-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Verfahren des Rapid
Prototyping and Manufacturing und spezifischer auf Laserintern.
-
Rapid
Prototyping and Manufacturing (RP&M)
ist der Name, der einem Gebiet von Technologien gegeben wird, die
verwendet werden können, um
dreidimensionale Objekte schnell und automatisch aus Computerdaten
zu formen, welche die Objekte repräsentieren. Im Allgemeinen bauen
Rapid-Prototyping-and-Manufacturing-Techniken
dreidimensionale Objekte Schicht für Schicht aus einem Arbeitsmedium
unter Benutzung von Schnitt-Datemnengen auf, die die Querschnitte
des Objekts, welches geformt werden soll, repräsentieren. Typischerweise wird
eine Objektrepräsentation
am Anfang durch ein Computer-Aided-Design
(CAD)-System geliefert. RP&M-Techniken
werden manchmal als Feststoff-Bilddarstellung bezeichnet und schließen Stereolithographie,
Tintenstrahldrucken angewandt auch Feststoff-Bilddarstellung und
Lasersintern ein.
-
Ein
Laserinterngerät
verteilt eine dünne Schicht
von unter Hitze schmelzbarem Pulver, oft ein schmelzbares Polymerpulver,
polymerbeschichtetes Metall oder Keramik, über eine Betriebskammer, um ein
Bett des Pulvers zu erzeugen. Das Lasersintergerät wendet dann thermische Energie
an, um jene Teile der Pulverschicht zu schmelzen, die zu einem Querschnitt
des Artikels, der in jener Pulverschicht gebaut wird, korrespondiert.
Der Artikel wird innerhalb einer Pulvermasse geformt, die in Allgemeinen als
der „Bauteilkuchen" („part cake") bezeichnet wird. Laser
liefern typischerweise die Wärmeenergie
durch Modulation und präzise
Richtungskontrolle zu einer Zielfläche der Pulverschicht. Konventionelle
selektive Laserintersysteme, wie z.B. das VanguardTM System erhältlich von
3D Systems Inc., benutzen Kohenstoffdioxid-Laser und positionieren
den Laserstrahl durch Galvanometer-getriebene Spiegel, die den Laserstrahl
ablenken.
-
Der
Bauteilkuchen wird auf einer beweglichen Baubühne unterstützt, auf welcher das Bett des Pulvers
angeordnet ist. Nachdem eine Pulverschicht verschmolzen wurde, bewegt
sich die Baubühne
um eine inkrementelle Distanz nach unten und der Apparat verteilt
dann über
das Pulverbett eine zusätzliche Pulverschicht
auf die vorher verschmolzene Schicht und wiederholt den Prozess
von Schmelzen und selektivem Verschmelzen des Pulvers in dieser
nächsten
Schicht. Verschmolzene Teile der späteren Schichten verschmelzen
mit verschmolzenen Teilen der früheren
Schichten, wie es für
den Artikel angemessen ist, bis der Artikel vollständig ist.
Diese Artikel werden manchmal als „Bauteile" („build
parts") bezeichnet.
Jede zusätzliche
Pulverschicht wird typischerweise von einem Pulverzufuhrsystem abgegeben,
das eine abgemessene Pulvermenge auf das Pulverbett verteilt. Ein
Pulververteiler wie z.B. eine Klinge oder Walze nimmt dann das Pulver
auf und verteilt es über
das Pulverbett in einer gleichmäßigen Weise.
-
Detaillierte
Beschreibungen von Lasersinter-Technologie können in den US Patenten Nr.
4 863 538, 5 132 143 und 4 944 817 gefunden werden, alle verliehen
an Board of Regents, The University of Texas System und US Patent
Nr. 4 247 508 an Housholder.
-
Im
Allgemeinen, sobald das Teil gebaut ist, bleibt es in der Betriebskammer
unter einer inerten Atmosphäre,
bis das neugeformte Teil sich abgekühlt hat. Abkühlen kann
mehrere Stunden oder Tage benötigen,
was von der Größe und der
Anzahl von Teilen abhängt,
die in einem einzigen Bau gebaut werden. Aus diesem Grund kann das
Lasersintergerät während der
Abkühlzeit
inaktiv sein, was das Gerät unzugänglich für nachfolgende
Bauten machen kann.
-
Lasersintersysteme
sind entwickelt worden, die eine entnehmbare Baukammer enthalten,
in welcher die Baubühne
angeordnet werden kann. Die Baukammer, die das neu gebaute Teil
enthält,
kann von der Betriebskammer getrennt werden und das Teil kann dann
in der Baukammer gekühlt
werden. Eine neue Baukammer kann dann in die Betriebskammer platziert
werden, so dass ein neues Teil gebaut werden kann. Die Baukammer
muss so innerhalb der Betriebskammer positioniert werden, dass das
Pulverbett und die Baubühne
richtig ausgerichtet sind. Inkorrekte Ausrichtung des Pulververteilers
und des vertikalen Hubs der Baubühne
kann das Deponieren von ungleichmäßigen Pulverschichten und/oder
laterale Fehlausrichtung von aufeinanderfolgenden verschmolzenen
Pulverschichten zur Folge haben. Bauen eines Teils auf einer inkorrekt
ausgerichteten Baubühne
kann ein fehlerhaftes Teil, das unbrauchbar sein kann, zur Folge
haben. Korrektes Ausrichten der Baubühne mit dem Pulververteiler kann
vom Benutzer erfordern, viele Anpassungen und Messungen zu machen.
Der Ausrichtungsprozess kann in verlorener Zeit und Ineffizienzen
im RP&M-Prozess
resultieren.
-
U.S.-Patent
6 554 600 beschreibt ein Lasersintergerät, das einen Behälter hat,
welcher von Hand in das Gerät
eingesetzt wird durch physisches Anheben und Platzieren in das Innere
des Geräts. Einmal
im Gerät
platziert, ist der Behälter
unbeweglich, bis er aus dem Behälter
entnommen wird. Der Behälter
wird unterstützt
durch Schienen an gegenüberliegenden
Seitenwänden,
die den Behälter
positionieren und ihn mit einem hin und her beweglichen Überkopf-Trichtersystem
ausrichten, an dem eine Klinge am unteren Ende des Trichters befestigt
ist, welches sich öffnet
um das Pulver zu liefern und dann zu verteilen. Der einsetzbare
Behälter
hat vier Seitenwände
und eine bewegliche Bühne,
die eine Größe hat,
die gleich dem inneren Querschnitt des Geräts ist. Ein Hebemechanismus
bewegt die Bühne
auf und ab wie benötigt.
Nachdem ein Teil gebaut worden ist, muss ein Systembenutzer den
Behälter
physisch aus dem Gerät
anheben, einschließlich
des Teils und jeglichen ungesinterten Pulvers. Physisches Anheben des
Behälters kann
unerwünscht
sein, da der Behälter
schwer ist und der Hebeprozess bewirken könnte, dass das Teil verrutscht,
woraus Schaden an dem Teil resultiert.
-
Demnach
besteht ein Bedürfnis
nach einem Lasersintergerät
und einem Rapid-Prototyping-Gerät im Allgemeinen,
welches eine entnehmbare Baukammer hat, die schnell an einer Betriebskammer
befestigt und ausgerichtet werden kann.
-
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung adressiert die obigen Bedürfnisse und erreicht andere
Vorteile durch das Liefern eines Rapid-Prototyping-and-Manufacturing-Geräts, das
eine entnehmbare Baukammer und ein Vielzahl von Ausrichtungsoberflächen hat,
die benutzt werden können,
um die Baukammer richtig mit der Betriebskammer auszurichten unter
minimalen Anpassungen durch einen Systembenutzer. Als ein Resultat
kann das Gerät
benutzt werden, um die Baukammer akkurat und effizient mit der Betriebskammer
auszurichten. Nach Fertigstellung eines Baus im Fall von Laserintern
kann die Baukammer mit dem frisch gebauten Teil und dem umgebenden
unverschmolzenen Pulver, welches den Bauteilkuchen formt, aus der
Betriebskammer entnommen werden, und der Bauteilkuchen mit dem Teil
kann in der Baukammer abkühlen.
Im Fall der Stereolithographie kann die Baukammer oder Wanne aus
der Betriebskammer entfernt werden, um die Baumaterialien zu wechseln.
Eine zweite Baukammer kann dann entnehmbar mit der Betriebskammer
verbunden werden, und ein neuer Teilebau kam beginnen.
-
In
einer Ausführungsform
der Erfindung kann das Lasersintersytem eine Betriebskammer, ein
Unterstützungsgehäuse und
eine Baukammer, die entnehmbar mit dem Unterstützungsgehäuse verbunden ist, aufweisen.
Die Betriebskammer kann durch das Unterstützungsgehäuse unterstützt werden und an dieses angeschlossen
werden. Die Baukammer kann entnehmbar in das Unterstützungsgehäuse eingesetzt
werden und beweglich zwischen einer Ladeposition und einer Bauposition
sein. Die Baukammer enthält
eine bewegliche Baubühne
und eine Viel zahl von Ausrichtungsoberflächen, von denen jede angepasst
ist, um lösbar
mit einer korrespondierenden Oberfläche am Unterstützungsgehäuse zusammenzuwirken.
Wenn die Baukammer in die Bauposition bewegt wird, richten die Ausrichtungsoberflächen die Baubühne mit
einem Pulverbett, welches in der Betriebskammer angeordnet ist,
mit minimaler oder keiner Anpassung durch einen Benutzer aus. Die
Achse des Baubühnenhubs
ist im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene des Pulverbetts, sogar
wenn das Pulverbett aus der Horizontalen versetzt ist. Als ein Resultat
kann das Gerät
effizient benutzt werden und akkurat die Baukammer mit der Betriebskammer
ausrichten.
-
In
einigen Ausführungsformen
der Erfindung weisen die Ausrichtungsoberflächen auf der Baukammer sich
nach außen
erstreckende Überstände auf,
die in der Form einer Werkzeug-Kugel sein können. Jede Werkzeug-Kugel kann
angepasst sein, um entnehmbar in eine korrespondierende Vertiefung auf
den Unterstützungsgehäuse eingesetzt
zu werden. Die Positionen von Werkzeug-Kugeln und Vertiefungen sind
so, dass, wenn sich die Werkzeug-Kugeln in die Vertiefungen bewegen,
die Baukammer in die richtige Ausrichtung mit der Betriebskammer
bewegt wird. In einigen Ausrichtungsformen können die Vertiefungen eine
Rinne an der Öffnung
der Vertiefungen enthalten, die etwas anfängliche Fehlausrichtung der
Baukammer mit der Betriebskammer erlaubt, wenn die Baukammer in
die Bauposition bewegt wird. Fortgesetzte Bewegung der Baukammer bewirkt,
dass die Werkzeug-Kugeln weiter innerhalb der Vertiefungen aufgenommen
werden. Das Ausrichtungssystem liefert eine kinematische Befestigung
der Baukammer an die Betriebskammer, die in allen drei geometrischen
Richtungen und bezüglich Rotation
um die drei Werkzeug-Kugeln beschränkt ist.
-
In
einer anderen Ausführungsform
enthält das
Lasersintergerät
drei Paare von Ausrichtungsoberflächen, wobei jedes Paar eine
Werkzeug-Kugel und eine korrespondierende Vertiefung umfasst. In dieser
Ausführugsform
kann jede Vertiefung so konfiguriert werden, dass sie eine unterschiedliche
Geometrie hat. Ein erstes Ausrichtungspaar enthält eine Werkzeug-Kugel und
eine Vertiefung, die wenig Abstand zwischen der Oberfläche der
Werkzeug-Kugel und der inneren Oberfläche der Vertiefung haben. Als ein
Resultat hat die Werkzeug-Kugel wenig bis keine seitliche Bewegung,
wenn sie in der Vertiefung eingesetzt wird. Ein zweites Ausrichtungspaar
enthält
eine Vertiefung, die eine längliche
oder rechteckige Form hat. Diese Vertiefung erlaubt mehr Bewegung
einer Werkzeug-Kugel
entlang der Länge
der Vertiefung, während
sie die Bewegung der Werkzeug-Kugel entlang der Breite der Vertiefung
begrenzt, um Drehung der Bau- kammer zu verhindern, wenn sie in
der Betriebskammer positioniert ist. Das erste und zweite Paar von
Ausrichtungsoberflächen
wirken, die Baukammer so zu positionieren, dass die Baubühne die korrekte
horizontale Ausrichtung mit dem Pulverbett haben kann. Das dritte
Ausrichtungspaar enthält
eine übergroße Vertiefung,
die es der Werkzeug-Kugel erlaubt, sich seitlich in alle Richtungen
zu bewegen. Das dritte Ausrichtungspaar kooperiert mit dem ersten
und zweiten Paar, um eine horizontale Ebene zu definieren, so dass
die Baubühne
in die korrekte vertikale Ausrichtung mit dem Pulverbett bewegt
werden kann.
-
Demnach
liefert die Erfindung ein Gerät
und ein Verfahren, die benutzt werden können, um eine entnehmbare Baukammer
schnell und akkurat mit einer Betriebskammer auszurichten.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG/EN
-
Nachdem
wir demnach die Erfindung in allgemeinen Begriffen beschrieben haben,
wird nun auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen werden,
die nicht notwendigerweise maßstabsgerecht
sind und wobei:
-
1 eine
graphische Darstellung eines Lasersintergeräts ist, das eine entnehmbare
Baukammer hat;
-
2A bis 2C graphische
Darstellungen sind, die die Baukammer, wenn sie in die Bauposition
bewegt wird und den Prozess des Bauens eines Teils darstellen;
-
3 eine
graphische Darstellung des Unterstützungsgehäuses und des Bauwagens ist;
-
4 eine
graphische Darstellung eines Paars von Ausrichtungsoberflächen ist,
die benutzt werden, um die Baubühne
präzise
mit dem Pulverbett auszurichten;
-
5A eine
Querschnittsansicht des Ausrichtungspaars aus 4 ist,
gesehen entlang der Linie 5A von 3;
-
5B eine
Querschnittsansicht des Ausrichtungspaars aus 4 ist,
die die Werkzeug-Kugel in der Vertiefung sitzend zeigt;
-
6 eine
graphische Darstellung eines Paars von Ausrichtungsoberflächen ist,
die in Verbindung mit dem Ausrichtungspaar aus 4 benutzt werden,
um die Baubühne
präzise
mit dem Pulverbett auszurichten;
-
7A eine
Querschnittsansicht des Ausrichtungspaars aus 6 ist,
gesehen entlang der Linie 7A von 3;
-
7B eine
Querschnittsansicht des Ausrichtungspaar aus 6 ist, die
die Werkzeug-Kugel in der Vertiefung sitzend zeigt;
-
8 eine
graphische Darstellung eines Ausrichtungspaars ist, das in Verbindung
mit den Ausrichtungspaaren der 4 und 6 benutzt wird,
um die Baubühne
vertikal mit dem Pulverbett auszurichten;
-
9A eine
Querschnittsansicht des Ausrichtungspaars aus 8 ist,
gesehen entlang der Linie 9A aus 3;
-
9B eine
Querschnittsansicht des Ausrichtungspaars aus 8 ist,
die die Werkzeug-Kugel in der Vertiefung sitzend zeigt;
-
10 eine
graphische Darstellung des Schritts des Einsetzens der Baukammer
in den Innenraum des Unterstützungsgehäuses ist;
-
11 eine
graphische Darstellung des Bewegens der Baukammer von der Ladeposition
zu der Bauposition ist;
-
12 eine
graphische Darstellung des Bewegens der Baukammer mit einem neu
gebauten Teil von der Bauposition zu der Ladeposition ist und
-
13 eine
graphische Darstellung des Entnehmens der Baukammer mit dem neu
gebauten Teil aus dem Unterstützungsgehäuse ist.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Die
gegenwärtige
Erfindung wird nun nachstehend detaillierter mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben werden, in welchen einige, aber nicht alle Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt werden. In der Tat kann die Erfindung in vielen verschiedenen
Formen ausgeführt
werden und sollte nicht als beschränkt auf die hier dargestellten
Ausführungsformen
aufgefasst werden; vielmehr werden diese Ausführungsformen geliefert, so
dass diese Offenbarung anwendbare gesetzliche Anforderungen erfüllen wird.
Gleiche Nummern beziehen sich immer auf gleiche Elemente.
-
Mit
Bezug auf 1 wird ein Lasersintergerät oder -system,
welches eine entnehmbare Baukammer hat, dargestellt und insgesamt
der Referenznummer 10 zugewiesen. Das Laserintergerät 10 enthält eine
Betriebskammer 15, ein zugehöriges Unterstützungsgehäuse 20 und
eine entnehmbare Baukammer 25, die durch einen Bauwagen 30 unterstützt werden
kann. Der Bauwagen 30 kann einhergehend mit der Baukammer 25 entnehmbar
in das Unterstützungsgehäuse 20 eingesetzt
werden. In einigen Ausführungsformen
kann das Lasersintergerät 10 ein Hebegerät (nicht
gezeigt in 1) enthalten, das angepasst
ist, um die Baukammer 25 zwischen einer Ladeposition und
einer Bauposition zu bewegen. Wie hier benutzt, bezieht sich der
Begriff „Bauposition" auf die Position
der Baukammer 25, wobei die Bühne richtig mit dem Pulverbett
ausgerichtet ist, so dass der vertikale Hub der Baubühne im Wesentlichen senkrecht
zum Pulverbett ist. In der Bauposition ist das Lasersintergerät 10 bereit,
Teile zu bauen. Das Hebegerät
kann hydraulische oder pneumatische Zylinder, elektrische Motoren
oder ähnliches
umfassen. Obwohl mit Bezug auf ein Lasersintersystem beschrieben,
versteht es sich, dass die Konstruktion der entnehmbaren Baukammer
und Ausrichtungssystems, die hier offenbart ist, genau so gut mit
anderen Rapid-Prototyping-and-Manufacturing-Geräten angewandt
werden könnte,
bei denen es wünschenswert
ist, eine entnehmbare Baukammer zu haben. Zum Beispiel könnte die
Konstruktion des Ausrichtungssystems und der Baukammer bei Stereolithographiesystemen
angewandt werden, die große Wannen
von Photopolymerharz haben, die ausgetauscht werden müssen, ebenso
bei Ausrüstung
zum direkten Laserschmelzen, die Metallpulver verwendet, die in
Baukammern verschmolzen werden.
-
Die
Baukammer 25 kann auch eine Vielzahl von Ausrichtungsoberflächen enthalten
(nicht sichtbar in 1), von denen jede angepasst
ist, um lösbar
mit einer korrespondierenden Oberfläche auf dem Unterstützungsgehäuse zusammenzuwirken. Wenn
die Baukammer 25 in die Bauposition bewegt wird, wirken
die Ausrichtungsoberflächen
mit korrespondierenden Oberflächen
auf dem Unterstützungsgehäuse zusammen
und positionieren die Baukammer so, dass sie richtig mit der Betriebskammer
ausgerichtet ist. In auf selektives Lasersintern gerichteten Ausführungsformen
kann das Gerät 10 auch
eine zugehörige
Lasereinheit 40 enthalten, die den Laser und zugehörige Mechanismen
zum Erzeugen und Lenken eines Laserstrahls innerhalb der Betriebskammer
einschließt.
Mit Bezug auf 2A bis 2C wird
eine Ansicht einer beispielhaften Betriebskammer 15 und
Baukammern 25 aus einer Seitenperspektive dargestellt.
Ein Teil von jeder Betriebs- und Baukammer wird der Deutlichkeit
halber weggelassen. Die Betriebskammer 25 enthält ein Pulverbett 50 und
ein zugehöriges
Pulverausgabesystem, das einen Pulverzufuhrtrichter 54 und
einen unteren Zufuhrmechanismus 56 hat. Die Betriebskammer 15 enthält auch
einen Pulververteiler 58, der adaptiert ist, um das ausgegebene
Pulver aufzunehmen und es über
das Pulverbett 50 in einer gleichmäßigen Weise zu verteilen. Das
Pulverbett 50 kann eine Öffnung 52 enthalten,
die eingerichtet ist, um den Bauzylinder 63 entnehmbar
innerhalb der Baukammer 25 aufzunehmen. Im Kontext der
Erfindung kann der Begriff „Pulververteiler" Walzen, Wischer, Streichmesser
oder jedes andere geeignete Gerät einschließen, das
für das
Verteilen des Pulvers in einer gleichmäßigen Weise über das
Pulverbett benutzt werden kann. Vorzugsweise ist der Pulververteiler
eine gegenläufig
rotierende Walze.
-
Die
Baukammer 25 enthält
einen Bauzylinder 60, der eine bewegliche Baubühne 62 hat.
Die Baukammer 15 kann auch eine oder mehrere Überflussbehälter (nicht
gezeigt) enthalten, die adaptiert sind, um irgendwelches überschüssiges Pulver
während
des Pulververteil-Arbeitsgangs aufzunehmen. Im Betrieb verteilt
der Pulververteiler 58 das Pulver über die Oberfläche des
Pulverbetts 50 und deponiert eine diskrete Pulverschicht
auf die Oberfläche
der beweglichen Baubühne 62,
um den Bauteilkuchen zu formen. Wie hier benutzt, bezieht sich der
Begriff „Bauteilkuchen" („pan cake") auf die Schicht/die Schichten
von unter Hitze schmelzbarem Pulver, einschließlich des gesinterten Pulvers,
das auf die Oberfläche 63 der
Baubühne
deponiert worden ist. Baubühne 62 kann
von einem Motor (nicht gezeigt) gesteuert werden, um sich nach unten
unter das Pulverbett 50 in kleinen inkrementellen Schritten
zu bewegen, z.B. 0,125 mm, um die Dicke einer jeden Schicht des
zu verarbeitenden Pulvers zu definieren. Die Bewegung ist nicht
darauf beschränkt,
in einer Richtung zu erfolgen, z.B. eine nach unten gerichtete Bewegung
von 0,5 mm gefolgt von einer nach oben gerichteten Bewegung von 0,375
min wird in einer schließlichen
Abwärtsposition
resultieren, die 0,125 mm niedriger als der letzte Schritt ist.
Typischerweise ist die Baubühne
innerhalb des Bauzylinders entlang einer vertikalen Hubachse 57 beweglich
(siehe 2C).
-
Vorzugsweise
definiert das Pulverbett 50 eine horizontale Ebene, die
im Wesentlichen senkrecht zum vertikalen Hub der Baubühne 62 im
Bauzylinder 60 ist, wenn die Baukammer 25 richtig
positioniert und ausgerichtet in der Bauposition ist. Wie hier benutzt,
bezieht sich der Begriff „vertikaler
Hub" auf die Bewegung
der Baubühne,
wie sie sich innerhalb des Bauzylinders 60 bewegt. Richtige
Ausrichtung des Pulverbetts 50 mit dem vertikalen Hub der
Baubühne 62 während des
Bauzyklus ist notwendig, um sicherzustellen, dass das Teil nicht
gestört
ist. Z.B. während
eines Baubetriebs gibt das Abgabesystem eine angemessene Menge von
Pulver auf das Pulverbett 50 ab. Der Pulververteiler 58 bewegt
sich dann ein oder mehrere Male über
das Pulverbett und verteilt eine gleichmäßige Pulverschicht über die Oberfläche der
Baubühne 62,
um den Bauteilkuchen zu formen. Wenn der vertikale Hub der Baubühne 62 nicht
richtig mit der Oberfläche 53 des
Pulverbetts 50 ausgerichtet ist oder falsch ausgerichtet
wird, kann jede resultierende Schicht von verschmolzenen Pulver,
die auf der Baubühne
deponiert ist, gegenüber der
nominellen oder erwarteten Position der Schicht verschoben sein.
Als ein Resultat könnten
die Abmessungen des darauf gebauten Teils gestört sein, was bewirken kann,
dass das Teil unbrauchbar ist.
-
Wie
in 2A gezeigt, wird die Baukammer 25 so
dargestellt, dass sie nach oben in der Richtung der Betriebskammer 15 bewegt
wird. Fortgesetzte Bewegung nach oben der Baukammer 25 bewirkt, dass
die Ausrichtungsoberflächen
sowohl der Baukammer 25 als auch des Unterstützungsgehäuses 20 einander
kontaktieren und die Baubühne
mit dem Pulverbett und der Öffnung 52 ausrichten.
Die Betriebskammer 15 kann auch eine Dichtung 66 enthalten,
um eine abdichtende Verbindung zwischen dem Pulverbett 52 und
dem Bauzylinder 60 zu erzeugen. Typischerweise weist die
Dichtung ein hitzebeständiges
elastomeres Material auf, das wirksam ist, um das Gelangen von Pulver
zwischen die Grenzfläche des
Pul verbetts 52 und des Bauzylinders 60 zu verhindern.
In einigen Ausführungsformen
kann die Baukammer 25 zwischen der Ladeposition und der Bauposition
entlang eines horizontalen Weges bewegt werden. In dieser Ausführungsform
bewirkt die seitliche Bewegung der Baukammer 25, dass die Ausrichtungsoberflächen einander
kontaktieren und die Baubühne 62 mit
dem Pulverbett 50 ausrichten.
-
Der
Betrieb des selektiven Lasersystems wird in den 2B und 2C gezeigt.
Ein Laser oder seine zugehörigen
Zielmechanismen werden in einer Einheit (siehe 1,
Referenznummer 40) oberhalb der Betriebskammer 15 montiert
gezeigt. Die Betriebskammer 15 hält die angemessene Temperatur
und atmosphärische
Bedingungen für
die Herstellung des Teils aufrecht. Die Atmosphäre umfasst typischerweise eine
inerte Atmosphäre,
wie z.B. Stickstoff. Das System enthält auch ein zugehöriges Computersystem
(nicht gezeigt), das konfiguriert ist, um den Laser und sein zugehöriges Optiksystem
zu betreiben. Typischerweise kann der Computer mit Information programmiert
werden, die die gewünschten
Begrenzungen von einer Vielzahl von Querschnitten des Teils ist
anzeigen, welches produziert werden soll.
-
In
den 2B und 2C sind
die Betriebskammer 15 und die Baukammer 25 verbunden
worden, und ein Teil 90 wird dargestellt im Prozess seines
Baus. Nachdem die Kammern 15 und 25 verbunden
worden sind, wird ein Laserstrahl 70 durch Laser 72 erzeugt
und auf die Zieloberfläche
oder Fläche 74 gelenkt
durch ein Abtastsystem 76, das im Allgemeinen Galvanometer-betriebene
Spiegel enthält,
die den Laserstrahl ablenken. Wie hier benutzt, bezieht sich der
Begriff „Zielfläche" auf die oberste
Oberfläche
des Bauteilkuchens. Der Laser und die Galvanometersysteme sind normalerweise
von der Betriebskammer 15 durch ein Laserfenster 80 isoliert.
In einigen Ausführungsformen
kann die Betriebskammer 15 auch einen oder mehrere Heizstrahler
(nicht gezeigt) enthalten, die den Bauteilkuchen und eine Fläche des
Pulverbetts, die an den Bauteilkuchen angrenzt, aufheizen. Die Ablenkung
und Brennweite des Laserstrahls können in Kombinati on mit der
Modulation des Lasers 72 gesteuert werden, um Laserenergie
auf jene Bereiche der schmelzbaren Pulverschicht zu lenken, die
zu einem Querschnitt des Teils, das in jener Schicht geformt werden
soll, korrespondieren.
-
In
der dargestellten Ausführungsform
enthält die
Betriebskammer 15 ein Pulverausgabesystem, das einen einzigen
Pulverzufuhrtrichter 54 mit einem unteren Zufuhrmechanismus 56 umfasst,
der durch einen Motor (nicht gezeigt) gesteuert wird, um die Pulvermenge,
die auf das Pulverbett 50 unten fallengelassen wird, zu
steuern. Der Zuführmechanismus kann
unterschiedlicher Natur sein, einschließlich z.B. einem Zuführer mit
Schleuse, einem Zuführer
mit Schnecke oder einem Zuführer
mit Drehtrommel. Im einigen Ausführungsformen
kann das Pulverausgabesystem einen oder mehrere Zufuhrkolben aufweisen,
die innerhalb der Baukammer verteilt sind. In dieser letzten Ausführungsform
drücken
ein oder mehrere Zufuhrkolben eine abgemessene Pulvermenge in das
Pulverbett hoch. Danach nimmt der Pulververteiler 58 das
Pulver auf und verteilt es über das
Pulverbett und Baubühne
in einer gleichmäßigen Weise.
In einer anderen alternativen Ausführungsform kann das Pulverzufuhrsystem
ein hin und her bewegliches Überkopf-Trichtersystem
umfassen, wobei unten am Trichter eine Klinge befestigt ist, welches
sich öffnet,
um das Pulver zu liefern und dann zu verteilen.
-
Der
Pulververteiler 58 umfasst vorzugsweise eine gegenläufig rotierende
Walze, die durch einen Motor (nicht gezeigt) angetrieben wird, die
Pulver von der Pulverwelle 84 über die Laser-Zielfläche 74 aufträgt. In einigen
Ausführungsformen
trägt der
Pulververteiler jegliches verbleibende Pulver, das nicht auf der
Zielfläche 74 abgelagert
wird, in Überflussmechanismen
(nicht gezeigt), die an gegenüberliegenden
Enden der Betriebskammer 15 angeordnet werden können. Obwohl
der Gebrauch einer gegenläufig rotierenden
Walze bevorzugt ist, kann das Pulver auch durch andere Mittel einschließlich eines
Wischers oder Streichmessers verteilt werden. In einigen Ausführungsformen
kam der Pulververteiler 58 eine einebnende Walze aufweisen,
die eine Querachse hat, die sich seitlich über die Oberfläche der Walze
erstreckt. Wenn die Baukammer 25 in der Bauposition positio niert
ist, ist die Fläche,
die durch den Schwenkbereichs des Pulververteilers über das Pulverbett 50 definiert
ist, im Wesentlichen senkrecht zum vertikalen Hub der Baubühne. Im
Wesentlichen senkrecht, wie hier benutzt, bedeutet, dass einige Abweichungung
von 90 Grad erlaubt ist, vorausgesetzt dass die Genauigkeit der
Abmessungen des Teils akzeptabel bleibt.
-
Wie
oben diskutiert, kann die Baukammer 25 einen beweglichen
Bauwagen 30 und eine Vielzahl von Ausrichtungsoberflächen einschließen, von
denen jede so eingerichtet ist, um lösbar mit einer korrespondierenden
Oberfläche
auf dem Unterstützungsgehäuse 20 zusammenzuwirken.
In dieser Hinsicht veranschaulicht 3 ein Gerät, welches
eine Vielzahl von Ausrichtungsoberflächen hat, von denen jede eingerichtet
ist, um lösbar
mit einer korrespondierenden Oberfläche, die auf dem Unterstützungsgehäuse 20 angeordnet
ist, zusammenzuwirken. In 3 sind die
Betriebskammer 15 und Baukammer 25 der Deutlichkeit
halber weggelassen worden. Jede Ausrichtungsoberfläche und
ihr korrespondierendes Gegenstück
werden zusammen als ein Ausrichtungspaar bezeichnet. In der Ausführungsform, die
in 3 dargestellt ist, enthält das Gerät drei Ausrichtungspaare, die
allgemein mit den Bezugsnummern 102a, 102b und 102c bezeichnet
sind.
-
In
einigen Ausführungsformen
kann das Gerät
drei Ausrichtungspaare enthalten, sodass wenn die Baukammer 25 in
die Bauposition bewegt wird, die Ausrichtungspaare eine Ebene definieren,
die in einigen Ausführungsformen
im wesentlichen parallel zu der Ebene sein kann, die durch die Oberfläche des Pulverbetts
definiert ist (siehe 2A, Bezugsnummer 53).
Der Gebrauch von drei Paaren von Ausrichtungsoberflächen ist
bevorzugt, da drei Punkte eindeutig eine Ebene definieren. Jedoch
sollte verstanden sein, dass es möglich sein kann, mehr als drei Ausrichtungspaare
zu benutzen, wenn Sorge getragen sicherzustellen, dass sie koplanar
sind. Es sollte sich auch verstehen, dass in einigen Ausführungsformen
die Ausrichtungspaare nicht eine Ebene definieren müssen, die
im wesentlichen parallel zur Ebene des Pulverbetts ist, vorausgesetzt,
dass in der Bauposition das Pulverbett 50 mit dem axialen
Hub der Baubühne 62 ausgerichtet
ist, solange die Achse des Baubühnenhubs
im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Pulverbetts 50 ist.
-
Während des
Zusammenbaus des Lasersintersystems werden die Positionen von jeder
der Ausrichtungsoberflächen
auf der Baukammer 25 mit der Baubühne ausgerichtet, und die Positionen
von jeder der entsprechenden Oberflächen auf dem Unterstützungsgehäuse werden
mit dem Pulverbett 50 und Pulververteiler 58 ausgerichtet.
Als ein Resultat, wenn die Baukammer 25 nach oben zu der
Bauposition bewegt wird, bewirken die Ausrichtungspaare, dass die
Position der Baukammer sich so verschiebt, dass die Baukammer 25 und
Betriebskammer 15 die richtige horizontale und vertikale
Ausrichtung haben. Im Kontext der Erfindung bezieht sich der Begriff „horizontale
Ausrichtung" auf
die Position zwischen vorne und hinten und zwischen den beiden Seiten
(d.h. X- und Y-Richtungen) der Baukammer 25 mit Bezug auf
die Betriebskammer 15. Die Baukammer 25 wird dann
als horizontal richtig ausgerichtet angesehen, wenn der Bauzylinder 60 mit
der Öffnung 52 im
Pulverbett 50 ausgerichtet ist und zwischen ihnen eine abdichtende
Verbindung aufgebaut werden kann. Der Begriff „vertikale" Ausrichtung bezieht sich auf die Bewegung
nach oben und unten (Z-Richtung) der Baukammer 25 mit Bezug
auf die Betriebskammer 15. Die Baukammer 25 wird
betrachtet, dass sie dann die richtige vertikale Ausrichtung hat,
wenn der Hub der Baubühne 62 innerhalb
des Bauzylinders 60 im Wesentlichen senkrecht zur Ebene
des Pulverbetts 50 ist. Richtige vertikale Ausrichtung
wird über
den Bauprozess beibehalten, so dass, während die Baubühne 62 sich
innerhalb des Bauzylinders 60 bewegt, der Hub der Baubühne 62 im
Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Pulverbetts 50 bleibt.
In einigen Ausführungsformen
ist der Hub der Baubühne 62 im
Wesentlichen senkrecht zur Querachse des Pulververteilers 58,
wie z. B. einer einebnenden Walze.
-
Wie
in den 10 gesehen, kann das Unterstützungsgehäuse 20 eine
Rahmenstruktur umfassen, welche gegenüberliegende Seitenwände 160a, 160b und
eine Rückwand 162 hat,
die zusammen einen Innenraum im Unterstützungsgehäuse definieren. Das Unterstützungsgehäuse 20 kann
auch eine Öffnung 22 gegenüber der
Rückwand 162 enthalten, durch
die der Bauwagen 30 entnehmbar in den Innenraum eingesetzt
werden kann. Das Unterstützungsgehäuse 20 kann
auch Führungsschienen 164 einschließen, die
helfen, die Platzierung des Bauwagens 30 innerhalb des
Unterstützungsgehäuses zu steuern.
In einigen Ausführungsformen
kam das Unterstützungsgehäuse 20 auch
mindestens ein Hebegerät
enthalten, das eingerichtet ist, um die Baukammer 25 zwischen
einer Ladeposition und einer Bauposition zu bewegen. In einigen
Ausführungsformen enthält das Unterstützungsgehäuse 20 zwei
Hebegeräte 166, 168 zum
Unterstützen
und Anheben des Bauwagens nach oben. Geeignete Hebegeräte schließen hydraulische
oder pneumatische Zylinder, elektrische Motoren und ähnliches
ein. In Ausführungsformen,
bei denen die Baukammer sich entlang eines horizontalen Pfades bewegt,
kann das Hebegerät
die Baukammer seitlich zwischen der Ladeposition und der Bauposition
bewegen. Ausgleichsfüße 72 (siehe
kurz 3) können
einem Benutzer helfen, die Höhe
des Unterstützungsgehäuses 20 richtig auszurichten,
so dass die Baukammer 25 einfach in den Innenraum des Unterstützungsgehäuses eingesetzt
werden kann.
-
In
einigen Ausführungsformen
können
eine oder mehrere der Ausrichtungspaare 102a, 102b und 102c einen
Vorsprung aufweisen, der sich vom Bauwagen 30 nach außen erstreckt
und eine korrespondierende Vertiefung, die auf dem Unterstützungsgehäuse 20 angeordnet
ist, welche eingerichtet ist, um den Vorsprung aufzunehmen. In dieser
Hinsicht zeigt 3 eine Ausführungsform, wobei mindestens
eines der Unterstützungspaare
einen sich nach außen erstreckenden
Vorsprung aufweist und eine Vertiefung (nicht sichtbar), die eingerichtet
ist, um den Vorsprung darin aufzunehmen. In einigen Ausführungsformen
kann jede Vertiefung in einem Empfänger 106 (am besten
kurz in 10 nachsehen) angeordnet sein,
der am Unterstützungsgehäuse angebracht
ist. Hier sind die Empfänger 106 jeweils
als durch Winkel 170 unterstützt gezeigt, die sich von den
Seitenwänden
oder der Rückwand
nach innen in die Richtung des Innenraums erstrecken. In 3 sind
die sich nach außen
erstreckenden Vorsprünge 104 in
der Form einer Werkzeug-Kugel dargestellt. Es sollte erkannt werden,
dass andere Formen und Oberflächen,
wie z. B. eine Bolzen, Zylinder, Block oder Kombinationen davon
gebraucht werden können,
vorausgesetzt dass die Baubühne 62 mit
dem Pulverbett 50 und dem Pulververteiler 58 richtig
ausgerichtet ist, wenn die Baukammer 25 in der Bauposition
ist. Der Einfachheit halber wird im Folgenden jede Ausrichtungsoberfläche auf
dem Bauwagen 30 als „Werkzeug-Kugel" bezeichnet. Es sollte
auch verstanden werden, dass die Orientierung der Vertiefung und
des Vorsprungs ungedreht werden kann.
-
Wie
in 4 gezeigt, kann das Ausrichtungspaar eine Werkzeug-Kugel 104 und
einen Empfänger 106 umfassen,
der eine Vertiefung 108 hat, die eingerichtet ist, um lösbar die
Werkzeugkugel aufzunehmen. In einigen Ausführungsformen kann der Empfänger 106 auch
eine Fase 110 an der Öffnung
der Vertiefung haben. Die Fase 110 besteht aus einer schrägen Oberfläche, die
ein bestimmtes Maß von
anfänglicher
Fehlausrichtung zwischen Baukammer 25 und dem Unterstützungsgehäuse 20 erlaubt. In
dieser Ausführungsform
erfasst jede Werkzeugkugel 104 die Fase 110 an
der korrespondierenden Vertiefung 108, wenn die Baukammer
nach oben bewegt wird. Fortgesetzte Bewegung der Baukammer 25 nach
oben bewirkt, dass die Position der Baukammer in der Weise verschoben
wird, dass jede Werkzeug-Kugel 104 in eine Vertiefung 108 eingeführt wird
und zum Sitzen kommt. Wie in 5A gezeigt, kann
die Werkzeug-Kugel 104 gegen eine Grundfläche 111 der
Vertiefung sitzen. In einigen Ausführungsformen kommt die Werkzeugkugel
zur Ruhe, wenn die Oberfläche 107 an
der Spitze der Werkzeug-Kugel die Grundfläche 111 der Vertiefung
kontaktiert und weitere Aufwärtsbewegung
der Baukammer 25 verhindert wird. In einigen Ausführungsformen
enthält
das Gerät
drei Ausrichtungspaare, die, wenn sie ganz sitzen, eine Ebene definieren,
die im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Pulverbetts 50 sein
kann. Die Baukammer 25 auf dem Unterstützungsgehäuse 20 ist im Wesentlichen
parallel zu dieser Ebene. Als ein Resultat ist die Baubühne richtig
positioniert und ausgerichtet mit dem Pulververteiler, wenn jede
der Werkzeug-Kugeln 104 innerhalb ihrer respektiven Vertiefungen
sitzt.
-
In
einigen Ausführungsformen
kann die Werkzeug-Kugel 104 aus 5A und 5B auch einen
Gewindebolzen 112 enthalten, die mit einer Gewindebohrung 114 verbunden
werden kann, welche benutzt werden kann, um die Werkzeug-Kugeln mit
dem Bauwagen 30 zu verbinden. Außerdem kann in einigen Ausführungsformen
der Empfänger 106 eine
zweite Vertiefung 113 gegenüber der ersten Vertiefung 106 enthalten,
wie in 4 zu sehen. Die zweite Vertiefung 113 kann
eingerichtet werden, um eine zusätzliche
Ausrichtungsoberfläche
aufzunehmen, wie z.B. eine Werkzeug-Kugel, die benutzt werden kann,
um die Betriebskammer 15 oder eine andere Anlage an das
Unterstützungsgehäuse anzuschließen.
-
In
einigen Ausführungsformen
enthält
der Apparat drei Ausrichtungspaare, die voneinander verschieden
konfiguriert sein können,
in einer Orientierung, um die richtige Ausrichtung der Baukammer 25 und
der Betriebskammer 15 mit minimalen oder keiner Anpassung
durch einen Systembenutzer zu erleichtern. In einer Ausführungsform
kann ein erstes Ausrichtungspaar eine Vertiefung umfassen, die etwas
größer ist
als die Größe der Werkzeug-Kugel,
so dass die Werkzeug-Kugel minimalen bis keinen Spielraum innerhalb
der Vertiefung hat; ein zweites Ausrichtungspaar kann so konfiguriert
sein, um horizontale Bewegung der Werkzeug-Kugel in einer ersten Richtung zu begrenzen,
während
es mehr horizontale Bewegung in einer zweiten Richtung erlaubt, die
senkrecht zur ersten Richtung ist; und ein drittes Ausrichtungspaar
kann eine übergroße Vertiefung haben,
die es der Werkzeug-Kugel erlaubt, eher locker in die Vertiefung
hineinzupassen und einige Freiheit zu haben, um sich seitlich in
alle Richtungen zu bewegen.
-
Wieder
Bezug nehmend auf 3, können die Werkzeug-Kugeln des
ersten Ausrichtungspaars 102a und zweiten Ausrichtungspaars 102b an
gegenüberliegenden
Seitenwänden
angebracht werden, die sich an die Öffnung des Unterstützungsgehäuses 20 anschließen, und
das dritte Ausrichtungspaar 102c kann an oder sehr nahe
der Rückwand 162 angeordnet
werden. Die ersten und zweiten Ausrichtungspaare 102a und 102b können nahe
der Öffnung 22 (siehe
kurz 10) des Unterstützungsgehäuses 22 positioniert
werden, so dass ihre jeweiligen Positionen von einem Benutzter leicht
gesehen werden können,
der die Baukammer 25 innerhalb des Unterstützungsgehäuses 22 positioniert.
Die dritte Kupplung ist typischerweise nahe der Rückwand angeordnet,
da die überdimensionierte
Vertiefung es der Werkzeug-Kugel 104 erlaubt, mit wenig
oder keiner Sicht leicht mit der Vertiefung ausgerichtet zu werden.
Typischerweise wirkt das dritte Ausrichtungspaar 102c gemeinsam
mit dem ersten und zweiten Empfänger
der Ausrichtungspaare 102a und 102b zusammen,
um eine horizontale Ebene zu definieren, zu welcher die Baukammer
im Wesentlichen parallel ist und die im Wesentlichen parallel zur
der Oberfläche
des Pulverbetts 50 ist, wenn die Baukammer 25 in
der korrekten vertikalen Position ausgerichtet ist.
-
Das
erste Ausrichtungspaar 102a ist in den 4, 5A und 5B veranschaulicht.
Typischerweise ist das Spiel zwischen der Werkzeug-Kugel 104 und
den Seitenwänden 109 der
Vertiefung 108 kleiner als ungefähr 5 mils (ein mil = 0,001
Inch) und etwas typischer kleiner als 2 mils. 5A ist
eine Darstellung des Ausrichtungspaars 102a gesehen entlang
der Linie 5A aus 3. Wie in 5B gezeigt,
ist das Spiel 108 zwischen der Oberfläche 105 der Werkzeug-Kugel
und der inneren Seitenwand 109 der Vertiefung 108 aus 4 sehr
gering, so dass die Werkzeug-Kugel wenig oder keine erlaubte seitliche
Bewegung hat, wenn sie in der Vertiefung 108 sitzt. Rotation
um die Werkzeug-Kugel 104 des ersten Ausrichtungspaars 102a wird
durch das zweite Ausrichtungspaar 102b verhindert.
-
Das
zweite Ausrichtungspaar 102b wird veranschaulicht in 6, 7A und 7B und
kann so konfiguriert werden, um ein wenig seitliche Bewegung in
einer ersten horizontalen Richtung zu erlauben, während es
seitliche Bewegungen in einer zweiten horizontalen Richtung begrenzt,
wie auch Rotation um das erste Ausrichtungspaar 102b. Wie
gezeigt kann das zweite Ausrichtungspaare 102b eine Vertiefung 120 aufweisen,
die eine längliche
oder rechteckige Form hat. In dieser Ausführungsform hat die Vertiefung 120 eine
Länge,
die größer ist
als ihre Breite. 7A ist eine Darstellung des
Ausrichtungspaars 102b gesehen entlang der Li nie 7A in 3.
In den 7A und 7B kann
gesehen werden, dass das Spiel 124 zwischen der Seitenwand 121 der
Vertiefung 120 und der Oberfläche 105 der Werkzeug-Kugel 104 relativ
größer entlang
der Länge
ist, die durch Achse 122 repräsentiert wird. Die Werkzeug-Kugel 104 hat
relativ mehr Freiheit, um sich zurück und vor entlang der Achse 122 zu
bewegen, während
zur gleichen Zeit Bewegung der Werkzeug-Kugel in einer Richtung
senkrecht zu der Achse 122 (ihrer Breite) relativ begrenzt
ist. Typischerweise kann das Ausrichtungspaar 102b an dem
Unterstützungsgehäuse 20 positioniert
werden, so dass die Achse 122 das Ausrichtungspaar 102a schneidet.
In Ausführungsformen,
bei denen das Ausrichtungspaar 102a nahe der Öffnung 22 (siehe
kurz 10) des Unterstützungsgehäuses positioniert ist, kann das
Ausrichtungspaar 102b auf dem Unterstützungsgehäuse 20 positioniert
sein, so dass Achse 122 oder die Länge der Vertiefung mit der Öffnung 22 des
Unterstützungsgehäuses 20 ausgerichtet
ist und parallel zur Rückwand 162 ist.
Die längliche
oder rechteckige Form der Vertiefung 120 erlaubt mehr Freiheit beim
Positionieren der Baukammer 25 innerhalb des Unterstützungsgehäuses 20.
Zusammen positionieren die Ausrichtungspaare 102a, 102b die
Baukammer 25, so dass sie in der horizontalen Ebene (d.
h. X- und Y-Richtungen)
arretiert ist. Als ein Resultat positionieren die Ausrichtungspaare 102a, 102b die Baukammer 25 so,
dass die Baubühne 62 mit
der Öffnung 52 des
Pulverbetts 50 ausgerichtet wird, wenn die Baukammer 25 sich
nach oben bewegt.
-
Das
dritte Ausrichtungspaar 102c ist in den 8, 9A und 9B veranschaulicht.
Das dritte Ausrichtungspaar 102c enthält eine überdimensionierte Vertiefung 130,
die der Werkzeugkugel 104 mehr Freiheit erlaubt, um sich
seitlich in alle Richtungen zu bewegen. 9A ist
eine Darstellung des Ausrichtungspaars 102c gesehen entlang
der Linie 9A in 3. In den 9A und 9B kann
gesehen werden, dass das Spiel 132 zwischen den Seitenwänden der
Vertiefung 130 und der Oberfläche 105 der Werkzeug-Kugel 104 relativ
größer ist
im Vergleich zu den Ausrichtungspaaren 102a und 102b.
Wie oben diskutiert, kann das Ausrichtungspaar 102c in
oder nahe der Rückwand 162 (siehe kurz 3)
positioniert sein, um in Verbindung mit den Ausrichtungspaaren 102a und 102b eine
horizontale Ebene zu definieren. Es sollte sich verstehen, dass
die Platzierung der Ausrichtungspaare 102a, 102b und 102c an
dem Unterstützungsgehäuse 20 verschieden
sein kann, abhängig
von Vorliebe, vorausgesetzt dass die Achse 122 des Ausrichtungspaars 102b Ausrichtungspaar 102a schneidet.
-
Mit
Bezug auf die 10 bis 13 ist
das Verfahren des Verwendung von Gerät 10 aus 1, um
die Baukammer 25 zu positionieren und sie mit der Betriebskammer
auszurichten, schrittweise dargestellt. Die Betriebskammer 15 und
andere zugehörige
Geräte
sind der Deutlichkeit halber nicht dargestellt. Wie in 10 gezeigt,
wird die Baukammer 25 einschließlich des Bauwagens 30 durch
die Öffnung 22 in
das Innere des Unterstützungsgehäuses 20 eingesetzt.
Führungsschienen 164 helfen,
um den Bauwagen 30 in der Ladeposition zu positionieren
und zu führen.
Der Bauwagen 30 kann eine oder mehrere Rollen 32 und
eine Schiene 34 oder Griffe einschließen, die einem Nutzer helfen
können,
um die Baukammer 25 zu bewegen und neu zu positionieren.
-
In 11 ist
die Baukammer 25 in den Innenraum des Unterstützungsgehäuses 20 eingesetzt worden
und ist nun in der Ladeposition. Die Hebegeräte 166, 168 bewegen
sich dann nach oben und kontaktieren Oberflächen an dem Bauwagen 30.
Die Hebegeräte 166, 168 fahren
dann fort, um die Baukammer 25 nach oben in der Richtung
der Betriebskammer 15 zu bewegen. Jede Werkzeug-Kugel 104 wirkt
lösbar
mit einer entsprechenden Vertiefung (siehe kurz 4,
Bezugsnummer 108 zum Beispiel) an dem Unterstützungsgehäuse 20 zusammen.
Wie oben diskutiert, kann jede Vertiefung eine Fase 110 umfassen,
die etwas anfängliche
Fehlausrichtung der Baukammer 25 erlaubt. Fortgesetzte
Aufwärtsbewegung
bewirkt, dass sich die Werkzeug-Kugeln 104 aufwärts entlang
der Fase 110 und in die Vertiefungen 108, 120 und 130 aus 4, 6 bzw. 8 bewegen.
Als ein Resultat wird der Baukammer 25 die korrekte Ausrichtung
mit der Betriebskammer 15 erleichtert. Die Baukammer 25 fährt fort,
sich nach oben zu bewegen, bis jede Werkzeug-Kugel 104 in ihrer
korrespondierenden Vertiefung sitzt, woraufhin die Aufwärtsbewegung
der Baukammer 25 verhindert wird. Die Baukammer 25 ist jetzt
in der Bauposition. Während
sie in der Bauposition ist, ist die Baubühne 62 horizontal
und vertikal mit dem Pulverbett 50 ausgerichtet und eine
abdichtende Verbindung existiert zwischen dem Bauzylinder 60 und
dem Pulverbett 50. Ein Teil kann dann gebaut werden, wie oben
beschrieben.
-
Nach
Fertigstellung des Teils bewegen sich die Hebegeräte 166, 168 nach
unten und bewirken, dass sich die Baukammer 25 von der
Betriebskammer 15 ablöst.
In dieser Hinsicht stellt 12 die Baukammer 25 als
nach unten in die Ladeposition bewegt dar. In 13 wird
die Baukammer aus dem Unterstützungsgehäuse 20 entfernt.
Ein neu geformtes Teil 90 (oder Menge von Teilen) wird
im Bauzylinder 60 gezeigt. Die Betriebskammer 15 kann
nun benutzt werden, um ein zweites Teil(e) zu bauen, während das
neu gebaute Teil 90 weiterhin in einer kontrollierten Weise
in der entnommenen Baukammer 25 abkühlt. In einigen Ausführungsformen
kann es wünschenswert
sein, den Innenraum der Baukammer 25 mit einer Abdeckung 38 einzuschließen. Die
Abdeckung 38 kann dazu beitragen, das Abkühlen des Teils/der
Teile 90 in einer kontrollierten Weise zu erleichtern.
Die Baukammer 25 kann weiterhin eine isolierende Auskleidung
enthalten, die ebenfalls dazu beiträgt, das Teil in einer kontrollierten
Weise abzukühlen.
In einigen Ausführungsformen
kann die Baukammer 25 und/oder Abdeckung 38 weiterhin
Heizstrahler und/oder eine Zufuhr von inertem Gas umfassen, die
das Abkühlen
des Teils in einer kontrollierten Umwelt weiter erleichtern können.
-
In
einigen Ausführungsformen
kann die Baukammer 25 unbeweglich sein und die Betriebskammer 15 kann
beweglich zwischen einer Lade- und einer Bauposition sein. In jener
Ausführungsform
richten die Ausrichtungspaare die Betriebskammer mit der Baukammer
aus, wenn die Betriebskammer in die Bauposition bewegt wird. Obwohl
das Rapid-Prototyping-and-Manufacturing-Gerät insgesamt mit den Begriffen
einer Ausführungsform
diskutiert worden ist, die auf selektives Lasersintern gerichtet
ist, sollte es sich verstehen, dass die Erfindung auch andere Rapid-Prototyping-Verfahren
wir z.B. Stereolithographie einschließen kann.
-
Viele
Modifizierungen und andere Ausführungsformen
der hier dargelegten Erfindung werden dem Fachmann auf dem Gebiet
einfallen, zu dem diese Erfindung gehört, die den Nutzen der in den vorstehenden
Beschreibungen und zugehörigen Zeichnungen
präsentierten
Lehren haben. Deswegen versteht es sich, dass die Erfindung nicht
auf die offenbarten spezifischen Ausführungsformen beschränkt sein
soll und dass Modifizierungen und andere Ausführungsformen als eingeschlossen
innerhalb des Umfangs der angehängten
Ansprüche
beabsichtigt sind. Obwohl spezifische Begriffe hier verwendet worden
sind, sind sie nur in einem generischen und beschreibenden Sinn
verwendet und nicht für
Zwecke von Begrenzung.