用于清洁打印的3D物体的设备的制作方法

本发明涉及一种用于对由包括不可溶的填充颗粒的光固化树脂制剂打印的3d物体进行后清洁的设备，该3d物体具有树脂制剂的附着在表面处的、未固化的残留物，以及本发明还涉及相应设备的应用。

背景技术：

1、在现有技术中已知各种构型和用于不同打印方法的3d打印机。在此，已知的打印方法是立体光刻方法，其中，合适的液态树脂或单体制剂通过有针对性的曝光逐点固化，以便逐层产生期望的三维物体。

2、为此，在传统的立体光刻中，聚焦的激光束经由可围绕两个彼此垂直的轴枢转的镜子来偏转，以便依次移过待在层中固化的点中的树脂，从而曝光。尤其当要固化较大面积时，该方法是时间耗费的，因为要逐点地移过待固化的面，因此该面实际上必须通过激光被打上阴影。在物体较大的情况下，如果激光仅以平角射到待固化的树脂上，则边缘区域也会造成畸变。

3、作为对此的替代方案，开发了所谓的“数字光处理”(dlp)打印方法。在所述方法中，光源的光经由数字微镜单元偏转到待固化的树脂上。在此，微镜单元包括能够倾斜的微镜的矩形排列，该微镜能够被单独驱控。典型地，微镜单元包括1920×1080个可单独控制的镜，这些镜能够在某一位置(在该位置处入射到其上的光偏转到树脂中的相应预设的点上)与不发生这种情况的第二位置之间进行枢转。树脂的层中的可单独固化的点的数量通过微镜单元的镜的数量来预设。树脂中的各个点的最终的尺寸能够通过微镜单元与待曝光的层之间的间距来影响。

4、在现有技术中还已知如下实施方式，其中，代替通过光源照明的微镜单元使用由面状光源从背面照明的lcd显示器，以便在期望的点处固化树脂。在此，lcd显示器必须直接设置在具有液态树脂中的待固化的点的层处，led显示器能够选择性地在各个点处使位于后方的照明装置的光透过。

5、在借助相应3d打印机生产的物体中，在从3d打印机中取出时，树脂制剂的尚未固化的残留物通常会附着，该残留物必须被移除。为此，已知：借助液体清洁剂处理3d物体，该清洁剂化学地移除树脂制剂的未固化的残留物，而不侵蚀原本的3d物体或其固化材料。

6、通过在所述清洁中进行的、用于脱离树脂制剂的残留物的工艺，清洁剂逐渐耗尽，由此随每次清洁过程减小清洁剂的清洁性能，直至其不再发挥足够的清洁效果。

7、在现有技术中建议：限制待借助清洁剂执行的清洁循环的数量并且在达到预设的数量后更换清洁剂。在此，该数量通常被选择得很小，使得即使在所有清洁循环中的每个待清洁的3d物体的树脂附着物基本上较大的情况下，还实现充分的清洁效果。这具有的缺点是：至少在几个清洁循环中仅需要移除树脂制剂的少量的残留物进而只消耗少量清洁剂，基于达到的清洁循环的预设数量仍需更换清洁剂，尽管其原则上适合于另外的清洁过程。

8、在文献wo 2019/111208 a1中示出用于清洁3d物体的设备，其中，在清洁室中设置叉形光栅作为污物传感器。如果由光传感器检测到的光量减少，则这表明清洁剂中不透光的颗粒的份额增加，从而得出有关污染物的结论。在通过适当的清洁剂从3d物体上去除的不可透光的颗粒通常是树脂制剂中的填料或颜料。

9、已经表明：由文献wo 2019/111208 a1中公开的基于光的污染传感器所确定的清洁剂污染程度是相当不精确的并且只允许近似地得出清洁剂的实际清洁能力的结论。

技术实现思路

1、本发明的目的是：创建用于清洁打印的3d物体的设备及其应用，其中，现有技术的缺点不再出现或仅以较小规模出现。

2、所述目的通过根据独立权利要求的设备及其根据权利要求13的应用实现。有利的改进形式是从属权利要求的主题。

3、因此，本发明涉及一种用于后清洁由光固化的树脂制剂打印的3d物体的设备，该3d物体具有树脂制剂的未固化的残留物，该残留物附着在表面处且具有不透光的且不可溶的颗粒，该设备包括：能够用液体的清洁剂填充的、用于容纳待清洁的3d物体的清洁室，该清洁室具有搅拌器，其中，设有与控制单元连接的、用于检查清洁剂的剩余的清洁能力的污染探测器，污染探测器确定清洁剂在320nm到400nm范围中的至少一个波长下的光学密度，其中，污染探测器设置在保持不含清洁剂中不透光的且不可溶的超过预设尺寸的颗粒的区域中，并且控制单元设置用于：从所确定的光学密度中确定清洁剂的清洁能力并且在低于预设的最小的清洁能力的情况下输出相应的通知。

4、本发明还涉及根据本发明的设备的应用，用于借助于填入到清洁室中的液态的清洁剂对由光固化的树脂制剂打印的3d物体进行后清洁，以移除树脂制剂的附着在3d物体的表面处的、具有不透光的且不可溶的颗粒的、未固化的残留物。

5、在根据本发明的设备中认识到：清洁剂的不基于通过不透光颗粒来吸收光的清洁能力的监控是显著更准确的和可靠的。此外，借助根据本发明的设备，也能够在清洁室中使用清洁剂，在清洁室中散布不可溶的研磨体，借助研磨体优化待清洁的3d物体的表面(参见例如专利申请de 10 2020131 307.1)。

6、为此，该设备包括污染探测器，污染探测器设置在通过过滤元件与清洁室分隔开的区域中，大于通过过滤元件预设的尺寸的固体颗粒不会到达污染探测器并且在那里歪曲测量结果。

7、污染探测器是用于确定清洁剂在320nm和400nm范围内、即在紫外线uv(a)范围内在可见范围外的一个或多个波长下的光学密度的探测器。本发明已经认识到，在借助适当的清洁剂清洁打印的3d物体时，已知的树脂制剂的转移到清洁剂中的组成部分至少在很大程度上吸收在所提出的波长范围内的电磁辐射。如果清洁剂在所述波长范围内没有或只具有基本吸收，则光学密度的增加能够得出关于清洁剂的剩余清洁能力的结论。在此证实，基于不可见范围中的光学密度确定清洁剂的清洁能力比基于清洁剂中的不透光的固体颗粒的测量能够得到显著更准确且更可靠的结论。根据本发明的设备还允许在清洁室中使用不可溶的研磨体，这例如在根据wo 2019/111208 a1的设备中是不可行的。

8、与污染探测器连接的控制单元设置用于，从所确定的光学密度推导出清洁能力，例如以指标值的形式的清洁能力。如果所确定的清洁能力低于预设的最小清洁能力，则控制单元输出通知，使得用户能够更换清洁剂。

9、基本的清洁能力或清洁能力的降低、还有预设的最小清洁能力的值能够与清洁剂或其组分相关。控制单元能够具有用于不同清洁剂的合适的参数，然后能够从这些参数中分别选定适合于实际使用的清洁剂的参数。

10、能够以任何方式和方法进行通知，例如通过清洁设备本身处的合适的光学和/或声学显示器。但是还可行的是，控制单元将适当的通知信号发送给其他的、例如上级的设备，该设备然后适当自动化地处理该通知和/或将通知输出给用户。

11、为了实现根据本发明的设备的尽可能可变的应用并且最小化用户接触清洁剂的风险，优选的是，设有用于清洁剂的可更换的储备容器和用于将清洁剂从储备容器输送到清洁室中并且将清洁剂从清洁室输送到储备容器中的泵，其中，污染探测器优选设置在储备容器与清洁室之间的管线中，并且过滤元件设置在污染探测器与清洁室之间。

12、通过设置相应的储备容器和泵能够实现：清洁剂仅在实际清洁期间处于清洁室中，而清洁剂在其余时间被泵入到储备容器中。例如，在将打印的3d物体引入清洁室中和从清洁室中取出期间，清洁室不用清洁剂填充，使得有效地避免用户与清洁剂的接触。

13、通过设置可更换的储备容器，能够毫无问题地更换清洁剂。通过使清洁剂在实际清洁之外处于储备容器中，因此能够通过简单地更换储备容器来更换清洁剂。也能够在没有耗费的情况下借助不同的清洁剂运行该设备。

14、污染探测器优选设置在储备容器与清洁室之间的管线中提供的优点是：能够对于所有清洁剂确定在泵入到清洁室中或从清洁室中泵出期间的清洁剂的清洁能力，例如作为平均值。因此，必要时能够在将污染探测器设置在清洁室本身中时避免局部出现的影响，通过该设置会歪曲测量结果。此外，通过仅必须更换或调适所考虑的管线或其至少一部分，将污染探测器设置在管线中通常实现了将已经存在的清洁设备简单地加装成根据本发明的设备。

15、如果设有可更换的储备容器，则优选的是：该储备容器具有可通过控制单元读取的存储元件，优选rfid元件，在该存储元件上存放预留在储备容器中的清洁剂的当前的清洁能力。关于处于储备容器中的清洁剂的信息，例如其名称和/或组分也能够存放在存储元件上。为了从所确定的光学密度中推导出清洁能力，对于控制单元所需的参数也能够存放在存储元件上并在使用时由控制单元读出。通过将所考虑的信息存放在储备容器的存储元件上，其能够与各种根据本发明的设备一起使用，与清洁能力相关的信息能够在各个设备中提供，而无需耗费地在中央进行管理。

16、优选的是：控制装置设置用于确定清洁剂分别在清洁过程之前和之后的光学密度。如果设有储备容器并且污染探测器设置在储备容器与清洁室之间的管线中，则能够在清洁剂被泵入或泵出清洁室时进行相应的测量。

17、通过在清洁过程之前和之后的相应的测量能够确定因清洁引起的清洁剂的降解。优选的是，控制装置设置用于，从清洁剂在清洁过程之前和之后的光学密度的差异中确定清洁能力的降低，并且相应地调适清洁能力的初始值，该初始值尤其反应在之前的清洁过程之后确定的清洁能力上并且例如能够存放在储备容器的存储元件上。

18、优选的是：控制装置设置用于，为了从光学密度中确定清洁剂的清洁能力和/或为了根据清洁过程之前和之后的光学密度的差异确定清洁能力的下降，考虑由清洁剂和光固化的树脂制剂构造的组合的预定的特性曲线，由树脂制剂制造3d物体。由此可行的是：将清洁剂用于清洁由不同的树脂制剂构造的3d物体。尤其当清洁剂用于清洁由不同树脂制剂构造的3d物体时，能够在相应的清洁过程中精确地维持清洁剂的清洁能力的变化。由此能够降低不恰当评估清洁能力的风险，该评估能够引起清洁不充分或清除仍可使用的清洁剂。

19、为了能够尽可能准确地确定在清洁过程之后剩余的清洁能力，有利的是：控制单元具有关于待清洁的3d对象的树脂制剂的信息。为了输送所述信息，控制单元优选具有用于光固化的树脂制剂的信息的输入端，由所述树脂制剂制造3d物体。经由输入端能够提供所考虑的信息例如从与根据本发明的设备串联的3d打印机提供该信息。还可行的是：在输入端处连接输入终端，用户能够经由所述输入终端输入所考虑的信息或者例如能够从适当的数据库中选择。

20、例如考虑异丙醇、乙醇、己二酸二甲酯、丁基二甘醇或三丙二醇单甲醚(tpm)作为清洁剂。如果所述物质可与水混合，则它们也优选作为含水混合物使用，于是更优选与一种或多种适当的表面活性物质(表面活性剂)一起使用。所提到的清洁剂提供的优点是：其在在此相关的波长范围内不具有吸收或仅具有少量吸收。

21、已经表明：原则上能足够的是：仅针对一个波长确定光学密度。特别地，在此优选的是：在365nm至385nm的范围内选定至少一个波长。

22、污染探测器周围的区域能够以各种方式保持不含在清洁剂中不透光的且不可溶的超过预设尺寸的颗粒。例如可行的是：在通过污染探测器进行测量之前，能够使清洁剂静止，使得所考虑的颗粒由于重力而充分沉降，以至于所述颗粒不再存在于污染探测器的区域中。但是，优选的是：设有过滤元件，所述过滤元件用于保持污染探测器周围的区域不含清洁剂中不透光的且不可溶的超过预设尺寸的颗粒。相应的过滤元件提供以下可行性：在任意时间点以不受清洁剂中的不透光的且不可溶的颗粒影响的方式执行借助污染探测器的测量。

23、优选尺寸大于1mm、优选大于0.1mm、更优选大于0.01mm或0.001mm的固体颗粒不能穿透过滤元件。于是，通过过滤元件能够可靠地保持污染探测器没有可能的研磨体和从3d物体处脱离的固体颗粒。

24、污染探测器能够构造为透射探测器，其中，来自辐射源、例如发光二极管的辐射在其用辐射传感器检测之前被引导通过待检查的清洁剂。辐射源和辐射传感器在此优选地调适于待检查的波长。替代与此，污染探测器也能够构造为atr探测器，借助atr探测器也能够确定清洁剂针对一个或多个特定波长的更高的光学密度。

25、优选的是：该污染探测器或另一污染探测器构造为用于确定清洁剂的折射率的折射计，并且控制单元设置用于在确定清洁能力时除了光学密度还考虑折射率或者设置用于从折射率中推导出清洁剂的光学密度。确定折射率提供以下优点：即所述确定不受或几乎不受最小固体颗粒(尤其小于过滤元件的穿过尺寸)的存在的影响。同时，折合率也能够提供关于清洁剂的清洁能力的一定的说明，并且通过将折射率近似换算成清洁剂的光学密度即可。基于经验确定的特性曲线或换算因数的相应的换算从现有技术中已知。

26、该设备还能够包括用于确定清洁剂的质量密度的设备，优选为比重计，其中，控制单元设置用于，在确定清洁剂的清洁能力时考虑由所述设备确定的质量密度。除了光学密度和可能的折射率之外还考虑清洁剂的质量密度实现了更准确地确定清洁剂的清洁能力。