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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Objekte, mit einer Dosiereinrichtung, insbesondere Extruder, zum dosierten Bereitstellen eines, insbesondere durch Erkaltung, aushärtenden Materials, und mit einer Arbeitsplatte, die unterhalb der Dosiereinrichtung zum Ablegen und Aushärten des bereitgestellten Materials angeordnet ist, wobei die Arbeitsplatte entlang wenigstens einer ersten Bewegungsachse in einer Ebene verfahrbar ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mit der vorgenannten Vorrichtung.
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Stand der Technik
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Vorrichtungen und Verfahren der Eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei sogenannten Rapid-Prototyping-Maschinen können dreidimensionale Objekte durch verschiedene Druckprinzipien, wie beispielsweise Pulver-/Flüssigkeitssintern, Jet-Verfahren oder dergleichen, und mit verschiedenen Materialien, wie beispielsweise Metallen oder Kunststoffen gefertigt werden. Diese Maschinen sind im industriellen Einsatz sehr teuer. Für Privatanwender sind preisgünstigere 3D-Drucker erhältlich, mit denen mit geringem Aufwand beliebige Kunststoffteile gedruckt werden können. Dabei wird in der Regel ein Strang Kunststoff in einem Heizkörper aufgeschmolzen und durch eine Düse gepresst beziehungsweise als Faden extrudiert. Das so auf der Arbeitsplatte abgelegte Material kühlt wieder ab und erstarrt auf der Arbeitsplatte. Durch entsprechendes Verfahren des Druckkopfes und/oder der Arbeitsplatte kann so aus dem ausgedüsten dünnen Materialfaden Schicht für Schicht eine dreidimensionale Struktur aufgebaut werden. Problematisch ist jedoch die Herstellung freitragender Strukturen, wie beispielsweise Brücken oder Balkone, da der noch fließfähige, ausgedüste Kunststofffaden vor seinem Aushärten heruntertropft beziehungsweise sich aufgrund der Einwirkung der Schwerkraft verformen kann. So können beispielsweise die seitlichen Überhänge von Schüsseln nur bis zu einem bestimmen Neigungswinkel hergestellt werden. Bei professionellen Geräten wird zur Vermeidung dieser Problematik ein Füllstoff mitgedruckt, der eine Unterlage für das herzustellende Element bereitstellt und später wieder entfernt wird. Prinzipbedingt ist die Verwendung eines derartigen Füllstoffes in Geräten für Privatanwender aber kaum möglich.
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Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass schwebende Strukturen auf einfache und kostengünstige Art und Weise herstellbar sind, ohne dass ein zusätzlicher Füllstoff notwendig ist. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass die Arbeitsplatte um zumindest eine in der Ebene liegende Achse verschwenkbar gelagert ist und vorzugsweise dass der Arbeitsplatte eine Kulissenführung zugeordnet ist, die ein Verschwenken der Arbeitsplatte bewirkt, wenn die Arbeitsplatte entlang der ersten Bewegungsachse verfahren wird. Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass die Arbeitsplatte bezüglich der Dosiereinrichtung in ihrer Ausrichtung veränderbar ist. In ihrer Ausgangslage liegt die Arbeitsplatte in der Ebene, die vorzugsweise zumindest im Wesentlichen horizontal beziehungsweise senkrecht zur Ausdüsrichtung der Dosiereinrichtung angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Arbeitsplatte durch das Verschwenken um bis zu 90° verschwenkbar, besonders bevorzugt bis zu 180° verschwenkbar gelagert, so dass sie um 90° zu der Dosiereinrichtung hin und/oder von dieser weg verschwenkbar ist. Während das Bereitstellen des fließenden Materials somit weiterhin auf die übliche Art und Weise bevorzugt in Richtung der Schwerkraft erfolgt, wird das Ziel, auf welches das fließende Material abgelegt werden soll, in seiner Ausrichtung verändert. So können auch bereits in der Ausgangsebene erstellte Strukturen nach einem Verschwenken der Arbeitsplatte durch Strukturen, die in eine andere Richtung führen, ergänzt werden. Die neu zugeführten Strukturen können aushärten, bevor die Arbeitsplatte wieder zurück in die Ausgangslage verschwenkt wird. Dadurch ist ein komplexer auch frei hängender Aufbau von Strukturen ohne zusätzliche Hilfsmittel möglich.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Dosiereinrichtung eine Kühleinrichtung zum Kühlen und Aushärten des bereitgestellten Materials zugeordnet ist. Durch die Kühleinrichtung, die beispielsweise als Kühlgebläse ausgebildet ist, wird das aus der Dosiereinrichtung ausgetretene Material kurz nach seinem Austritt gekühlt, so dass zum einen der Aushärtevorgang schneller erfolgt, und dass zum anderen freitragende Materialfäden erzeugt werden können. Zusammen mit der verschwenkbaren Arbeitsplatte ist es dadurch möglich, komplexe Strukturen mit freitragenden Bestandteilen zu erzeugen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kulissenführung zumindest eine ortsfeste Kulisse aufweist, die mit einem an der Arbeitsplatte befestigten Führungsstift in Wirkverbindung bringbar ist. Die Kulissenführung wird also von zumindest einem Führungsstift und zumindest einer Kulisse gebildet. Vorliegend ist vorgesehen, dass die Kulisse ortsfest und der Führungsstift der Arbeitsplatte zugeordnet ist. Natürlich ist aber auch eine Ausführungsform denkbar, bei welcher der Führungsstift ortsfest, beispielsweise an einem die Arbeitsplatte tragenden Gestell, und die Kulisse an der Arbeitsplatte angeordnet ist. Durch Verfahren der Arbeitsplatte in der Ebene wird die Arbeitsplatte gemäß der Ausgestaltung der Kulisse verschwenkt, sofern der Führungsstift mit der Kulisse zusammenwirkt. Vorzugsweise ist die Kulisse als Zwangsführung ausgebildet, so dass der Führungsstift in einer Art Kulissennut zweiseitig im Wesentlichen spielfrei geführt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Kulisse entlang der ersten Bewegungsachse erstreckt. Die Kulisse verläuft somit parallel zu der ersten Bewegungsachse, so dass die Arbeitsplatte in eine gewünschte Schwenkstellung verbringbar ist, indem sie entlang der ersten Bewegungsachse verfahren wird. Die Kulisse erstreckt sich dabei gemäß einer Ausführungsform entlang des gesamten Verfahrwegs der ersten Bewegungsachse. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die Kulisse nur über einen Abschnitt des möglichen Verfahrwegs entlang der ersten Bewegungsachse erstreckt, so dass außerhalb dieses Abschnitts die Arbeitsplatte in einer Ebene verschiebbar ist, ohne dass ein Verschwenken erfolgt. Das kann auch dadurch erreicht werden, dass die Kulisse in den anderen Abschnitten parallel zur Ebene verläuft, ohne ein Verschwenken zu bewirken. Erstreckt sich die Kulisse nur über den genannten Abschnitt, so weist sie vorzugsweise eine randseitige Eintrittsöffnung auf, durch welche der Führungsstift, insbesondere durch Verfahren der Arbeitsplatte entlang der ersten Bewegungsachse, in die Kulisse einbringabr beziehungsweise mit dieser in Wirkverbindung bringbar ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Arbeitsplatte in der Ebene auch entlang einer zweiten Bewegungsachse, die insbesondere senkrecht zu der ersten Bewegungsachse ausgerichtet ist, verfahrbar ist. Die Arbeitsplatte lässt sich somit in der Ebene entlang mehrerer Bewegungsachsen verlagern, so dass sie letztendlich in jede Richtung verfahrbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, die Dosiereinrichtung entlang der zweiten Bewegungsachse verfahrbar auszugestalten.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Arbeitsplatte durch Verfahren entlang der zweiten Bewegungsachse mit der Kulisse in Wirkverbindung bringbar oder von der Kulisse lösbar ist. Vorzugsweise ist der Führungsstift dabei derart kurz ausgebildet, dass wenn die Arbeitsplatte entlang der zweiten Bewegungsrichtung von der Kulisse wegbewegt wird, der Führungsstift außer Eingriff mit der Kulissenführung gelangt, so dass die Arbeitsplatte anschließend auch ohne ein Verschwenken entlang der ersten Bewegungsachse verfahrbar ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Abstand zwischen der Dosiereinrichtung und der Arbeitsplatte durch Verlagern der Dosiereinrichtung und/oder der Arbeitsplatte senkrecht zu der Ebene einstellbar ist. Dadurch lassen sich beispielsweise Materialstreifen nicht nur parallel zur Ebene erzeugen, sondern auch senkrecht oder geneigt dazu.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Arbeitsplatte durch ein die Achse bildendes Gelenk an einer in der Ebene liegenden und entlang zumindest einer der Bewegungsachsen verschiebbaren Arbeitsgrundplatte verschwenkbar angeordnet ist. Die Arbeitsfläche der Vorrichtung ist somit zweiteilig ausgebildet, wobei ein Teil durch die Arbeitsplatte und ein anderer Teil durch die Arbeitsgrundplatte gebildet wird, die miteinander durch das Gelenk verbunden sind. So ist es beispielsweise möglich, auf der Arbeitsgrundplatte zunächst eine Grundstruktur des herzustellenden dreidimensionalen Objektes vorzubereiten, während auf der verschwenkbaren Arbeitsplatte eine weitere komplexe Struktur erzeugt wird, die anschließend durch Verschwenken der weiteren Arbeitsplatte oder nachträglich in einem separaten Schritt an die Struktur auf der Arbeitsgrundplatte angefügt werden kann.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kulissenführung mehrere Kulissen aufweist, die entlang der ersten Bewegungsachse hintereinander liegend angeordnet und insbesondere unterschiedlich ausgebildet sind. Durch das Vorsehen mehrerer Kulissen können unterschiedliche Verschwenkpositionen oder Verschwenkwege erzeugt werden, die noch komplexere Strukturen während des Druckvorgangs zulassen. Besonders bevorzugt sind zumindest zwei Kulissen in der ersten Bewegungsachse hintereinander liegend angeordnet, die unterschiedlich ausgebildet sind, um unterschiedliche Verschwenkwinkel der Arbeitsplatte zu unterschiedlichen Positionen der Arbeitsplatte entlang der ersten Bewegungsachse einzustellen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Arbeitsplatte wenigstens eine Arretiereinrichtung zugeordnet ist, die zum Arretieren der Arbeitsplatte in einer verschwenkten Stellung ausgebildet ist. Die Arretiereinrichtung erlaubt es, die in eine verschwenkte Position verbrachte Arbeitsplatte von der Kulissenführung zu lösen, ohne dass sie die Stellung, in welche sie verschwenkt wurde, wieder verlässt. Die Arretiereinrichtung weist hierzu wenigstens ein federkraftbeaufschlagtes Element auf, das eine lösbare Arretierung der Arbeitsplatte ermöglicht. So kann die Arretiereinrichtung beispielsweise als umschwenkendes Druckfederelement, umschnappende Draht-Schenkelfeder oder als Kugelrasteinrichtung ausgebildet sein. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist bevorzugt vorgesehen, dass die Arbeitsplatte in einer oder mehrerer Schwenkstellungen mittels Permanentmagnete oder elektromagnetisch arretierbar ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 macht sich die zuvor beschriebene Vorrichtung zunutze. Es sieht vor, dass zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts die Arbeitsplatte zumindest einmal verschwenkt wird, um eine komplexe, insbesondere frei hängende Struktur zu erzeugen.
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Besonders bevorzugt sieht das Verfahren vor, dass das bereitgestellte beziehungsweise ausgedüste Material bereits kurz nach dem Verlassen der Dosiereinrichtung beziehungsweise einer Düse der Dosiereinrichtung gekühlt wird, um eine freitragende Struktur beziehungsweise einen freitragenden Materialfaden darzustellen. Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zum Greifen und Verlagern eines Elementes oder einer Struktur ein wenig Material zum Bilden eines Tropfens ausdosiert wird, das an der Düse verbleibt und/oder auf das Element tropft. Die Düse wird dann auf das zu greifende Element bewegt und auf das Element gedrückt. Nachdem das Material ausgehärtet ist, verbleibt das Element an der Düse und kann mittels der Düse und der Arbeitsplatte an eine gewünschte Stelle auf der Arbeitsplatte verbracht werden. Durch ein erneutes Erhitzen der Düse beziehungsweise des Materials wird dieses wieder fließfähig beziehungsweise flüssig gemacht, wodurch sich das Element von der Düse löst und an der gewünschten Stelle, beispielsweise auf einer vorher erzeugten komplexen Struktur verbleibt.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1 eine Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Objekte in einer perspektivischen Darstellung,
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2 eine Draufsicht auf eine vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung,
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3A bis C die Funktionsweise der vorteilhaften Vorrichtung ein einer vereinfachten Seitenansicht,
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4A und B alternative Ausführungsbeispiele der Vorrichtung in jeweils einer Draufsicht,
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5A und B ein erstes Anwendungsbeispiel der vorteilhaften Vorrichtung,
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6 eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung,
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7A bis C ein erstes Ausführungsbeispiel einer Arretiereinrichtung,
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8A und B ein zweites Ausführungsbeispiel der Arretiereinrichtung,
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9 ein drittes Ausführungsbeispiel der Arretiereinrichtung,
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10 ein viertes Ausführungsbeispiel der Arretiereinrichtung,
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11 ein weiteres Anwendungsbeispiel der vorteilhaften Vorrichtung und
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12A und B noch ein Anwendungsbeispiel der vorteilhaften Vorrichtung.
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1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung eine Vorrichtung 1 zum Herstellen dreidimensionaler Objekte. Die Vorrichtung 1 weist eine Dosiereinrichtung 2 auf, die als Extruder ausgebildet ist und eine Düse 3 aufweist, die in der Höhe, wie durch einen Doppelpfeil y angedeutet, verlagerbar ist. Der Extruder extrudiert durch die Düse 3 einen thermoplastischen Kunststoff in Form eines Fadens 4. Kurz nach dem Austreten aus der Düse 3 befindet sich der Kunststoff aufgrund der hohen Temperaturen des Extrudiervorgangs in einem fließenden Zustand, in welchem die Form des Fadens 4 veränderbar beziehungsweise beeinflussbar ist.
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Unterhalb des Extruders ist eine Arbeitsplatte 5 angeordnet, die in einer Ebene, der sogenannten x-y-Ebene, entlang zweiter Bewegungsachsen, die durch Doppelfeile x und y angedeutet sind, verfahrbar ist. Die Bewegungsachsen x und y sind dabei senkrecht zueinander ausgerichtet. Zusammen mit dem in der Höhe z verfahrbaren Extruder ergibt sich dadurch die Möglichkeit, die Düse 3 in allen drei Raumrichtungen relativ zu der Arbeitsplatte 5 zu bewegen, um den ausgedüsten beziehungsweise extrudierten Faden 4 an einer bestimmen Position oder entlang einer vorgegebenen Spur auf der Arbeitsplatte 5 abzulegen. Beim Auftreffen des Fadens 4 auf die Arbeitsplatte 5 entsteht eine Verbindung, durch die die Lage des extrudierten Fadens 4 fixiert wird.
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Üblicherweise härtet der Faden anschließend aus, so dass auf ihm weitere Fäden abgelegt und dreidimensionale Strukturen ausgebildet werden können.
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Vorliegend ist der Düse 3 der Dosiereinrichtung 2 eine Kühleinrichtung 6 zugeordnet, die ein Mikrogebläse 7 aufweist, dessen Luftstrom durch eine Kanüle 8 zu einem Luftauslass 9 geleitet wird, wobei der Luftauslass 9 der Düse 3 derart zugeordnet ist, dass bei Bedarf das aus der Düse 3 austretende Material schnell gekühlt wird, so dass dieses in kurzer Zeit nach Austreten aus der Düse 3 erhärtet, gegebenenfalls noch bevor es auf die Arbeitsplatte 5 trifft. Hierdurch kann beispielsweise ein Faden auf zwei zuvor abgelegten Fäden abgelegt werden, ohne zwischen zuvor abgelegten Fäden auf der Arbeitsplatte 5 durchzuhängen.
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2 zeigt eine vereinfachte Draufsicht auf einen Arbeitstisch 10 der Vorrichtung 1, auf welchem die Arbeitsplatte 5 in der x-y-Ebene verfahrbar ist. Die Außenkontur des Tisches 10 deutet des Bereich an, innerhalb dessen die Arbeitsplatte 5 verfahren werden kann. Der gestrichelt markierte Bereich 11 des Tisches 10 deutet einen Abschnitt an, innerhalb dessen die Arbeitsplatte 5 mit einer Kulissenführung 12 in Wirkverbindung bringbar ist.
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Die Arbeitsplatte 5 ist an einer Arbeitsgrundplatte 13 durch ein Gelenk 14 um eine Achse A veschwenkbar gelagert angeordnet. Während die Arbeitsgrundplatte 13 in der x-y-Ebene fest verankert bleibt, lässt sich die Arbeitsplatte 5 durch das Gelenk 14 aus dieser Ebene herausschwenken. Dazu ist der Arbeitsplatte 5 ein Führungsstift 15 zugeordnet, der seitlich von der Arbeitsplatte 5 vorsteht. Die Kulissenführung 12 weist neben dem Führungsstift 15 außerdem eine Kulisse 16 auf, die mit dem Führungsstift 15 in Wirkverbindung bringbar ist. Dazu muss die Arbeitsgrundplatte 13, und damit auch die Arbeitsplatte 5, in Richtung der Kulisse 16 verfahren werden, bis der Führungsstift 15 in Anlagekontakt mit der Kulisse 16 kommt.
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3 zeigt hierzu eine vereinfachte Seitenansicht der Vorrichtung 1. Die Kulisse 16 weist eine Kulissenbahn 16' mit einer Krümmung auf, die aus der x-y-Ebene heraus in einen senkrecht nach oben von der x-y-Ebene wegführenden Abschnitt übergeht. Befindet sich der Führungsstift 15 auf der Kulisse 16, wie in 3 gezeigt, und wird die Arbeitsplatte 5 entlang der Bewegungsachse x in Richtung des Pfeils 17 beziehungsweise auf die Kulisse 16 zu bewegt, so bewirkt die Krümmung der Kulisse, dass der Führungsstift 15 nach oben gedrängt und dadurch die Arbeitsplatte 5 nach oben in Richtung der Dosiervorrichtung 2 um die Achse A des Gelenks 14 verschwenkt wird.
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Die Endstellung ist in 3B gezeigt. In diesem Fall wurde die Arbeitsplatte 5 eine maximale Verschwenkstellung in einem Winkel von 90° zur x-y-Ebene verschwenkt, so dass sie senkrecht zur Arbeitsgrundplatte 13 ausgerichtet ist. In dieser Stellung kann mittels der Dosiervorrichtung 2 ein weiterer Faden 4 appliziert werden, der dann auf beispielsweise zuvor auf der Arbeitsplatte 5 abgelegte Fäden abgelegt werden kann. Durch die veränderte Ausrichtung der Arbeitsplatte 5 bezüglich des Extruders, lassen sich hierdurch komplexe Strukturen fertigen.
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Je nach Ausgestaltung der Gelenkverbindung zwischen Arbeitsplatte 5 und der Arbeitsgrundplatte 13 verbleibt die Arbeitsplatte 5 in ihrer Schwenkposition, wenn die Arbeitsgrundplatte 13 zurück entlang der ersten Bewegungsachse x gemäß Pfeil 18 verlagert wird. Zumindest behält die Arbeitsplatte 15 ihre Ausrichtung bei, bis der Führungsstift 15 an eine weitere Kulissenbahn 16'' der Kulisse 16 stößt, die beabstandet zu der Kulissenbahn 16' der Kulisse 16 verläuft. Sobald der Führungsstift 15 gegen die Kulissenbahn 16' trifft, wird die Arbeitsplatte 5 gemäß der Krümmung der Kulissenbahn 16' beim Verfahren entlang der Bewegungsachse x in ihrer flachen beziehungsweise in der Ebene befindlichen Ausgangsstellung zurückverlagert, wie in 13 dargestellt.
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Während gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein verfahbarer Bereich vorliegt, innerhalb dessen die Arbeitsplatte 5 entlang der Bewegungsachse x verfahrbar ist, ohne dass sich die Verschwenkstellung innerhalb der Kulissenführung 2 verändert, ist bevorzugt gemäß einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Kulissenbahnen 16', 16'' derart nahe aneinander angeordnet sind, dass der Führungsstift 15 durch die Kulissenführung 12 stets oder zumindest abschnittsweise zwangsgeführt ist.
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4A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1. Dabei ist vorgesehen, dass entlang der Bewegungsachse x zusätzlich zu der Kulisse 16 weitere Kulissen 20, 21 und 22 hintereinander liegend angeordnet sind. Die Kulissen weisen jeweils entsprechende Kulissenbahnen auf, durch welche der Führungsstift 15, insbesondere zwangsgeführt beziehungsweise zwangsführbar ist, wenn er mit der jeweiligen Kulisse in Wirkverbindung steht. Die Kulissen 16, 20, 21, 22 sind vorzugsweise unterschiedlich in Bezug auf den jeweiligen Kulissenbahnverlauf ausgebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führen die Kulissen 16, 20, 21, 22 zu unterschiedlichen maximalen Verschwenkwinkeln der Arbeitsplatte 5. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt die Kulisse 16 die Arbeitsplatte in einen maximalen Winkel von 90°, die Kulisse 20 in einen Winkel von 60°, die Kulisse 21 in einen Winkel von 45° und die Kulisse 22 in einen Winkel 30°. Je nachdem, in welche der Kulissen der Führungsstift 15 somit eingeführt wird, lässt sich durch Verfahren der Arbeitsplatte 5 entlang der Bewegungsachse x ein unterschiedlicher Verschwenkwinkel der Arbeitsplatte 5 einstellen.
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Gemäß dem in 4B dargestellten Ausführungsbeispiel sind weitere Kulissen 23 und 24 entlang der Bewegungsachse y angeordnet, wobei der Arbeitsplatte 5 ein weiterer Führungsstift 19 zugeordnet ist, der durch Verfahren der Arbeitsplatte 5 in der x-Bewegungsachse in Wirkverbindung mit den Kulissen 23 oder 24 bringbar ist. Durch anschließendes Verfahren der Arbeitsplatte 5 in der y-Bewegungsachse, lässt sich dann die Arbeitsplatte 5, und gegebenenfalls auch die Arbeitsgrundplatte 13 um eine Achse verschwenken, die parallel zur Bewegungsachse x verläuft, wie in 5 durch eine Strich-Punkt-Linie angedeutet. In 5 markiert der Bereich 25, ähnlich dem Bereich 11, einen Abschnitt, innerhalb dessen der Führungsstift 24 mit einer der Kulissen 23 oder 24 in Wirkverbindung bringbar ist, wenn die Arbeitsplatte 5 in den Bereich 25 eindringt.
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5A und 5B zeigen ein Anwendungsbeispiel der beschriebenen Vorrichtung 1. Im Ausgangszustand gemäß 5A wird eine erste Struktur 26, vorliegend in der Form eines Wohnhauses, durch Übereinanderlegen mehrerer Fäden 4 unterschiedlicher Länge erzeugt. Um an dem Haus 26 einen Balkon anzubringen, wird die wie zuvor beschrieben verfahren, so dass die Arbeitsplatte 5 um 90° verschwenkt wird, wie in 5B gezeigt. Damit die erste Struktur 26 in ihrer Position verbleibt, ist die Arbeitsplatte 5 mit einem Anlagevorsprung versehen, der verhindert, dass die Struktur 26 nach unten rutscht. Nun können in mehreren Arbeitsschritten mehrere Fäden 4 auf einer Hausseite 7 aufgebracht werden, die zusammengesetzt eine zweite Struktur 28 in Form eines Balkons bilden. Mittels der Kühleinrichtung 6 ist es möglich, die im Normalzustand vertikal verlaufende Balkonbegrenzung 29 als bereichsweise frei schwebende Struktur auszubilden, die auf mehreren, im Normal horizontal verlaufenden Querstreben 30 aufliegt. Durch das schnelle Abkühlen und Aushärten des jeweiligen Fadens 4 mittels der Kühleinrichtung 6 bleibt dieser in seiner frei tragenden Position bestehen. Wird die Arbeitsplatte 5 gemäß dem vorstehenden wieder zurück geschwenkt, so befindet sich der Balkon an der Seite der Struktur 26 beziehungsweise des entsprechendes Hauses an der gewünschten Position.
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6 zeigt ein weitergehendes Ausführungsbeispiel, bei welchem die Kulissen 23 und 24 wie zuvor beschrieben vorgesehen sind, wobei der Führungsstift 19 von der Arbeitsplatte 5 senkrecht derart absteht, dass er in die Kulisse 23 eingreift. Der Führungsstift 19 ragt in der Ausgangsstellung der Arbeitsplatte 5, wenn sie also in der x-y-Ebene liegt, nach unten in Richtung des Arbeitstisches 10. Wird die Arbeitsplatte 5 in den in 6 dargestellten Verschwenkstellungen nunmehr entlang der y-Bewegungsachse verfahren, so führen die Kulissen 23 oder 24 dazu, dass die Arbeitsplatte 5 und die Arbeitsgrundplatte 13 um die zuvor genannte Achse mittels eines weiteren, der Arbeitsgrundplatte 13 zugeordneten Gelenks 32 verschwenkt wird.
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7 bis 10 zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen der Gelenkverbindungen zwischen Arbeitsplatte 5 und der Arbeitsgrundplatte 13. Diese Ausgestaltungen betreffen eine Arretiervorrichtung 33, die ein Arretieren der Arbeitsplatte 5 in einer gewünschten Stellung bezüglich der Arbeitsgrundplatte 13 erlaubt.
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Gemäß 7A und 7C ist die Arretiereinrichtung 33 als Rastdruckfeder-Einrichtung ausgebildet, bei welcher im Bereich des Gelenks 14 eine verschwenkbare Druckfeder vorgesehen ist. In der Ausgangsstellung drängt die Druckfeder die Arbeitsplatte 5 in die x-y-Ebene. Wir die Arbeitsplatte 5 verschwenkt, wie in Figur B gezeigt, wird die Druckfeder gestaucht. Wird die Arbeitsplatte 5 über den maximalen Stauchpunkt hinaus weiter, beispielsweise in die senkrechte Ausrichtung geschwenkt, wie in 7C gezeigt, drängt die Druckfeder die Arbeitsplatte 5 in die senkrechte Stellung.
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Gemäß 8 ist als Arretiereinrichtung 33 eine umschnappende Draht-Schenkelfeder vorgesehen, die nach einem ähnlichen Prinzip arbeitet. Auch hier wird die Arbeitsplatte 5 durch die Draht-Schenkelfeder in ihre maximalen Stellungen gedrängt, sofern sie einen kritischen Schwenkpunkt überschritten hat.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 9 ist vorgesehen, dass die Arretiereinrichtung 33 als Kugelrasteinrichtung ausgebildet ist, bei welcher mittels einer Druckfeder 34 eine Kugel 35 gegen eine Rasterung 36 gedrängt wird, die koaxial zur Achse in einer Bogen-, insbesondere Kreisbogenform an der Unterseite der Arbeitsplatte 5 vorgesehen ist. Die Rasterung 36 weist mehrere Vertiefungen auf, in welche die Kugel 35 drängbar ist. Die Vertiefungen sind dabei derart ausgebildet, dass durch Verschwenken der Arbeitsplatte 5 die Kugel jeweils entgegen der Federkraft aus der jeweiligen Vertiefung herausgedrängt wird. Dadurch wird erreicht, dass die Arbeitsplatte 5 in mehreren Schwenkstellungen, von beispielsweise 30°, 45°, 60° oder 90°, wie in 9 angedeutet, verrastbar ist.
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Grundsätzlich ist es bei hier nicht dargestellten Ausführungsbeispielen auch möglich, dass die Arbeitsplatte 5 auch in die entgegengesetzte Richtung zusätzlich oder alternativ entsprechend verschwenkbar und arretierbar ist.
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10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Arretiereinrichtung 33, das sich von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen dahingehen unterscheidet, dass keine Federkraft zur Arretierung vorgesehen ist. Stattdessen sind an ortsfesten Stellen Magnete 37 vorgesehen, die die Arbeitsplatte durch Magnetkraft in der jeweils gewünschten Stellung arretieren. Bei den Magneten 37 kann es sich um Permanentmagnete oder auch um elektromagnetische Einrichtungen handeln.
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11 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel der vorteilhaften Vorrichtung. Auf der Arbeitsplatte 5 befindet sich bereits eine vorgefertigte Struktur 38. Die Struktur 38 weist einer Vertiefung 39 auf, in welche ein Bauteil 40, beispielsweise eine LED, eingelegt werden soll. Hierzu ist vorgesehen, dass das einzusetzende Bauteil 40 mit der Düse 3 und einer entsprechenden Verlagerung der Arbeitsplatte 5 angefahren wird. Dann wird ein, insbesondere kleiner, Kunststofftropfen als „Klebetropfen“ ausgedüst, so dass er an dem Bauteil 40 haftet. Anschließend werden die Düse und der ausgegebene Kunststoff abgekühlt, um auszuhärten. Daraufhin wird das Bauteil 40 angehoben, verfahren und an die gewünschte Stelle beziehungsweise in die Vertiefung 39 eingesetzt. Um das Bauteil 40 von der Düse 3 zu lösen, wird die Düse wieder erhitzt. Kurz vor dem Erhitzen des Bauteils 40 an der Zielstelle beziehungsweise der Vertiefung 39 wird die Düse beispielsweise durch Heizluft wieder erhitzt, so dass sich der Kunststoff wieder verflüssigt und das Bauteil 40 freigegeben beziehungsweise an der Struktur 38 eingegossen wird.
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Ebenso kann ein dreidimensionales Teilmodell an anderer Stelle auf der Arbeitsplatte 5 oder der Arbeitsgrundplatte 13 aufgebaut werden und auf dieselbe Weise wie zum Bauteil 40 beschrieben, auf eine andere Struktur gesetzt werden.
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12A und B zeigen dies anhand der bereits zuvor beschriebenen Strukturen 26 und 28. Zunächst werden die Struktur 26, also das Haus, und die Struktur 28, der Balkon, separat auf den Arbeitsplatten 5 und 13 gefertigt. Dabei kann zur Fertigung der Struktur 28 die Arbeitsplatte 5 wie zuvor beschrieben verschwenkt werden. Anschließend wird mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens die Struktur 28 durch die Düse 3 gegriffen und an der gewünschten Stelle der Struktur 26 eingesetzt, wie in 12B gezeigt. Im Ausführungsbeispiel von 12 werden somit die zuvor beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes sowie zum Verlagern und Einsetzen von Bauteilen miteinander kombiniert.
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Die hierzu beschriebene vorteilhafte Vorrichtung 1 erlaubt somit das einfache Herstellen auch komplexer dreidimensionaler Strukturen. Durch den Verzicht auf zusätzliche Aktoren und/oder Bewegungsachsen und aufgrund der geringen Kosten ist der Einsatz einer derartigen Vorrichtung auch für den privaten Bereich geeignet.
