040] Une fois le déplacement de la plateforme 5 et du module optique réalisé, on vient mesurer la distance HM (hauteur mesurée) entre le capteur 10 et la surface 9 de la résine. Compte tenu de la distance fixe HC (hauteur capteur) entre le capteur 10 et la source optique 6 on peut à partir de cette mesure HM en déduire la distance, appelée HR (hauteur réelle), entre la source optique 6 et la surface 9. Si cette distance HR correspond à la distance HT (hauteur de travail), la source optique 6 n'est pas déplacée verticalement. En cas de décalage entre la distance réelle HR obtenue à partir de la mesure du capteur 10 et la distance HT, les moyens de commande 13 transmettent une consigne de déplacement aux moyens d'ajustement verticaux 11 pour corriger le décalage. [0041] Lorsque le module optique déplace la source optique 6 horizontalement pour permettre la polymérisation d'une autre zone de travail, on actionne le capteur 10 cor- 6 respondant à cette zone de travail de manière à disposer la source optique 6 à la hauteur de travail HT par rapport à la surface de la résine 9 dans le bac 7 correspondant s'il y a passage vers un nouveau bac. S'il s'agit du même bac 7, il est avantageux de réaliser à nouveau la mesure pour éviter tout décalage engendré par le déplacement de la source optique 6. [0042] Une fois l'éventuel décalage remis à zéro, le dispositif d'impression 1 actionne le balai 20, ce dernier étant disposé à une distance fixe de la source optique 6 est placé de manière optimale par rapport à la surface de la résine 9 grâce à la phase d'ajustement vertical. [0043] Dans la figure 2, le capteur 10 est fixé par rapport à la plateforme 5, cela étant fonc- tionnement de cette alternative est tout à fait similaire au premier mode de réalisation, sauf en ce que la hauteur entre la surface de la résine 9 et la source optique est déduite à partir de la hauteur entre la source optique 6 et la plateforme d'une part et la hauteur entre le capteur 10 et la surface 9, mesurée par le capteur 9 d'autre part. La hauteur réelle déduite HR entre la source optique 6 et la surface 9 est également comparée à la hauteur de travail HT pour commander un déplacement par les moyens d'ajustement vertical 11 en cas de décalage. [0044] Le dispositif d'impression 1 tel que précité permet de positionner parfaitement la source optique 6 par rapport à la surface de la résine 9 de sorte que la mise au point de la source optique corresponde exactement à la distance avec la surface de la résine. [0045] Le dispositif d'impression 1 permet par conséquent de corriger les décalages existants dans les dispositifs de l'état de la technique et permet de réaliser une stéréolithographie d'une grande précision et notamment de l'ordre de 50pm et jusqu'à 10 pm. Le dispositif d'impression permet ainsi la fabrication d'objets en trois dimensions nécessitant des détails de réalisation très précis et notamment des objets médicaux tels que des prothèses dentaires. [0046] Bien entendu, d'autres caractéristiques de l'invention auraient également pu être en- visagées sans pour autant sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après.