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Herstellung digitaler 3D-Objekte, auch bekannt als digitale additive Herstellung, ist ein Prozess zur Herstellung eines dreidimensionalen festen Objektes einer beliebigen Form aus einem digitalen Modell. Der Druck von 3D-Objekten ist ein additiver Prozess, in dem Materialschichten nacheinander in verschiedenen Formen auf einem Substrat gebildet werden. Die Schichten können durch Ausstoßen von Bindungsmaterial, gerichtetem Energie-Auftrag, Extrudieren von Material, Ausstoß von Material, Fixieren Pulverbetten, Laminieren von Bögen oder Exponieren von flüssigem Fotopolymermaterial mit einer härtenden Strahlung gebildet werden. Das Substrat, auf dem die Schichten gebildet werden, wird entweder auf einer Plattform unterstützt, die durch Betätigung von Stellgliedern, die wirksam mit der Plattform verbunden sind, dreidimensional beweglich ist, oder die Material-Auftragungsvorrichtungen sind wirksam mit einem oder mehreren Stellgliedern zur gesteuerten Bewegung der Auftragungsvorrichtungen verbunden, um die Schichten zu herzustellen, die das Objekt bilden. Der Druck von 3D-Objekten ist von herkömmlichen objektbildenden Techniken zu unterscheiden, die im Wesentlichen auf der Entfernung von Material eines Werkstücks durch einen subtraktiven Prozess beruhen, wie Schneiden oder Drillen.
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Die Herstellung von gedruckten 3D-Teilen mit hoher Geschwindigkeit ist eine große Herausforderung, weil viele der involvierten Prozesse zeitaufwendig sind und häufig manuell erfolgen. Bei vielen 3D-Objektdruckern ist Stützmaterial in einer Schicht enthalten, um zu ermöglichen, dass Bereiche von Objektmaterial in der Schicht gebildet werden, in denen keine Oberflächenteile oder zuvor gebildete Teile des Objekts existieren. Insbesondere werden diese Stützbereiche mit einem Stützmaterial, wie Wachs, oben auf Flächen des Objekts oder benachbart zu Bereichen des Objekts gebildet. Wenn das Objekt gebildet ist, wird das Stützmaterial vom Objekt entfernt. Das Stützmaterial wird typischerweise durch Tränken des Objekts in Wasser, Ausstoßen von Wasser auf das Objekt, Tränken des Objekts in anderen Chemikalien als Wasser, oder Erwärmen des Objekts in einem Konvektionsofen entfernt. Jedes dieser Verfahren weist jedoch Einschränkungen auf, die sich mit steigender Größe des zu druckenden Objekts verschärfen.
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Da Drucker für 3D-Objekte immer größer werden, um das Produktionsvolumen zu erhöhen, können viele Teile in drei Dimensionen gestapelt werden, getrennt von Stützmaterial. In diesen Mehrobjekt-Herstellungsläufen muss jedoch eine erhebliche Menge Stützmaterial entfernt werden, wenn die Objekte vollständig gebildet sind. Es wird ein Verfahren benötigt, um erhebliche Mengen Stützmaterial von gedruckten Teilen effizient zu entfernen, um die Gesamtherstellungsgeschwindigkeit zu erhöhen.
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Ein Verfahren zum Entfernen von Stützmaterial aus einem oder mehreren gedruckten 3D-Objekten unter Verwendung von Mikrowellen mit vermindertem Risiko von Objektbeschädigung umfasst die Betätigung eines Transports mit mindestens einem Controller, um eine Aufspannplatte zu bewegen, die das gedruckte 3D-Objekt trägt, Betätigen einer Mikrowellenquelle mit mindestens einem Controller, um die Mikrowellenenergie in den ersten Teil eines 3-Port-Geräts zu leiten, um Mikrowellenenergie von einem zweiten Port des 3-Port-Geräts zu emittieren und das gedruckte 3D-Objekt mit Stützmaterial mit Mikrowellenenergie zu bestrahlen, wobei die Mikrowellenenergie das Stützmaterial auf eine Temperatur erwärmt, bei der das Stützmaterial die Phase von fest nach flüssig wechselt, so dass das Stützmaterial vom Objekt abfließt, Leiten von Mikrowellenenergie, die an dem zweiten Port des 3-Port-Geräts empfangen wird, an einen Suszeptor, der wirksam mit einem dritten Port des 3-Port-Geräts verbunden ist, Erzeugen mit einem Temperatursensor eines Signals, das eine Temperatur des Suszeptors anzeigt, und Deaktivieren der Mikrowellenquelle mit dem mindestens einen Controller, der wirksam mit dem Temperatursensor verbunden ist, und wobei die Mikrowellenquelle in Reaktion auf die Temperatur, die von dem erzeugten Signal angezeigt wird, einen voreingestellten Zustand erreicht.
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Ein System, das Stützmaterial von einem oder mehreren gedruckten 3D-Objekten unter Verwendung von Mikrowellen mit vermindertem Risiko von Objektbeschädigung verwendet, entfernt, umfasst eine Aufspannplatte, die das gedruckte 3D-Objekt mit einem Stützmaterial trägt, einen Transport, der gestaltet ist, die Aufspannplatte zu bewegen, ein 3-Port-Gerät, das gestaltet ist, Mikrowellenenergie, die an einem ersten Port empfangen wird, an einen zweiten Port zu leiten und Mikrowellenenergie, die am zweiten Port empfangen wurde, an einen dritten Port zu leiten, einen Suszeptor, der wirksam mit dem dritten Port des 3-Port-Geräts verbunden ist, einen Temperatursensor, der gestaltet ist, ein Signal zu erzeugen, das eine Temperatur des Suszeptors anzeigt, eine Mikrowellenquelle, die gestaltet ist, Mikrowellen an den ersten Port des 3-Port-Geräts zu leiten, um das Objekt mit Stützmaterial mit einer Mikrowellenenergie vom zweiten Port des 3-Port-Geräts zu bestrahlen, wobei die Mikrowellenenergie das Stützmaterial auf eine Temperatur erwärmt, bei der das Stützmaterial die Phase von fest nach flüssig wechselt, so dass Stützmaterial vom Objekt abfließt, und mindestens ein Controller, der wirksam mit dem Transport, dem Temperatursensor und der Mikrowellenquelle verbunden ist, wobei der Controller gestaltet ist, die Mikrowellenquelle in Bezug auf das Signal, das von dem Temperatursensor erzeugt wurde, zu betätigen.
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Die vorangehenden Erscheinungsformen und weitere Funktionen des Verfahrens und des Druckers werden in der folgenden Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen erklärt.
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1 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Entfernen von Stützmaterial von einem gedruckten Objekt mit Mikrowellenenergie.
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2A zeigt ein System, das es ermöglicht, dass Stützmaterial von einem gedruckten Objekt mit Mikrowellenenergie entfernt wird.
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2B zeigt eine alternative Ausführungsform der Aufspannplatte in dem System von 2A.
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3 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Verwendung eines Suszeptors, um das in einer Mikrowellen-Heizstation behandelte Objekt zu schützen.
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4 zeigt eine Mikrowellen-Heizstation, die gestaltet ist, einen Suszeptor zu verwenden, um das in der Mikrowellen-Heizstation behandelte Objekt zu schützen.
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5 zeigt einen Drucker für 3D-Objekte nach dem Stand der Technik.
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6 zeigt eine perspektivische Sicht eines gedruckten Blocks mit einer Vielzahl identischer Teile, die durch Stützmaterial getrennt sind, nach dem Stand der Technik.
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7 zeigt eine Seitenansicht des in 4 gezeigten Blocks nach dem Stand der Technik.
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Für ein allgemeines Verständnis der Umgebung des hier offenbarten Verfahrens sowie die Einzelheiten des Verfahrens wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsnummern gleiche Elemente.
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5 zeigt einen Drucker für 3D-Objekte 100, der Material ausstößt, um Stütz- und Objektbereiche in Schichten zu bilden. Der Drucker 100 umfasst eine Aufspannplatte 104 und einen Ausstoßkopf 108. Der Ausstoßkopf 108 besitzt eine Vielzahl von Ejektoren, die gestaltet sind, um Materialtropfen in Richtung einer Oberfläche 112 der Aufspannplatte 104 auszustoßen, um ein 3D-Objekt zu bilden, wie das Teil 116, und Stützbereiche, die Teilfunktionsbildung ermöglichen. Insbesondere besitzt der Ausstoßkopf 108 eine erste Vielzahl von Ejektoren, die gestaltet sind, Tropfen eines Baumaterials auszustoßen, um ein Objekt zu bilden, und eine zweite Vielzahl von Ejektoren, die gestaltet sind, Tropfen eines Stützmaterials, wie Wachs, auszustoßen, um ein Gerüst zum Stützen des Objekts zu bilden, das gebildet wird. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet "Stütz" bzw. "Träger" eine oder mehrere Lagen Stützmaterial, die auf die Schichten von Baumaterial benachbart oder darauf gebaut werden, um zu ermöglichen, dass Schichten eines Teils des Objekts ohne Verformung, verursacht durch Schwerkraft oder Laminarfluss des Baumaterials gebildet werden, bevor das Baumaterial von einem Fluid oder einem Pulver durch einen Härtungsprozess, wie thermisches Härten oder Exposition mit UV-Strahlung, zu einem Feststoff umgewandelt wird. "Stützmaterial" bedeutet ein Material, das beim Drucken eines Objekts verwendet wird, das nach dem Drucken des Objekts von diesem entfernt wird. Der Ausstoßkopf 108 ist in Bezug auf die Aufspannplatte 104 in Prozessrichtung P, der Richtung quer zum Prozess CP und der vertikalen Richtung V beweglich gestaltet. In einigen Ausführungsformen umfasst der Drucker 100 Stellglieder, die gestaltet sind, den Ausstoßkopf 108 und/oder die Aufspannplatte 104 relativ zueinander zu bewegen.
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Der Drucker 100 umfasst einen Controller 120, der wirksam mit mindestens dem Ausstoßkopf 108 verbunden ist. Der Controller 120 ist gestaltet, den Ausstoßkopf 108 in Bezug auf Objekt-Bilddaten zu betätigen, die in Schichten gerendert wurden, um ein 3D-Objekt auf der Oberfläche der Aufspannplatte 112 zu bilden. Zum Bilden jeder Schicht des 3D-Objekts betätigt der Controller 124 den Drucker 100, um den Ausstoßkopf 108 einmal oder mehrfach in Prozessrichtung P zu fahren, wobei Tropfen von Material auf die Aufspannplatte 104 ausgestoßen werden. Im Fall mehrfacher Passagen wird der Ausstoßkopf 108 in Richtung quer zum Prozess CP zwischen jeder Passage verschoben. Nachdem jede Schicht gebildet wurde, wird der Ausstoßkopf 108 in vertikaler Richtung V weg von der Aufspannplatte 104 bewegt, um den Druck der nächsten Schicht zu beginnen.
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In einigen Ausführungsformen ist der Drucker 100 ausreichend groß, um Produktionsläufe zu ermöglichen, die mehr als ein Teil umfassen. Insbesondere kann eine Vielzahl von Teilen in einem einzelnen Druckjob gedruckt werden, wobei jedes Teil von Stützmaterial gekapselt ist, um einen Block von Material zu bilden. In einigen Ausführungsformen empfängt der Controller 120 Bilddaten, die einer Vielzahl von Teilen entsprechen, die im dreidimensionalen Raum angeordnet sind, wobei zwischen jedem der Teile Stützmaterial angeordnet ist, um das Drucken der Vielzahl von Teilen als einzelnen Block zu ermöglichen. In Bezug auf die Bilddaten betätigt der Controller 120 den Ausstoßkopf 108, um die Vielzahl von Teilen in einem einzigen Produktionslauf zu bilden. 6 zeigt eine perspektivische Sicht eines Blocks 200 nach dem Stand der Technik mit einer Vielzahl identischer Teile 204, die auf der Aufspannplatte 104 gebildet werden. Die Teile 204 sind im Wesentlichen in einer dreidimensionalen Matrix angeordnet und können gleichförmig im Block 200 beabstandet sein. Die Teile 204 sind durch Stützmaterial 208 getrennt. In anderen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Teilen aus verschiedenen Typen von Teilen bestehen und in Bezug aufeinander so angeordnet sein, dass der Raum in dem Block 200 effizient genutzt wird. 7 zeigt eine Seitenansicht des Blocks 200 nach dem Stand der Technik.
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Wie in 6 und 7 gezeigt, umfasst der Block 200 eine erhebliche Menge Stützmaterial 208, die entfernt werden muss, um die Teile 204 freizulegen. Zum Beschleunigen des Entfernungsprozesses des Stützmaterials, der in einem herkömmlichen Konvektionsofen ausgeführt wurde, verwendet Prozess 400 von 1 Mikrowellenenergie, um das Stützmaterial 208 zu erwärmen und dessen Aggregatzustand zu ändern. In der Beschreibung von Prozess 400 betreffen Feststellungen, dass das Verfahren eine Aufgabe oder Funktion ausführt, einen Controller oder einen Universalprozessor, der programmierte Anweisungen ausführt, die auf einem nicht-flüchtigen, computerlesbaren Speichermedium gespeichert sind, das wirksam mit dem Controller oder Prozessor verbunden ist, um Daten zu bearbeiten oder eine oder mehrere Komponenten in dem Drucker zu betätigen, um die Aufgabe oder Funktion auszuführen. Der oben erwähnte Controller 120 des Druckers 100 kann mit Komponenten und programmierten Anweisungen gestaltet werden, um einen Controller oder Prozessor bereitzustellen, der den Prozess 400 ausführt. Alternativ kann der Controller mit mehr als einem Prozessor ausgestattet und mit Schaltkreisen und Komponenten verknüpft sein, von denen jede gestaltet ist, eine oder mehrere der hier beschriebenen Aufgaben oder Funktionen auszuführen.
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Das Verfahren 400 beginnt mit dem Entfernen von Teilen von dem Drucker (Block 404). Die Teile können durch Abheben der Teile 204, die das Stützmaterial 208 enthalten, von der Aufspannplatte 104 oder durch Bewegen der Aufspannplatte 104, die die Teile 204 trägt, die das Stützmaterial 208 enthalten, aus dem Drucker entfernt werden. Wenn die Teile zusätzliche Härtung benötigen, werden sie der härtenden Strahlung ausgesetzt oder man lässt sie zur Verfestigung der Materialien abkühlen. Wenn die Teile gehärtet sind, wird der Hauptteil des Stützmaterials unter Verwendung von Mikrowellenenergie entfernt (Block 408). Bei Verfahren nach dem Stand der Technik zum Entfernen des Hauptteils des Stützmaterials werden die Teile 204 in einen Konvektionsofen gestellt, der auf eine voreingestellte Temperatur geheizt wird, bei der das Stützmaterial 208 von der festen in die flüssige Phase wechselt. Ein Konvektionsofen kann z.B. auf eine Temperatur von 65 °C geheizt werden, um Wachs-Stützmaterial zu schmelzen, sofern das Teil in dem Ofen-Hohlraum ausreichend lange verbleibt, damit das Stützmaterial die Schmelztemperatur erreichen kann. Das Teil 204, das Wachs-Stützmaterial enthält, wird in dem geheizten Hohlraum eines Konvektionsofens typischerweise für 60 bis 120 Minuten bei einer Temperatur von 65 °C belassen, damit das Wachs-Stützmaterial schmelzen und sich von dem Teil 204 abtrennen kann. Die Temperatur des Teils 204 wird typischerweise überwacht, und das Teil 204 wird aus dem Ofen entfernt, wenn die Temperatur des Teils die voreingestellte Grenztemperatur erreicht hat, die unter der Temperatur liegt, bei der eine Verformung des Baumaterials des Teils einsetzt. Da ein Teil des Stützmaterials zurückbleiben kann, wird das Teil 204 weiter behandelt, um kleinere Rückstande von Stützmaterial zu entfernen (Block 412). In einer Ausführungsform umfasst diese weitere Behandlung das Eintauchen des Teils 204 in eine Spülflüssigkeit, die bei einer voreingestellten Temperatur gehalten wird, z.B. 60 °C, und in der Lösung Ultraschall-Vibrationen ausgesetzt wird. Die Ultraschall-Vibrationen in dieser Ausführungsform werden für ca. 5 Minuten eingesetzt. Wenn die Vibrationen beendet werden, verbleibt das Teil für eine voreingestellte Zeit, wie 2 Minunten, in der Lösung, bevor das Teil aus dem Stützmaterial-Bad entfernt und in einen Reinigungsbehälter gestellt wird (Block 416). Der Reinigungsbehälter umfasst typischerweise warmes, seifenhaltiges Wasser, und Ultraschall-Vibrationen werden erneut auf das Teil in dem seifenhaltigen Wasser für eine weitere Zeitspanne angewendet, wie z.B. 20 Minuten. Das Teil wird dann aus dem Reinigungsbehälter entfernt und getrocknet (Block 420). Das Trocknen kann bei Umgebungsluft oder in einem Konvektionsofen erfolgen, der auf eine relativ milde Temperatur geheizt wird, wie z.B. 40 °C.
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Ein Produktionssystem für 3D-Objekte 500 ist in 2A gezeigt. Das System 500 umfasst einen oder mehrere Ausstoßköpfe 504, einen Controller 580, einen kontaktfreien Temperatursensor 536, einen Mikrowellenstrahler 516 und ein Gehäuse 512. Der Controller 580 kann der Controller 120 sein, gestaltet mit programmierten Anweisungen und Komponenten, um den bzw. die Ausstoßköpfe 504 zu betätigen, um ein Objekt mit Stützmaterial zu bilden, und die Mikrowellen-Heizstation 520 zu betätigen, um das Stützmaterial zu entfernen. Jeder der Ausstoßköpfe enthält eine Vielzahl von Ejektoren, die der Controller 580 betätigt, um eine Vielzahl von Materialien auszustoßen, um Objekt- und Stützbereiche in den Schichten der Teile zu bilden, die auf der Aufspannplatte 104 gebildet werden. Die Aufspannplatte 104 wird mittels eines Transports 508 gestützt, der den Block 200 mit den Teilen 204 und dem Stützmaterial 208 von der Position unter dem bzw. den Ausstoßköpfen 504 zur Mikrowellen-Heizstation 520 bewegt. Die Mikrowellen-Heizstation 520 umfasst das Gehäuse 512, das einen Zugang und einen Ausgang umfasst, damit der Transport 508 den Block 200 in das Gehäuse 512 der Station 520 und dann die Aufspannplatte und die Teile 204 aus dem Gehäuse zur nächsten Verarbeitungsstation bewegen kann. In dem Gehäuse 512 ist ein Mikrowellenstrahler 516 angeordnet, um den Block 200 mit Mikrowellenenergie zu bestrahlen, während der Transport 508 ruht, damit der Block 200 der emittierten Mikrowellenenergie für eine voreingestellte Zeitspanne unterzogen werden kann oder bis die Temperatur der Teile 204 eine Temperatur erreicht hat, die anzeigt, dass sich das Teil einer Temperatur nähert, aber diese noch nicht erreicht hat, die das Teil beschädigen könnte. In der Ausführungsform, die die Teile-Temperatur überwacht, erzeugt der kontaktfreie Temperatursensor 536 ein Signal, das die Teile-Temperatur anzeigt, die der Controller 580 mit einem voreingestellten Temperatur-Grenzwert vergleicht. Wenn der voreingestellte Temperatur-Grenzwert erreicht ist oder die voreingestellte Zeitspanne abgelaufen ist, betätigt der Controller 580 ein Stellglied 540, das den Transport 508 antreibt, um die Teile 204 aus dem Gehäuse zur nächsten Verarbeitungsstation zu bewegen.
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Die in 2A gezeigte Aufspannplatte umfasst eine oder mehrere Durchgangsbohrungen 524, so dass das geschmolzene Stützmaterial die Aufspannplatte 104 verlassen und auf den Boden des Gehäuses 512 fallen kann. Der Boden des Gehäuses 512 umfasst einen Abfluss 528, so dass das geschmolzene Stützmaterial das Gehäuse 512 verlassen kann. Der Controller 580 kann wirksam mit einer Pumpe 532 verbunden sein, um das geschmolzene Stützmaterial aus dem Gehäuse 512 zu treiben, oder der Boden des Gehäuses 512 kann mit einer Neigung gebildet sein, so dass das geschmolzene Stützmaterial zum Abfluss 528 fließen und das Gehäuse 512 unter Wirkung der Schwerkraft verlassen kann. In einer alternativen in 2B gezeigten Ausführungsform ist die Aufspannplatte 104 ein Kasten mit festen Seiten 220 und einer offenen Oberseite. Ein Metallsieb 224 ist über der geöffneten Oberseite angeordnet und der Block 220 ruht auf dem Metallsieb. Während der Exposition mit den Mikrowellen fließt das geschmolzene Stützmaterial durch das Metallsieb in den Metallkasten, wo es sich verfestigt. Das Material verfestigt sich, weil die Öffnungen in dem Sieb so bemessen sind, dass Mikrowellenenergie nicht auf eine bekannte Weise in den Kasten eindringen kann.
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Das oben beschriebene Verfahren und System sind wirksam zum Entfernen von Stützmaterial von den Teilen, wenn das Stützmaterial einen dielektrischen Verlustfaktor besitzt, der größer als ein dielektrischer Verlustfaktor des Baumaterials ist. "Dielektrischer Verlustfaktor" ist ein Maß für die Energie, die von einem Material in einem oszillierenden Feld als Wärme abgeführt wird. Der dielektrische Verlustfaktor des Stützmaterials ermöglicht, dass die Mikrowellenenergie das Stützmaterial erwärmt und einen Phasenwechsel im Stützmaterial erzeugt, ohne das Baumaterial des Teils erheblich zu erwärmen. Somit wird das Stützmaterial geschmolzen und von den Teilen entfernt, ohne die Teile zu beschädigen oder negativ zu beeinflussen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Stützmaterials, das einen dielektrischer Verlustfaktor besitzt, der größer als der dielektrische Verlustfaktor des Baumaterials ist, ist, dass das Stützmaterial und das Baumaterial eng benachbarte Schmelztemperaturen aufweisen können, aber der Unterschied in den dielektrischen Verlustfaktoren ermöglicht es, dass das Stützmaterial die Temperatur erreicht, bevor das Baumaterial beginnt, sich der Schmelztemperatur zu nähern.
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Obwohl das in Bezug auf 1 und 2 beschriebene System und Verfahren typischerweise für das Entfernen von Stützmaterial von gedruckten Objekten wirksam ist, kann die Konfiguration von einigen Objekten Probleme darstellen. D.h., die Konfiguration einiger Objekte kann die Abschätzung eines Betrags einer Mikrowellen-Expositionszeit oder einer voreingestellten Objekttemperatur erschweren, da die Geometrie des Objekts die Darstellung von Mengen und Verteilung des Stützmaterials in dem Objekt verkompliziert. Wenn die Mikrowellenenergie für die abgeschätzte Zeit angewendet wird oder bis die abgeschätzte Temperatur in solchen Konfigurationen erreicht ist, kann das Objekt einen Betrag Mikrowellenenergie aufnehmen, der das Objekt beschädigt oder verformt. Um solche Objekt-Konfigurationen zu berücksichtigen, wurde die Prozess- und Mikrowellen-Heizstation von 3 bzw. 4 entwickelt.
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Der Prozess 300 beginnt damit, dass das Objekt mit Stützmaterial in die Mikrowellenkammer gestellt wird (Block 304). Die Mikrowellenquelle wird aktiviert, und die Mikrowellenenergie wird in ein 3-Port-Gerät geleitet, das als ein magnetischer Zirkulator bezeichnet wird (Block 308). Der magnetische Zirkulator ist eine bekannte Komponente, die Mikrowellenenergie in einem ersten Port empfängt und die Energie in einen zweiten Port leitet, wo sie in die Mikrowellenkammer emittiert wird. Weil der dielektrische Verlustfaktor des Stützmaterials höher als der des Baumaterials des Objekts ist, wird das Stützmaterial durch die Mikrowellenenergie erwärmt und schmilzt. Wenn das Stützmaterial schmilzt und vom Objekt abfließt, wird die Mikrowellenenergie in der Kammer reflektiert, und ein Teil der Energie wird in den zweiten Port geleitet. Die Mikrowellenenergie, die in den zweiten Port eintritt, wird von dem magnetischen Zirkulator in den dritten Port geleitet, der mit einem Suszeptor gekoppelt ist. Ein Suszeptor ist ein Material, das elektromagnetische Strahlung absorbiert und diese in Wärme umwandelt. Bekannte Suszeptoren umfassen metallisierte Filme, Keramiken, bestimmte Metalle und Wasser. Wenn Wasser verwendet wird, um die Mikrowellenenergie zu absorbieren, so dass sie nicht das Teil in dem Hohlraum erwärmt, fließt es durch einen Wärmetauscher, um die absorbierte Wärme abzugeben. Zusätzlich wird der Suszeptor so ausgewählt, dass der dielektrische Verlustfaktor des Suszeptors kleiner als der dielektrische Verlustfaktor des Stützmaterials ist, aber größer als der dielektrische Verlustfaktor des Baumaterials. Ein für die Verwendung mit vielen Stütz- und Baumaterialien geeignetes Suszeptor-Material ist Siliciumcarbid. Durch Überwachung des Temperaturprofils des Suszeptors (Block 312) kann also ein Controller, der wirksam mit einem Temperatursensor verbunden ist, der ein Signal erzeugt, das die Temperatur des Suszeptors anzeigt, detektieren, wenn der Suszeptor anfängt, Mikrowellenenergie zu empfangen, weil die Temperatur des Suszeptors beginnt zu steigen. Durch Überwachen der Temperatur des Suszeptors kann der Controller detektieren, ob das Stützmaterial in der Kammer geschmolzen ist. Die Änderungsrate der Temperatur des Suszeptors ist langsam, bis das Stützmaterial bis auf einen geringen Anteil reduziert ist. Da die Menge Stützmaterial im Hohlraum gegen Null geht, wird mehr Mikrowellenenergie von der Kammer in den zweiten Port reflektiert, der diese zum Suszeptor leitet, der mit dem dritten Port gekoppelt ist. Wenn der Suszeptor mehr Mikrowellenenergie aufnimmt, fängt die Temperatur des Suszeptors an, mit höherer Rate zu steigen, was anzeigt, dass das Stützmaterial im Wesentlichen verschwunden ist (Block 316), und die Mikrowellenquelle wird deaktiviert, und das Objekt wird aus der Kammer entfernt (Block 320). Alternativ kann das Temperatursignal, das vom Sensor 554 erzeugt wird, überwacht werden, bis sie eine voreingestellte Temeperatur erreicht, und die Mikrowellenquelle wird in Reaktion auf das erzeugte Signal deaktiviert, das anzeigt, dass die voreingestellte Temperatur erreicht wurde.
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Eine Mikrowellen-Heizstation 550, die verwendet wird, um den Prozess 300 einzubinden, ist in 4 gezeigt. Die Mikrowellen-Heizstation 550 umfasst einen Controller 584, der wirksam mit einem Temperatursensor 554, einer Mikrowellenquelle 566, einem Stellglied 540 und einer Pumpe 532 verbunden ist. Die Mikrowellenquelle 566 kann ein beliebiger Erzeuger von Mikrowellenenergie nach dem Stand der Technik sein, wie ein Magnetron. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet "Mikrowellenenergie" elektromagnetische Strahlung im Frequenzbereich von ca. 300 MHz bis ca. 300 GHz. Ein 3-Port-Gerät 562, wie ein magnetischer Zirkulator, wird an den Ausgang der Mikrowellenquelle 566 gekoppelt, um Mikrowellenenergie an dessen erstem Port zu empfangen. Das 3-Port-Gerät leitet die Mikrowellenenergie zum Austritt an den zweiten Port in die Kammer in dem Gehäuse 512, um das Stützmaterial 208 zu erwärmen, das einen größeren dielektrischen Verlustfaktor als das Baumaterial der Teile 204 aufweist. Der dritte Port des 3-Port-Geräts ist auch an einen Suszeptor 558 gekoppelt, der einen dielektrischen Verlustfaktor aufweist, der kleiner als der dielektrische Verlustfaktor des Stützmaterials aber größer als der dielektrische Verlustfaktor des Baumaterials ist. Wie oben diskutiert, erhöht die reflektierte Mikrowellenenergie in der Kammer, wenn das Stützmaterial im Hohlraum die Energie absorbiert und schmilzt. Wenn der Betrag dieser Energie, die in den zweiten Port eintritt und an den Suszeptor 558 gesendet wird, der an den dritten Port gekoppelt ist, steigt, steigt auch die Änderungsrate der Temperatur des Suszeptors. Der Controller 584 ist mit programmierten Anweisungen gestaltet, um das Signal, das die Temperatur des Suszeptors 558 anzeigt, erzeugt von dem Temperatursensor 554, zu überwachen, und erzeugt ein Profil der Änderungsrate der Suszeptor-Temperatur. Wenn der Controller einen Anstieg der Änderungsrate der Suszeptor-Temperatur detektiert, der anzeigt, dass die Menge Stützmaterial in der Kammer gegen Null geht, deaktiviert der Controller die Mikrowellenquelle 566, da das Stützmaterial größtenteils oder vollständig geschmolzen ist. Alternativ kann der Controller 584 das Signal überwachen, das der Sensor 554 erzeugt hat, bis der Controller detektiert, dass die Temperatur, die durch das Signal angezeigt wird, eine voreingestellte Temperatur erreicht hat, und der Controller deaktiviert die Mikrowellenquelle. Der Controller kann dann das Stellglied 540 betätigen, um den Transport 508 zu bewegen, so dass die Aufspannplatte 104 das Gehäuse 512 verlässt. Die verbleibenden Komponenten der Mikrowellen-Heizstation 550 arbeiten, wie oben mit Bezug auf 4 beschrieben. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Ausdruck "Menge Stützmaterial geht gegen Null", dass kein festes Stützmaterial mehr in Kontakt mit dem Teil oder Objekt ist.
