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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dreidimensionalen Gießen bzw. Formen (im Folgenden allgemein 3D-Formvorrichtung genannt) und ein Verfahren zum dreidimensionalen Gießen bzw. Formen (im Folgenden allgemein 3D-Formverfahren genannt), die ein Formteil durch Verfestigen und Laminieren eines körnigen Materials bilden.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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In den letzten Jahren werden im Bereich der Formung eines massiven Objekts durch Strukturierung eines dreidimensionalen Objekts bzw. Formteils, wobei Laminierungen schichtweise gestapelt werden, vermehrt 3D-Formvorrichtungen eingesetzt, die einen Formungsprozess solcher Objekte automatisch durchführen. Zum Beispiel beschreibt die
internationale ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 2015/151832 eine 3D-Formvorrichtung, die Operationen zum Ausbreiten von Sand, welcher ein körniges Material ist, auf einem Formungstisch und Verfestigen und Laminieren des Sands unter Verwendung eines Bindemittels in einem Teilbereich, der einer Querschnittsform eines zu formenden dreidimensionalen Sandformling entspricht, wodurch der gewünschte Sandformling (das Formteil) als eine Laminierung gebildet wird.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Jedoch wird bei diesem Typ einer 3D-Formvorrichtung, unabhängig von der Größe des zu formenden Sandformling, das heißt unabhängig von der Größe einer Querschnittsform eines Formteils, Sand in dem Gesamtbereich des Formungstischs laminiert.
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Aus diesem Grund wird selbst dann, wenn ein Formteil P, das im Vergleich zu einem Beschichter 22 klein ist, geformt wird, wie es in 5A und 5B gezeigt ist, ein Betriebsprozess mit Hilfe des oben beschriebenen Standes der Technik durchgeführt, um wiederholt Formsand S von dem Beschichter 22 abzugeben und den Formsand S innerhalb eines Gesamtbereichs auf dem Formungstisch 12 auszubreiten. Daher ist nach dem Formungsprozess eine Operation notwendig, um eine große Menge von unnötigem Formsand Sd, der nicht der Formsand Sp ist, der das Formteil P bildet, zu entfernen und zu sammeln.
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Wie es oben beschrieben ist, wird selbst bei einem kleinen Formteil P eine große Menge an Formsand S, das zur Herstellung eines großen Formteils ausreichen würde, laminiert und teilweise verfestigt und dann eine große Menge von verbleibendem Formsand Sd gesammelt. Dies ist zeitaufwändig und verursacht ferner das Problem, dass die Arbeitslast groß ist.
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Daher stellt die Erfindung eine 3D-Formvorrichtung bereit, die einen Formungsprozess unter Verwendung einer für die Größe des Formteils geeigneten Menge an körnigem Material durchführt, wodurch das Formteil mit einer geeigneten Arbeitslast für die Größe des Formteils geformt wird.
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Der erste Aspekt der Erfindung betrifft eine 3D-Formvorrichtung, die durch Verfestigen und Laminieren eines Teilbereichs eines körnigen Materials, das in Schichten auf eine obere Oberfläche eines Formungstischs aufgebracht wird, ein Formteil bildet. Der erste Aspekt der Erfindung umfasst einen Beschichter zum Abführen des körnigen Materials von einer länglichen Abführöffnung auf die obere Oberfläche des Formungstischs derart, dass das körnige Material in Schichten aufgebracht wird; einen Bewegungsmechanismus, der bewirkt, dass sich der Beschichter parallel zu der oberen Oberfläche des Formungstischs hin- und herbewegt, wobei der Beschichter hin- und herbewegt wird, die eine Längsrichtung der Abführöffnung schneidet; eine Verfestigungsvorrichtung zum Verfestigen eines Teilbereichs des körnigen Materials in einer Ebenenrichtung der oberen Oberfläche des Formungstischs, wobei das körnige Material in Schichten auf die obere Oberfläche des Formungstischs aufgebracht wird; und wenigstens ein Pfropfenelement zum Verschließen eines Teils einer Öffnung an wenigstens einer Stelle in der Längsrichtung der Abführöffnung des Beschichters und zum Begrenzen einer Abführweite des körnigen Materials, wobei das wenigstens eine Pfropfenelement von dem Beschichter entfernbar ist.
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Gemäß dem Aspekt der Erfindung ist es nur durch Einstellen des Pfropfenelements, das einen Teil der Öffnung an wenigstens einer Stelle der Abführöffnung des Beschichters verschließt, der das körnige Material abführt und auf der oberen Oberfläche der Form laminiert, möglich, die Abführweite von Formsand auf die Größe des durch die Verfestigungsvorrichtung verfestigten Verfestigungsbereichs des körnigen Materials zu begrenzen. Dies bedeutet, dass es möglich, eine Abführung des körnigen Materials in einer Weite zu begrenzen, die ein Formen des Verfestigungsbereichs des körnigen Materials nicht verhindert. Mit anderen Worten, das körnige Material wird abgeführt und laminiert in einer Weite, die einen Bereich überdeckt, der einer Querschnittsform entspricht, die zum Laminieren und Formen des Formteils notwendig ist, und das Abführen des körnigen Materials zu einem anderen Bereich begrenzt.
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Daher ist es möglich, einen Formungsprozess zu wiederholen, in dem eine notwendige und ausreichende Menge eines körnigen Materials in einem Bereich, der einer Querschnittsform des Formteils (Laminierung) entspricht, abgeführt, laminiert und verfestigt wird, und ist es möglich, das Formteil unter Vermeidung einer unnötigen Abführung einer großen des körnigen Materials zu formen.
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Der erste Aspekt umfasst ferner einen Verfestigungsbereich-Einstellteil, der einen Verfestigungsbereich in jeder Schicht des körnigen Materials einstellt, wobei der Verfestigungsbereich-Einstellteil einen Verfestigungsbereich des Formteils und einen Verfestigungsbereich eines wandförmigen Objekts, das außerhalb des Verfestigungsbereichs des Formteils angeordnet ist und das in einem nicht verfestigten Zustand neben dem Formteil laminierte körnige Material speichert, einstellen kann.
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Der erste Aspekt umfasst ferner ein Bewegungsregelungsteil zum Steuern des Bewegungsmechanismus, wobei der Bewegungsregelungsteil ausgelegt ist, um den Beschichter so zu bewegen, dass sich die Abführöffnung innerhalb einer Weite hin- und herbewegt, die den Verfestigungsbereich des wandförmigen Objekts um einen vorbestimmten Abstand überschreiten kann.
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In dem ersten Aspekt kann der Beschichter so ausgelegt sein, dass mehrere Typen der Pfropfenelemente mit unterschiedlichen Längen befestigt und entfernt werden können.
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Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft ein 3D-Formverfahren, durch das das Formteil unter Verwendung der 3D-Formvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gebildet wird. Der zweite Aspekt der Erfindung umfasst Bilden eines Formteilverfestigungsbereichs, der als eine von Schichten dient, die geschichtet werden, um das Formteil zu bilden, und eines wandförmigen Objektverfestigungsbereichs, der als eine von Schichten dient, die geschichtet werden, um das wandförmige Objekt zu bilden, unter Verwendung der Verfestigungsvorrichtung, in dem körnige Material, das in einer Schicht mit konstanter Dicke auf der oberen Oberfläche des Formungstischs gebildet ist, wobei das wandförmige Objekt das körnige Material, das in einem nicht verfestigten Zustand neben und außerhalb des Formteilverfestigungsbereichs geschichtet ist, speichert; und Bilden des Formteils und des wandförmigen Objekts durch Schichten der Formteilverfestigungsbereiche bzw. der wandförmigen Objektverfestigungsbereiche, wobei die wandförmigen Objektverfestigungsbereiche und die Formteilverfestigungsbereiche gleichzeitig geschichtet werden.
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In dem zweiten Aspekt, kann das wenigstens eine Pfropfenelement auf einer Seite der Abführöffnung des Beschichters eingestellt werden, das wenigstens eine Pfropfenelement ausgelegt ist, um zu verhindern, dass das körnige Material außerhalb des wandförmigen Objektverfestigungsbereichs abgeführt wird, innerhalb dessen sich der Formteilverfestigungsbereich befindet.
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In dem zweiten Aspekt kann der Beschichter so bewegt werden, dass sich die Abführöffnung des Beschichters innerhalb einer Weite von dem Formteilverfestigungsbereich bis zu einem Punkt, der den wandförmigen Objektverfestigungsbereich um einen vorbestimmten Abstand überschreitet, hin- und herbewegt wird.
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Die Erfindung ist dazu geeignet, die 3D-Formvorrichtung bereitzustellen, durch die ein Formungsprozess mit Hilfe einer Menge des körnigen Materials in Abhängigkeit von der Größe des Formteils realisiert wird, wodurch eine Arbeitslast in Abhängigkeit von der Größe des Formteils verringert und das Formteil in einer Zeitspanne in Abhängigkeit von seiner Größer gebildet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Merkmale, Vorteile und technische sowie industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:
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1 eine Ansicht der ersten Ausführungsform einer 3D-Formvorrichtung gemäß der Erfindung und eine Draufsicht einer schematischen Gesamtstruktur der 3D-Formvorrichtung ist;
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2 eine schematische Vertikalschnittansicht ist, die eine Struktur eines Beschichters der ersten Ausführungsform zeigt;
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3 eine Ansicht einer Ausgussstruktur des Beschichters der ersten Ausführungsform ist und eine Vertikalschnittansicht eines Zustands ist, wo ein Pfropfenelement eingestellt ist;
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4 ein konzeptionelles Blockdiagramm eines Regelungssystems der ersten Ausführungsform ist;
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5A eine Ansicht ist, die eine Schichtung eines körnigen Materials durch den Beschichter der ersten Ausführungsform erläutert, und eine Draufsicht ist, die eine Hin- und Herbewegung des Beschichters in einer Ebenenrichtung eines Formungstischs erläutert;
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5B eine Ansicht ist, die eine Schichtung des körnigen Materials durch den Beschichter der ersten Ausführungsform erläutert, und eine Draufsicht ist, die einen Formungsbereich erläutert, in dem das körnige Material durch den Beschichter geschichtet wird und ein Formteil geformt werden kann;
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6 eine Draufsicht ist, die eine Schichtung des körnigen Materials durch den Beschichter erläutert, wenn ein Formteil mit einem an den Beschichter angepassten Pfropfenelement geformt wird;
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7 eine Ansicht ist, die die zweite Ausführungsform einer 3D-Formvorrichtung gemäß der Erfindung erläutert, und eine Draufsicht ist, die eine Hauptstruktur der 3D-Formvorrichtung erläutert;
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8 eine schematische Vertikalschnittansicht von Strukturen eines Formteils und eines wandförmige Objekt ist, die auf eine obere Oberfläche eines Formungstischs gemäß der zweiten Ausführungsform geschichtet sind;
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9 eine Ansicht einer Ausführungsform eines 3D-Formverfahrens gemäß der Erfindung ist, in dem die zweite Ausführungsform der 3D-Formvorrichtung verwendet wird, und ein Flussdiagramm ist, das ein Formungsprozessverfahren in dem 3D-Formverfahren erläutert; und
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10 eine Ansicht ist, die eine weitere Form der zweiten Ausführungsform der 3D-Formvorrichtung und der Ausführungsform des 3D-Formverfahrens erläutert, und ist eine schematische Vertikalschnittansicht von Strukturen eines Formteils und eines wandförmigen Objekts ist, die auf die obere Oberfläche des Formungstischs geschichtet sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend sind Ausführungsformen der Erfindung ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. 1 bis 6 sind Ansichten der ersten Ausführungsform einer 3D-Formvorrichtung der Erfindung.
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Wie es in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst eine 3D-Formvorrichtung 100 der Ausführungsform eine Tischhebevorrichtung 11, eine Vorrichtung 21 zum Laminieren von Pulver und körnigem Material, eine Bindemittel-Einspritzvorrichtung 31 und ein Steuergerät 91, wobei das Steuergerät 91 eine integrierte Steuerung bzw. Regelung aller Vorrichtungen 11, 21, 31 eines Antriebssystems 10 durchführt.
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Die 3D-Formvorrichtung 100 wiederholt eine Formungsprozessoperation. In der Formungsprozessoperation führt die Vorrichtung 21 zum Laminieren von Pulver und körnigem Material Pulver und körniges Material, zum Beispiel Formsand S, ab und laminiert es auf eine obere Oberfläche 12a eines Formungstischs 12 der Tischhebevorrichtung 11, wodurch eine abgeführte Schicht L gebildet wird, und die Bindemittel-Einspritzvorrichtung 31 spritzt zum Binden und Verfestigen ein flüssiges Bindemittel auf einen Bereich der abgeführten Schicht L. Somit wird der Bereich der abgeführten Schicht L des Formsands S, der auf die obere Oberfläche 12a aufgebracht wird, laminiert und verfestigt und anschließend in ein gewünschtes massiv-geformtes Formteil P geformt.
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Hier verwendet die 3D-Formvorrichtung 100 der Ausführungsform zum Beispiel einen Formsand S, der mit einem bestimmten Harz beschichtet ist, und spritzt ein Bindemittel, das mit dem bestimmten Harz reagiert, zu dem Formsand S, so dass der Formsand S gebunden und in einem Teilbereich der abgeführten Schicht L, die auf die obere Oberfläche 12a 12 laminiert ist, verfestigt wird, wodurch das Formteil P geformt wird. Das Binde- und Verfestigungsverfahren ist nicht auf das unter Verwendung des Bindemittels gemäß der Ausführungsform begrenzt. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Bereich vor der Laminierung durch Wärme oder Licht gebunden und verfestigt werden, wodurch ein dreidimensionales Formteil P gebildet wird.
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Der durch die Vorrichtung 21 zum Laminieren von Pulver und körnigem Material abgeführte und laminierte Formsand S wird gewonnen, indem zum Beispiel ein Kneter 110 zum Sand eine Harzkomponente, ein Härtungsmittel oder dergleichen mischt, knetet, um eine konstante Korngröße zu haben, und einstellt, um eine gewünschte Fluidität zu haben. Anschließend wird der Formsand S in ein weiter unten beschriebenes Zuführungsteil 41 gegeben und dann einem Trichter 46 zugeführt. 2 zeigt eine Form, wo der Formsand S direkt von dem Kneter 110 in den Zuführungsteil 41 gegeben wird. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf begrenzt. Zum Beispiel kann der durch den Kneter 110 eingestellte Formsand S unter Verwendung eines Förderbandes, eines Eimers oder dergleichen in den Zuführungsteil 41 gegeben werden. In der Ausführungsform ist ein Beispiel erläutert, in dem der Formsand S, der mit dem bestimmten Harz beschichtet ist, durch ein Bindemittel gebunden und verfestigt ist, aber die Erfindung ist nicht hierauf begrenzt. Zum Beispiel kann Quarzsand mit winziger Korngröße als Formsand verwendet werden, und Verbindungspaste für Quarz kann als Bindemittel eingespritzt werden, um das Formteil P zu bilden.
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Die Tischhebevorrichtung 11 umfasst den Formungstisch 12, ein Rahmenelement 13, in dem der Formungstisch 12 aufgenommen ist, und eine Hebevorrichtung 14 (siehe 2), die den Formungstisch 12 stützt. Der Formungstisch 12 hat eine flache, obere Oberfläche 12a, die dazu geeignet ist, einen rechteckigen Formungsbereich A mit einer großen, von kurzen Seiten 12y und langen Seiten 12x umgebene Fläche gewährleisten, so dass sich eine maximale Kontur des Formteils P in der Draufsicht innerhalb des Formungstischs 12 befindet. Das Rahmenelement 13 umgibt den Formungstisch 12 derart, dass eine Auf-und-Ab-Bewegung des Formungstischs 12 nicht verhindert ist, und ist wandförmig entlang den kurzen Seiten 12y und den langen Seiten 2x des Formungstischs 12 gebildet, so dass der Formsand S der abgeführten Schicht L, der auf die obere Oberfläche 12a geschichtet ist, nicht herausläuft.
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Die Hebevorrichtung 14 ist so in dem Rahmenelement 13 eingebaut, dass sie einen unteren Teil des Formungstischs 12 stützt. Die Hebevorrichtung 14 hebt und senkt den Formungstisch 12 vertikal, während die obere Oberfläche 12a in Übereinstimmung mit einem Steuersignal von dem weiter unten beschriebenen Steuergerät 91 horizontal gehalten wird. Zum Beispiel senkt die Hebevorrichtung 14 während eines Formsteuerprozesses in Übereinstimmung mit einem von dem Steuergerät 91 gesendeten Steuersignal den Formungstisch 12 hochgenau um eine einzelne Schicht, so dass eine Schichtdicke d (siehe 8) einer abgeführten Schicht L neu abgeführten Formsands S konstant bleibt. In der Ausführungsform wird der Formsand S durch Absenken der Formungstisch 12 laminiert, aber die Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel kann die weiter unten beschriebene Vorrichtung 21 zum Laminieren von Pulver und körnigem Material angehoben werden, um den Formsand S zu laminieren. Jedoch ist es vorteilhaft, da das Rahmenelement 13 eine Bewegung der Vorrichtung 21 zum Laminieren von Pulver und körnigem Material verhindert, dass der Formungstisch 12 wie in der Ausführungsform beschrieben angehoben und abgesenkt wird.
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Der Vorrichtung 21 zum Laminieren von Pulver und körnigem Material umfasst einen Beschichter 22 und einen Bewegungsmechanismus 25. Der Beschichter 22 führt ab und laminiert den Formsand S von einer Abführöffnung 51o eines weiteren unten beschriebenen Abführteils 51, das zur oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12 offen ist. Der Bewegungsmechanismus 25 bewegt den Beschichter 22 parallel zu der oberen Oberfläche 12a, während er den Beschichter 22 so stützt, dass die Lage des Beschichters 22 bezüglich der Formungstisch 12 aufrecht erhalten bleibt.
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In dem Beschichter 22 erstreckt sich die Abführöffnung 51o des Abfhrteils 51 parallel zu der langen Seite 12x des Formungstischs 12, und der Beschichter 22 wird durch den Bewegungsmechanismus 25 in einer Lage gestützt, in der ein Abstand zwischen den Abführöffnungen 51o des Beschichters 22 und der oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12 konstant bleibt. Der Beschichter 22 wird durch den Bewegungsmechanismus 25 parallel zu der kurzen Seiten 12y des Formungstischs 12 bewegt, was orthogonal zu der Längsrichtung der Abführöffnung 51o des Abführteils 51 ist,
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Der Bewegungsmechanismus 25 umfasst ein Paar von parallelen Beschichter-Y-Achsenschienen 26, die beidseits außerhalb der kurzen Seiten 12y des Formungstischs 12 angeordnet sind, und ein Paar von Beschichter-Y-Achsengleitern 27, die bewegbar auf den Beschichter-Y-Achsenschienen 26 angeordnet sind, während sie beide Endteile 22a des Beschichters 22 stützen. In der Bewegungsmechanismus 25 verlaufen die Beschichter-Y-Achsengleiter 27 hin und her auf den Beschichter-Y-Achsenschienen 26 in Übereinstimmung mit einem Steuersignal von dem weiter unten beschriebenes Steuergerät 91.
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Aufgrund dessen wird der Beschichter 22 der Vorrichtung 21 zum Laminieren von Pulver und körnigem Material durch den Bewegungsmechanismus 25 parallel zu der kurze Seiten 12y hin- und herbewegt, während der Beschichter 22 die lange Seiten 12x des Formungstischs 12 kreuzt. Wenn sich der Beschichter somit hin- und herbewegt, kann in dem Beschichter 22 der Formsand S von dem Abführöffnung 51o auf die obere Oberfläche 12a abgeführt werden, wodurch Schichten der Formsand S in dem Formungsbereich A mit konstanter Schichtdicke d geschichtet werden.
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Die Bindemittel-Einspritzvorrichtung 31 umfasst einen Einspritzkopf 32 und einen Bewegungsmechanismus 35. Der Einspritzkopf 32 spritzt ein Bindemittel für den Formsand S von mehreren Einspritzlöchern (nicht gezeigt), die der oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12 gegenüberliegen. Der Bewegungsmechanismus 35 stützt und bewegt den Einspritzkopf 32, während die Lage des Einspritzkopfes 32 bezüglich des Formungstischs 12 aufrechterhalten bleibt.
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Der Einspritzkopf 32 spritzt das Bindemittel für den Formsand S aus den Einspritzlöchern. Das Bindemittel wird von einem Tank (nicht gezeigt) zugeführt. Der Einspritzkopf 32 ist durch den Bewegungsmechanismus 35 in einer solchen Lage gestützt, dass ein Abstand zwischen den Einspritzlöchern und der oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12 konstant wird. Ferner wird der Einspritzkopf 32, während er in dieser Lage bleibt, durch den Bewegungsmechanismus 35 in eine X-Achsenrichtung parallel zu der langen Seiten 12x des Formungstischs 12 und in einer Y-Achsenrichtung parallel zu der kurzen Seiten 12y des Formungstischs 12 bewegt.
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Der Bewegungsmechanismus 35 umfasst ein Paar von Kopf-Y-Achsenschienen 36, die innenseits des Paars von Beschichter-Y-Achsenschienen 26 des Bewegungsmechanismus 25 beidseits außerhalb der kurze Seiten 12y des Formungstischs 12 angeordnet sind, ein Paar von Kopf-Y-Achsengleitern 37, die unbewegbar auf den Kopf-Y-Achsenschienen 36 angeordnet sind, wobei sie den Einspritzkopf 32 durch eine Kopf-X-Achsenschiene 38 und einen Kopf-X-Achsengleiter 39, die weiter unten beschrieben sind, stützen, die Kopf-X-Achsenschiene 38, deren beide Endteile 38a mit den Kopf-Y-Achsengleitern 37 verbunden und durch sie gestützt sind, und den Kopf-X-Achsengleiter 39, der bewegbar in der Kopf-X-Achsenschiene 38 angeordnet ist, wobei er den Einspritzkopf 32 stützt. In dem Bewegungsmechanismus 35 laufen die Gleiter 37, 39 in Übereinstimmung mit einem Steuersignal von dem weiter unten beschriebenen Steuergerät 91 hin und her auf den Schienen 36 bzw. 38.
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Aufgrund dessen wird der Einspritzkopf 32 der Bindemittel-Einspritzvorrichtung 31 durch den Bewegungsmechanismus 35 über die langen Seiten 12x und die kurzen Seiten 12y des Formungstischs 12 hinaus parallel zu den langen Seiten 12x bzw. den kurzen Seiten 12y hin und her bewegt. Anschließend spritzt der Einspritzkopf 32 eine konstante Menge des Bindemittels von den Einspritzlöchern zu einem Teilbereich des Formungsbereichs A, der sich in der Ebenenrichtung auf der oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12 erstreckt, wodurch der laminierte Formsand S mit der Schichtdicke d gebunden und verfestigt wird. Dies bedeutet, dass die Bindemittel-Einspritzvorrichtung 31 eine Verfestigungsvorrichtung bildet.
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Ferner umfasst der Beschichter 22 der Vorrichtung 21 zum Laminieren von Pulver und körnigem Material den Zuführungsteil 41, einen Speicherteil 45 und den Abführteil 51.
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Der Zuführungsteil 41 ist auf einer Seite des Beschichters 22 in einer Längsrichtung angeordnet, und eine Beschickungsöffnung 41i, die mit dem Inneren des weiter unten beschriebenen Trichters 46 des Speicherteils 45 verbunden ist, ist nach oben offen. In dem Zuführungsteil 41 wird der durch den Kneter 110 eingestellte Formsand S von der Beschickungsöffnung 41i dem Speicherteil 45 (Trichter 46) zugeführt.
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Der Speicherteil 45 umfasst den Trichter 46, einen Beschicker 47 und a Restmengensensor 48.
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Der Trichter 46 ist in einer Oberseite eines Körperelements 22B des Beschichters 22 gebildet, das die Form eines Blocks hat, dessen Länge gleich der der langen Seiten 12x des Formungstischs 12 ist. In dem Trichter 46 ist eine lange Öffnung 46i nach oben, hat die gleiche Länge wie die lange Seiten 12x des Formungstischs 12 und ist schmal in Richtung der kurzen Seiten 12y.
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Wie es in 3 gezeigt ist, umfasst der Trichter 46 einen Aufnahmeraum 46s, der sich von der Öffnung 46i nach unten fortsetzt, und nimmt den Formsand S in dem Aufnahmeraum 46s auf. Der Aufnahmeraum 46s des Trichters 46 hat die Form eines umgekehrten Dreiecks, und zwar derart, dass eine vertikale Schnittform parallel zu den kurzen Seiten 12y des Formungstischs 12 in seiner Mitte in Richtung der kurzen Seiten 12y abnimmt, und ein Ausflussgraben 46b für den Formsand S ist am untersten Ende des umgekehrten Dreiecks gebildet.
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Der Beschicker 47 umfasst eine Welle 47a und eine Spiralplatte 47b und ist als ein Förderer vom Schneckentypstruktur (auch als Auger-Vorrichtung bezeichnet) ausgelegt, der in dem Aufnahmeraum 46s des Trichters 46 angeordnet ist. Ein Lager (nicht gezeigt) stützt die Welle 47a des Beschickers 47, so dass sich die Welle 47a in die Längsrichtung des Trichters 46 erstreckt und in dem Aufnahmeraum 46s dreht, und die Welle 47a wird durch einen Motor 47c gedreht, der an einem Ende befestigt ist. Ferner hat die Spiralplatte 47b des Beschickers 47 eine Form, die sich um die Welle 47a windet, und ist befestigt.
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Der Restmengensensor 48 ist in einem oberen Teil des Trichters 46 auf der von dem Beschickungsöffnung 41i entfernten Seite angeordnet. Der Restmengensensor 48 erfasst eine Höhe einer oberen Oberfläche des Formsands S als eine Menge des Formsands S in dem Trichter 46. Der Restmengensensor 48 ist mit dem weiter unten beschriebenen Steuergerät 91 verbunden, um so ein Erfassungssignal aussenden zu können.
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Aufgrund dessen wird in dem Beschicker 47 des Speicherteils 45, in Übereinstimmung mit einem Steuersignal von dem weiter unten beschriebenen Steuergerät 91 auf der Grundlage eines Sensorsignals (Erfassungsinformation) des Restmengensensors 48, der Motor 47c vorwärts und rückwärts angetrieben, wodurch die Spiralplatte 47b um die Welle 47a gedreht wird. Dann ist in dem Beschicker 47 die drehende Spiralplatte 47b dazu geeignet, den in dem Aufnahmeraum 46s des Trichters 46 gespeicherten Formsand S entsprechend der Drehrichtung extrudierend zu fördern, und somit dazu geeignet, den von dem Beschickungsöffnung 41i aufgebrachten Formsand S zu ebnen, so dass der Formsand S in der Längsrichtung des Trichters 46 allgemein gleichmäßig wird.
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Der Abführteil 51 umfasst einen Abführkanal 52, Vibratoren 53 und einen Ebnungsteil 54.
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Wie es in 3 gezeigt ist, ist der Abführkanal 52 in einem unteren Teil des Körperelements 22B des Beschichters 22 gebildet. Der Abführkanal 52 ist in einem unteren Teil des Trichters 46 des Speicherteils 45 angeordnet und setzt sich von dem Ausflussgraben 46b fort.
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Der Abführkanal 52 hat die gleiche Länge (Breite) wie der Aufnahmeraum 46s des Trichters 46 entlang der langen Seiten 12x des Formungstischs 12 und eine Form, die sich zu den Abführöffnungen 51o des länglichen Abführteils 51 fortsetzt, der in einem unteren Teil des Beschichters 22 offen ist. Mit anderen Worten, da sich der Abführkanal 52, der die gleiche Länge (Breite) wie der Trichter 46 des Speicherteils 45 hat, kontinuierlich von dem Trichter 46 fortsetzt, ist der Abführteil 51 so aufgebaut, dass der in dem Trichter 46 gespeicherte Formsand S von dem Abführöffnung 51o mit der gleichen Breite wie die lange Seiten 12x auf die obere Oberfläche 12a abgeführt werden kann, wodurch die abgeführte Schicht L gebildet wird.
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Der Abführkanal 52 umfasst eine erste Fallstrecke 52a als Fortsetzung des Ausflussgrabens 46b am untersten Teil des Trichters 46 des Speicherteils 45, die die gleiche Breite besitzt und sich nach unten erstreckt, eine horizontale Strecke 52b als Fortsetzung der ersten Fallstrecke 52a, die senkrecht zu der ersten Fallstrecke 52a verläuft, wodurch sie sich horizontal erstreckt, und eine zweite Fallstrecke 52c als Fortsetzung der horizontalen Strecke 52b, die senkrecht zu der horizontalen Strecke 52b verläuft, wodurch sie sich nach unten erstreckt. Die zweite Fallstrecke 52c fällt in Richtung einer unteren Oberfläche 51u des Körperelements 22B ab und öffnet sich als Abführöffnung 51o.
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Mit einer solchen Struktur ist der Abführkanal 52, obwohl der in dem Trichter 46 gespeicherte Formsand S aufgrund seines Eigengewichts aus dem Ausflussgraben 46b fließt und in die erste Fallstrecke 52a fällt, dazu geeignet, zu verhindern, dass der Formsand S unaufhörlich in der horizontalen Strecke 52b vorrückt, die in einem Winkel nach der ersten Fallstrecke 52a gebogen ist.
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Die Vibratoren 53 sind an beiden äußeren Oberflächen 51s in der Längsrichtung des Abführteils 51 an dem Körperelement 22B befestigt und übertragen Vibrationen auf den Abführkanal 52 in einem unteren Teil des Trichters 46 des Speicherteils 45. Die Vibratoren 53 sind mit dem weiter unten beschriebenen Steuergerät 91 verbunden, das den Betrieb der Vibratoren 53 durch Ein- und Ausschalten eines Steuerstroms steuert.
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Indem in dem Abführteil 51 die Vibratoren 53 in geeigneter Weise angesteuert werden, um Vibration einzukoppeln, rückt der Formsand S von dem Ausflussgraben 46b des Trichters 46 durch die erste Fallstrecke 52a in die horizontale Strecke 52b des Abführkanals 52 vor, bewegt sich aufgrund der Einkopplung von Vibrationen horizontal und in die zweite Fallstrecke 52c. Daher bewegt sich in dem Abführteil 51, indem die Vibratoren 53 in Schwingung versetzt bzw. gestoppt werden, der in dem Trichter 46 gespeicherte Formsand S durch die erste Fallstrecke 52a, die horizontale Strecke 52b und die zweite Fallstrecke 52c des Abführkanals 52 und wird von dem Abführöffnung 51o, der ein Endauslass der zweiten Fallstrecke 52c ist, nach außen abgeführt, wobei er auf eine gewünschte Menge eingestellt ist.
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Der Ebnungsteil 54 umfasst eine vertikale Wand 54v und eine untere Oberfläche 54u, die in der unteren Oberfläche 51u des Körperelements 22B neben der Abführöffnung 51o des Abführteils 51 eine Stufe bilden. Der stufenförmige Ebnungsteil 54 erstreckt sich in der Längsrichtung der Abführöffnung 51o, die auf der unteren Oberfläche 51u des Körperelements 22B offen ist. Die vertikale Wand 54v des Ebnungsteils 54 erstreckt sich von der unteren Oberfläche 51u zur oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12, und die untere Oberfläche 54u erstreckt sich von dem Abführöffnung 51o weg, wobei sie auf gleicher Höhe wie die vertikale Wand 54v bleibt und der oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12 gegenüberliegt. In der Ausführungsform ist ein Beispiel erläutert, in dem der Ebnungsteil 54 einstückig mit dem Körperelement 22B des Beschichters 22 gebildet ist. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel kann durch Bilden des Ebnungsteils unter Verwendung einer einzigen Klinge, die sich in der gleichen Richtung hin- und herbewegt wie der Beschichter 22, der Formsand S auf der oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12 abgestrichen und geebnet werden, so dass der Formsand S mit einer konstanten Schichtdicke d abgeflacht wird.
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Da sich der Ebnungsteil 54 einstückig mit dem Abführteil 51 des Beschichters 22 bewegt, kann die vertikale Wand 54v auf die obere Oberfläche 12a aufgebrachten überschüssigen Formsand S abstreichen, und der Formsand S in dem Formungsbereich A ist gleichmäßig auf die Schichtdicke d geebnet, die mit einem Abstand zwischen der unteren Oberfläche 54u und der oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12 zusammenfällt.
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Anschließend führt das Steuergerät 91 ein Regelungsprogramm aus, das zuvor in einem Speicher 92 gespeichert wurde, und führt eine integrierte Regelung aus, um die Tischhebevorrichtung 11, die Vorrichtung 21 zum Laminieren von Pulver und körnigem Material und die Bindemittel-Einspritzvorrichtung 31, die das Antriebssystem 10 der 3D-Formvorrichtung 100 bilden, anzusteuern, wodurch das Formteil P hergestellt wird.
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Insbesondere, wie es in 4 gezeigt ist, umfasst das Steuergerät 91 eine Bedienungstafel 95, auf dem eine Bedienungsperson verschiedene Eingabeoperationen durchführt. Das Steuergerät 91 empfängt stereoskope Daten von einem verbundenen Computer (nicht gezeigt) in Übereinstimmung mit einer Eingabeoperation von der Bedienungstafel 95 oder liest von einem eingestellten Medium (nicht gezeigt) ausgewählte stereoskope Daten. Anschließend speichert das Steuergerät 91 die Daten in dem Speicher 92. Auf der Grundlage der in dem Speicher 92 gespeicherten stereoskopen Daten erzeugt das Steuergerät 91 Querschnittsformdaten zum Bilden eines Verfestigungsbereichs Hp des Formteils (siehe 5A und 5B) für jede Schichtdicke d des Formteils P in dem Formsand S in dem Formungsbereich A, und speichert (stellt ein) die Querschnittsformdaten in dem Speicher 92. Das heißt, das Steuergerät 91 bildet einen Verfestigungsbereich-Einstellteil der Erfindung.
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Indem die integrierte Regelung von jeder der Vorrichtungen 11, 21, 31 des Antriebssystems 10 auf der Grundlage der Querschnittsformdaten für jede Schichtdicke d des Formteils P in dem Speicher 92 durchgeführt wird, wiederholt das Steuergerät 91 eine Formungsprozessoperation zum Bilden des Verfestigungsbereichs Hp des Formteils in dem Formungsbereich A des Formsands S, wodurch ein gewünschtes Formteil P geformt wird. In der Ausführungsform ist ein Beispiel erläutert, in dem stereoskope Daten des Formteils P in dem Speicher 92 gespeichert sind, und das Steuergerät 91 erzeugt Querschnittsformdaten eines verfestigten Bereichs Hp des Formteils für jede Schichtdicke d und speichert die Daten in dem Speicher 92. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel kann das Steuergerät 91 notwendige Daten wie etwa Querschnittsformdaten und die Schichtdicke d von stereoskopen Daten eines zuvor hergestellten Formteils P empfangen, sie in dem Speicher 92 speichern und dann die Formungsprozessoperation ausführen.
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In der Tischhebevorrichtung 11 sind verschiedene Sensoren eingebaut, einschließlich ein Höhensensor 96, der die Höhe der oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12 erfasst. Die verschiedenen Sensoren, die den Höhensensor 96 umfassen, sind mit dem Steuergerät 91 verbunden, um so Sensorsignale aussenden zu können.
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Nach einem weiter unten beschriebenen, durch die Bindemittel-Einspritzvorrichtung 31 durchgeführten Bindemittel-Einspritzprozess sendet das Steuergerät 91 ein Steuersignal an die Hebevorrichtung 14, um den Formungstisch 12 um die in dem Speicher 92 eingestellte Schichtdicke d abzusenken. Wenn das Steuergerät 91 auf der Grundlage eines Sensorsignals von dem Höhensensor 96 der Tischhebevorrichtung 11 erkennt (ermittelt), dass ein Absenken des Formungstischs 12 um die Schichtdicke d beendet ist, sendet das Steuergerät 91 ein Stoppsignal an die Hebevorrichtung 14, um die Hebevorrichtung 14 zu stoppen.
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In der Vorrichtung 21 zum Laminieren von Pulver und körnigem Material sind der Restmengensensor 48 und ein Beschichter-Y-Achsen-Positionssensor 97 zusammen mit weiteren Sensoren installiert. Der Beschichter-Y-Achsen-Positionssensor 97 ist eine Kodierer oder dergleichen, der eine Position des Beschichters-Y-Achsengleiter 27 auf der Beschichter-Y-Achsenschiene 26 des Bewegungsmechanismus 25 erfasst. Die verschiedenen Sensoren, die den Beschichter-Y-Achsen-Positionssensor 97 und den Restmengensensor 48 umfassen, sind mit dem Steuergerät 91 verbunden, um so Sensorsignale aussenden zu können.
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Nachdem sich der Formungstisch 12 der Tischhebevorrichtung 11 um die Schichtdicke d gesenkt hat, bewirkt das Steuergerät 91, dass der der Beschichter-Y-Achsengleiter 27 auf der Beschichter-Y-Achsenschiene 26 des Bewegungsmechanismus 25 mit einer im Voraus eingestellten Abführungsgeschwindigkeit in der Abführungsrichtung läuft, und bewirkt, dass die Vibratoren 53 vibrieren.
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Dadurch wird, wenn der Beschichter 22 von einer Grundposition Hr zu einer Endposition hinter dem Formungsbereich A bewegt wird, der Formsand S von der Abführöffnung 51o des Abführteils 51 auf die obere Oberfläche 12a abgeführt.
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Wenn das Steuergerät 91 auf der Grundlage eines Sensorsignal von dem Beschichter-Y-Achsen-Positionssensor 97 der Vorrichtung 21 zum Laminieren von Pulver und körnigem Material erkennt, dass sich der Beschichter 22 hinter den Formungsbereich A bewegt hat, bewirkt das Steuergerät 91, dass der Beschichter-Y-Achsengleiter 27 auf der Beschichter-Y-Achsenschiene 26 des Bewegungsmechanismus 25 mit einer vorbestimmten Ebnungsgeschwindigkeit in eine Richtung entgegen der Abführrichtung läuft.
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Dadurch wird, wenn der Beschichter 22 von der Endposition zu der Grundposition Hr zurückgekehrt ist, der Formsand S, der mit einer bestimmten Dicke auf die obere Oberfläche 12a abgeführt ist, durch die vertikale Wand 54v des Ebnungsteils 54 abgestrichen, wobei er gleichmäßig in die Schichtdicke d geebnet und abgeflacht wird, die ein Abstand zwischen der unteren Oberfläche 54u und der oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12 ist. Dies bedeutet, dass das Steuergerät 91 einen Bewegungsregelungsteil bildet.
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Anschließend, wenn das Steuergerät 91 auf der Grundlage eines Sensorsignal des Restmengensensors 48 der Vorrichtung 21 zum Laminieren von Pulver und körnigem Material erkennt, dass die Höhe des in dem Trichter 46 gespeicherten Formsands S kleiner ist als ein im Voraus eingestellter Auffüllschwellenwert ist, führt das Steuergerät 91 eine Regelungsoperation durch, um den Beschicker 47 anzutreiben und zu drehen und unter Verwendung der Spiralplatte 47b grob die Höhe des Formsands S gleichmäßig einzustellen. Nach der Durchführung der Regelungsoperation zum Ebnen des Formsands S mit Hilfe des Beschickers 47 informiert das Steuergerät 91 eine Bedienungsperson darüber, dass der Formsand S aufgefüllt werden muss, wenn auf der Grundlage eines durch den Restmengensensor 48 erfassten Sensorsignals bestimmt wird, dass die Höhe des Formsands S kleiner als der Auffüllschwellenwert ist. Zum Beispiel lässt das Steuergerät 91 eine Auffülllampe (nicht gezeigt) aufleuchten, was eine Bedienungsperson zu einer Auffülloperation veranlasst.
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Die Bindemittel-Einspritzvorrichtung 31 umfasst einen Kopf-Y-Achsen-Positionssensor 98 und einen Kopf-X-Achsen-Positionssensor 99 und weitere Sensoren. Der Kopf-Y-Achsen-Positionssensor 98 ist ein Kodierer oder dergleichen, der eine Position des Kopf-Y-Achsengleiters 37 auf der Kopf-Y-Achsenschiene 36 des Bewegungsmechanismus 35 erfasst. Der Kopf-X-Achsen-Positionssensor 99 ist ein Kodierer oder dergleichen, der eine Position des Kopf-X-Achsengleiters 39 auf der Kopf-X-Achsenschiene 38 des Bewegungsmechanismus 35 erfasst. Die verschiedene Sensoren, die den Kopf-Y-Achsen-Positionssensor 98 und den Kopf-X-Achsen-Positionssensor 99 umfassen, sind mit dem Steuergerät 91 verbunden, um so Sensorsignale senden zu können.
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Nachdem der Beschichter 22, der den Formsand S auf die obere Oberfläche 12a abgeführt und laminiert hat, zu der Grundposition Hr zurückgekehrt ist, bewirkt das Steuergerät 91, dass der Kopf-Y-Achsengleiter 37 und der Kopf-X-Achsengleiter 39 des Bewegungsmechanismus 35 mit einer im Voraus eingestellten Einspritzgeschwindigkeit in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung laufen, und bewirkt, dass das Bindemittel von den Einspritzlöchern des Einspritzkopfes 32 eingespritzt wird. Anschließend bewirkt das Steuergerät 91, dass das Bindemittel zu dem Verfestigungsbereich Hp des Formteils gespritzt wird, der den Querschnittsformdaten des Formteils P in der obersten Schicht des Formsands S entspricht, die auf die obere Oberfläche 12a laminiert ist.
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Wenn das Steuergerät 91 auf der Grundlage von Sensorsignalen von dem Kopf-Y-Achsen-Positionssensor 98 und dem Kopf-X-Achsen-Positionssensor 99 erkennt, dass sich der Einspritzkopf 32 zu einer Position in einem im Voraus in dem Speicher 92 eingestellten Abstand hinter dem Verfestigungsbereich Hp des Formteils bewegt hat, bewirkt das Steuergerät 91, dass der Kopf-Y-Achsengleiter 37 und der Kopf-X-Achsengleiter 39 mit einer im Voraus eingestellten Rückkehrgeschwindigkeit läuft und der Einspritzkopf 32 zu einer Grundposition Hh zurückgeführt wird.
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Dadurch wird der Verfestigungsbereich Hp des Formteils in der obersten Schicht des Formsands S, die auf die obere Oberfläche 12a abgeführt und laminiert wird, gebunden und verfestigt, und eine Einspritzprozess des Bindemittels für eine Schicht des Formsands S mit der Schichtdicke d durch die Bindemittel-Einspritzvorrichtung 31 ist beendet,
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Anschließend formt das Steuergerät 91 durch Wiederholen des Prozesses zum Abführen und Laminieren des Formsands S auf die obere Oberfläche 12a und anschließendes Binden und Verfestigen der Formsand S wie es oben beschrieben ist, ein Formteil P, in dem der Verfestigungsbereich Hp des Formteils des Formsands S für jede Schichtdicke d laminiert ist, und beendet die Reihe von Formungsprozessen. Der Formteil P ist innerhalb des unverfestigten Formsands Sd gebildet.
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Wie es oben beschrieben ist, bewirkt die Vorrichtung 21 zum Laminieren von Pulver und körnigem Material, dass der Beschichter 22 in der Y-Achsenrichtung hin- und herbewegt wird, wie es in 5A gezeigt ist, wodurch es möglich ist, den Formsand S von dem Beschichter 22 auf den Formungstisch 12 der Tischhebevorrichtung 11 abzuführen und den Formsand S mit gleichmäßiger Schichtdicke d zu laminieren. Ferner bewirkt die Bindemittel-Einspritzvorrichtung 31, wie es in 5B gezeigt ist, dass der Einspritzkopf 32, der sich in die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung bewegt, das Bindemittel auf den Verfestigungsbereichs Hp des Formteils innerhalb des Formungsbereichs A des Formsands S auf den Formungstisch 12 spritzt, wodurch der Verfestigungsbereich Hp des Formteils gebunden und verfestigt wird. Als Folge davon ist die 3D-Formvorrichtung 100 durch Wiederholen des Einspritz- und Schichtungschritts und des Bind- und Verfestigungsschritts des Formsands S, während der Formungstisch 12 um die Schichtdicke d abgesenkt wird, dazu geeignet, den verfestigten Formsand Sp innerhalb des unverfestigten Formsand Sd zu schichten und ein massiv-geformtes Formteil P zu formen.
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Ferner ist in dem Beschichter 22 gemäß der Ausführungsform wenigstens ein Pfropfenelement 49 in dem Aufnahmeraum 46s des Trichters 46 des Speicherteils 45 so angeordnet, dass das Pfropfenelement 49 von der Seite der Öffnung 46i lösbar ist, Das Pfropfenelement 49 hat im vertikalen Schnitt die Form eines umgekehrten Dreiecks, das in etwa zu einem unteren Teil des Aufnahmeraums 46s des Trichters 46 passt. Das Pfropfenelement 49 passt in den Aufnahmeraum 46s des Trichters 46 unter die Spiralplatte 47b des Beschickers 47 und nahe eines Teils des untersten Ausflussgrabens (Öffnung) 46b des Aufnahmeraums 46s.
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Dadurch, dass das Pfropfenelement 49 in den Trichter 46 eingepasst und eingesetzt ist, ist es möglich, den Ausflussgraben 46b zu schließen, durch den der in dem Aufnahmeraum 46s gespeicherte Formsand S ausströmen kann, ohne eine Operation des Beschickers 47 zu stören. Somit ist das Pfropfenelement 49 dazu geeignet, eine Abführweite des Formsands S von dem Abführöffnung 51o auf die obere Oberfläche 12a zum Beispiel auf eine Weite zu verkleinern (eine Abführweite zu begrenzen), die den Verfestigungsbereich Hp des Formteils in dem Formungsbereich A überschreitet.
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Wie es oben erwähnt ist, ist es in der 3D-Formvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform durch Einstellen des Pfropfenelements 49 in dem Trichter 46 des Beschichters 22 möglich, die Abführweite des Formsands S auf die obere Oberfläche 12a auf um den Verfestigungsbereich Hp des Formteils zu begrenzen, wie es in 6 gezeigt ist. Daher kann eine Abführmenge des Formsands S, die abgeführt und auf die obere Oberfläche 12a laminiert wird, in Übereinstimmung mit der Größe des Formteils P auf eine geeignete Menge eingestellt werden. Daher ist es im Vergleich zu einem Fall, in dem der Formsand S abgeführt und auf die gesamte Oberfläche des Formungsbereichs A auf der oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12 laminiert wird, möglich, eine Rückgewinnungsmenge des unverfestigten Formsands Sd stark zu verringern.
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Dadurch ist es möglich, einen Formungsprozess unter Verwendung einer geeigneten Menge des Formsands S in Abhängigkeit von der Größe des Formteils P zu realisieren. Somit ist es möglich, die 3D-Formvorrichtung bereitzustellen, mit der eine Arbeitslast auf eine Laminierung und eine Verfestigung in Abhängigkeit von der Größe des Formteils verringert ist, und das Formteil wird in einer Zeitspanne geformt, die der Größe des Formteils entspricht.
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7 und 8 sind Ansichten, die die zweite Ausführungsform der 3D-Formvorrichtung gemäß der Erfindung erläutern, und 9 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform gemäß einem 3D-Formverfahren der Erfindung erläutert, in dem die 3D-Formvorrichtung verwendet wird. Da diese Ausführungsform fast gleich wie die vorherige Ausführungsform gebildet ist, werden die gleichen Zeichnungen verwendet, und die gleichen Bezugszeichen werden für gleiche Komponenten verwendet, um Merkmale zu erläutern.
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In 1 und 4 erzeugt ein Steuergerät 91 einer 3D-Formvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform Querschnittsformdaten eines wandförmigen Objektverfestigungsbereichs Hw für jede Schicht auf der Grundlage empfangener stereoskoper Daten eines Formteils P, und speichert (stellt ein) die Daten in einem Speicher 92. In dem wandförmigen Objektverfestigungsbereich Hw wird ein wandförmiges Objekt W außerhalb eines Verfestigungsbereichs Hp des Formteils des Formteils P geformt. Das wandförmige Objekt W wird zusammen mit Formteil P laminiert, so dass es eine Schichtdicke d hat, um Formsand S zu speichern, der in einem nicht verfestigten Zustand neben dem Formteil P laminiert wird, ohne durch ein Bindemittel gebunden und verfestigt zu werden.
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Wenn sich eine Position, an der das wandförmige Objekt W in dem Formungsbereich A gebildet ist, näher bei einem Rahmenelement 13 befindet als eine zuvor eingestellte Nahschwelle, bildet das Steuergerät 91 das wandförmige Objekt W mit Ausnahme des nahen Teils, so dass das wandförmige Objekt W einstückig mit dem Rahmenelement 13 ist. Da das Rahmenelement 13 als das wandförmige Objekt W dient, bedeutet dies, dass ein Formungsprozess des wandförmigen Objekts W in dem durch eine gestrichelte Linie in 7 gezeigten nahen Teil weggelassen ist.
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Wenn das Steuergerät 91 auf der Grundlage eines Sensorsignals von einem Beschichter-Y-Achsen-Positionssensor 97 einer Vorrichtung 21 zum Laminieren von Pulver und körnigem Material erkennt, dass sich ein Beschichter 22 auf der oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12 in eine Y-Achsenrichtung um einen zuvor in dem Speicher 92 eingestellten Abstand zu einer Position hinter dem wandförmigen Objektverfestigungsbereich Hw bewegt hat, bewirkt das Steuergerät 91, dass der Beschichter-Y-Achsengleiter 27 in einer Ebnungsgeschwindigkeit in eine zu einer Abführrichtung entgegengesetzte Richtung läuft.
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Anschließend führt das Steuergerät 91 ein Regelungsprogramm in dem Speicher 92 durch und führt das in einem Flussdiagramm in 9 gezeigte 3D-Formverfahren durch, Auf diese Weise wird das Formteil P geformt.
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Genauer gesagt führt das Steuergerät 91 zuerst einen Vorbereitungsprozess (Schritt S11) wie etwa eine Speicherung stereoskoper Daten und einer Schichtdicke d des Formteils P in dem Speicher 92 zusammen mit Querschnittsformdaten jeder Schicht, die durch Hinzufügen des wandförmigen Objektverfestigungsbereichs Hw zu dem Verfestigungsbereich Hp des Formteils gewonnen werden, laminiert für jede Schichtdicke d, aus.
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Anschließend zeigt das Steuergerät 91 auf einem Bedienungstafel 95 an, ob es notwendig ist, ein Pfropfenelement 49, das eine Abführung des Formsands S nicht behindert, in einer Weite bis zu einem äußersten Teil des Formteilverfestigungsbereichs Hp oder des wandförmigen Objektverfestigungsbereich Hw in dem Formungsbereich A einzustellen (der Formsand S kann zu den äußersten Teilen abgeführt werden), und das Steuergerät 91 zeigt ferner eine Anweisung bezüglich des Pfropfenelements 49 an (Schritt S12).
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Wenn das kleinste Intervall von dem äußersten Teil des Formteilverfestigungsbereichs Hp oder des wandförmigen Objektverfestigungsbereich Hw zu einer langen Seite 12x der oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12 größer ist als eine notwendige Schwelle, die im Voraus in dem Speicher 92 eingestellt wird, weist das Steuergerät 91 an, einen Typ des Pfropfenelements 49 einzustellen, der dem Intervall entspricht. In der Ausführungsform ist ein Formungsprozess zum Formen des wandförmigen Objekts W erläutert.
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Anschließend bestätigt das Steuergerät 91 wiederholt, wenn eine Bedienungsperson eine Anweisung zum Starten des Formungsprozesses eingegeben hat, der ausgeführt wird, nachdem Arbeiten in Übereinstimmung mit Anweisungen getan wurden, die auf dem Bedienungstafel 95 angezeigt werden, wie etwa eine Einstellung des Pfropfenelements 49 (Schritt S13).
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In Schritt S13, wenn das Steuergerät 91 bestätigt, dass die Formungsprozess-Startanweisung durch eine Bedienungsperson eingegeben wurde, liest das Steuergerät 91 Querschnittsformdaten von der untersten Schicht des unverarbeiteten Formteils P in dem Speicher 92 und stellt die Daten als den Verfestigungsbereich Hp des Formteils in dem Formungsbereich A ein (Schritt S14).
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Anschließend liest das Steuergerät 91 Querschnittsformdaten der unverarbeiteten untersten Schicht des wandförmigen Objekts W in dem Speicher 92 und stellt sie als den wandförmigen Objektverfestigungsbereich Hw in dem Formungsbereich A ein (Schritt S15).
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Anschließend bewirkt das Steuergerät 91, dass der Beschichter 22 der Vorrichtung 21 zum Laminieren von Pulver und körnigem Material von der Grundposition Hr in die Y-Achsenrichtung des Formungsbereichs A auf dem Formungstisch 12 läuft, und bewirkt dann, dass der Beschichter 22 nach dem Überschreiten des wandförmigen Objektverfestigungsbereichs Hw um den in dem Speicher 92 gespeicherten Abstand in die entgegengesetzte Richtung läuft, so dass der Beschichter 22 zu der Grundposition Hr zurückkehrt. Somit werden die Abführ- und Schichtoperationen des Formsands S ausgeführt (Schritt S16). In diesem Fall aktiviert das Steuergerät 91 die Vibratoren 53, wenn der Beschichter 22 das Laufen von der Grundposition Hr startet, wodurch der Formsand S von dem Abführöffnung 51o des Abführteils 51 auf die obere Oberfläche 12a abgeführt werden kann. Anschließend bewirkt das Steuergerät 91, während der Beschichter 22 läuft, um zu der Grundposition Hr zurückzukehren, dass die vertikale Wand 54v des Ebnungsteils 54 den Formsand S gleichmäßig mit einer gleichförmigen Schichtdicke d abflacht, welches der Abstand von der unteren Oberfläche 54u ist, während es bewirkt, dass die vertikale Wand 54v über den Formsand S auf der oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12 streicht.
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Anschließend bewirkt das Steuergerät 91, während der Einspritzkopf 32 der Bindemittel-Einspritzvorrichtung 31 von der Grundposition Hh in die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung des Formungsbereichs A auf der oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12 laufen kann, dass ein Bindemittel von dem Einspritzkopf 32 eingespritzt wird, wodurch die Binde- und Verfestigungsoperation des Formsands S für den Verfestigungsbereich Hp des Formteils und den wandförmigen Objektverfestigungsbereich Hw durchgeführt wird (Schritt S17). In diesem Fall bewirkt das Steuergerät 91, dass der Einspritzkopf 32 von der Grundposition Hh zu laufen beginnt, und führt den in dem Speicher 92 gespeicherten Bindemittel-Einspritzprozess auf nicht verarbeitete unterste Schichten des Formteilverfestigungsbereichs Hp und des wandförmigen Objektverfestigungsbereichs Hw aus. Nachdem der Bindemittel-Einspritzprozess beendet ist, bewirkt das Steuergerät 91, dass der Einspritzkopf 32 in die entgegengesetzte Richtung läuft, um zu der Grundposition Hh zurückzukehren.
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Anschließend bestätigt das Steuergerät 91, ob Querschnittsformdaten von nicht verarbeiteten Verfestigungsbereichen Hp des Formteils und des wandförmigen Objektverfestigungsbereichs Hw in dem Speicher 92 bleiben oder nicht (Schritt S18). Wenn die Daten bleiben, kehren die Prozesse zu Schritt S14 zurück und gleiche Regelungsprozesse werden wiederholt. Wenn die Daten nicht bleiben und der Formungsprozess stereoskoper Daten des Formteils P beendet ist, wird das Ende auf dem Bedienungstafel 95 the angezeigt und ausgegeben (Schritt S19) und der Regelungsprozess endet.
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Dadurch begrenzt das Pfropfenelement 49 eine Weite zum Abführen des Formsands S auf die obere Oberfläche 12a von dem Abführöffnung 51o des Beschichters 22 so weit, dass sich der Objektverfestigungsbereich Hw bis geringfügig außerhalb des Verfestigungsbereichs Hp des Formteils erstreckt. Gleichzeitig bewirkt das Steuergerät 91, dass sich der Beschichter 22 so bewegt, dass sich der wandförmige Objektverfestigungsbereichs Hw bis geringfügig außerhalb des Verfestigungsbereichs Hp des Formteils erstreckt, Daher ist es möglich, eine Abführmenge des Formsands S von dem Abführöffnung 51o stark zu reduzieren.
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In diesem Fall bildet das Steuergerät 91 den wandförmigen Objektverfestigungsbereich Hw zusätzlich zu dem Verfestigungsbereich Hp des Formteils, wodurch es möglich ist, den Formsand S in einem unverfestigten Zustand zwischen dem Formteil P und dem wandförmigen Objekt W außerhalb des Formteils P zu speichern. Daher ist es ohne eine Notwendigkeit einer geneigten Oberfläche oder einer so genannten Neigungsform zum Aufrechterhalten der Form des Formsands S in dem Verfestigungsbereich Hp des Formteils möglich, dass das wandförmige Objekt W dazu geeignet ist, wirksam ein Zusammenfallen des Formsands S in dem Verfestigungsbereich Hp des Formteils zu verhindern, und es ist möglich, eine Abführmenge des Formsands S durch Einstellen eines großen Abführgrenzbereichs unter Verwendung des Pfropfenelements 49 stark zu reduzieren und dabei einen Hin- und Herbewegungsbereich des Beschichters 22 zu verhindern,
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Wie es oben erwähnt ist, wird in der 3D-Formvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform und in dem 3D-Formverfahren unter Verwendung der 3D-Formvorrichtung 100 zusätzlich zu den Effekten der vorherigen ersten Ausführungsform eine Abführmenge des Formsands S von dem Beschichter 22 der Vorrichtung 21 zum Laminieren von Pulver und körnigem Material weiter verringert, wodurch eine Rückgewinnungsmenge des Formsands Sd, die nicht verfestigt werden muss, weiter verringert ist.
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Ferner ist es durch einfaches Hinzufügen des wandförmigen Objektverfestigungsbereichs Hw zu dem Verfestigungsbereichs Hp des Formteils möglich, den Formungsprozess durchzuführen, ohne dass eine Arbeit notwendig wäre, die eine Berücksichtigung eines Neigungswinkels der Neigung zur Vermeidung eines Zusammenfallens des Formsands S außerhalb des Formteils P erforderlich macht.
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Dadurch ist es möglich, die 3D-Formvorrichtung und das 3D-Formverfahren bereitzustellen, durch die nicht nur der Formungsprozess unter Verwendung einer geeigneteren Menge des Formsands S in Abhängigkeit von der Größe des Formteils P verwirklicht wird, sondern auch der Formungsprozess vereinfacht wird, wodurch eine Arbeitslast weiter verringert wird.
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Die Erfindung ist nicht auf das erläuterte Beispiel begrenzt, in dem eine Abführweite (Öffnung) des Formsands S durch ein Pfropfenelement 49 teilweise verschlossen ist, das auf eine Stelle auf einer Seite des Ausflussgrabens 46b des Trichters 46 eingestellt ist, der mit der Abführöffnung 51o des Beschichters 22 verbunden ist. Das Pfropfenelement kann an mehreren Stellen in der Längsrichtung des Ausflussgrabens 46b eingestellt sein, um einen Teil der Öffnung zu verschließen. Zum Beispiel kann, wie es in 10 gezeigt ist, wenn ein Formteil P in der Nähe der Mitte auf der oberen Oberfläche 12a des Formungstischs 12 gebildet ist und ein wandförmiges Objekt W auf beiden Seiten des Formteils P gebildet ist, ein Pfropfenelement auf beiden Seiten des Ausflussgrabens 46b des Trichters 46 des Beschichters 22 so gebildet sein, dass die Seiten nahe dem Rahmenelement 13 teilweise verschlossen sind.
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Mehrere Pfropfenelemente mit unterschiedlichen Längen und so weiter können vorbereitet, ausgewählt und soweit erforderlich als Kombinationen verwendet werden. Zum Beispiel können Pfropfenelemente kurzer Länge eingestellt werden, während ihre Endabschnitte kontinuierlich miteinander verbunden sind, und ein Abführweite des Formsands S von dem Abführöffnung 51o des Beschichters 22 kann soweit erforderlich begrenzt sein.
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Obwohl die Ausführungsformen der Erfindung offenbart sind, ist es für den Fachmann klar, dass Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen. Alle solche Modifikationen und Äquivalente sollen in den folgenden Ansprüchen enthalten sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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