DE102018128582A1 - Vorrichtung für die additive Fertigung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung 100 zur additiven Herstellung eines Artikels, wobei die Vorrichtung ein erstes Element 200, einen ersten Druckkopf 310 und Steuermittel umfasst. Das erste Element 200 ist um eine erste Achse A1 mit mindestens einer ersten Winkelgeschwindigkeit drehbar und umfasst eine Druckfläche 220, wobei die Druckfläche 220 der ersten Achse A1 zugewandt ist. Der erste Druckkopf 310 ist um eine zweite Achse A2 mit mindestens einer zweiten Winkelgeschwindigkeit drehbar, die sich von der ersten Winkelgeschwindigkeit unterscheidet. Das Steuermittel ist funktionsfähig mit dem ersten Druckkopf 310 verbunden und ist konfiguriert, um den ersten Druckkopf 310 zu betreiben, um das erste Material oder die erste Energie auf die Druckfläche 220 zu übertragen. In einer Druckkonfiguration ist der erste Druckkopf 310 in Bezug auf die Druckfläche 220 so angeordnet, dass der erste Druckkopf 310 durch das Steuermittel in der Lage ist, mindestens eine erste Menge des ersten Materials oder der Energie auf eine erste Stelle der Druckfläche 220 zu übertragen, während das erste Element 200 um die erste Achse A1 dreht und der erste Druckkopf 310 um die zweite Achse A2 dreht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur additiven Fertigung, z.B. zum 3D-Druck, mindestens eines Artikels. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Vorrichtungen für die additive Fertigung, die für die Massenfertigung, das Rapid Prototyping und/oder die Eigenfertigung verwendet werden können. Die Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise geeignet für die additive Herstellung eines Artikels durch Zugabe von Material auf ein bereits bestehendes Objekt, um einen Teil des Artikels zu bilden. Das bereits vorhandene Objekt kann ein halbfertiges, vorgefertigtes und/oder beschädigtes Objekt sein.
  • Artikel sind insbesondere Gegenstände oder Objekte, z.B. dreidimensionale Objekte. Diese Gegenstände bestehen insbesondere aus einem Metall (wie Aluminium, Titan, Gold, Platin, Palladium, Silber und dergleichen), einer Metalllegierung (wie Edelstahl, Kobalt-Chrom, Inconel und dergleichen), einem Kunststoffmaterial (wie Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polymilchsäure, Polyvinylalkohol, Polycarbonat, hochdichtes Polyethylen, Nylon und dergleichen), einem essbaren Material (wie Schokolade und dergleichen) oder Kombinationen derselben. Die Objekte können aus einem biologischen Material wie Stammzellen, lebenden Zellen und dergleichen bestehen. Für die Zwecke der Offenbarung der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck „hergestellt aus“ keine Exklusivität und ist als gleichwertig mit dem Ausdruck „umfassend“ anzusehen. Daher umfasst ein Gegenstand aus einem bestimmten Material das letztere Material, möglicherweise zusammen mit anderen Materialien wie Additiven (Weichmachern, Stabilisatoren, Flammschutzmitteln, Farbstoffen und dergleichen) und/oder zusammen mit anderen Materialien zu Mischungen, Verbundwerkstoffen und/oder Legierungen.
  • Vorrichtungen zur additiven Herstellung eines Artikels und insbesondere 3D-Drucker sind in der Technik bekannt. Solche Vorrichtungen umfassen typischerweise einen Druckkopf und ein Druckbett. Der Artikel wird additiv hergestellt, z.B. 3D-Druck, indem der Druckkopf so konfiguriert wird, dass er ein Druckmaterial oder eine Energie auf ausgewählte Stellen des Druckbettes aufbringt. Um diese Abscheidung zu erreichen, müssen der Druckkopf und das Druckbett gegeneinander beweglich sein. Nach dem Stand der Technik wird diese Relativbewegung erreicht, indem das Druckbett und/oder der Druckkopf mit linear bewegten Mitteln (Linearlager, Rollen und dergleichen) verbunden werden, die entlang entsprechend angeordneter Linearführungen linear beweglich sind.
  • Kartesische 3D-Drucker umfassen beispielsweise eine erste, eine zweite und eine dritte Linearführung, die senkrecht zueinander stehen. Der Druckkopf kann mittels Linearführungen mit der ersten und zweiten Linearführung verbunden werden, so dass sich der Druckkopf in einer Ebene bewegen kann, die durch die erste und zweite Linearführung definiert ist. Darüber hinaus ist das Druckbett mit der dritten Linearführung verbunden und entlang dieser beweglich, d. h. senkrecht zu dieser Ebene. Delta 3D-Drucker hingegen bestehen aus drei Linearführungen, die parallel zueinander und senkrecht zum Druckbett verlaufen. Der Druckkopf ist über Linearlager oder Rollen mit den Linearführungen derart verbunden, dass sich der Druckkopf parallel und/oder senkrecht zum Druckbett bewegen kann.
  • Die Bewegung des Druckkopfes und des Druckbettes relativ zueinander wird durch die Bewegung der linear bewegten Mittel, die wiederum durch die Länge der Linearführungen begrenzt wird, begrenzt. Insbesondere wenn die linear beweglichen Mittel einen Endanschlag der Linearführungen erreichen, müssen diese Mittel abgebremst, gestoppt und in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt werden, um ihre Bewegung umzukehren. Die Bewegung dieser Mittel muss auch umgekehrt werden, wenn der Druckkopf Druckmaterial oder Energie auf Stellen abscheiden muss, in deren Nähe bereits Druckmaterial oder Energie abgesetzt wurde. Die Umkehrung der Bewegung der Linearführungen erhöht die Druckzeit und/oder den Stromverbrauch und erzeugt Trägheitskräfte, die auf das Druckbett und/oder auf den Druckkopf wirken. Diese Kräfte behindern die Genauigkeit der bekannten Vorrichtungen und damit des damit ausgeführten additiven Herstellungsprozesses. Darüber hinaus können die Trägheitskräfte die Lebensdauer der in der Technik bekannten Geräte erheblich einschränken.
  • Die in der Technik bekannten 3D-Drucker haben auch den Nachteil, dass sie es nicht zulassen, die Kompaktheit und/oder die Dichte des auf das Druckbett aufgebrachten Druckmaterials zu kontrollieren, wobei diese Kontrolle von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung der Strukturfestigkeit des Druckobjekts und/oder für die Reduzierung der Möglichkeit von Strukturfehlern ist.
  • Es ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur additiven Herstellung, z.B. 3D-Druck, mindestens eines Artikels bereitzustellen, wobei die Vorrichtung die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere werden diese Objekte durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Ausführungsformen der Vorrichtung nach dieser Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Dementsprechend bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zur additiven Herstellung eines Gegenstandes (im Folgenden auch: „der zu fertigende Gegenstand“ genannt). Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst ein erstes Element, mindestens einen ersten Druckkopf und Steuermittel. Das erste Element ist um eine erste Achse mit mindestens einer ersten Winkelgeschwindigkeit (im Folgenden auch „ω1“ genannt) drehbar und umfasst eine Druckfläche, wobei die Druckfläche der ersten Achse zugewandt ist. Der erste Druckkopf ist um eine zweite Achse mit mindestens einer zweiten Winkelgeschwindigkeit (nachfolgend auch „ω2“ genannt) drehbar und kann ein erstes Material oder eine erste Energie auf die Druckoberfläche übertragen. Die zweite Winkelgeschwindigkeit unterscheidet sich insbesondere von der ersten Winkelgeschwindigkeit. Das Steuermittel ist funktionsfähig mit dem ersten Druckkopf verbunden und ist konfiguriert, um den ersten Druckkopf zu betreiben, um das erste Material oder die erste Energie auf die Druckoberfläche zu übertragen. In einer Druckkonfiguration ist dererste Druckkopf in Bezug aufdie Druckfläche so angeordnet, dass der erste Druckkopf durch das Steuermittel in der Lage ist, mindestens eine erste Menge des ersten Materials oder der Energie auf eine erste Stelle der Druckfläche zu übertragen, während sich das erste Element um die erste Achse und der erste Druckkopf um die zweite Achse dreht.
  • Mindestens einer der Druckköpfe der vorliegenden Erfindung, z.B. der erste Druckkopf, kann ein Extruder zur Modellierung von Schmelzablagerungen sein und somit einen Extrusionsdüsenkopf umfassen, der zum Extrudieren eines thermoplastischen Fadens, eines Metalldrahts und/oder eines essbaren Materials wie Schokolade geeignet sein kann. Mindestens einer der Druckköpfe der vorliegenden Erfindung, z.B. der erste Druckkopf, kann auch ein Inkjet-3D-Druckkopf zum Aufbringen eines Bindemittels, insbesondere eines flüssigen Bindemittels, sein. Mindestens einer der Druckköpfe der vorliegenden Erfindung, z.B. der erste Druckkopf, kann ein Druckkopf zum selektiven Lasersintern, selektiven Laserschmelzen und/oder Stereolithographie sein und somit einen Laser (z.B. UV- oder tiefblauer Polymerisationslaser) umfassen, der elektromagnetische Energie auf die Druckoberfläche abscheidet. Mindestens einer der Druckköpfe der vorliegenden Erfindung, z.B. der erste Druckkopf, kann eine Elektronenstrahlkanone zum Elektronenstrahlschmelzen sein, wobei Energie mittels eines Elektronenstrahls auf die Druckoberfläche aufgebracht wird. Darüber hinaus kann mindestens einer der Druckköpfe der vorliegenden Erfindung, z.B. der erste Druckkopf, ein Thermodruckkopf zum selektiven Wärmesintern sein und ist somit geeignet, thermische Energie auf die Druckoberfläche zu übertragen.
  • Der erste Druckkopf kann eine erste Ausgabeöffnung zum Ausgeben der ersten Menge des ersten Materials umfassen. Diese Öffnung wird insbesondere durch einen ersten Randbereich des ersten Druckkopfes definiert. So umfasst beispielsweise der erste Druckkopf eine Düse, wobei die Düse den ersten Randbereich umfasst, der die erste Abgabeöffnung definiert.
  • Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann ein zweites Element umfassen, wobei das zweite Element mit mindestens einem der Druckköpfe der vorliegenden Erfindung, z.B. mit dem ersten Druckkopf, um die zweite Achse mitdrehbar ist. Mindestens einer der Druckköpfe der vorliegenden Erfindung, z.B. der erste Druckkopf, kann mit dem zweiten Element derart verbunden, z.B. lösbar verbunden sein, dass der Kopf in Bezug auf die zweite Achse entlang einer radialen und/oder einer axialen Richtung gegenüber der zweiten Achse linear beweglich ist. Eine radiale und eine axiale Richtung in Bezug auf eine Achse sind in bestimmten Richtungen, die im Wesentlichen senkrecht bzw. im Wesentlichen parallel zu der Achse sind. So kann beispielsweise mindestens einer der Druckköpfe der vorliegenden Erfindung, z.B. der erste Druckkopf, mit einem Linearbewegungslager verbunden sein, das eine Linearbewegung entlang der zweiten Achse oder parallel dazu ermöglicht.
  • Der erste Druckkopf ist insbesondere so positioniert, dass der Abstand zwischen dem Druckkopf, z.B. der Düse, und der zu bedruckenden Oberfläche innerhalb eines Druckbereichs von Abständen liegt. Bei der additiven Fertigung ändert sich die zu bedruckende Oberfläche typischerweise, wenn Materialschichten auf die Druckoberfläche gedruckt werden. In diesem Fall kann der erste Druckkopf entlang einer radialen und/oder parallelen Richtung zur zweiten Achse so bewegt werden, dass der Abstand zwischen dem ersten Druckkopf und der zu bedruckenden Oberfläche innerhalb des Druckbereichs liegt und damit die Änderung der zu bedruckenden Oberfläche bewältigt wird.
  • Der Druckbereich ist insbesondere der Bereich der Abstände zwischen dem Druckkopf und der zu bedruckenden Oberfläche, die geeignet sind, das erste Material oder die erste Energie erfolgreich an die erste Stelle der Druckoberfläche zu transportieren. Dieser Bereich kann insbesondere von der technischen Spezifikation des ersten Druckkopfes, vom Material der zu bedruckenden Oberfläche und/oder vom Material abhängen, das auf die zu bedruckende Oberfläche aufgebracht und/oder gesintert werden muss.
  • Das erste Element kann beispielsweise einen rechten kreisförmigen Hohlzylinder (im Folgenden auch „Zylindermantel“ genannt) umfassen oder aus diesem bestehen, der durch eine innere Zylinderfläche, eine äußere Zylinderfläche und zwei Ringsockel begrenzt ist. Die innere zylindrische Oberfläche und die äußere zylindrische Oberfläche haben die gleiche Achse (im Folgenden: „die zylindrische Hülsenachse“) und die beiden ringförmigen Basen sind im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen senkrecht zurzylindrischen Hülsenachse. Die zylindrische Hülle umfasst somit ein rechtes kreiszylindrisches Loch, das entlang derzylindrischen Hülsenachse gerichtet ist und durch die innere zylindrische Oberfläche definiert ist, wobei die Oberfläche derzylindrischen Hülsenachse zugewandt ist. Insbesondere kann die zylindrische Hülsenachse im Wesentlichen mit der ersten Achse übereinstimmen. Nach dervorliegenden Erfindung weist das erste Element eine „zylindrische Geometrie“ auf, wenn das Element eine zylindrische Hülle ist und wenn die zylindrische Hülsenachse im Wesentlichen mit der ersten Achse übereinstimmt. Das erste Element kann eine Oberfläche umfassen, die die zweidimensionale Grenze des ersten Elements bildet. Insbesondere, wenn das erste Element eine zylindrische Geometrie aufweist, besteht die Oberfläche aus der inneren zylindrischen Oberfläche, der äußeren zylindrischen Oberfläche und den beiden ringförmigen Basen.
  • Die Steuermittel können Antriebsmittel umfassen, die funktionsfähig mit dem ersten Element und dem ersten Druckkopf verbunden sind. So kann beispielsweise das Antriebsmittel einen ersten und/oder einen zweiten Treiber umfassen, der funktionsfähig mit dem ersten Element und/oder dem ersten Druckkopf verbunden ist. Der erste und/oder zweite Treiber kann konfiguriert werden, um das erste Element um die erste Achse und/oder den ersten Druckkopf um die zweite Achse drehen zu lassen. Das erste und/oder zweite Antriebsmittel kann beispielsweise ein elektromechanischer Motor, ein magnetisches Antriebssystem, ein Pneumatikmotor, ein Hydraulikmotor und dergleichen sein. So ist beispielsweise der zweite Treiber funktionsfähig mit dem zweiten Element verbunden.
  • Die Steuermittel können mindestens eine Steuerung zum Betreiben der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfassen. Die Steuerung ist beispielsweise geeignet, die Bewegung des ersten Druckkopfes und/oder des ersten Elements zu steuern. Insbesondere kann die Steuerung die Drehung des ersten Elements um die erste Achse und/oder die Drehung des ersten Druckkopfes um die zweite Achse steuern. Darüber hinaus kann die Steuerung bestimmen, wann der erste Druckkopf betrieben werden soll, um die erste Menge des ersten Materials auf die Druckoberfläche zu übertragen, und den ersten Druckkopf entsprechend betreiben. Die Steuerung kann durch programmierbare Prozessoren, wie z.B. allgemeine oder spezielle Prozessoren, realisiert werden. Insbesondere umfasst die Steuerung eine CPU, eine GPU, eine VPU und dergleichen. Die Steuermittel können auch mindestens einen Computerspeicher umfassen, der funktionsfähig mit der Steuerung verbunden ist, z.B. um es der Steuerung zu ermöglichen, Daten in den Speicher zu schreiben und/oder Daten aus diesem zu lesen. Der Computerspeicher kann durch integrierte Schaltungen implementiert werden und kann eine primäre Speichervorrichtung (Magnetkernspeicher, Halbleiterspeicher und dergleichen) oder eine sekundäre Speichervorrichtung (Festplatten, CD- oder DVD-Laufwerke, Flash-Speicher, Disketten, eigenständige RAM-Disketten und dergleichen) umfassen.
  • Darüber hinaus können die Steuermittel mindestens einen Sensor und insbesondere eine Vielzahl von Sensoren umfassen. Die Sensoren können beispielsweise (i) die Position, z.B. die Winkellage, des ersten Druckkopfes und/oder der Druckfläche messen; (ii) die Relativposition, z.B. die Relativwinkellage, des ersten Druckkopfes und der Druckfläche zueinander; (iii) die Winkelgeschwindigkeit des ersten Druckkopfes und/oder der Druckfläche; und/oder (iv) die Relativgeschwindigkeit, z.B. die Relativwinkelgeschwindigkeit, des ersten Druckkopfes und der Druckfläche zueinander.
  • Die Steuerung kann insbesondere funktionsfähig mit dem Sensor, z.B. mit der Vielzahl von Sensoren, verbunden sein. Darüber hinaus kann die Steuerung konfiguriert, z.B. programmiert, um die Ausgänge der Sensoren zu lesen und die Ausgänge zu verwenden, um die Position und/oder die Geschwindigkeit des ersten Druckkopfes in Bezug auf die Druckfläche zu schätzen. Insbesondere ist die Steuerung konfiguriert, z.B. programmiert, um auf den Computerspeicher zuzugreifen und eine Modelldatei mit Anweisungen zum Beschreiben des 3D-Modells des zu fertigenden Artikels zu lesen. Darüber hinaus kann die Steuerung konfiguriert werden, um Anweisungen auszuführen, die im Computerspeicher und insbesondere in der Modelldatei gespeichert sind. Diese Anweisungen können beispielsweise die Steuerung anweisen, die Ausgänge der Sensoren zu verarbeiten und/oder die Vorrichtungzur Erzeugung des zu fertigenden Artikels zu bedienen.
  • Die Druckfläche kann ein Abschnitt der Oberfläche sein, der den zweidimensionalen Rand des ersten Elements bildet, vorausgesetzt, dass dieser Abschnitt der ersten Achse zugewandt ist. Die Druckfläche kann insbesondere parallel oder schräg, z.B. im Wesentlichen nicht rechtwinklig zur ersten Achse sein. Wenn beispielsweise das erste Element eine zylindrische Geometrie aufweist, kann die Druckfläche die innere Zylinderfläche oder ein Teil davon sein, da die innere Zylinderfläche der ersten Achse zugewandt ist. In diesem Fall kann die Druckfläche im Wesentlichen parallel zur ersten Achse sein.
  • Die Druckfläche, z.B. die erste Stelle davon, kann auch eine Oberfläche eines Elements umfassen, das lösbar mit dem ersten Element verbunden und damit um die erste Achse mitdrehbar ist. Insbesondere kann das Element ein Teil oder eine Komponente des zu fertigenden Artikels sein. So kann beispielsweise das Element ein bereits bestehendes Objekt sein, wie beispielsweise ein halbfertiges, vorgefertigtes und/oder beschädigtes Objekt.
  • Insbesondere, ist die Druckfläche zur ersten Achse zugewandt, wenn eine Masse, die sich an der ersten Stelle der Druckfläche befindet und um die erste Achse mitdreht, eine Zentrifugalkraft erfahren würde, die auf die Druckfläche gerichtet ist und die somit diese Masse auf dem ersten Druckkopf hält. Dies wird insbesondere erreicht, wenn der erste Orientierungsvektor mit der Zentrifugalkraft einen stumpfen Winkel oder einen geraden Winkel bildet. Nach der vorliegenden Erfindung ist der erste Orientierungsvektor der Vektor, der im Wesentlichen senkrecht zur Druckfläche an der ersten Stelle steht und in Bezug auf das erste Element nach außen zeigt. Die Stärke der Zentrifugalkraft kann durch Variation der ersten Winkelgeschwindigkeit variiert werden und ermöglicht die Steuerung der Kompaktheit und/oder der Dichte des zu fertigenden Artikels, wodurch die strukturelle Festigkeit des Artikels erhöht wird.
  • Wenn das erste Element eine zylindrische Geometrie aufweist und die Druckfläche ein Abschnitt der inneren zylindrischen Oberfläche ist, wird der erste Orientierungsvektor im Wesentlichen entlang einer radialen Richtung relativ zur ersten Achse gerichtet. Darüber hinaus weist der Vektor in Bezug auf die zylindrische Hülle nach außen, d.h. er zeigt in Bezug auf das rechte zylindrische Kreisloch nach innen. In diesem Fall bildet der erste Orientierungsvektor mit der Zentrifugalkraft einen im Wesentlichen geraden Winkel, da die Zentrifugalkraft entlang einer radialen Richtung relativ zur ersten Achse gerichtet ist und von dieser weg zeigt.
  • Nach der vorliegenden Erfindung ist die radiale Richtung einer Position einer Oberfläche (z.B. der ersten Position der Druckoberfläche, der ersten Position der ersten Ausgleichsfläche usw.) insbesondere eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Achse verläuft und die Oberfläche an dieser Position schneidet. Insbesondere die radiale Richtung einer Position einer Oberfläche dreht mit der Oberfläche mit und/oder ist die Richtung, in der die Position angeordnet ist. Der Radialabstand einer Position einer Oberfläche ist insbesondere der Abstand zwischen der Position und der ersten Achse entlang der Radialrichtung der Position.
  • Die Druckfläche und der erste Druckkopf können sich um die erste und zweite Achse drehen und so eine erste bzw. zweite Trajektorie beschreiben. Insbesondere begrenzt die erste Trajektorie ein Innenvolumen, dessen Form unter anderem von der Position und/oderder Ausrichtung der Druckfläche zur ersten Achse abhängt. Wenn die Druckfläche die Form der Seitenfläche eines rechten kreiszylindrischen Sektors aufweist und die erste Achse im Wesentlichen der Achse des Sektors entspricht, ist die erste Trajektorie die Seitenfläche des fiktiven rechten kreiszylindrischen Zylinders, der den rechten kreiszylindrischen Sektor umfasst.
  • In der Druckkonfiguration kann der erste Druckkopf beispielsweise in Bezug auf die Druckfläche so angeordnet sein, dass die zweite Trajektorie in dem durch die erste Trajektorie begrenzten Innenvolumen enthalten ist. Die erste und die zweite Trajektorie können so zueinander angeordnet sein, dass ihr Abstand in der Nähe mindestens einer radialen Richtung zur ersten Achse (im Folgenden: „die Druckrichtung“ genannt) geeignet ist, das erste Material oder die erste Energie erfolgreich an die erste Stelle der Druckfläche zu transportieren. Unter Verwendung allgemeiner Kenntnisse der Kinematik ist es möglich, die erste und zweite Winkelgeschwindigkeit so einzustellen, dass der erste Druckkopf und die Druckfläche periodisch und gleichzeitig in der Nähe der Druckrichtung entstehen. Allgemein bekannte Überlegungen erlauben es auch, die Zeitpunkte vorherzusagen, zu denen sich der erste Druckkopf und die Druckfläche in der Nähe der Druckrichtung befinden.
  • Die Steuerung kann beispielsweise konfiguriert sein, um die erste und die zweite Winkelgeschwindigkeit zu überwachen, die vorgenannten Zeitpunkte zu bestimmen und die Geschwindigkeiten und die Zeitpunkte zu nutzen, um zu bestimmen, wann der erste Druckkopf betrieben werden soll. Diese Bestimmung kann auch von anderen vorhersehbaren und/oder messbaren Informationen abhängen, wie beispielsweise der Flugzeit des ersten Materials vom ersten Druckkopf zur Druckfläche, der Geschwindigkeit der von den rotierenden Elementen mitgeführten Luft, dem Abstand zwischen dem ersten Druckkopf und der Druckfläche entlang der Druckrichtung und/oder mindestens einer der Ausgänge der oben genannten Sensoren.
  • In einer exemplarischen Ausführungsform können die erste und die zweite Achse im Wesentlichen deckungsgleich sein und sowohl der erste Druckkopf als auch die Druckfläche können zunächst entlang der Druckrichtung angeordnet sein. In diesem Fall, wenn die erste und die zweite Winkelgeschwindigkeit durch die folgende Beziehung verbunden sind, ω 1 = ( p − 1 p ) ω 2 ,
    Figure DE102018128582A1_0001
    der erste Druckkopf und die Druckfläche gleichzeitig entlang der Druckrichtung zu den Zeitpunkten angeordnet werden. T = 2 π ω 2 − ω 1 k ,
    Figure DE102018128582A1_0002
    wobei sowohl k und p sind ganze Zahlen.
  • Wenn beispielsweise die Druckfläche die Seitenfläche eines rechten Rundzylinders mit einem ersten Radius ist und die Achse des Zylinders im Wesentlichen mit der ersten und der zweiten Drehachse übereinstimmt, entspricht die erste Trajektorie im Wesentlichen der Druckfläche. In diesem Fall kann der erste Druckkopf innerhalb des durch die erste Trajektorie begrenzten Volumens so angeordnet werden, dass die Differenz zwischen dem ersten Radius und dem Radialabstand des ersten Druckkopfes innerhalb des Druckbereichs liegt. Auf diese Weise ist der erste Druckkopf durch das Steuermittel in der Lage, die erste Menge des ersten Materials oder der Energie auf die Druckoberfläche zu übertragen, während sich das erste Element um die erste Achse und der erste Druckkopf um die zweite Achse dreht. Der Radialabstand des ersten Druckkopfes ist insbesondere der Abstand zwischen derzweiten Achse und dem Druckkopf, z.B. der Düse, entlang der Radialrichtung des ersten Druckkopfes.
  • Die Drehung des ersten Druckkopfes und die Drehung des ersten Elements wirken synergetisch miteinander zusammen, um einen kombinierten technischen Effekt zu erzielen, nämlich die Möglichkeit, die Dichte des auf der Druckoberfläche abgelagerten Materials und die Druckgeschwindigkeit unabhängig voneinander zu steuern. Darüber hinaus ist die Drehbewegung des ersten Druckkopfes und der Druckfläche zueinander nicht durch das Vorhandensein von linear bewegten Mitteln begrenzt. Die Rotationsbewegung ist im Wesentlichen periodisch und somit ist der erste Druckkopf periodisch in der Lage, das erste Material auf die Druckoberfläche zu transportieren, z.B. an die erste Stelle derselben. Der erste Druckkopf nach der vorliegenden Erfindung kann somit vollständig betrieben werden, ohne dass die Bewegung umgekehrt werden muss, was die Druckzeit und/oder den Stromverbrauch reduziert.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Druckkopf um die zweite Achse mit mindestens der zweiten Winkelgeschwindigkeit drehbar und kann das erste Material auf die Druckoberfläche übertragen. Das Steuermittel ist funktionsfähig mit dem ersten Druckkopf verbunden und ist konfiguriert, um den ersten Druckkopf zu betreiben, um das erste Material auf die Druckoberfläche zu übertragen. In der Druckkonfiguration ist der erste Druckkopf in Bezug auf die Druckfläche so angeordnet, dass der erste Druckkopf betreibbar ist, z.B. durch das Steuermittel, um mindestens die erste Menge des ersten Materials auf die erste Stelle der Druckfläche zu übertragen, während das erste Element um die erste Achse dreht und der erste Druckkopf um die zweite Achse dreht. Insbesondere kann die erste Menge des ersten Materials eine Schicht des zu fertigenden Artikels auf der ersten Stelle der Druckfläche bilden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Druckkopf um die zweite Achse mit mindestens der zweiten Winkelgeschwindigkeit drehbar und kann betrieben werden, um Energie auf die Druckoberfläche zu übertragen. Das Steuermittel ist funktionsfähig mit dem ersten Druckkopf verbunden und ist konfiguriert, um den ersten Druckkopf zu betreiben, um Energie auf die Druckoberfläche zu übertragen. In der Druckkonfiguration ist der erste Druckkopf in Bezug auf die Druckfläche so angeordnet, dass der erste Druckkopf betreibbar ist, z.B. durch das Steuermittel, um mindestens die erste Energiemenge auf die erste Stelle der Druckfläche zu übertragen, während sich das erste Element um die erste Achse und der erste Druckkopf um die zweite Achse dreht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Druckkopf um eine dritte Achse zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position schwenkbar. Insbesondere die erste Achse und die dritte Achse sind im Wesentlichen parallel zueinander. Insbesondere stimmt die dritte Achse nicht im Wesentlichen mit derzweiten Achse überein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Druckkopf linear entlang einer Bewegungsrichtung zwischen der ersten Position und der zweiten Position beweglich, wobei die Bewegungsrichtung beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zur zweiten Achse verläuft. Insbesondere wenn sich der erste Druckkopf um die zweite Achse dreht, dreht sich die Bewegungsrichtung damit um die Achse.
  • Die Schwenk- und/oder Linearbewegung des ersten Druckkopfes führt zu einer Veränderung des Abstandes zwischen dem ersten Druckkopf und der Druckfläche entlang der ersten Achse. Der erste Druckkopf kann somit um die dritte Achse geschwenkt und/oder relativ zur zweiten Achse so bewegt werden, dass der Abstand zwischen dem ersten Druckkopf und derzu bedruckenden Oberfläche innerhalb des Druckbereichs liegt und somit mögliche Änderungen derzu bedruckenden Oberfläche bewältigt werden.
  • Die Steuermittel können konfiguriert sein, um den ersten Druckkopf um die dritte Achse zu schwenken und/oder den ersten Druckkopf linear entlang der Bewegungsrichtung zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen, insbesondere wenn sich der erste Druckkopf um die zweite Achse dreht. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner Blockiermittel umfassen, die funktionsfähig mit dem ersten Druckkopf verbunden und konfiguriert sind, um den ersten Druckkopf in der ersten und/oder in der zweiten Position zu blockieren. Die Blockiermittel können auch konfiguriert werden, um den ersten Druckkopf an vorbestimmten Positionen entlang des Weges zu blockieren, die der erste Druckkopf beschreibt, wenn er sich von der ersten in die zweite Position bewegt (z.B. beim Schwenken und/oder Linear bewegen).
  • So kann die Vorrichtung beispielsweise ein Linearbewegungslager umfassen, das mit dem ersten Druckkopf verbunden und in Bezug auf die zweite Achse so angeordnet ist, dass das Lager eine lineare Bewegung des ersten Druckkopfes entlang der Bewegungsrichtung ermöglicht. Wenn vorhanden, können die Blockiermittel funktionsfähig mit dem Linearbewegungslager verbunden werden, um den ersten Druckkopf an vorbestimmten Positionen entlang der Bewegungsrichtung zu blockieren.
  • Insbesondere kann die Vorrichtung einen Teleskoparm und/oder einen pantographischen Arm umfassen, wobei die Arme eine variable Länge entlang einer Ausfahrrichtung aufweisen. Falls vorhanden, kann der Teleskoparm und/oder der Stromabnehmerarm mit dem ersten Druckkopf und dem zweiten Element verbunden und so angeordnet werden, dass die Ausfahrrichtung im Wesentlichen mit der Bewegungsrichtung übereinstimmt. Die Steuermittel können funktionsfähig mit dem Teleskoparm und/oder dem Stromabnehmerarm verbunden sein und den ersten Druckkopf linear bewegen, indem sie die Länge der Arme variieren. Wenn vorhanden, können die Blockiermittel auch funktionsfähig mit dem Teleskoparm und/oder dem Stromabnehmerarm verbunden werden, um den ersten Druckkopf durch Blockieren der Arme zu blockieren. Der Teleskoparm und/oder der Stromabnehmerarm ermöglichen es unter anderem, den Abstand zwischen dem ersten Druckkopf und der Druckfläche entlang der Bewegungsrichtung zu variieren, ohne dass Linearführungen verwendet werden müssen, die entlang dieser Richtung angeordnet sind.
  • So kann beispielsweise der erste Druckkopf mit einem Arm verbunden sein, der um die dritte Achse schwenkbar ist und mit dem zweiten Element verbunden sein. In diesem Fall kann der Abstand zwischen dem ersten Druckkopf und der zu bedruckenden Oberfläche durch Schwenken des Arms verändert werden, der somit keine variable Länge aufweisen muss. Die Verwendung eines Arms mit fester Länge kann unter anderem die Verkabelung des ersten Druckkopfes vereinfachen. Insbesondere kann die Verkabelung ohne die Notwendigkeit von Mitteln zum Variieren der Länge der Drähte durchgeführt werden, um mit der Längenänderung des Arms fertig zu werden.
  • Eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens einen zweiten Druckkopf. Der zweite Druckkopf ist um die zweite Achse mit mindestens einer dritten Winkelgeschwindigkeit drehbar, wobei die dritte Winkelgeschwindigkeit von der ersten Winkelgeschwindigkeit verschieden ist. Der zweite Druckkopf ist betreibbar, um ein zweites Material oder eine zweite Energie auf die Druckoberfläche zu übertragen. Das Steuermittel ist funktionsfähig mit dem zweiten Druckkopf verbunden und ist konfiguriert, um den zweiten Druckkopf zu betreiben, um das zweite Material oder die zweite Energie auf die Druckoberfläche zu übertragen. In der Druckkonfiguration ist der zweite Druckkopf in Bezug auf die Druckfläche so angeordnet, dass der zweite Druckkopf durch das Steuermittel in der Lage ist, mindestens eine Menge des zweiten Materials oder der Energie auf eine zweite Stelle der Druckfläche zu übertragen, während sich das erste Element um die erste Achse und der zweite Druckkopf um die zweite Achse dreht. Die dritte Winkelgeschwindigkeit kann im Wesentlichen gleich derzweiten Winkelgeschwindigkeit sein und die zweite Position der Druckfläche kann im Wesentlichen mit der ersten Position der Oberfläche übereinstimmen.
  • Das zweite Material kann im Wesentlichen gleich dem ersten Material sein, z.B. können das erste und das zweite Material im Wesentlichen die gleiche chemische Zusammensetzung aufweisen und/oder im Wesentlichen den gleichen physikalischen Zustand aufweisen. Das erste und / oder das zweite Material sind insbesondere Materialien, die für die Modellierung von Schmelzablagerungen geeignet sind. Das erste und/oder zweite Material kann beispielsweise ein Metall (wie Aluminium, Titan, Gold, Platin, Palladium, Silber und dergleichen), eine Metalllegierung (wie Edelstahl, Kobalt-Chrom, Inconel und dergleichen), ein eutektisches Metall umfassen, ein Kunststoffmaterial (wie beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polymilchsäure, Polyvinylalkohol, Polycarbonat, Polyethylen hoher Dichte, Nylon und dergleichen), Gummi, Knete, Modelliermasse, Metallton, ein Keramikmaterial, Cermet, ein Metallmatrix-Verbund, ein Keramikmatrix-Verbund oder Kombinationen davon. Das erste und / oder das zweite Material kann beispielsweise biologisches Material wie uns Stammzellen, lebende Zellen und dergleichen umfassen. Darüber hinaus kann das erste und / oder das zweite Material ein Bindemittel umfassen, z.B. ein Bindemittel für den Inkjet-3D-Druck. Insbesondere umfasst das erste und/oder zweite Material eine Binderlösung, die Phosphorsäure, Kollagen, Polyvinylalkohol, Harze oder Kombinationen davon umfasst. Mindestens die erste Menge des ersten und/oder zweiten Materials kann in flüssiger Form vorliegen.
  • Die Anwesenheit des zweiten Druckkopfes erhöht die Druckgeschwindigkeit weiter. Wenn sich das zweite Material vom ersten unterscheidet, ermöglicht der zweite Druckkopf zudem den multimateriellen 3D-Druck. Wenn das erste und das zweite Material Metalle sind, ist es auch möglich, Legierungen herzustellen, die diese Materialien umfassen, indem z.B. das erste und das zweite Material auf überlappende Stellen der Druckoberfläche aufgebracht werden.
  • In einer Ausführungsform der Vorrichtung dervorliegenden Erfindung ist derzweite Druck betreibbar, um ein zweites Material auf die Druckoberfläche zu übertragen. Das Steuermittel ist funktionsfähig mit dem zweiten Druckkopf verbunden und ist konfiguriert, um den zweiten Druckkopf zu betreiben, um das zweite Material auf die Druckoberfläche zu übertragen. In der Druckkonfiguration ist der zweite Druckkopf in Bezug auf die Druckfläche so angeordnet, dass der zweite Druckkopf durch das Steuermittel in der Lage ist, mindestens eine Menge des zweiten Materials auf die zweite Position der Druckfläche zu übertragen, während sich das erste Element um die erste Achse und der zweite Druckkopf um die zweite Achse dreht.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die dritte Winkelgeschwindigkeit im Wesentlichen gleich der zweiten Winkelgeschwindigkeit. In diesem Fall drehen sich der erste und der zweite Druckkopf nicht gegeneinander und somit wird die Bewegung des ersten Druckkopfes durch das Vorhandensein des zweiten Druckkopfes nicht negativ beeinflusst und umgekehrt, d.h. das Vorhandensein mehrerer Druckköpfe schränkt den Druckbereich jedes der beiden Druckköpfe nicht ein. Dadurch kann der Anwender das volle Potenzial der Druckköpfe ausschöpfen und die Druckgeschwindigkeit weiter erhöhen.
  • Insbesondere sind der erste Druckkopf und derzweite Druckkopf in Bezug auf die zweite Achse im Wesentlichen diametral gegenüberliegend angeordnet. Auf diese Weise können Materialien und/oder Energie in im Wesentlichen regelmäßigen Zeitabständen auf die erste Stelle der Druckfläche aufgebracht werden. Die Winkelgeschwindigkeit der Druckköpfe in Bezug auf die Druckoberfläche kann so eingestellt werden, dass das Zeitintervall optimiert wird, indem es z.B. im Wesentlichen der Zeit entspricht, die zum Härten und/oder Aushärten des auf der Druckoberfläche abgeschiedenen Materials benötigt wird.
  • So kann beispielsweise die radiale Richtung des ersten Druckkopfes (im Folgenden „erste radiale Richtung“ genannt) einen im Wesentlichen geraden Winkel mit und die radiale Richtung des zweiten Druckkopfes (im Folgenden „zweite radiale Richtung“ genannt) bilden. Nach der vorliegenden Erfindung ist die radiale Richtung eines Druckkopfes (z.B. des ersten oder zweiten Druckkopfes) insbesondere eine Richtung, entlang derer und/oder an der der Druckkopf im Wesentlichen angeordnet ist. Die radiale Richtung eines Druckkopfes ist insbesondere eine radiale Richtung relativ zur zweiten Achse, d.h. eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur zweiten Achse verläuft.
  • Die erste und die zweite radiale Richtung können im Wesentlichen parallel zueinander sein. Darüber hinaus können der erste und der zweite Druckkopf z.B. über einen Druckkopfhalter miteinander verbunden werden. Insbesondere können der erste und der zweite Druckkopf in eine einzige Druckkopfanordnung integriert werden, die um die zweite Achse mit der zweiten Winkelgeschwindigkeit drehbar ist. Die Druckkopfanordnung ist insbesondere dazu geeignet, das erste Material und die Energie, das erste Material und das zweite Material oder das zweite Material und die Energie auf die Druckfläche zu übertragen, während sich das erste Element um die erste Achse und die Druckkopfanordnung um die zweite Achse dreht.
  • Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise weiterhin Beschichtungsmittel umfassen, wobei die Beschichtungsmittel betreibbar sind, um die Druckoberfläche zumindest teilweise mit einem dritten Material zu beschichten. Das Steuermittel ist funktionsfähig mit dem Beschichtungsmittel verbunden und konfiguriert, um das Beschichtungsmittel zum zumindest teilweisen Beschichten der Druckoberfläche mit dem dritten Material zu betreiben. In der Druckkonfiguration ist das Beschichtungsmittel in Bezug auf die Druckoberfläche so angeordnet, dass das Beschichtungsmittel durch das Steuermittel in der Lage ist, mindestens die erste Stelle der Druckoberfläche mit mindestens einer ersten Menge des dritten Materials zu beschichten. Der Druckkopf kann insbesondere durch das Steuermittel betreibbar sein, um die erste Menge des ersten Materials oder der Energie auf die erste Stelle der beschichteten Druckfläche zu übertragen, während sich das erste Element um die erste Achse und der erste Druckkopf um die zweite Achse dreht.
  • Das dritte Material kann beispielsweise jedes Material sein, das für den Inkjet-3D-Druck geeignet ist. So kann beispielsweise das dritte Material Stärke, Gipsputz, Sand, Kalziumkarbonat, Acrylpulver, Cyanacrylat, Keramikpulver, Graphen und Kombinationen davon umfassen. Das dritte Material ist insbesondere jedes Material oder jede Verbindung, die für selektives Lasersintern, selektives Schmelzen, Elektronenstrahlschmelzen und/oder Stereolithographie geeignet ist. Das dritte Material kann beispielsweise Polymere (Nylon, glasgefülltes Nylon, Polystyrol und dergleichen), Fotopolymere, Metalle (Aluminium, Stahl, Titan und dergleichen), Metalllegierungen, Grünsand und Kombinationen derselben umfassen. Mindestens die erste Menge des dritten Materials kann in Pulver- oder Flüssigform vorliegen.
  • Insbesondere gilt nach der vorliegenden Erfindung eine Menge an Material und/oder Energie als auf einen Ort einer Oberfläche übertragen, auch wenn diese Menge auf ein Substrat und/oder ein Element übertragen wird, die sich an diesem Ort der Oberfläche befinden. Dieses Element kann beispielsweise ein Teil oder eine Komponente des zu fertigenden Artikels sein. So kann beispielsweise das Element ein bereits bestehendes Objekt sein, z.B. ein halbfertiges, vorgefertigtes und/oder beschädigtes Objekt. Das Substrat kann eine Schicht aus dem ersten, zweiten und/oder dritten Material sein. Insbesondere kann das Substrat eine zuvor übertragene und/oder zuvor gesinterte Schicht aus dem ersten, zweiten und/oder dritten Material sein.
  • Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann auch einen Behälter zur Lagerung des ersten, zweiten und/oder dritten Materials umfassen. Die Vorrichtung kann ferner Übertragungsmittel, z.B. ein Rohr oder eine Rohranordnung, umfassen, die beispielsweise den Behälter mit mindestens einem der Druckköpfe der vorliegenden Erfindung und/oder mit den Beschichtungsmitteln verbindet. Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann einen ersten, einen zweiten und/oder einen dritten Vorratsbehälter zur Lagerung des ersten, zweiten und dritten Materials umfassen.
  • Die Beschichtungsmittel können ein erstes Beschichtungssystem umfassen. Das erste Beschichtungssystem umfasst Dispositionsmittel zum Dispensieren der ersten Menge des dritten Materials. Insbesondere kann das Ausgabemittel eine zweite Ausgabeöffnung umfassen. So umfasst das Mittel beispielsweise eine Düse, z.B. eine Sprühdüse, die einen zweiten Randbereich umfassen kann, der die zweite Abgabeöffnung definiert. Das Ausgabemittel kann beispielsweise eine Lippe umfassen, die an einer Wand des Behälters und/oder an einer Wand des dritten Behälters ausgebildet ist. Das erste Beschichtungssystem kann ferner Übertragungsmittel, z.B. ein Rohr oder eine Rohranordnung, umfassen, die z.B. den Behälter und/oder den dritten Behälter mit dem Ausgabemittel verbinden und dadurch das Übertragen mindestens der ersten Menge des dritten Materials aus dem Behälter und/oder aus dem dritten Behälter auf das Ausgabemittel ermöglichen. Insbesondere umfasst das erste Beschichtungssystem einen Druckerzeuger zum Erzeugen eines Drucks zum Ausstoßen mindestens der ersten Menge des dritten Materials aus dem Dispenssystem, z.B. aus der Düse und/oder aus der zweiten Abgabeöffnung derselben.
  • Die Beschichtungsmittel können eine Abscheidefläche, auf der das dritte Material abgeschieden werden kann, und/oder einen Behälter zur Aufnahme des dritten Materials umfassen. Die Ablagefläche und/oder die Aufnahme können sich mit der Druckfläche um die erste Achse mitdrehen und können lösbar mit dem ersten Element verbunden oder von diesem umschlossen sein. Insbesondere kann der Behälter eine Öffnung aufweisen und/oder schalenförmig sein.
  • So sind beispielsweise die erste Winkelgeschwindigkeit und die Position der Abscheidefläche relativ zur Druckfläche so, dass, wenn sich das erste Druckelement mit der ersten Winkelgeschwindigkeit um die erste Achse dreht, die Zentrifugalkraft, die auf das dritte Material auf der Abscheidefläche wirkt, bewirkt, dass mindestens die erste Menge des dritten Materials die Abscheidefläche verlässt und die erste Stelle der Druckfläche beschichtet.
  • Ebenso können die erste Winkelgeschwindigkeit und die Position der Aufnahme in Bezug auf die Druckfläche so sein, dass, wenn sich das erste Element um die erste Achse mit der ersten Winkelgeschwindigkeit dreht, die auf das dritte Material in der Aufnahme wirkende Zentrifugalkraft bewirkt, dass mindestens die erste Menge des dritten Materials aus der Öffnung der Aufnahme ausgestoßen wird und die erste Stelle der Druckfläche beschichtet wird.
  • Die Druckfläche kann beispielsweise eine Wand des Behälters sein. In diesem Fall kann die erste Winkelgeschwindigkeit so sein, dass, wenn sich das erste Druckelement mit der ersten Winkelgeschwindigkeit um die erste Achse dreht, die auf das dritte Material in der Aufnahme wirkende Zentrifugalkraft bewirkt, dass sich mindestens die erste Menge des dritten Materials auf die Druckoberfläche bewegt und dadurch die erste Position der Oberfläche beschichtet.
  • Die Beschichtungsmittel können Nivelliermittel, z.B. ein Blatt oder eine Rolle, umfassen. So sind beispielsweise die Nivelliermittel und der dritte Speicher so angeordnet, dass die Nivelliermittel in der Lage sind, mindestens einen Teil des dritten Materials aus dem dritten Speicher in den Behälter und/oder auf die Ablagefläche zu übertragen. Alternativ oder in Verbindung mit dem Vorstehenden können die Richtmittel so betrieben werden, dass sie mindestens die erste Menge des dritten Materials in den Behälter und/oder über die Ablagefläche verteilen.
  • Die Nivelliermittel können funktionsfähig mit den Steuermitteln verbunden und in Bezug auf die Druckfläche so angeordnet sein, dass in der Druckkonfiguration die Nivelliermittel durch die Steuermittel betätigt werden können, um die erste Menge des dritten Materials im Wesentlichen gleichmäßig auf die Druckfläche und insbesondere auf deren erste Stelle zu verteilen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Druckkopf betreibbar, um Energie auf die Druckoberfläche zu übertragen, und die Beschichtungsmittel sind betreibbar, um die Druckoberfläche zumindest teilweise mit mindestens dem dritten Material zu beschichten. Das Steuermittel ist funktionsfähig mit dem Beschichtungsmittel und dem ersten Druckkopf verbunden und ist konfiguriert, um das Beschichtungsmittel zu betreiben, um die Druckoberfläche zumindest teilweise mit dem dritten Material zu beschichten und den ersten Druckkopf zu betreiben, um Energie auf die Druckoberfläche zu übertragen. In der Druckkonfiguration ist das Beschichtungsmittel in Bezug auf die Druckfläche so angeordnet, dass das Beschichtungsmittel betreibbar ist, z.B. durch das Steuermittel, um mindestens die erste Stelle der Druckfläche mit mindestens der ersten Menge des dritten Materials zu beschichten, und der erste Druckkopf ist in Bezug auf die Druckfläche so angeordnet, dass der erste Druckkopf betreibbar ist, z.B. durch das Steuermittel, um Energie auf die erste Stelle der beschichteten Druckfläche zu übertragen, während das erste Element um die erste Achse dreht und der erste Druckkopf um die zweite Achse dreht. Auf diese Weise kann die erste Menge des dritten Materials beispielsweise eine Schicht des zu fertigenden Artikels an der ersten Stelle der Druckfläche bilden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der zweite Druckkopf betreibbar, um Energie auf die Druckoberfläche zu übertragen. Das Steuermittel ist funktionsfähig mit dem zweiten Druckkopf verbunden und ist konfiguriert, um den zweiten Druckkopf zu betreiben, um Energie auf die Druckoberfläche zu übertragen. In der Druckkonfiguration ist das Beschichtungsmittel in Bezug auf die Druckoberfläche so angeordnet, dass das Beschichtungsmittel durch das Steuermittel in der Lage ist, mindestens eine zweite Stelle der Druckoberfläche mit einer zweiten Menge des dritten Materials zu beschichten. Darüber hinaus kann der zweite Druckkopf in Bezug auf die Druckfläche so angeordnet sein, dass der zweite Druckkopf durch das Steuermittel in der Lage ist, mindestens eine Energiemenge auf die zweite Position der beschichteten Druckfläche zu übertragen, während sich das erste Element um die erste Achse und der zweite Druckkopf um die zweite Achse dreht.
  • In der Druckkonfiguration einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Beschichtungseinrichtung durch die Steuereinrichtung in der Lage, das dritte Material auf die Druckoberfläche aufzubringen, während sich das erste Element um die erste Achse dreht. In diesem Fall wirkt die Zentrifugalkraft, die durch die Drehung des ersten Elements erzeugt wird, wie eine „Richtkraft“, die es ermöglicht, die Gleichmäßigkeit der Verteilung des dritten Materials auf der Druckoberfläche zumindest teilweise zu verbessern, ohne dass dafür spezielle Richtwerke erforderlich sind.
  • Insbesondere können die Beschichtungsmittel um eine vierte Achse mit einer vierten Winkelgeschwindigkeit drehbar sein. In der Druckkonfiguration ist das Beschichtungsmittel insbesondere durch das Steuermittel in der Lage, das dritte Material auf die Druckoberfläche aufzubringen, während sich das erste Element um die erste Achse und das Beschichtungsmittel um die vierte Achse dreht.
  • Die zweite Achse und die vierte Achse können insbesondere im Wesentlichen parallel zueinander sein. Insbesondere die zweite Achse und die vierte Achse sind im Wesentlichen deckungsgleich. Die durch die Beschichtungsmittel und den ersten Druckkopf beschriebenen Bahnen sind somit parallel und/oder im Wesentlichen deckungsgleich. In diesem Fall kann der Zeitabstand zwischen der Beschichtung der Druckoberfläche und dem Sintern und/oder der Bindung des dritten Materials verkürzt werden. Auf diese Weise kann die Druckgeschwindigkeit erhöht und/oder die Wahrscheinlichkeit von Fehlern, z.B. Anisotropien, in der dritten Materialbeschichtung reduziert werden.
  • Der erste Druckkopf und/oder die Ausgabeeinrichtung können ferner erste und/oder zweite Verschlussmittel umfassen, und die Verschlussmittel können insbesondere einen Schließzustand und einen Ausgabezustand aufweisen.
  • Im Schließzustand kann das erste Schließmittel in Bezug auf die erste Abgabeöffnung so angeordnet werden, dass das erste Material im Wesentlichen daran gehindert wird, durch die Öffnung zu gelangen, z.B. während sich der erste Druckkopf um die zweite Achse dreht. Im Ausgabezustand sind die ersten Verschlussmittel in Bezug auf die erste Ausgabeöffnung so angeordnet, dass das erste Material z.B. abgegeben werden kann, während sich der Druckkopf um die zweite Richtung dreht. Darüber hinaus kann das Steuermittel funktionsfähig mit dem ersten Schließmittel verbunden und konfiguriert sein, um das erste Schließmittel zu betätigen, um vom Dispenszustand in den Schließzustand und/oder vom Schließzustand in den Dispenszustand zu gelangen, z.B. während sich der erste Druckkopf um die erste Achse dreht. Das erste Verschlussmittel kann es ermöglichen, die erste Menge des ersten Materials selektiv auf mindestens die erste Stelle der Druckfläche abzuscheiden, während sich das erste Element und der erste Druckkopf um die erste bzw. zweite Achse drehen.
  • Im Schließzustand kann das zweite Schließmittel in Bezug auf die zweite Abgabeöffnung so angeordnet werden, dass das dritte Material im Wesentlichen daran gehindert wird, durch die Öffnung zu gelangen, z.B. während sich das erste Beschichtungsmittel um die vierte Achse dreht. Im Dispenszustand kann das zweite Verschlussmittel in Bezug auf die zweite Dispensöffnung so angeordnet werden, dass das dritte Material z.B. während sich das Beschichtungsmittel um die vierte Achse dreht, abgegeben werden kann. Das Steuermittel kann funktionsfähig mit dem zweiten Schließmittel verbunden und konfiguriert sein, um das Schließmittel zu betätigen, um vom Dispenszustand in den Schließzustand und/oder vom Schließzustand in den Dispenszustand zu gelangen, z.B. während sich das Beschichtungsmittel um die vierte Achse dreht. Insbesondere ermöglicht das zweite Verschlussmittel das selektive Abscheiden des dritten Materials auf mindestens die erste Stelle der Druckoberfläche, während sich das erste Element und das Beschichtungsmittel um die erste bzw. vierte Achse drehen.
  • So können beispielsweise im Schließzustand die ersten und/oder zweiten Schließmittel in den ersten und/oder zweiten Randbereich eingreifen und insbesondere einen Formschluss damit bilden. Im Schließzustand können die ersten und/oder zweiten Verschlussmittel das Verschließen der ersten bzw. zweiten Abgabeöffnung ermöglichen.
  • In einer Ausführungsform der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist der erste Druckkopf so konfiguriert, dass, um die erste Menge des ersten Materials vom Druckkopf auf die erste Stelle der Druckfläche zu übertragen, eine erste Ausstoßkraft auf die erste Menge des ersten Materials aufgebracht werden muss. In diesem Fall ist die zweite Winkelgeschwindigkeit so gewählt, dass die auf die erste Menge des ersten Materials wirkende Zentrifugalkraft mindestens gleich der ersten Ausstoßkraft ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Beschichtungsmittel so konfiguriert, dass, um die erste Menge des dritten Materials von dem Beschichtungsmittel auf die Druckoberfläche zu übertragen, eine zweite Ausstoßkraft auf die erste Menge des dritten Materials aufgebracht werden muss. Gemäß dieser Ausführungsform ist die vierte Winkelgeschwindigkeit so gewählt, dass die auf die erste Menge des dritten Materials wirkende Zentrifugalkraft mindestens gleich der zweiten Ausstoßkraft ist.
  • Insbesondere sollte die Ausstoßkraft, die erforderlich ist, um ein Material in flüssiger oder pulverförmiger Form zu übertragen, mindestens die oberflächliche Spannung bzw. die effektive Spannung des Materials überwinden. Die Ausstoßkraft, die erforderlich ist, um die erste Menge eines Materials in Form eines Filaments zu übertragen, sollte beispielsweise mindestens gleich der Extrusionskraft sein, die zum Extrudieren des Materials erforderlich ist.
  • Die Möglichkeit, die Zentrifugalkraft als erste und/oder zweite Ausstoßkraft zu nutzen, ermöglicht eine Verringerung des Stromverbrauchs, da diese Kräfte nicht durch energieverbrauchende Spezialgeräte erzeugt werden müssen, z.B. durch einen Druckerzeuger, der in der Lage ist, genügend Druck zum Ausstoßen der ersten Menge des ersten und/oder des dritten Materials zu erzeugen.
  • In einer Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst das erste Element eine erste Ausgleichsfläche, die der ersten Achse zugewandt ist. In der Druckkonfiguration ist der erste Druckkopf in Bezug auf die erste Ausgleichsfläche so angeordnet, dass der erste Druckkopf durch das Steuermittel in der Lage ist, mindestens eine zweite Menge des ersten Materials auf die erste Ausgleichsfläche zu übertragen, während sich das erste Element um die erste Achse dreht und der erste Druckkopf um die zweite Achse dreht, wodurch das erste Element zumindest teilweise ausgeglichen wird. Die zweite Menge des ersten Materials kann auf mindestens eine erste Stelle der ersten Ausgleichsfläche übertragen werden, z.B. auf eine Vielzahl von Stellen der Oberfläche. Insbesondere die Abscheidung der zweiten Menge des ersten Materials auf der ersten Ausgleichsfläche ermöglicht das Auswuchten eines ersten rotierenden Systems, wobei das System mindestens das erste Element und die erste Menge des darauf abgeschiedenen ersten Materials umfasst.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das erste Element eine zweite Ausgleichsfläche, die der ersten Achse zugewandt ist. In der Druckkonfiguration ist das Beschichtungsmittel in Bezug auf die zweite Ausgleichsfläche so angeordnet, dass das Beschichtungsmittel durch das Steuermittel in der Lage ist, die zweite Ausgleichsfläche zumindest teilweise mit mindestens einer zweiten Menge des dritten Materials zu beschichten, wodurch das erste Element zumindest teilweise ausgeglichen wird. Insbesondere die Abscheidung der zweiten Menge des dritten Materials auf der zweiten Ausgleichsfläche ermöglicht das Auswuchten eines zweiten Rotationssystems, wobei das System mindestens das erste Element und die erste Menge des darauf abgeschiedenen dritten Materials umfasst. Insbesondere kann das zweite Rotationssystem das erste Rotationssystem sein.
  • In der folgenden Diskussion bezieht sich der Begriff „Ausgleichsfläche“ auf die erste und/oder zweite Ausgleichsfläche, der Begriff „zu dosierendes Material“ auf das erste und/oder dritte Material und der Begriff „Rotationssystem“ auf das erste und/oder zweite Rotationssystem. Wenn sich der Begriff „Ausgleichsfläche“ auf die erste Ausgleichsfläche bezieht, beziehen sich die Begriffe „zu dosierendes Material“ und „Rotationssystem“ auf das erste Material bzw. auf das erste Rotationssystem. Wenn sich der Begriff „Ausgleichsfläche“ auf die zweite Ausgleichsfläche bezieht, beziehen sich die Begriffe „zu dosierendes Material“ und „Rotationssystem“ außerdem auf das dritte Material bzw. auf das zweite Rotationssystem.
  • Die Ausgleichsfläche kann ein Abschnitt der Oberfläche sein, der die zweidimensionale Grenze des ersten Elements bildet, vorausgesetzt, dass dieser Abschnitt der ersten Achse zugewandt ist. Die Ausgleichsfläche ist beispielsweise ein Teil der Druckfläche. Darüber hinaus kann die Ausgleichsfläche parallel oder schräg zur ersten Achse sein. Darüber hinaus kann die Ausgleichsfläche eine Vielzahl von Oberflächenabschnitten umfassen, die z.B. miteinander verbunden sind. Die zweite Menge des zu dosierenden Materials kann auf mindestens eine erste Stelle der Ausgleichsfläche übertragen werden, z.B. auf eine Vielzahl von Stellen der Oberfläche.
  • Insbesondere die Ausgleichsfläche weist zur ersten Achse, wenn eine Masse, die sich an der ersten Stelle der Ausgleichsfläche befindet und sich um die erste Achse mitdreht, eine Zentrifugalkraft erfahren würde, die auf die Druckfläche gerichtet ist und somit die Masse auf der Ausgleichsfläche hält. Dies wird insbesondere erreicht, wenn der zweite Orientierungsvektor mit der Zentrifugalkraft einen stumpfen Winkel oder einen geraden Winkel bildet. Nach der vorliegenden Erfindung ist der zweite Orientierungsvektor der Vektor, der im Wesentlichen senkrecht zur Ausgleichsfläche an der ersten Stelle steht und in Bezug auf das erste Element nach außen zeigt.
  • Darüber hinaus kann die Ausgleichsfläche, z.B. deren Positionen, im Allgemeinen gegenüber der ersten Position der ersten Druckfläche angeordnet sein. So ist beispielsweise die Ausgleichsfläche im Allgemeinen gegenüber der ersten Position der Druckfläche angeordnet, wenn die Ausgleichsfläche, z.B. deren Positionen, und die erste Position der Druckfläche gegenüber einerTrennfläche auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Die Trennfläche kann insbesondere eine fiktive Ebene sein, die die erste Achse umfasst und im Wesentlichen senkrecht zur radialen Richtung der ersten Position der Druckfläche steht.
  • Die Balance des rotierenden Systems kann zumindest teilweise erreicht werden, wenn beispielsweise die zweite Menge des zu dosierenden Materials und die Position der Ausgleichsfläche, z.B. deren Positionen, so sind, dass das Drehmoment des Gewichts der zweiten Menge des zu dosierenden Materials das Drehmoment des Gewichts der ersten Menge des zu dosierenden Materials im Wesentlichen ausgleicht. Insbesondere werden die Drehmomente in Bezug auf einen Punkt der ersten Achse berechnet. Die zweite Menge M2 des auszugebenden Materials kann somit von der ersten MengeM1 des auszugebenden Materials abhängen. Die zweite Menge des zu dosierenden Materials kann auch von der Position der Ausgleichsfläche, z.B. deren Positionen, und/oder von der ersten Position der Druckfläche relativ zur ersten Achse abhängen.
  • Falls vorhanden, kann die Steuerung die erste Menge des zu dosierenden Materials überwachen und/oder schätzen und, abhängig von der Position der Druckfläche und der Ausgleichsfläche zueinander, die Menge des zu dosierenden Materials, die auf die Ausgleichsfläche zu übertragen ist, und/oder die Positionen der Ausgleichsfläche, auf die diese Menge zu übertragen ist, bestimmen. Die Steuerung kann auch die Zeitpunkte bestimmen, zu denen der erste Druckkopf betrieben werden soll, um das zu dosierende Material auf die Ausgleichsfläche zu übertragen.
  • So kann beispielsweise in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die erste Position der Ausgleichsfläche diametral zur ersten Position der Druckfläche entgegengesetzt sein, z.B. kann die radiale Richtung der ersten Position der Ausgleichsfläche (im Folgenden „erste Ausgleichsrichtung“ genannt) einen im Wesentlichen geraden Winkel mit der radialen Richtung der ersten Position der Druckfläche bilden. Die Rotationsbalance des Rotationssystems kann zumindest teilweise dadurch erreicht werden, dass verlangt wird, dass das VerhältnisM2/M1 im Wesentlichen gleich dem VerhältnisB1/B2 ist, wobei B1 und B2 der Radialabstand der ersten Position der Druckfläche bzw. der ersten Position der Ausgleichsfläche sind. Wenn B1 und B2 im Wesentlichen gleich sind, kann das Rotiersystem zumindest teilweise ausgeglichen sein, wenn die zweite Menge des zu dosierenden Materials im Wesentlichen gleich der ersten Menge des Materials ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Rotiersystem insbesondere durch den Transport einer dritten MengeM2,i des zu dosierenden Materials an die erste Stelle der Ausgleichsfläche und einer vierten Menge M2,2 des zu dosierenden Materials an eine zweite Stelle der Ausgleichsfläche im Wesentlichen ausgeglichen werden. Die zweite Position der Ausgleichsfläche ist insbesondere in einer zweiten radialen Richtung (nachfolgend „zweite Ausgleichsrichtung“ genannt) zur ersten Achse angeordnet. In diesem Fall ist die zweite Menge des auszugebenden Materials die Summe der vorgenannten dritten und vierten Mengen des auszugebenden Materials.
  • Bilden beispielsweise die erste und die zweite Auswuchtrichtung einen Winkel von etwa 120° zueinander und mit der radialen Richtung der ersten Stelle der Druckfläche, kann die Rotationsbalance des rotierenden Systems zumindest teilweise durch Vorgabe der Bedingungen erreicht werden. 2 M1B1 = (M2,1B2,1 + M2,2B2,2) und M2,1B2,1 = M2,2B2,2 um im Wesentlichen erfüllt zu werden. In den obigen Gleichungen sind B2,1 und B2,2 der Radialabstand der ersten und zweiten Stelle der Ausgleichsfläche. Die oben beschriebenen Stellen können im Wesentlichen äquidistant zur ersten Achse sein. In diesem Fall kann das Rotiersystem zumindest teilweise ausgewuchtet sein, wenn jede der zweiten und dritten Mengen des zu dosierenden Materials im Wesentlichen gleich der ersten Menge des zu dosierenden Materials ist.
  • Die Balance des rotierenden Systems kann auch dadurch erreicht werden, dass das erste Material auf eine Vielzahl, z.B. mindestens drei, Positionen der Ausgleichsfläche übertragen wird. Die Position der Positionen in Bezug auf die erste Achse und die zweite Menge des zu dosierenden Materials, die für die Balance benötigt wird, kann gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhalten werden, z.B. indem das Drehmoment des Gewichts der zweiten Menge des zu dosierenden Materials benötigt wird, um das Drehmoment des Gewichts der ersten Menge des Materials im Wesentlichen auszugleichen.
  • Die zweite Menge des zu dosierenden Materials, das auf der Ausgleichsfläche abgeschieden wird, und seine Anordnung auf der Oberfläche hängen von der ersten Menge des Materials ab, und somit ist der Ausgleich des rotierenden Systems Schicht für Schicht erreichbar. Die Gesamtmenge des zu dosierenden Materials, das auf der Ausgleichsfläche abgeschieden wird, und deren Anordnung hängen letztlich von der Form, der Masse, der Form und/oder den Abmessungen des zu produzierenden Artikels ab. Auf diese Weise wird die Balance des rotierenden Systems unabhängig von der Form, der Masse, der Form und/oder den Abmessungen des zu fertigenden Artikels erreicht.
  • Wenn die erste Position der Ausgleichsfläche diametral gegenüber der ersten Position der Druckfläche liegt und B1 und B2 im Wesentlichen gleich sind, kann das Auswuchten schichtweise erreicht werden, indem beispielsweise auf die Ausgleichsfläche mindestens ein anderer Artikel gedruckt wird, der im Wesentlichen identisch oder spiegelnd mit dem zu fertigenden Artikel ist. Wenn beispielsweise die erste und die zweite Auswuchtrichtung miteinander und mit der radialen Richtung der ersten Position der Druckfläche einen Winkel von etwa 120 bilden°, kann das Auswuchten erreicht werden, indem auf die erste und zweite Position der Ausgleichsfläche ein zweiter bzw. ein dritter Artikel gedruckt wird. Insbesondere können der zweite und der dritte Artikel im Wesentlichen identisch oder spiegelnd mit dem zu fertigenden Artikel sein. Das Drucken anderer Artikel auf der Ausgleichsfläche ermöglicht sowohl das Auswuchten des Rotationssystems als auch die Erhöhung der Druckgeschwindigkeit und damit die Rationalisierung der Massenfertigung von Artikeln.
  • In einer weiteren Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung ist der erste Druckkopf ein selektiver Abscheidungsdruckkopf, insbesondere ein elektrofotografischer Druckkopf. Insbesondere ermöglicht ein selektiver Abscheidungsdruckkopf das selektive Abscheiden der ersten Menge des ersten Materials auf mindestens die erste Stelle der Druckfläche. Der erste Druckkopf kann ein Extruder, ein Inkjet-3D-Druckkopf oder ein elektrofotografischer Druckkopf sein.
  • Der elektrofotografische Druckkopf kann eine Übertragungsfläche, erste Lademittel zum Laden mindestens einer Position der Übertragungsfläche und Abscheidemittel zum Abscheiden eines Materials, z.B. des ersten Materials, auf die Übertragungsfläche umfassen. Der elektrofotografische Druckkopf kann auch Übertragungsmittel zum Übertragen mindestens eines Teils des Materials, z.B. der ersten Menge des ersten Materials, von der Übertragungsfläche auf das Druckbett einer Vorrichtung zur additiven Herstellungeines Artikels, z.B. auf die Druckfläche der vorliegenden Erfindung, umfassen. Die Vorrichtung kann Steuermittel umfassen, die insbesondere mit dem elektrofotografischen Druckkopf verbindbar sind und zum Betreiben des Druckkopfes konfiguriert werden können. Insbesondere ist der elektrofotografische Druckkopf in Bezug auf das Druckbett der Vorrichtung für die additive Fertigung so anordenbar, dass er mit den Steuermitteln betreibbar ist, um die Position der Übertragungsfläche aufzuladen, das Material auf die Übertragungsfläche abzuscheiden und mindestens den Teil des Materials auf das Druckbett zu übertragen. Insbesondere wird das Druckbett mit einer Ladung belastet, die der Ladung der Übertragungsfläche entgegengesetzt ist.
  • Das erste Lademittel kann beispielsweise mindestens eine LED und/oder einen Laser umfassen und die Übertragungsfläche kann aus mindestens einem photoleitenden Material bestehen. Die Übertragungsmittel des elektrofotografischen Druckkopfes können eine Transferwalze umfassen, wobei sich die Walze entlang einer Walzenachse erstreckt und um diese drehbar ist. Wenn vorhanden, kann die Transferwalze eine Seitenfläche umfassen, wobei die Oberfläche wiederum die Transferfläche umfasst. Der elektrofotografische Druckkopf kann auch einen Motor umfassen, der funktionsfähig mit der Übertragungswalze verbunden ist und dazu dient, die Übertragungswalze um die Walzenachse zu drehen.
  • Wenn sich beispielsweise die Übertragungswalze dreht, kann das erste Lademittel eine elektrische Ladung an bestimmten Stellen auf der Übertragungsfläche ablegen. Das Übertragungsmittel des elektrofotografischen Druckkopfes kann den Abschnitt des Materials auf die geladenen Stellen übertragen und das Material kann an den Stellen an der Übertragungsfläche haften bleiben. Sind insbesondere Druckfläche und Transferfläche entgegengesetzt geladen, kann das Material durch Walzen der Transferwalze auf der geladenen Druckfläche selektiv von der Transferfläche auf das geladene Druckbett übertragen werden.
  • Wenn der erste Druckkopf ein elektrofotografischer Druckkopf ist, kann die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein zweites Lademittel zum Aufladen der Druckfläche, z.B. deren erste Stelle, umfassen. So sind beispielsweise die zweiten Lademittel konfiguriert, um die Druckfläche, z.B. deren erste Stelle, mit einer Ladung aufzuladen, die der Ladung der Übertragungsfläche des elektrofotografischen Druckkopfes entgegengesetzt ist.
  • In einer Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind die erste Achse und die zweite Achse im Wesentlichen parallel zueinander. Insbesondere die erste und die zweite Achse sind im Wesentlichen deckungsgleich. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Frequenz, mit der sich der erste Druckkopf und die Druckfläche in einem Abstand befinden, der geeignet ist, Material oder Energie erfolgreich auf die Druckoberfläche zu übertragen und dadurch die Druckgeschwindigkeit zu erhöhen.
  • Gemäß der weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung definiert das erste Element ein Innenvolumen und mindestens ein Teil der ersten Achse ist innerhalb des Innenraums angeordnet. Darüber hinaus definiert die Druckfläche zumindest teilweise das Innenvolumen. In dieser Ausführungsform erfolgt die Abscheidung von Energie und/oder Material auf die Druckoberfläche innerhalb des Innenraums, wodurch die Sicherheitsrisiken, die z.B. durch Laserstrahlung und/oder Materialinhalation entstehen, verringert werden. Wenn das erste Element eine zylindrische Geometrie aufweist und wenn die Druckfläche ein Teil der Innenfläche derzylindrischen Hülle ist, kann das Innenvolumen nach der vorliegenden Erfindung beispielsweise im Wesentlichen dem rechten kreiszylindrischen Loch der zylindrischen Hülle entsprechen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Innenvolumen ein Behälter für die Aufnahme des dritten Materials sein, z.B. in Pulver- oder Flüssigform. In diesem Fall ermöglicht die Zentrifugalkraft, die durch die Drehung des ersten Elements erzeugt wird, die Beschichtung der Druckoberfläche und damit die Verringerung des Stromverbrauchs, da die Beschichtung der Oberfläche nicht mit Hilfe von energieverbrauchenden Spezialvorrichtungen durchgeführt werden muss.
  • So kann beispielsweise das Innenvolumen durch eine Basis und eine Seitenwand definiert werden, wobei die Basis mit der ersten Achse einen Winkel bildet und die Seitenwand die Druckfläche umfasst. Die Seitenwand kann auch eine Öffnung zum Einbringen des dritten Materials in Pulver- oder Flüssigform in das Innenvolumen definieren. Im Gebrauch kann sich die erste Achse in einer vertikalen Position befinden, wobei sich die Basis unten befindet. In diesem Fall kann eine dritte Menge des dritten Materials durch dessen Öffnung in das Innenvolumen eingebracht werden, z.B. durch das erste Beschichtungssystem. Wenn das dritte Material eingebracht wird, während das erste Element in Ruhe ist, lagert sich das Material an der Basis ab, z.B. an der Unterseite des Innenraums. Die erste Winkelgeschwindigkeit kann so sein, dass, wenn sich das erste Druckelement um die erste Achse dreht, die Zentrifugalkraft, die auf die dritte Menge des dritten Materials wirkt, bewirkt, dass mindestens die erste Menge des Materials den Boden des Innenraums verlässt und die erste Stelle der Druckfläche beschichtet.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ferner Dichtungsmittel zum hermetischen Abdichten des Innenraums und Vakuummittel (z.B. eine Vakuumpumpe und dergleichen) zum Erzeugen eines Unterdruckes im Innenvolumen. Auf diese Weise erfolgt die additive Herstellung des Artikels unter subatmosphärischen Druckbedingungen, wodurch die Brand- und/oder Explosionsgefahr verringert wird. Das Vakuummittel ist insbesondere mit dem Innenvolumen fluidverbunden. Das Dichtungsmittel kann beispielsweise einen Deckel und/oder mindestens einen Teil des ersten Elements umfassen, z.B. den Boden und/oder die Seitenwand, die das Innenvolumen definiert.
  • Insbesondere ist das Steuermittel funktionsfähig mit dem Dichtungsmittel verbunden und konfiguriert, um letzteres zum hermetischen Abdichten des Innenraums zu betreiben. Darüber hinaus können die Steuermittel funktionsfähig mit den Vakuummitteln verbunden und konfiguriert sein, um letztere zum Absaugen von Luft aus dem Innenvolumen zu betreiben, wodurch ein Unterdruck im Innenvolumen erzeugt wird. Die oben genannte hermetische Abdichtung und/oder Erzeugung des Unterdruckes kann insbesondere in der Druckkonfiguration erfolgen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung entspricht die Form der Druckfläche im Wesentlichen der Form mindestens eines Teils einer im Allgemeinen zylindrischen Oberfläche, worin die Symmetrieachse der im Allgemeinen zylindrischen Oberfläche und die erste Achse im Wesentlichen übereinstimmen. Die generisch zylindrische Oberfläche ist insbesondere eine Oberfläche, die bei Reflexion durch die erste Achse, d.h. bei einer Drehung von 180° um die erste Achse, im Wesentlichen symmetrisch ist. Die generisch zylindrische Oberfläche kann insbesondere eine fiktive Oberfläche sein. Darüber hinaus kann die generisch zylindrische Oberfläche eine wesentliche zylindrische Symmetrie um die erste Achse aufweisen, z.B. kann die generisch zylindrische Oberfläche die Seitenfläche eines rechten Rundzylinders, eines rechten Rundkegels oder eines rechten kreisförmigen Kegelstumpfes sein.
  • Insbesondere kann die im Allgemeinen zylindrische Oberfläche die Innenfläche eines Hohlzylinders sein. Wenn das erste Element eine zylindrische Geometrie aufweist und die Druckfläche ein Abschnitt der Innenfläche des Hohlzylinders ist, kann die im Allgemeinen zylindrische Oberfläche beispielsweise der Innenfläche des Hohlzylinders entsprechen. Der Hohlzylinder ist insbesondere ein rechter runder Hohlzylinder.
  • Eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ferner ein Differentialgetriebe, das funktionsfähig mit dem ersten Element verbunden ist, um das erste Element um die erste Achse zu drehen. Darüber hinaus ist das Differentialgetriebesystem funktionsfähig mit dem ersten Druckkopf verbunden, um den ersten Druckkopf um die zweite Achse zu drehen. Insbesondere kann das Differentialgetriebesystem ein Bestandteil der Steuermittel sein.
  • Das Differentialgetriebesystem ermöglicht insbesondere die Übertragung der Bewegung auf den ersten Druckkopf, z. B. auf das zweite Element, und/oder die Steuerung der Winkelgeschwindigkeit des Druckkopfes relativ zur Druckfläche. Die Steuerung und/oder Übertragung kann somit erreicht werden, ohne dass der erste Druckkopf, z.B. das zweite Element, mit Strom versorgt werden muss, wodurch die technischen Schwierigkeiten bei der Energiezufuhr zu rotierenden Komponenten zumindest teilweise umgangen werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erste Element einen Körper und einen Mantel, worin der Mantel lösbar mit dem Körper verbunden ist und die Druckfläche umfasst. Wenn der 3D-Druck abgeschlossen ist, kann der additiv gefertigte Artikel somit relativ einfach aus dem Gerät entfernt werden, indem der Mantel vom Körper des ersten Elements gelöst wird. Auf diese Weise kann die Nachbearbeitung des additiv hergestellten Artikels zumindest teilweise optimiert und/oder vereinfacht werden, da der Artikel nach dem Entfernen des Mantels aus dem Körper nachbearbeitet (z.B. vom Mantel gelöst und/oder fertig gestellt) werden kann und somit die Nachbearbeitung nicht innerhalb der Vorrichtung oder in deren Nähe stattfinden muss.
  • Die Druckfläche und/oder der Mantel können aus Glas, aus einem Metall (Aluminium und dergleichen), aus einer Metalllegierung (Stahl und dergleichen) aus einem Kunststoff (Polyetherimid und dergleichen) oder aus Kombinationen derselben bestehen. Die Druckfläche kann auch eine Klebeschicht, einen Klebefilm und/oder eine Klebefolie umfassen. Insbesondere kann der Mantel aus einem Metall (Aluminium, Titan und dergleichen) und/oder einer Metalllegierung (Stahl und dergleichen) bestehen.
  • Eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann abrasive Mittel umfassen. Das Steuermittel ist funktionsfähig mit dem Schleifmittel verbunden und konfiguriert, um das Schleifmittel zum zumindest teilweisen Abrieb der Druckoberfläche zu betreiben. In einer Schleifkonfiguration ist das Schleifmittel in Bezug auf die Druckoberfläche so angeordnet, dass das Schleifmittel durch das Steuermittel in der Lage ist, die Druckoberfläche zumindest teilweise abzuschleifen, während sich das erste Element um die erste Achse dreht. Die Schleifmittel ermöglichen somit das Steuern und/oder Korrigieren der geometrischen Form und/oder der Oberflächenbeschaffenheit der Druckoberfläche, um z.B. die Druckoberfläche von den Rückständen früherer Drucke zu reinigen. Auf diese Weise wird die Qualität des mit dem Gerät durchgeführten additiven Fertigungsprozesses verbessert.
  • Schleifmittel können Honmittel, Schneidmittel und/oder Schleifmittel umfassen. Insbesondere besteht das Schleifmittel aus Schneidmitteln, die eine Spitze, z.B. eine indexierbare Spitze, umfassen können, die mit einem bestückten Werkzeug verbunden ist. Die Schneidmittel können mindestens ein kubisches kristallines Bornitridmaterial und/oder Diamant umfassen. Das Honmittel kann einen Schleifstein und insbesondere einen Schleifkopf für zylindrische Oberflächen umfassen. Das Honmittel kann eine Vielzahl von Schleifkörnern umfassen, die durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind. Beispielsweise können die Körner aus Korund, Siliziumkarbid, kubischem Bornitrid, Diamant und dergleichen hergestellt werden. Das Mahlmittel kann eine Schleifscheibe umfassen und/oder aus metallgebundenen kubischen kristallinen Bornitridkörnern bestehen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind die Schleifmittel um eine fünfte Achse drehbar. Insbesondere in der Schleifkonfiguration kann das Schleifmittel in Bezug auf die Druckoberfläche so angeordnet sein, dass das Schleifmittel durch das Steuermittel in der Lage ist, die Druckoberfläche zu schleifen, während sich das erste Element um die erste Achse und das Schleifmittel um die fünfte Achse dreht.
  • Die erste Achse und die fünfte Achse können insbesondere im Wesentlichen parallel zueinander sein. Insbesondere können die erste Achse und die fünfte Achse im Wesentlichen deckungsgleich sein. Diese Anordnung der ersten und fünften Achse zueinander verbessert die Genauigkeit des Abriebs der Druckfläche, insbesondere wenn die Druckfläche im Wesentlichen der Form mindestens eines Teils einer Zylinderfläche entspricht.
  • Eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl von Druckköpfen, wobei jeder der Vielzahl von Druckköpfen um die zweite Achse mit mindestens einer entsprechenden Winkelgeschwindigkeit drehbar ist, wobei die entsprechende Winkelgeschwindigkeit von der ersten Winkelgeschwindigkeit verschieden ist. Jeder der Vielzahl von Druckköpfen ist betreibbar, um ein entsprechendes Material oder eine entsprechende Energie auf die Druckoberfläche zu übertragen. Das Steuermittel ist funktionsfähig mit jedem der Vielzahl von Druckköpfen verbunden und ist konfiguriert, um jeden der Vielzahl von Druckköpfen zu betreiben, um das entsprechende Material oder die entsprechende Energie auf die Druckoberfläche zu übertragen. In der Druckkonfiguration ist jeder der Vielzahl von Druckköpfen in Bezug auf die Druckfläche so angeordnet, dass er durch das Steuermittel in der Lage ist, mindestens eine Menge des entsprechenden Materials oder der Energie auf eine entsprechende Stelle der Druckfläche zu übertragen, während er sich um die zweite Achse dreht und während sich das erste Element um die erste Achse dreht.
  • In einer Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist jeder der Vielzahl von Druckköpfen betreibbar, um ein entsprechendes Material auf die Druckoberfläche zu übertragen. Das Steuermittel ist funktionsfähig mit jedem derVielzahl von Druckköpfen verbunden und ist konfiguriert, um jeden derVielzahl von Druckköpfen zu betreiben, um das entsprechende Material auf die Druckoberfläche zu übertragen. In der Druckkonfiguration ist jeder der Vielzahl von Druckköpfen in Bezug auf die Druckfläche so angeordnet, dass er durch das Steuermittel in der Lage ist, mindestens eine Menge des entsprechenden Materials auf eine entsprechende Stelle der Druckfläche zu übertragen, während er sich um die zweite Achse dreht und während sich das erste Element um die erste Achse dreht.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist jeder der Vielzahl von Druckköpfen betreibbar, um Energie auf die Druckoberfläche zu übertragen, und die Steuermittel sind funktionsfähig mit jedem der Vielzahl von Druckköpfen verbunden und konfiguriert, um jeden derVielzahl von Druckköpfen zu betreiben, um Energie auf die Druckoberfläche zu übertragen. In der Druckkonfiguration ist das Beschichtungsmittel in Bezug auf die Druckoberfläche so angeordnet, dass das Beschichtungsmittel durch das Steuermittel in der Lage ist, mindestens einen Teil der Druckoberfläche mit einer Menge des dritten Materials zu beschichten. Darüber hinaus kann jeder der Vielzahl von Druckköpfen in Bezug auf die Druckoberfläche so angeordnet sein, dass er durch das Steuermittel in der Lage ist, Energie auf den beschichteten Abschnitt der Druckoberfläche zu übertragen, während er sich um die zweite Achse dreht und während sich das erste Element um die erste Achse dreht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Vielzahl der Druckköpfe in Bezug auf die zweite Achse gleichmäßig winklig beabstandet. So ist beispielsweise jeder der Vielzahl der Druckköpfe im Wesentlichen entlang einer entsprechenden radialen Richtung relativ zurzweiten Achse angeordnet und die entsprechenden radialen Richtungen sind in Bezug auf die zweite Achse gleichmäßig winklig beabstandet.
  • So kann beispielsweise die vorliegende Erfindung N Druckköpfe umfassen. In diesem Fall sind die entsprechenden N radialen Richtungen gegenüber der zweiten Achse gleichmäßig winklig beabstandet, wenn beispielsweise ihre Anordnung unter einer Drehung von 360°/N um die zweite Achse im Wesentlichen symmetrisch ist. Wenn N=3 ist, umfasst die Ausführungsform den ersten, den zweiten und einen dritten Druckkopf, wobei der dritte Druckkopf in einer dritten radialen Richtung in Bezug auf die zweite Achse angeordnet ist. In diesem Fall sind die erste, zweite und dritte radiale Richtung gegenüber der zweiten Achse gleichmäßig winklig beabstandet, wenn z.B. ihre Anordnung bei einer Drehung von 120° um die zweite Achse im Wesentlichen symmetrisch ist, d.h. wenn die drei radialen Richtungen im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Ebene liegen und wenn die Bedingung a1,2 = a1,3 = a2,3 = 120° im Wesentlichen erfüllt ist. Im obigen mathematischen Ausdruck, a1,2 ein Winkel zwischen der ersten und der zweiten radialen Richtung ist, a1,3 ein Winkel zwischen der ersten und der dritten Winkelrichtung ist und a2,3 ein Winkel zwischen der zweiten und der dritten Winkelrichtung ist.
  • Um einen gleichmäßigen Winkelabstand zur zweiten Achse zu erreichen, müssen die entsprechenden Winkelrichtungen nicht wesentlich auf einer gemeinsamen Ebene liegen. Wenn die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung N Druckköpfe umfasst, sind die entsprechenden N radialen Richtungen in Bezug auf die zweite Achse gleichmäßig winklig beabstandet, auch wenn beispielsweise ihre Anordnung unter einer Drehung von 360°/N um die zweite Achse im Wesentlichen symmetrisch ist, gefolgt von mindestens einer entsprechenden Verschiebung von mindestens einer der entsprechenden radialen Richtungen. Die vorgenannten entsprechenden Übersetzungen sind insbesondere parallel zur zweiten Achse.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Steuermittel konfiguriert, um die erste Winkelgeschwindigkeit und/oder die zweite Winkelgeschwindigkeit zu variieren. Weiterhin können die Steuermittel konfiguriert werden, um die dritte und/oder vierte Winkelgeschwindigkeit zu variieren. Darüber hinaus ist das Steuermittel insbesondere konfiguriert, um die Winkelgeschwindigkeit jedes der Vielzahl von Druckköpfen zu variieren, die um die zweite Achse drehbar sind.
  • Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Die Zahlen und die entsprechende detaillierte Beschreibung dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und stellen keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung im Sinne der Ansprüche dar. Insbesondere:
    • 1a eine schematische isometrische Ansicht eines Viertelabschnitts einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
    • 1b is ein schematischer Querschnitt durch die erste Ausführungsform der Vorrichtung;
    • ist eine schematische isometrische Halbabschnittsansicht der ersten Ausführungsform der Vorrichtung;
    • 2a eine schematische isometrische Ansicht eines Viertelabschnitts einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
    • 2b ist ein schematischer Querschnitt durch die zweite Ausführungsform der Vorrichtung;
    • 2c ist eine schematische isometrische Ansicht des Halbabschnitts der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung;
    • ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung;
    • 3a eine schematische isometrische Halbabschnittsansicht einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
    • 3b ist eine schematische Darstellung eines Teils der dritten Ausführungsform derVorrichtung; und
    • 4 ist ein schematischer Querschnitt einer vierten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Die 1a bis 1c stellen schematisch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Vorrichtung umfasst das erste Element 200, das zweite Element 300, ein Basiselement 400 und Steuermittel.
  • Das erste Element 200 ist um die erste Achse A1 mit mindestens der ersten Winkelgeschwindigkeit drehbar und umfasst eine innere Zylinderfläche 220, eine äußere Zylinderfläche 230 und eine ringförmige Basis 240. Die innere zylindrische Oberfläche 220 und die äußere zylindrische Oberfläche 230 haben die gleiche Achse, wobei die Achse im Wesentlichen mit der ersten Achse A1 übereinstimmt. Ein Abschnitt der ersten Achse A1 ist innerhalb eines ersten Innenvolumens 210 angeordnet, wobei das Volumen 210 durch die ringförmige Basis 240 und durch die innere Zylinderfläche 220 definiert ist Die ringförmige Basis 240 definiert eine erste kreisförmige Öffnung 241. Sowohl die ringförmige Basis 240 als auch die erste kreisförmige Öffnung 241 sind im Wesentlichen senkrecht zur ersten Achse A1 und darauf zentriert.
  • Die innere Zylinderfläche 220 liegt der ersten Achse A1 gegenüber und bildet die Druckfläche. Die Druckfläche ist somit die Seitenfläche 220 eines rechten kreisförmigen Zylinders mit einem ersten Radius und die Achse des Zylinders ist im Wesentlichen mit der ersten Achse A1 identisch. In diesem Fall entspricht die erste Trajektorie im Wesentlichen der Druckfläche, d.h. der inneren Zylinderfläche 220, und das durch die Trajektorie begrenzte Volumen entspricht im Wesentlichen dem ersten inneren Volumen 210. Der erste Orientierungsvektor (nicht dargestellt) ist entlang einer radialen Richtung relativ zur ersten Achse A1 gerichtet und zeigt nach innen in Bezug auf das erste Innenvolumen 210. Der erste Orientierungsvektor bildet somit einen im Wesentlichen geraden Winkel mit der Zentrifugalkraft (nicht dargestellt), die durch die Drehung des ersten Elements 200 um die erste Achse A1 erzeugt wird, da die Kraft entlang einer radialen Richtung relativ zur ersten Achse A1 gerichtet ist und von der Achse A1 weg zeigt.
  • Das erste Element 200 umfasst einen kreisförmigen Rand 250, wobei der Rand 250 einen kreisförmigen Falz 251 umfasst und eine zweite Öffnung definiert, die gegenüber der ringförmigen Basis 240 angeordnet ist. Sowohl der Kreisrand 250 als auch der Kreisfalz 251 erstrecken sich azimutal in Bezug auf die erste Achse A1 und mit einem ersten vorgegebenen Abstand davon.
  • Das erste Element 200 umfasst einen ersten Hohlabschnitt 270 in Form eines rechten kreisförmigen Hohlzylinders, der entlang der ersten Achse A1 zentriert ist. Der erste hohle Abschnitt 270 umfasst somit ein rechtes kreisrundes zylindrisches Loch, das entlang der ersten Achse A1 gerichtet ist. Der erste Hohlabschnitt 270 ist in Bezug auf das erste Innenvolumen 210 nach außen gerichtet und in der Nähe der ringförmigen Basis 240 so angeordnet, dass das rechte kreisförmige zylindrische Loch und die durch die ringförmige Basis 240 definierte erste kreisförmige Öffnung 241 ein erstes Durchgangsloch 271 bilden.
  • Das zweite Element 300 ist um die zweite Achse A2 mit mindestens der zweiten Winkelgeschwindigkeit drehbar und umfasst ein Hohlelement 340, einen ersten Druckkopf 310 und einen zweiten Druckkopf 320.
  • Das Hohlelement 340 umfasst einen ersten Mantel 342 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Symmetrie um die zweite Achse A2 und erstreckt sich entlang derselben. Das Hohlelement 340 umfasst ferner ein Verschlusselement 343, das mit dem ersten Mantel 342 verbunden und damit um die zweite Achse A2 mitdrehbar ist. Der erste Mantel 342 und das Verschlusselement 343 bilden einen ersten Innenraum 341, der im Wesentlichen zylindrisch geformt ist, entlang der zweiten Achse A2 gerichtet und darauf zentriert ist. Das Verschlusselement 343 ist drehbar mit einem Stift 350 verbunden, der entlang der zweiten Achse A2 und gegenüber dem ersten Innenraum 341 nach außen gerichtet ist. Insbesondere das Verschlusselement 343 und damit das Hohlelement 340 sind um die zweite Achse A2 in Bezug auf den Stift 350 drehbar.
  • Der erste Druckkopf 310 und der zweite Druckkopf 320 sind mechanisch mit dem Hohlelement 340 verbunden und damit um die zweite Achse A2 mit mindestens der zweiten Winkelgeschwindigkeit mitdrehbar. Der erste Druckkopf 310 und der zweite Druckkopf 320 sind so zueinander angeordnet, dass die erste radiale Richtung R1 mit der zweiten radialen Richtung R2 einen im Wesentlichen geraden Winkel bildet. Daher sind der erste Druckkopf 310 und der zweite Druckkopf 320 in Bezug auf die zweite Achse A2 im Wesentlichen diametral gegenüberliegend angeordnet.
  • Der erste Druckkopf 310 und der zweite Druckkopf 320 sind linear beweglich mit einer ersten Schiene 311 bzw. einer zweiten Schiene 321 verbunden. Die erste Schiene 311 und die zweite Schiene 321 erstrecken sich entlang der ersten radialen Richtung R1 bzw. der zweiten radialen Richtung R2 und sind mit dem Hohlelement 340 verbunden. Der erste Druckkopf 310 und der zweite Druckkopf 320 sind somit in Bezug auf das Hohlelement 340 entlang der ersten radialen Richtung R1 bzw. der zweiten radialen Richtung R2 linear beweglich.
  • Das zweite Element 300 kann Schleifmittel umfassen, die ein erstes bestücktes Werkzeug 610 und ein zweites bestücktes Werkzeug 620 umfassen. Das erste Spitzenwerkzeug 610 und das zweite Spitzenwerkzeug 620 umfassen eine erste indexierbare Spitze 612 und eine zweite indexierbare Spitze 622. Die bestückten Werkzeuge 610, 620 können mechanisch mit dem Hohlelement 340 verbunden und damit um die zweite Achse A2 mit mindestens der zweiten Winkelgeschwindigkeit mitdrehbar sein. Wenn vorhanden, erstrecken sich das erste 610 und das zweite bestückte Werkzeug 620 entlang einer dritten R3- bzw. einer vierten R4-Richtung. Insbesondere sind sowohl die dritte R3- als auch die vierte R4-Richtung im Wesentlichen senkrecht zur zweiten Achse A2, zur ersten radialen Richtung R1 und zur zweiten radialen Richtung R2. Wenn vorhanden, sind das erste bestückte Werkzeug 610 und das zweite bestückte Werkzeug 620 gegenüber der zweiten Achse A2 im Wesentlichen diametral zueinander angeordnet, d.h. die dritte Richtung R3 und die vierte Richtung R4 bilden eine im Wesentlichen gerade Zahl zueinander.
  • Wenn vorhanden, können das erste bestückte Werkzeug 610 und das zweite bestückte Werkzeug 620 linear beweglich mit einer dritten Schiene 611 bzw. einer vierten Schiene 621 verbunden sein. Die dritte Schiene 611 und die vierte Schiene 621 erstrecken sich entlang der dritten Richtung R3 bzw. der vierten Richtung R4 und sind mit dem Hohlelement 340 verbunden. Das erste 610 und das zweite 620 bestückte Werkzeug sind somit in Bezug auf das Hohlelement 340 entlang der dritten R3- bzw. vierten R4-Richtung linear beweglich.
  • Die erste Schiene 311 und/oder die zweite Schiene 321 können mit einer Linearführung 390 verbunden sein. Die Linearführung 390 wiederum ist mit dem Hohlelement 340 so verbunden, dass die Linearführung 390 und damit die Druckköpfe 310,320 gegenüber dem Hohlelement 340 entlang der zweiten Achse A2 linear beweglich sind. Wenn vorhanden, kann auch die dritte Schiene 611 und/oder die vierte Schiene 621 mit der vorgenannten Linearführung 390 verbunden und somit entlang der zweiten Achse A2 linear beweglich sein.
  • Das Basiselement 400 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 430, das ein zweites Innenvolumen 440 definiert. Das zylindrische Gehäuse 430 weist eine Seitenwand 431, eine erste Basiswand 432 und eine zweite Basiswand 433 auf. Die erste Basiswand 432 umfasst eine zweite kreisförmige Öffnung 434, die im Wesentlichen senkrecht zur Achse A3 des zylindrischen Gehäuses 430 (im Folgenden: „die Gehäuseachse“) und darauf zentriert ist. Das zylindrische Gehäuse 430 umfasst ferner einen zweiten hohlen Abschnitt 450, der ein Loch umfasst. Der zweite Hohlabschnitt 450 und sein Loch weisen eine im Wesentlichen zylindrische Symmetrie um die Gehäuseachse A3 auf und erstrecken sich entlang dieser. Der zweite Hohlabschnitt 450 ist in Bezug auf das zweite Innenvolumen 440 nach innen gerichtet und in der Nähe der ersten Basiswand 432 so angeordnet, dass die zweite kreisförmige Öffnung 434 und das Loch des zweiten Hohlabschnitts 450 eine dritte Durchgangsbohrung 460 bilden.
  • Ein Abschnitt des ersten Hohlabschnitts 270 und ein Abschnitt des Hohlelements 340 sind innerhalb der dritten Durchgangsbohrung 460 bzw. innerhalb der ersten Durchgangsbohrung 271 angeordnet, so dass die erste Achse A1, die zweite Achse A2 und die Gehäuseachse A3 im Wesentlichen deckungsgleich sind. Ein Abschnitt des ersten Hohlabschnitts 270 und ein Abschnitt des Hohlelements 340 sind im zweiten Innenvolumen 440 angeordnet. Darüber hinaus ist der Stift 350 innerhalb des Volumens 440 und in Kontakt mit der zweiten Basiswand 433 angeordnet.
  • Das erste Element 200, das zweite Element 300 und das Basiselement 400 sind so miteinander verbunden, dass das erste Element 200 und das Hohlelement 340 gegenüber dem Basiselement 400 um die erste A1- und die zweite A2-Achse drehbar sind. Insbesondere das erste Element 200 und das Hohlelement 340 sind über ein fünftes Radiallager 760 drehbar miteinander verbunden. Darüber hinaus ist das erste Element 200 drehbar mit dem Basiselement 400 mittels eines dritten 740 und eines vierten 750 Radiallagers verbunden, das den ersten Hohlabschnitt 270 mit dem zweiten 450 verbindet, und mittels eines Drucklagers 770, das das zweite Element 300 mit der ersten Basiswand 432 verbindet. Weiterhin ist das Hohlelement 340 über ein Kugellager 730 und ein sechstes Radiallager 780 drehbar mit dem Basiselement 400 verbunden. Der erste 310 und der zweite 320 Druckkopf und, falls vorhanden, die bestückten Werkzeuge 610, 620 sind innerhalb des ersten Innenraums 210 angeordnet.
  • Die Vorrichtung 100 umfasst ferner ein Profil 500, einen Deckel 560 und einen Behälter 530. Das Profil 500 ist mit dem Basiselement 400 verbunden und erstreckt sich entlang einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zur ersten A1- und zweiten A2-Achse verläuft. Das Profil umfasst eine dritte Schiene, die sich im Wesentlichen parallel zur ersten A1- und zweiten A2-Achse erstreckt. Ein erster Schieber 510 ist linear beweglich mit der fünften Schiene 520 verbunden, so dass der Schieber 510 parallel zur ersten A1- und zweiten A2-Achse beweglich ist.
  • Der Deckel 560 umfasst eine Schürze 561, wobei sowohl der Deckel 560 als auch die Schürze 561 eine im Wesentlichen zylindrische Symmetrie um die erste Achse A1 aufweisen. Der Rock 561 erstreckt sich azimutal in Bezug auf die erste Achse A1 in einem zweiten vorgegebenen Abstand davon. Der erste vorgegebene Abstand des Rundfalzens 251 und der zweite vorgegebene Abstand sind so bemessen, dass die Schürze 561 und der Rundfalz 251 miteinander in Eingriff bringbar sind und insbesondere eine formschlüssige Verbindung herstellen können. Der Deckel 560 umfasst ferner ein zweites Durchgangsloch 562, das im Wesentlichen zylindrisch geformt ist, entlang der ersten Achse A1 gerichtet und darauf zentriert ist. Ein Element, z.B. der Rock 561, der Kreisrand 250 und/oder der Kreisfalz 251, erstreckt sich azimutal zur ersten Achse A1, wenn insbesondere dieses Element entlang eines Kreises gerichtet ist, der auf die erste Achse A1 zentriert ist und in einer Ebene liegt, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Achse A1 verläuft.
  • Der Behälter 530 eignet sich insbesondere zur Lagerung des ersten, zweiten und/oder dritten Materials und umfasst einen zweiten Mantel 532, der ein drittes Innenvolumen 533 definiert. Der Behälter 530 umfasst ferner einen dritten hohlen Abschnitt 531, der trichterförmig ist und sich entlang der ersten Achse A1 erstreckt. Der dritte Hohlabschnitt 531 umfasst somit ein viertes Durchgangsloch 534, das ein rechtes kreisrundes zylindrisches Loch ist.
  • Ein Abschnitt des dritten Hohlabschnitts 531 ist innerhalb der zweiten Durchgangsbohrung 562 und ein Abschnitt des Hohlelements 340 kann innerhalb der zweiten Durchgangsbohrung 562 angeordnet sein. Darüber hinaus ist mindestens ein Abschnitt des dritten Hohlabschnitts 531 innerhalb des ersten Innenraumes 341 so angeordnet, dass mindestens eine Menge des ersten, des zweiten und/oder des dritten Materials aus dem dritten Innenraum 533 in den ersten Innenraum 341 z.B. durch Schwerkraft und/oder andere Kräfte übertragen werden kann.
  • Der Deckel 560 und der Behälter 530 sind mit dem ersten Schieber 510 so verbunden, dass, wenn sich der erste Schieber 510 parallel zur ersten A1- und zweiten A2-Achse bewegt, sich der Deckel 560 und der Behälter 530 linear entlang der ersten Achse A1 bewegen. Der Deckel 560 und der erste Schieber 510 sind über ein erstes 710 und ein zweites 720 Radiallager miteinander verbunden, so dass der Deckel 560 um die erste Achse A1 in Bezug auf das Profil 500 drehbar ist.
  • Im geöffneten Zustand, vgl. bis , ist der erste Schieber 510 in einer ersten Position entlang der fünften Schiene 520 so positioniert, dass der Deckel 560 und der Kreisrand 250 entlang der ersten Achse A1 in einem vorgegebenen Abstand voneinander stehen. Im geschlossenen Zustand (nicht dargestellt) wird stattdessen der erste Schieber 510 in einer zweiten Position entlang der fünften Schiene 520 so positioniert, dass der Rand 561 des Deckels 560 in den Rundfalz 251 eingreift und damit insbesondere eine Formschluss bildet. Darüber hinaus können der Schürzenkörper 561 und der Rundfalz 251 eine fluiddichte Verbindung, z.B. eine luftdichte Verbindung, miteinander bilden. In der Druckkonfiguration kann sich die Vorrichtung 100 insbesondere im geschlossenen Zustand befinden.
  • Das Steuermittel umfasst einen ersten 410- und einen zweiten 420-Motor, wobei die Motoren funktionsfähig mit dem ersten Element 200 bzw. dem Hohlelement 340 verbunden sind, z.B. durch Getriebe. Der erste 410 und der zweite 420-Motor sind konfiguriert, um das erste Element 200 und das Hohlelement 340 um die erste Achse A1 und die zweite Achse A2 zu drehen. Der erste 410 und/oder der zweite 420 Motor kann beispielsweise ein elektromechanischer Motor, ein magnetisches Antriebssystem, ein Pneumatikmotor, ein Hydraulikmotor und dergleichen sein.
  • Das Steuermittel umfasst eine Steuerung (nicht dargestellt) zum Betreiben der Vorrichtung 100 und einen Computerspeicher (nicht dargestellt), der funktionsfähig mit der Steuerung verbunden ist, damit die Steuerung Daten darauf schreiben und/oder Daten daraus lesen kann. Die Steuerung kann beispielsweise durch programmierbare Prozessoren und der Computerspeicher durch integrierte Schaltungen realisiert werden. Die Steuerung ist insbesondere konfiguriert, z.B. programmiert, um auf den Computerspeicher zuzugreifen und eine Modelldatei mit Anweisungen zum Beschreiben des 3D-Modells des zu fertigenden Artikels zu lesen. Die Steuerung kann konfiguriert werden, um Anweisungen auszuführen, die im Computerspeicher und insbesondere in der Modelldatei gespeichert sind. Diese Anweisungen können die Steuerung anweisen, das Gerät 100 zu bedienen, um den zu fertigenden Artikel zu erzeugen.
  • Die Steuermittel können ferner den Sensor oder die Vielzahl von Sensoren (nicht dargestellt) wie vorstehend beschrieben umfassen. Die Steuerung kann funktionsfähig mit dem Sensor, z.B. mit der Vielzahl von Sensoren, verbunden und konfiguriert werden, um ihre Ausgänge zu lesen und die Ausgänge zum Schätzen der Position und/oder der Geschwindigkeit der Druckköpfe 310, 320 relativ zur Innenfläche 220 zu verwenden. Die im Computerspeicher gespeicherten Anweisungen können die Steuerung anweisen, die Ausgänge der vorgenannten Sensoren zu verarbeiten.
  • Das Steuermittel, z.B. die Steuerung, ist funktionsfähig mit dem ersten 310 und zweiten 320 Druckkopf verbunden und ist konfiguriert, um die Druckköpfe 310, 320 zu betreiben, um das erste Material oder die erste Energie auf die Innenfläche 220 zu übertragen. Insbesondere steuert das Steuermittel, z.B. die Steuerung, die Drehung des Hohlelements 340 und/oder des ersten Elements 200 um die erste Achse A1 und/oder die zweite Achse A2, indem es beispielsweise den ersten 410 und/oder den zweiten 420er Motor steuert. Die Steuermittel, z.B. die Steuerung, können konfiguriert werden, um den ersten 310 und/oder den zweiten 320 Druckkopf entlang der ersten 311 und/oder derzweiten 321 Schiene zu bewegen, insbesondere während sich das Hohlelement 340 und/oder das erste Element 200 um das zweite A2 und/oder die erste Achse A1 drehen. Die Steuermittel, z.B. die Steuerung, können bestimmen, wann der erste 310 und/oder derzweite 320 Druckkopf betrieben werden soll, um die erste Menge des ersten Materials oder der Energie auf die Innenfläche 220 zu übertragen, und können die Druckköpfe 310, 320 entsprechend betreiben.
  • In der Druckkonfiguration können die ersten 310 und/oder die zweiten 320 Druckköpfe durch die Steuermittel entlang der ersten 311 und/oder der zweiten 321 Schiene so positioniert werden, dass die Differenz zwischen dem ersten Radius und dem Radialabstand der ersten 310 und/oder des zweiten 320 Druckkopfes innerhalb des Druckbereichs liegt. Der erste 310 und/oder der zweite 320 Druckkopf sind somit durch das Steuermittel betreibbar, um die erste Menge des ersten Materials oder der Energie auf mindestens eine Stelle der Innenfläche 220 zu übertragen, während sich das erste Element 200 um die erste Achse A1 und das Hohlelement 340 um die zweite Achse A2 dreht. Die Steuereinrichtung, z.B. die Steuerung, kann insbesondere den ersten 310 und/oder den zweiten 320 Druckkopf entlang der ersten 311 und/oder der zweiten 321 Schiene so bewegen, dass der Abstand zwischen dem ersten 310 und/oder dem zweiten 320 Druckkopf und der zu bedruckenden Oberfläche innerhalb des Druckbereichs liegt, wodurch mögliche Änderungen der zu bedruckenden Oberfläche bewältigt werden.
  • Das Steuermittel, z.B. die Steuerung, kann funktionsfähig mit dem Schleifmittel verbunden sein und ist konfiguriert, um das Schleifmittel, z.B. das erste 610 und/oder das zweite 620 bestückte Werkzeug, zu betreiben, um mindestens einen Teil der Innenfläche 220 abzutragen. Darüber hinaus können die Steuermittel, z.B. die Steuerung, konfiguriert werden, um das erste 610 und/oder das zweite 620 bestückte Werkzeug entlang der dritten 611 bzw. vierten 621 Schiene zu bewegen, insbesondere wenn sich das Hohlelement 340 um die zweite Achse A2 dreht und/oder wenn sich das erste Element 200 um die erste Achse A1 dreht. Die Steuermittel, z.B. die Steuerung, können bestimmen, wann die Schleifmittel, z.B. das erste 610 und/oder das zweite 620 bestückte Werkzeug, betrieben werden sollen.
  • In der Schleifkonfiguration kann das erste 610 und/oder das zweite 620 bestückte Werkzeug innerhalb des ersten Innenraums 210 angeordnet und durch die Steuermittel entlang der dritten 611 und/oder der vierten 621 Schiene so positioniert werden, dass die Schleifmittel durch die Steuermittel in der Lage sind, mindestens einen Teil der Innenfläche 220 abzutragen, während sich z.B. das erste Element 200 um die erste Achse dreht und/oder das Hohlelement 340 um die zweite Achse dreht.
  • Die Steuermittel, z.B. die Steuerung, können konfiguriert werden, um den ersten Schieber 510 linear zwischen der ersten Position entlang der fünften Schiene 520 und der zweiten Position entlang der fünften Schiene 520 und/oder umgekehrt zu bewegen, wodurch die Vorrichtung 100 den Übergang vom offenen in den geschlossenen Zustand und/oder umgekehrt ermöglicht. Die Steuermittel, wie z.B. die Steuerung, können auch konfiguriert werden, um die erste und/oder zweite Winkelgeschwindigkeit zu variieren.
  • Die 2a bis 2c und 2d stellen schematisch eine zweite Ausführungsform derVorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. eines Teils der genannten Ausführungsform dar. Insbesondere umfasst die zweite Ausführungsform die Merkmale der ersten Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben und in den 1a bis 1c dargestellt.
  • Der Behälter 530 eignet sich zur Lagerung des dritten Materials z.B. in Pulver- oder Flüssigform. Insbesondere ist das dritte Material ein Material oder eine Verbindung, die für selektives Lasersintern, selektives Schmelzen, Elektronenstrahlschmelzen und/oder Stereolithographie geeignet ist. Der Behälter530 kann auch eine Schraube 535 umfassen, die in der vierten Durchgangsbohrung 534 angeordnet ist und sich entlang der ersten A1- und der zweiten A2-Achse erstreckt. Ein dritter Motor 536 ist im dritten Innenvolumen 533 angeordnet und ist funktionsfähig mit der Schraube 535 und der Steuerung verbunden (nicht dargestellt). Der dritte Motor 536 kann von der Steuerung gesteuert werden (nicht dargestellt) und ist so konfiguriert, dass sich die Schraube um die erste A1- und zweite A2-Achse dreht.
  • Die Vorrichtung 100 umfasst eine Zuführleitung 360, die im ersten Innenraum 341 angeordnet ist, sich entlang der zweiten Achse A2 erstreckt und mit dem ersten Mantel 342 verbunden ist. Die Zuführleitung 360 ist mit der vierten Durchgangsbohrung 534 des Behälters 530 und mit einer Öffnung (nicht dargestellt) des ersten Mantels 342 derart verbunden, dass mindestens eine Menge des dritten Materials durch die Zuführleitung 360 zugeführt und vom dritten Innenvolumen 533 auf die Öffnung des ersten Mantels 342 übertragen werden kann.
  • Wie in 2d am besten dargestellt, umfasst die Vorrichtung 100 einen zweiten Schieber 312, der linear beweglich mit der ersten Schiene 311 verbunden ist, so dass der zweite Schieber 312 entlang der ersten radialen Richtung R1 beweglich ist. Der erste Druckkopf 310 ist mit dem zweiten Schieber 312 verbunden und ist ein Laser, der eine Laserdüse 313 umfasst. Der erste Druckkopf 310 kann ein Druckkopf für selektives Lasersintern, selektives Laserschmelzen und/oder Stereolithographie sein. So ist beispielsweise der erste Druckkopf ein UV- oder ein tiefblauer Polymerisationslaser.
  • Die Vorrichtung 100 umfasst ferner eine erste Beschichtungseinrichtung 380, die mit dem zweiten Schieber 312 verbunden ist und dazu dient, mindestens einen Teil der Innenfläche 220, d.h. der Druckfläche, mit dem dritten Material zu beschichten. Die erste Beschichtungseinrichtung 380 ist mit dem ersten Druckkopf 310 um die zweite Achse A2 mitdrehbar.
  • Das erste Beschichtungsmittel 380 umfasst ein Dispensmittel 381 zum Dispensieren mindestens der ersten Menge des dritten Materials. Das Ausgabemittel 381 umfasst eine Anordnung 382 von Sprühdüsen, wobei die Düsen das Sprühen der ersten Menge des dritten Materials auf die Innenfläche 220 des ersten Elements 200 ermöglichen. Die Anordnung 382 der Sprühdüsen ist im Wesentlichen parallel zur zweiten Achse A2 angeordnet und weist auf die Innenfläche 220. Das Ausgabemittel 381 kann auch einen Druckerzeuger (nicht dargestellt) zum Erzeugen eines Drucks zum Ausstoßen mindestens der ersten Menge des dritten Materials aus dem Ausgabesystem und insbesondere aus den Sprühdüsen umfassen.
  • Die erste Beschichtungseinrichtung 380 umfasst ferner Übertragungsmittel in Form eines ersten Rohres 384. Das Übertragungsmittel 384 ist mit der Öffnung des ersten Mantels 342 und mit der Zuführleitung 360 derart verbunden, dass mindestens eine Menge des dritten Materials vom dritten Innenvolumen 533 auf das Ausgabemittel 381 durch die Öffnung des ersten Mantels 342 und der Zuführleitung 360 übertragen werden kann. Wenn vorhanden, kann die Schraube mit Hilfe des dritten Motors 536 in Drehung versetzt werden, um die Menge des dritten Materials durch die vierte Durchgangsbohrung 534 zu fördern und so die Menge vom dritten Innenvolumen 533 auf die Zuführleitung 360 zu übertragen.
  • Die erste Beschichtungseinrichtung 380 umfasst eine Richtvorrichtung in Form einer Walze 383, die sich entlang einer Achse erstreckt (nicht dargestellt) und um diese drehbar ist. Die Achse der Rolle ist im Wesentlichen parallel zur zweiten Achse A2. Alternativ zu dem vorstehend genannten kann das Richtmittel eine Schaufel (nicht dargestellt) sein, die sich im Wesentlichen parallel zur zweiten Achse A2 erstreckt.
  • Das Steuermittel, z.B. die Steuerung, ist funktionsfähig mit dem ersten Beschichtungsmittel 380 verbunden und konfiguriert, um das erste Beschichtungsmittel 380 zum Beschichten mindestens eines Teils der Innenfläche 220 zu betreiben. Darüber hinaus können die Steuermittel, wie z.B. die Steuerung, konfiguriert werden, um den zweiten Schieber 312 entlang der ersten Schiene 311 zu bewegen, insbesondere während sich das Hohlelement 340 um die zweite Achse dreht und/oder das erste Element 200 um die erste Achse dreht. Das Steuermittel, z.B. die Steuerung, kann bestimmen, wann das erste Beschichtungsmittel 380 betrieben werden soll, um den Abschnitt der Innenfläche 220 zu beschichten, und kann das Beschichtungsmittel 380 entsprechend betreiben.
  • In der Druckkonfiguration sind die Nivelliermittel 383, die Anordnung 382 der Sprühdüsen, der Druckkopf 310 und die Innenfläche 220 so zueinander angeordnet, dass sie zum Abscheiden, Verteilen und Sintern der ersten Menge des ersten Materials betrieben werden können, während sich das erste Element 200 und das Hohlelement 340 um die erste A1- und die zweite A2-Achse drehen. Insbesondere können die Steuermittel, wie z.B. die Steuerung, das t-Spray betätigen, um mindestens die erste Menge des dritten Materials auf die erste Stelle der Innenfläche zu sprühen. Die Steuermittel, z.B. die Steuerung, können die Nivelliermittel betätigen, um anschließend die erste Menge des dritten Materials im Wesentlichen gleichmäßig auf die Innenfläche 220 zu verteilen. Darüber hinaus können die Steuermittel, z.B. die Steuerung, den ersten Druckkopf 310 betätigen, um die erste Energiemenge auf die erste Stelle der beschichteten Innenfläche 220 zu übertragen. Auf diese Weise kann die erste Menge des dritten Materials eine Schicht des zu fertigenden Artikels an der ersten Stelle der Innenfläche 220 bilden.
  • Der zweite Druckkopf 320 kann ein Extruderzur Modellierung von Schmelzablagerungen oder ein Inkjet-3D-Druckkopf zum Aufbringen eines Bindemittels sein. Alternativ dazu kann der zweite Druckkopf 320 ein Laser sein und insbesondere die Merkmale des ersten Druckkopfes 310 umfassen, wie vorstehend beschrieben und in den 2a bis 2d offenbart. Insbesondere kann der zweite Druckkopf 320 mit einem dritten Schieber 322 verbunden sein, wobei der Schieber 322 linear beweglich mit der zweiten Schiene 321 verbunden ist. Die Vorrichtung 100 kann ferner zweite Beschichtungsmittel (nicht dargestellt) umfassen, die mit dem dritten Schieber 322 verbunden sind und die Merkmale der ersten Beschichtungsmittel 380 umfassen können, wie vorstehend beschrieben und in den 2a bis 2d offenbart.
  • In der Druckkonfiguration kann das erste Beschichtungsmittel 380 durch das Steuermittel in der Lage sein, mindestens eine zweite Stelle der Innenfläche 220 mindestens teilweise mit mindestens einer zweiten Menge des dritten Materials zu beschichten, wodurch das erste Element 200 mindestens teilweise ausgeglichen wird. Insbesondere müssen, wie vorstehend erläutert, die zweite Menge des dritten Materials und die Position der zweiten Position so sein, dass das Drehmoment des Gewichts der zweiten Menge des dritten Materials im Wesentlichen das Drehmoment des Gewichts der ersten Menge des dritten Materials ausgleicht. Auf diese Weise bildet die Innenfläche 220 insbesondere die zweite Ausgleichsfläche.
  • 3a und 3b stellen schematisch eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. einen Teil dieser Ausführungsform dar. Insbesondere umfasst die dritte Ausführungsform die Merkmale der zweiten Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben und in den 2a bis 2d dargestellt.
  • Der zweite Druckkopf 320 umfasst ein Trägerelement 325, das mit dem dritten Schieber 322 verbunden ist. Das Trägerelement 325 umfasst eine Achse 328, die sich senkrecht zur zweiten radialen Richtung R2 erstreckt. Eine Filamentspule 323 ist mit der Achse 328 verbunden und um diese drehbar. Der zweite Druckkopf 320 umfasst Zuführmittel 326 zum Fördern des um die Spule 328 gewickelten Filaments 324 zur Düse 327 und/oder zum Zurückziehen des Filaments 324 aus der Düse 327. So umfasst beispielsweise das Zuführmittel 326 ein Antriebsrad und ein Lager (nicht dargestellt), die mittels eines Motors (nicht dargestellt) in Drehung zueinander versetzt werden können. Der zweite Druckkopf 320 kann ferner Heizmittel (nicht dargestellt) zum Schmelzen mindestens eines Teils des Filaments in der Weise umfassen, dass dieser Teil aus der Düse 327 extrudiert werden kann, die insbesondere durch die Heizmittel erwärmt werden kann.
  • 4 stellt schematisch eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Insbesondere umfasst die vierte Ausführungsform die Merkmale der ersten Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben und in den 1a bis 1c dargestellt.
  • Der Behälter 530 eignet sich zur Lagerung des ersten Materials z.B. in Granulatform oder in Form von Pellets. Insbesondere das erste Material eignet sich für die Modellierung von Schmelzablagerungen. Der Behälter 530 umfasst ferner eine Schraube 535, die in der vierten Durchgangsbohrung 534 angeordnet ist und sich entlang der ersten A1- und derzweiten A2-Achse erstreckt. Der dritte Motor 536 ist im dritten Innenvolumen 533 angeordnet und ist funktionsfähig mit der Schraube 535 und der Steuerung verbunden (nicht dargestellt). Der dritte Motor 536 kann von der Steuerung gesteuert werden und ist konfiguriert, um die Schraube 535 um die erste A1- und zweite A2-Achse drehen zu lassen. Die Vorrichtung 100 kann auch eine Heizvorrichtung (nicht dargestellt) zum Erwärmen des Behälters 530 und des darin enthaltenen ersten Materials umfassen. Insbesondere ist die Heizvorrichtung funktionsfähig mit den Steuermitteln, z.B. mit der Steuerung, verbunden und kann durch die Steuermittel eine Menge an Wärmeenergie auf das erste Material übertragen, wobei die Energiemenge geeignet ist, mindestens eine Menge des ersten Materials zu schmelzen.
  • Die Vorrichtung 100 umfasst die Zuführleitung 360, die im ersten Innenraum 341 angeordnet ist, sich entlang der zweiten Achse A2 erstreckt und mit dem ersten Mantel 342 verbunden ist. Die Zuführleitung 360 ist mit der vierten Durchgangsbohrung 534 des Behälters 530 und mit einer Öffnung (nicht dargestellt) des ersten Mantels 342 so verbunden, dass mindestens eine verschmolzene Menge des ersten Materials durch die Zuführleitung 360 zugeführt und somit vom dritten Innenvolumen 533 auf die Öffnung des ersten Mantels 342 übertragen werden kann. Die Schraube 535 kann mit Hilfe des dritten Motors 536 in Drehung versetzt werden, um die verschmolzene Menge des ersten Materials zu zwingen, sich vom dritten Innenvolumen 533 zum Zuführrohr 360 durch das vierte Durchgangsloch 534 zu bewegen.
  • Der erste Druckkopf 310 ist ein Extruder für die Schmelzabscheidungsmodellierung und umfasst eine Extrusionsdüse 314, die insbesondere zum Extrudieren eines thermoplastischen Fadens, eines Metalldrahtes und/oder eines essbaren Materials wie Schokolade geeignet sein kann. In der Druckkonfiguration ist der erste Druckkopf 310 in Bezug auf die Innenfläche 220 so angeordnet, dass der erste Druckkopf 310 durch das Steuermittel in der Lage ist, mindestens die erste Menge des ersten Materials auf die erste Stelle der Druckfläche zu übertragen, während sich das erste Element 200 um die erste Achse A1 und das Hohlelement 340 um die zweite Achse A2 dreht.
  • Der erste Druckkopf 310 kann ferner erste Schließmittel (nicht dargestellt) umfassen, die einen Schließzustand und einen Ausgabezustand aufweisen. Wenn vorhanden, ermöglichen die ersten Verschlussmittel das selektive Abscheiden der ersten Menge des ersten Materials auf die Innenfläche 220, während sich das erste Element 200 und das Hohlelement 340 um die erste A1- und die zweite A2-Achse drehen. So kann beispielsweise das erste Verschlussmittel eine Anordnung sein, die mindestens ein Befestigungselement und ein Abdeckelement, z.B. eine Abdeckung, einen Deckel und dergleichen, umfasst, wobei das Befestigungselement mit der Düse verbunden, z.B. lösbar verbunden ist. Das Abdeckelement kann beweglich mit dem Befestigungselement verbunden sein, so dass das Verschlussmittel mindestens den Dispens- und Schließzustand aufweist. So kann beispielsweise das Abdeckelement über ein Scharnier mit dem Befestigungselement verbunden sein und sich um dieses drehen.
  • Die Vorrichtung 100 umfasst ferner ein zweites Rohr 361, das mit dem ersten Druckkopf 310, der Öffnung des ersten Mantels 342 und der Zuführleitung 360 derart verbunden ist, dass mindestens eine Schmelzmenge des ersten Materials vom dritten Innenvolumen 533 auf den ersten Druckkopf 310 durch das zweite Rohr 361, durch die Öffnung des ersten Mantels 342 und durch die Zuführleitung 360 übertragen werden kann.
  • In der Druckkonfiguration kann der erste Druckkopf durch das Steuermittel betreibbar sein, um mindestens die zweite Menge des ersten Materials auf mindestens eine zweite Stelle der Innenfläche 220 zu übertragen, während sich das erste Element 200 um die erste Achse A1 dreht und das Hohlelement 340 um die zweite Achse A2 dreht, wodurch das erste Element 200 zumindest teilweise ausgewuchtet wird. Insbesondere müssen, wie vorstehend erläutert, die zweite Menge des ersten Materials und die Position der zweiten Stelle so sein, dass das Drehmoment des Gewichts der zweiten Menge des ersten Materials im Wesentlichen das Drehmoment des Gewichts der ersten Menge des ersten Materials ausgleicht. Die Innenfläche 220 des ersten Elements kann somit auch die erste Ausgleichsfläche darstellen.
  • Die zweite, dritte und/oder vierte Ausführungsform der Vorrichtung 100 kann auch eine Vakuumpumpe 370 umfassen, siehe z.B. 2a bis 2c, 3a, 3c und 4. Die Vakuumpumpe 370 ist im ersten Innenraum 341 angeordnet und mit dem ersten Mantel 342 verbunden. In diesem Fall sind die Zuführleitung 360 und die Vakuumpumpe 370 mit dem ersten Mantel 342 so verbunden, dass sie zwei fluiddichte Separatoren bilden, die den ersten Innenraum 341 in einem vierten 344, einem fünften 345 und einem sechsten 346 Innenvolumen teilen, wobei mindestens ein Teil des trichterförmigen vierten Durchgangslochs 534 innerhalb des vierten Innenraums 344 angeordnet ist.
  • In diesem Fall kann der erste Mantel 342 auch mindestens eine erste 347 und eine zweite 348 Öffnung umfassen. Die erste 347 und die zweite 348 Öffnung sind auf dem ersten Mantel 342 so angeordnet, dass Luft vom ersten Innenvolumen 210 zum fünften Innenvolumen 345 und vom sechsten Innenvolumen 346 zum zweiten Innenvolumen 440 übertragen werden kann. Auf diese Weise sind das erste Innenvolumen 210 und das fünfte Innenvolumen 345 fluidisch miteinander verbunden und bilden so einen zweiten Innenraum, der das erste 210 und das fünfte 345 Innenvolumen umfasst.
  • Wenn die Vorrichtung 100 die Vakuumpumpe 370 umfasst, ist der zweite Innenraum im geschlossenen Zustand hermetisch abgeschlossen. Genauer gesagt, ist die drehbare Verbindung zwischen dem ersten Element 200 und dem Hohlelement 340 luftdicht und im geschlossenen Zustand bildet die Schürze 561 des Deckels 560 eine luftdichte Verbindung mit dem Rundfalz 251 der Rundgrenze 250.
  • Wenn vorhanden, ist die Vakuumpumpe 370 funktionsfähig mit den Steuermitteln, z.B. mit der Steuerung, verbunden und kann durch die Steuermittel, z.B. durch die Steuerung, Luft vom zweiten Innenraum zum sechsten Innenvolumen 346 und wiederum zum zweiten Innenvolumen 440 durch die zweite Öffnung 348 übertragen. Im geschlossenen Zustand ist die Vakuumpumpe 370 somit in der Lage, im ersten Innenvolumen 210 einen Unterdruck zu erzeugen.
  • Bezugszeichenliste
    • A1
    Erste Achse;
    A2
    Zweite Achse;
    A3
    Gehäuse Achse;
    R1
    Erste radiale Richtung;
    R2
    Zweite radiale Richtung;
    R3
    Dritte Richtung;
    R4
    Vierte Richtung;
    100
    Gerät;
    200
    Erstes Mitglied;
    210
    Erstes Innenvolumen;
    220
    Innenfläche;
    230
    Außenfläche;
    240
    Ringbasis;
    241
    Erste kreisförmige Öffnung;
    250
    Kreisrand;
    251
    Kreisförmiger Falz;
    270
    Erster hohler Abschnitt;
    271
    Erstes Durchgangsloch;
    300
    Zweites Element;
    310
    Erster Druckkopf;
    311
    Erste Schiene;
    312
    Zweiter Schieber;
    313
    Laserdüse;
    314
    Extrusionsdüse;
    320
    Sekunden Druckkopf;
    321
    Sekunden Schiene;
    322
    Dritter Schieber;
    340
    Hohlelement;
    341
    Erster Innenraum;
    342
    Erster Mantel;
    343
    Schließelement
    344
    Viertes Innenvolumen;
    345
    Fünftes Innenvolumen;
    346
    Sechstes Innenvolumen;
    347
    Erste Öffnung;
    348
    Sekunden-Blende;
    350
    Pin;
    360
    Förderleitung;
    361
    Zweites Rohr;
    370
    Vakuumpumpe;
    380
    Erste Beschichtungsmittel;
    381
    Ausgabemittel;
    382
    Anordnung der Sprühdüsen;
    383
    Rolle;
    384
    Erstes Rohr;
    390
    Linearbuchse;
    400
    Grundbauteil;
    410
    Erster Motor;
    420
    Zweiter Motor;
    430
    Zylindrisches Gehäuse;
    431
    Seitenwand;
    432
    Erste Basiswand;
    433
    Zweite Basiswand;
    434
    Zweite kreisförmige Öffnung;
    440
    Sekunden Innenvolumen;
    450
    Sekunden Hohlabschnitt;
    460
    Drittes Durchgangsloch;
    500
    Profil;
    510
    Erster Schieber;
    520
    Fünfte Schiene;
    530
    Behälter;
    531
    Dritter Hohlabschnitt;
    532
    Sekundenmantel;
    533
    Drittes Innenvolumen;
    534
    Viertes Durchgangsloch;
    535
    Schraube;
    536
    Dritter Motor;
    560
    Deckel;
    561
    Skirt;
    562
    Sekunden-Durchgangsloch;
    610
    Erstbestücktes Werkzeug;
    611
    Dritte Schiene;
    620
    Sekundenbestücktes Werkzeug;
    621
    Vierte Schiene;

Claims (15)

  1. Vorrichtung zur additiven Herstellung (100) eines Artikels, wobei die Vorrichtung (100) ein erstes Element (200), einen ersten Druckkopf (310) und Steuermittel umfasst, worin das erste Element (200) um eine erste Achse (A1) mit mindestens einer ersten Winkelgeschwindigkeit drehbar ist und eine Druckfläche (220) umfasst, wobei die Druckfläche der ersten Achse (A1) zugewandt ist, und wobei der erste Druckkopf (310) um eine zweite Achse (A2) mit mindestens einer zweiten Winkelgeschwindigkeit drehbar ist, wobei die zweite Winkelgeschwindigkeit von der ersten Winkelgeschwindigkeit verschieden ist, und betreibbar ist, um ein erstes Material oder eine erste Energie auf die Druckoberfläche (220) zu übertragen, und wobei das Steuermittel funktionsfähig mit dem ersten Druckkopf (310) verbunden ist und konfiguriert ist, um den ersten Druckkopf (310) zu betreiben, um das erste Material oder die erste Energie auf die Druckfläche (220) zu übertragen. dadurch gekennzeichnet, dass in einer Druckkonfiguration der erste Druckkopf (310) in Bezug auf die Druckfläche (220) so angeordnet ist, dass der erste Druckkopf (310) durch das Steuermittel in der Lage ist, mindestens eine erste Menge des ersten Materials oder der Energie auf eine erste Stelle der Druckfläche (220) zu übertragen, während sich das erste Element (200) um die erste Achse (A1) dreht und der erste Druckkopf (310) um die zweite Achse (A2) dreht.
  2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der erste Druckkopf so konfiguriert ist, dass, um die erste Menge des ersten Materials vom Druckkopf auf die erste Position der Druckfläche (220) zu übertragen, eine erste Ausstoßkraft auf die erste Menge des ersten Materials aufgebracht werden muss, und wobei die zweite Winkelgeschwindigkeit so ist, dass die auf die erste Menge des ersten Materials wirkende Zentrifugalkraft mindestens gleich der ersten Ausstoßkraft ist.
  3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Druckkopf (310) ein selektiver Abscheidungsdruckkopf, insbesondere ein elektrofotografischer Druckkopf ist.
  4. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Druckkopf (310) um eine dritte Achse zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position schwenkbar ist, und insbesondere wobei die erste Achse (A1) und die dritte Achse im Wesentlichen parallel zueinandersind.
  5. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Element (200) eine erste Ausgleichsfläche umfasst, wobei die erste Ausgleichsfläche der ersten Achse (A1) zugewandt ist, und wobei in der Druckkonfiguration der erste Druckkopf (310) in Bezug auf die erste Ausgleichsfläche so angeordnet ist, dass der erste Druckkopf (310) durch das Steuermittel in der Lage ist, mindestens eine zweite Menge des ersten Materials auf die erste Ausgleichsfläche zu übertragen, während sich das erste Element (200) um die erste Achse (A1) dreht und der erste Druckkopf (310) um die zweite Achse (A2) dreht, wodurch das erste Element zumindest teilweise ausgeglichen wird.
  6. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner mindestens einen zweiten Druckkopf (320) umfasst, wobei der zweite Druckkopf (320) um die zweite Achse (A2) mit mindestens einer dritten Winkelgeschwindigkeit drehbar ist, wobei die dritte Winkelgeschwindigkeit von der ersten Winkelgeschwindigkeit verschieden ist, und betreibbar ist, um ein zweites Material oder eine zweite Energie auf die Druckoberfläche (220) zu übertragen, und wobei das Steuermittel funktionsfähig mit dem zweiten Druckkopf (320) verbunden ist und konfiguriert ist, um den zweiten Druckkopf (320) zu betreiben, um das zweite Material oder die zweite Energie auf die Druckoberfläche (220) zu übertragen, und wobei in der Druckkonfiguration der zweite Druckkopf (320) in Bezug auf die Druckfläche (220) so angeordnet ist, dass der zweite Druckkopf (320) durch das Steuermittel in der Lage ist, mindestens eine Menge des zweiten Materials oder von Energie auf eine zweite Stelle der Druckfläche (220) zu übertragen, während sich das erste Element (200) um die erste Achse (A1) dreht und der zweite Druckkopf (320) um die zweite Achse (A2) dreht.
  7. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend Beschichtungsmittel, wobei die Beschichtungsmittel betreibbar sind, um die Druckoberfläche (220) zumindest teilweise mit einem dritten Material zu beschichten, und wobei das Steuermittel funktionsfähig mit dem Beschichtungsmittel verbunden ist und konfiguriert ist, um das Beschichtungsmittel zu betreiben, um die Druckoberfläche (220) zumindest teilweise mit dem dritten Material zu beschichten, und wobei in der Druckkonfiguration das Beschichtungsmittel in Bezug auf die Druckoberfläche (220) so angeordnet ist, dass das Beschichtungsmittel durch das Steuermittel in der Lage ist, mindestens die erste Stelle der Druckoberfläche (220) mit mindestens einer ersten Menge des dritten Materials zu beschichten.
  8. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei das erste Element (200) eine zweite Ausgleichsfläche umfasst, wobei die zweite Ausgleichsfläche der ersten Achse (A1) zugewandt ist, und wobei in der Druckkonfiguration das Beschichtungsmittel in Bezug auf die zweite Ausgleichsfläche so angeordnet ist, dass das Beschichtungsmittel durch das Steuermittel in der Lage ist, die zweite Ausgleichsfläche zumindest teilweise mit mindestens einer zweiten Menge des dritten Materials zu beschichten, wodurch das erste Element (200) zumindest teilweise ausgeglichen wird.
  9. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Beschichtungseinrichtung um eine vierte Achse mit einer vierten Winkelgeschwindigkeit drehbar ist.
  10. Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, wobei die Beschichtungseinrichtung so konfiguriert ist, dass, um die erste Menge des dritten Materials von der Beschichtungseinrichtung auf die Druckfläche zu übertragen, eine zweite Ausstoßkraft auf die erste Menge des dritten Materials aufgebracht werden muss, und wobei die vierte Winkelgeschwindigkeit so ist, dass die auf die erste Menge des dritten Materials wirkende Zentrifugalkraft mindestens gleich derzweiten Ausstoßkraft ist.
  11. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Element (200) einen Körper und einen Mantel umfasst, wobei der Mantel lösbar mit dem Körper verbunden ist und die Druckfläche (220) umfasst.
  12. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend Schleifmittel, wobei die Steuermittel funktionsfähig mit den Schleifmitteln verbunden sind und konfiguriert sind, um die Schleifmittel zu betreiben, um die Druckoberfläche (220) zumindest teilweise abzuschleifen, und wobei in einer abschleifenden Konfiguration die Schleifmittel in Bezug auf die Druckoberfläche (220) so angeordnet sind, dass die Schleifmittel durch die Steuermittel zum zumindest teilweisen Abschaben der Druckoberfläche (220) betreibbar sind, während sich das erste Element (200) um die erste Achse (A1) dreht.
  13. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Element (200) ein Innenvolumen definiert und mindestens ein Teil der ersten Achse (A1) innerhalb des Innenvolumens (210) angeordnet ist, und wobei die Druckfläche das Innenvolumen (210) mindestens teilweise definiert.
  14. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Achse (A1) und die zweite Achse (A2) im Wesentlichen parallel zueinander sind und wobei insbesondere die erste Achse (A1) und die zweite Achse (A2) im Wesentlichen übereinstimmen.
  15. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, um die erste Winkelgeschwindigkeit und/oder die zweite Winkelgeschwindigkeit zu variieren.
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