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TECHNISCHES GEBIET
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Die Offenbarung ist auf dreidimensionale (3D) Objektdrucker gerichtet, die geschmolzene Metalltropfen ausstoßen, um Objekte zu bilden, und genauer auf die Bildung einer Basisschicht eines Metallobjektes auf einer Aufbauplattform in solchen Druckern.
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HINTERGRUND
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Dreidimensionales Drucken, auch bekannt als additive Fertigung, ist ein Prozess zum Herstellen eines dreidimensionalen festen Objekts von einem digitalen Modell von nahezu beliebiger Form. Viele dreidimensionalen Drucktechnologien verwenden einen additiven Prozess, in dem eine additive Fertigungsvorrichtung aufeinander folgende Schichten des Teils auf zuvor aufgebrachten Schichten bildet. Manche dieser Technologien verwenden Ausstoßvorrichtungen, die UV-härtbare Materialien ausstoßen, wie Photopolymere oder Elastomere, während andere Technologien ein Elastomer schmelzen und das thermoplastische Material in Objektschichten extrudieren. Der Drucker betreibt üblicherweise eine oder mehrere Ausstoßvorrichtungen oder Extruder, um aufeinanderfolgende Schichten von Kunststoff- oder thermoplastischem Material zu bilden, um ein dreidimensionales gedrucktes Objekt mit einer Vielfalt von Formen und Strukturen zu konstruieren. Nachdem eine jeweilige Schicht des dreidimensionalen gedruckten Objekts gebildet ist, wird das Kunststoffmaterial UV-gehärtet und erstarrt, um die Schicht an eine darunter liegende Schicht des dreidimensionalen gedruckten Objekts zu binden. Dieses additive Fertigungsverfahren ist von herkömmlichen Objektbildungstechniken zu unterscheiden, die meist auf dem Entfernen von Material von einem Werkstück durch einen subtraktiven Prozess beruhen, wie beispielsweise Schneiden oder Bohren.
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In jüngster Zeit wurden einige 3D-Objektdrucker entwickelt, welche Tropfen geschmolzenen Metalls aus einer oder mehreren Ausstoßvorrichtungen ausstoßen, um 3D-Objekte zu bilden. Diese Drucker weisen eine Quelle von festen Material auf, wie eine Drahtrolle oder Pellets, die festes Metall in eine geheizte Aufnahme eines Behälters in dem Drucker speist, wo das feste Metall geschmolzen wird und das geschmolzene Metall die Aufnahme füllt. Die Aufnahme ist aus nicht-leitendem Material hergestellt, um welches ein elektrischer Draht gewickelt ist, um eine Spule zu bilden. Durch die Spule wird ein elektrischer Strom geleitet, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, welches bewirkt, dass sich der Meniskus des geschmolzenen Metalls an einer Düse der Aufnahme von dem geschmolzenen Metall innerhalb der Aufnahme trennt und von der Düse weggetrieben wird. Eine Aufbauplattform ist so positioniert, dass sie die ausgestoßenen geschmolzenen Metalltropfen von der Düse der Ausstoßvorrichtung aufnimmt, und diese Plattform wird von einer Steuerung, die Stellelemente betreibt, in einer X-Y-Ebene parallel zu der Ebene der Plattform bewegt. Diese ausgestoßenen Metalltropfen bilden Metallschichten eines Objekts auf der Plattform und ein anderes Stellelement wird von der Steuerung betätigt, um den Abstand zwischen der Ausstoßvorrichtung und der Plattform zu ändern, um einen geeigneten Abstand zwischen der Ausstoßvorrichtung und der zuletzt gedruckten Schicht des gebildeten Metallobjekts aufrechtzuerhalten. Diese Art von Metalltropfen ausstoßendem Drucker ist auch als magnetohydrodynamischer Drucker (MHD-Drucker) bekannt.
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Während des Druckprozesses, der mit einem MHD-Drucker durchgeführt wird, muss die erste Schicht des Objekts fest an der Oberfläche der Aufbauplattform haften. Ohne diese Haftung bleibt die Basis des Objekts nicht stabil, da die Größe des Objekts zunimmt. Die hohe Temperatur der Oberfläche der Aufbauplattform kann bewirken, dass die Oberfläche der Aufbauplattform sehr hoch oxidiert wird. Diese Oxidationsschicht kann die Haftung der Objektbasisschicht an der Aufbauplattform stören, und das Objekt kann sich während des Druckens vorzeitig von der Aufbauplattformoberfläche lösen. Zusätzlich kann die Oxidationsschicht bewirken, dass die Basisschicht des Objekts nicht gleichmäßig geformt wird, sodass die Basisschicht eine Porosität aufweist, die höher ist als die für ein stabiles Objektschichtdrucken erforderliche.
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Die Oxidation der Aufbauplattformoberfläche ist jedoch nicht das einzige Problem, das eine geeignete Haftung des Objekts an der Aufbauplattform beeinträchtigt. Eine relativ saubere Aufbauplattformoberfläche kann dazu führen, dass sich die Basisschicht des Objekts zu gut mit der Aufbauplattformoberfläche verbindet. Während die Fertigung des Objekts gut voranschreitet, da die Basis des Objekts sehr stabil ist, kann das Entfernen des Objekts am Ende des Prozesses sehr schwierig sein. In manchen Fällen ist die Anbringung des Objekts an der Aufbauplattform so fest, dass das Entfernen des Objekts eine Beschädigung des Objekts, der Aufbauplattform oder beider verursacht. In der Lage zu sein, die Basisschicht an der Aufbauplattform ausreichend anzuhaften, um diese Schicht gleichmäßig und mit der geeigneten Porosität zu bilden, ohne das Objekt so fest an der Aufbauplattform anzubringen, dass sein Entfernen zu einer Beschädigung des Objekts, der Plattform oder beides führt, wäre vorteilhaft.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein neues Verfahren zum Betreiben eines 3D-Metallobjektdruckers haftet die Basisschicht eines Metallobjekts ausreichend an die Aufbauplattform, um diese Schicht gleichmäßig und mit der geeigneten Porosität zu bilden, ohne das Objekt so fest an der Aufbauplattform anzubringen, dass sein Entfernen zu einer Beschädigung des Objekts, der Plattform oder beider führt. Das Verfahren schließt ein Positionieren einer Metallfolie zwischen einem Ausstoßvorrichtungskopf, der konfiguriert ist, um Tropfen geschmolzenen Metalls auszustoßen, und einem ebenen Element, zu dem der Ausstoßvorrichtungskopf die geschmolzenen Metalltropfen ausstößt, und Betreiben des Ausstoßvorrichtungskopfes, um geschmolzene Metalltropfen auf die Metallfolie auszustoßen, um ein Metallobjekt zu bilden, das sich an die Metallfolie bindet, ein.
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Ein neuer 3D-Metallobjektdrucker haftet die Basisschicht eines Metallobjekts ausreichend an die Aufbauplattform, um diese Schicht gleichmäßig und mit der geeigneten Porosität zu bilden, ohne dass das Objekt so fest an der Bauplattform anzubringen, dass sein Entfernen zu einer Beschädigung des Objekts, der Plattform oder beider führt. Der neue 3D-Metallobjektdrucker schließt einen Ausstoßvorrichtungskopf mit einem Behälter mit einer Aufnahme innerhalb des Behältern ein, der konfiguriert ist, um geschmolzenes Metall zu halten, ein ebenes Element und eine Metallfolie, die zwischen dem Ausstoßvorrichtungskopf und dem ebenen Element positioniert ist, ein, um die geschmolzenen Metalltropfen, die aus dem Ausstoßvorrichtungskopf ausgestoßen werden, aufzunehmen.
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Figurenliste
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Die vorstehenden Gesichtspunkte und andere Merkmale eines Verfahrens zum Betreiben eines 3D-Metallobjektdruckers, der die Basisschicht eines Metallobjekts ausreichend an der Aufbauplattform anhaftet, um diese Schicht gleichmäßig und mit der geeigneten Porosität zu bilden, ohne das Objekt so fest an der Aufbauplattform anzubringen, dass sein Entfernen zu einer Beschädigung des Objekts, der Plattform oder beider führt, und ein 3D-Metallobjektdrucker, der das Verfahren implementiert, werden in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erläutert.
- 1 stellt einen neuen 3D-Metallobjektdrucker dar, der die Basisschicht eines Metallobjekts an einer Metallfolienschicht auf einer Aufbauplattform anhaftet, um die Basisschicht gleichmäßig und mit der geeigneten Porosität zu bilden, ohne das Objekt so fest an der Aufbauplattform anzubringen, dass sein Entfernen zu einer Beschädigung des Objekts, der Plattform oder beider führt.
- 2 ist ein schematisches Diagramm eines Folienhaltevakuumsystems, das verwendet wird, um eine Basisschicht für ein Metallobjekt bereitzustellen, das auf der Aufbauplattform in 1 gebildet werden soll.
- 3A stellt ein Objekt dar, das auf der in 2 gezeigten Folie gebildet ist, nachdem die Folie von der Aufbauplattform entfernt wurde, und 3B stellt das Entfernen des Objekts von der Folie dar.
- 4 ist ein Flussdiagramm für einen Prozess, der die Basisschicht eines Metallobjekts an einer Metallfolienschicht auf einer Aufbauplattform ausreichend befestigt, um die Basisschicht gleichmäßig und mit der geeigneten Porosität zu bilden, ohne das Objekt so fest an der Aufbauplattform anzubringen, dass sein Entfernen zu einer Beschädigung des Objekts, der Plattform oder beider führt.
- 5 ist ein schematisches Diagramm eines 3D-Metalldruckers nach dem Stand der Technik, der keine Folienschicht und kein Vakuumsystem zum Befestigen der Basisschicht eines Metallobjekts einschließt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Für ein allgemeines Verständnis der Umgebung für den 3D-Metallobjektdrucker und dessen Betrieb, wie hierin offenbart, sowie der Details für den Drucker und dessen Betrieb wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
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5 veranschaulicht eine Ausführungsform eines vorbekannten Druckers für 3D-Metallobjekte 100, der Tropfen eines geschmolzenen Metalls ausstößt, um ein Metallobjekt direkt auf einer Aufbauplattform zu bilden. In dem Drucker der 5 werden Tropfen geschmolzenen Vollmetalls aus einer Aufnahme eines entfernbaren Behälters 104, der eine einzelne Düse 108 aufweist, ausgestoßen, und Tropfen aus der Düse bilden eine Basisschicht eines Objekts mit Streifen, die direkt an einer Aufbauplattform 112 angebracht werden. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „entfernbarer Behälter“ einen hohlen Behälter mit einer Aufnahme, die dafür konfiguriert ist, eine flüssige oder feste Substanz zu halten, und der Behälter ist als Ganzes für eine Installation und Entfernung in einem 3D-Metallobjektdrucker konfiguriert. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Behälter“ einen hohlen Behälter mit einer Aufnahme, die konfiguriert ist, um eine flüssige oder feste Substanz zu fassen, der für eine Installation und Entfernung von einem Drucker für 3D-Metallobjekte konfiguriert sein kann. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Vollmetall“ leitfähiges Metall, das in aggregierter Form verfügbar ist, wie Draht einer gewöhnlich verfügbaren Größe, Pellets in Makrogrößen und Metallpulver.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 5 wird eine Quelle von Vollmetall 116, wie Metalldraht 120, in eine Drahtführung 124, die sich durch das obere Gehäuse 122 in dem Ausstoßvorrichtungskopf 140 erstreckt, zugeführt und in der Aufnahme des entfernbaren Behälters 104 geschmolzen, um geschmolzenes Metall zum Ausstoßen aus der Düse 108 durch eine Öffnung 110 in einer Grundplatte 114 des Ausstoßvorrichtungskopfs 140 bereitzustellen. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Düse“ eine Öffnung, die mit einem Volumen innerhalb einer Aufnahme eines Behälters, der geschmolzenes Metall enthält, das zum Ausstoßen von geschmolzenen Metalltropfen aus der Aufnahme innerhalb des Behälters konfiguriert ist, fluidisch verbunden ist. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Ausstoßkopf“ das Gehäuse und die Komponenten eines 3D-Metallobjektdruckers, welche geschmolzene Metalltropfen zur Herstellung von Metallobjekten schmelzen, ausstoßen und deren Ausstoß regeln. Ein Sensor für den Spiegel geschmolzenem Metalls 184 schließt einen Laser und einen reflektierenden Sensor ein. Die Reflexion des Lasers von dem Spiegel des geschmolzenen Metalls wird durch den reflektierenden Sensor erfasst, welcher ein Signal erzeugt, das den Abstand zu dem Spiegel des geschmolzenen Metalls anzeigt. Die Steuerung empfängt dieses Signal und bestimmt den Füllstand des geschmolzenen Metalls in dem entfernbaren Behälter 104, sodass es in der Aufnahme des entfernbaren Behälters auf dem geeigneten Spiegel 118 gehalten werden kann. Der entfernbare Behälter 104 gleitet in die Heizung 160, sodass der Innendurchmesser der Heizung mit dem entfernbaren Behälter in Kontakt kommt und festes Metall innerhalb der Aufnahme des entfernbaren Behälters auf eine Temperatur erwärmt werden kann, die ausreicht, um das feste Metall zu schmelzen. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „festes Metall“ ein Metall, wie es durch das Periodensystem der Elemente oder Legierungen definiert ist, die mit diesen Metallen in fester statt in flüssiger oder gasförmiger Form gebildet werden. Die Heizung ist vom entfernbaren Behälter getrennt, um ein Volumen zwischen der Heizung und dem entfernbaren Behälter 104 zu bilden. Eine Inertgaszuführung 128 stellt dem Ausstoßkopf durch ein Gaszuführungsrohr 132 eine druckgeregelte Quelle eines Inertgases wie Argon bereit. Das Gas strömt durch das Volumen zwischen der Heizung und dem entfernbaren Behälter und tritt um die Düse 108 und die Öffnung 110 in der Grundplatte 114 herum aus dem Ausstoßkopf aus. Dieser Inertgasstrom in der Nähe der Düse isoliert die ausgestoßenen Tropfen geschmolzenen Metalls von der Umgebungsluft an der Grundplatte 114, um während des Flugs der ausgestoßenen Tropfen die Bildung von Metalloxid zu verhindern. Ein Spalt zwischen der Düse und der Oberfläche, auf der ein ausgestoßener Metalltropfen landet, wird absichtlich klein genug gehalten, sodass das um die Düse austretende Inertgas nicht dissipiert, bevor der Tropfen innerhalb dieses Inertgasstroms landet.
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Der Ausstoßvorrichtungskopf 140 ist für eine Bewegung des Ausstoßvorrichtungskopfes in Bezug auf die Plattform 112 innerhalb Bahnen der Z-Achse bewegbar montiert. Ein oder mehrere Stellelemente 144 sind operativ mit dem Ausstoßkopf 140 verbunden, um den Ausstoßkopf entlang einer Z-Achse zu bewegen, und sind operativ mit der Plattform 112 verbunden, um die Plattform in einer X-Y-Ebene unterhalb des Ausstoßkopfs 140 zu bewegen. Die Stellelemente 144 werden von einer Steuerung 148 betätigt, um zwischen der Öffnung 110 in der Grundplatte 114 des Ausstoßvorrichtungskopfes 140 und einer Oberfläche eines Objekts auf der Plattform 112 einen geeigneten Abstand zu bewahren.
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Durch das Bewegen der Plattform 112 in der X-Y-Ebene, wenn Tropfen geschmolzenen Metalls in Richtung der Plattform 112 ausgestoßen werden, wird um ein Streifen geschmolzener Metalltropfen auf dem zu bildenden Objekt gebildet. Die Steuerung 148 betätigt auch Stellelemente 144, um den Abstand zwischen dem Ausstoßvorrichtungskopf 140 und der zuletzt gebildeten Schicht auf dem Substrat einzustellen, um die Bildung anderer Strukturen auf dem Objekt zu ermöglichen. Obwohl der Drucker für geschmolzene 3D-Metallobjekte 100 in 5 als in vertikaler Ausrichtung betrieben dargestellt ist, können andere alternative Ausrichtungen eingesetzt werden. Außerdem sind, obwohl die in 5 gezeigte Ausführungsform eine Plattform aufweist, die sich in einer X-Y-Ebene bewegt, und sich der Ausstoßvorrichtungskopf entlang der Z-Achse bewegt, andere Anordnungen möglich. Zum Beispiel können die Stellelemente 144 so konfiguriert sein, dass sie den Ausstoßkopf 140 in der X-Y-Ebene und entlang der Z-Achse bewegen, oder sie können so konfiguriert sein, dass sie die Plattform 112 sowohl in der X-Y-Ebene als auch in der Z-Achse bewegen.
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Eine Steuerung 148 betätigt die Schalter 152. Ein Schalter 152 kann selektiv von der Steuerung so betätigt werden, dass der Heizung 160 elektrischer Strom von der Quelle 156 bereitgestellt wird, während ein anderer Schalter 152 von der Steuerung selektiv so betätigt werden kann, dass der Spule 164 elektrischer Strom von einer anderen elektrischen Quelle 156 bereitgestellt wird, um das elektrische Feld zu erzeugen, durch welches ein Tropfen aus der Düse 108 ausgestoßen wird. Da die Heizung 160 viel Wärme bei hohen Temperaturen erzeugt, ist die Spule 164 innerhalb einer Kammer 168 positioniert, die durch eine (kreisförmige) oder mehrere Wände (geradlinige Formen) des Ausstoßkopfs 140 gebildet wird. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Kammer“ ein Volumen, das in einer oder mehreren Wänden innerhalb eines Metalltropfenausstoßdruckers enthalten ist und in dem sich eine Heizung, eine Spule und ein entfernbarer Behälter eines Druckers für 3D-Metallobjekte befinden. Der entfernbare Behälter 104 und die Heizung 160 befinden sich innerhalb einer solchen Kammer. Die Kammer steht durch eine Pumpe 176 mit einer Fluidquelle 172 in Fluidverbindung und außerdem mit einem Wärmetauscher 180 in Fluidverbindung. Wie in diesem Dokument verwendet, bezieht sich der Begriff „Fluidquelle“ auf einen Behälter einer Flüssigkeit mit Eigenschaften, die zum Absorbieren von Wärme nützlich sind. Der Wärmetauscher 180 ist durch eine Rückführung mit der Fluidquelle 172 verbunden. Fluid aus der Quelle 172 strömt durch die Kammer, um Wärme von der Spule 164 zu absorbieren, und das Fluid trägt die absorbierte Wärme durch den Tauscher 180, wo die Wärme durch bekannte Verfahren entzogen wird. Das gekühlte Fluid wird zur weiteren Verwendung beim Halten der Temperatur der Spule in einem geeigneten Betriebsbereich zu der Fluidquelle 172 zurückgeführt.
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Die Steuerung 148 des 3D-Metallobjektdruckers 100 benötigt Daten aus externen Quellen, um den Drucker für die Herstellung von Metallobjekten zu steuern. Im Allgemeinen wird ein dreidimensionales Modell oder ein anderes digitales Datenmodell des zu bildenden Objekts in einem Speicher gespeichert, der operativ mit der Steuerung 148 verbunden ist. Die Steuerung kann über einen Server oder dergleichen, eine entfernte Datenbank, in der das digitale Datenmodell gespeichert ist, oder ein computerlesbares Medium, in dem das digitale Datenmodell gespeichert ist, selektiv auf das digitale Datenmodell zugreifen. Dieses dreidimensionale Modell oder ein anderes digitales Datenmodell wird von einem Slicer verarbeitet, der mit der Steuerung realisiert wird, um maschinenfertige Anweisungen zur Ausführung durch die Steuerung 148 in bekannter Weise zu erzeugen, um die Komponenten des Druckers 100 zu betreiben und das dem Modell entsprechende Metallobjekt zu bilden. Die Erzeugung der maschinenfähigen Anweisungen kann die Produktion von Zwischenmodellen einschließen, wie wenn ein CAD-Modell der Vorrichtung in ein STL-Datenmodell, ein polygonales Netz oder eine andere Zwischendarstellung umgewandelt wird, die wiederum verarbeitet werden kann, um Maschinenanweisungen, wie g-Code, zur Herstellung des Objekts durch den Drucker zu erzeugen. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „maschinenfertige Anweisungen“ Computersprachbefehle, die von einem Computer, einem Mikroprozessor oder einer Steuerung ausgeführt werden, um Komponenten eines additiven 3D-Metallobjekt-Fertigungssystems zu betreiben, um Metallobjekte auf der Plattform 112 zu bilden. Die Steuerung 148 führt die maschinenfertigen Anweisungen zum Steuern des Ausstoßes der geschmolzenen Metalltropfen aus der Düse 108, der Positionierung der Plattform 112 sowie eines Bewahrens des Abstands zwischen der Öffnung 110 und einer Oberfläche des Objekts auf der Plattform 112 aus.
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Unter Verwendung gleicher Bezugszahlen für gleiche Komponenten und Entfernen mancher der Komponenten, die nicht verwendet werden, um das Objekt während der Bildung ohne zu starres Anbringen des Objekts an der Plattform 112 zu stabilisieren, ist in 1 ein neuer 3D-Metallobjektdrucker 100' gezeigt. Der Drucker 100' schließt ein Blatt aus Metallfolie 190 und ein Vakuumsystem 200 ein, das unter Bezugnahme auf 2 detaillierter beschrieben wird, sowie eine Steuerung 148', die mit programmierten Anweisungen konfiguriert ist, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, der mit der Steuerung verbunden ist, so dass, wenn die Steuerung 148' die programmierten Anweisungen ausführt, sie das Vakuumsystem wie nachstehend beschrieben betreibt, um ein stabiles Fundament für ein Metallobjekt zu bilden, das von dem System erzeugt wird, ohne das Objekt zu stark an der Aufbauplattform 112 anzubringen.
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Das Vakuumsystem 200 ist in 2 detaillierter gezeigt. Das Vakuumsystem 200 schließt ein Vakuum 204 ein, das fluidisch mit dem wärmeisolierten Reservoir 220 und den Löchern 216 in der Niederhalterplatte 208 verbunden ist, um die Metallfolie 190 an einer Niederhalterplatte 208 zu befestigen. Eine Heizung 212 ist zwischen der Niederhalterplatte 208 und der Aufbauplattform 112 angeordnet, um die Niederhalterplatte 208 und die Folie 190 bei einer Temperatur zu halten, die für die Bildung von Metallobjekten förderlich ist. Die Steuerung 148' ist mit der Heizung 212 wirkverbunden, um die Heizung selektiv zu betreiben und die Niederhalterplattentemperatur in einem Bereich von etwa 400 °C bis etwa 600 °C aufrechtzuerhalten. In manchen Ausführungsformen ist die Heizung eine elektrische Widerstandsheizung, obwohl andere Implementierungen einer Heizung verwendet werden können. Die Niederhalterplatte 208 ist mit einem hoch wärmeleitfähigen Material wie Messing hergestellt. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Messing“ eine Metalllegierung, die im Wesentlichen aus Kupfer und Zink zusammengesetzt ist. In manchen Ausführungsformen ist die Oberfläche des Messingniederhalterplatte vernickelt. Das Reservoir 220 und die Kanäle, welche die Löcher 216 in der Niederhalterplatte 208 und dem Vakuumreservoir 220 verbinden, sind aus hochtemperaturbeständigen Materialien hergestellt, um den Temperaturen in der Umgebung des Druckers 100' standzuhalten. Die Metallfolie ist aus demselben Metall hergestellt wie das von dem Ausstoßvorrichtungskopf 140 ausgestoßene Metall, um das Metallobjekt zu bilden. In diesen Ausführungsformen, in denen der Ausstoßvorrichtungskopf geschmolzene Aluminiumtropfen ausstößt, um Aluminiumobjekte zu bilden, weist die Aluminiumfolie eine Dicke im Bereich von etwa 0,5 mil bis etwa 3 mil auf, obwohl andere Dicken verwendet werden können, vorausgesetzt, dass sie den Vakuumzug auf dem Blatt nicht stören. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Metallfolie“ ein flexibles Metallflächenelement. Das Vakuum ist konfiguriert, um ein Vakuum von etwa 10" bis etwa 30" Hg zu ziehen.
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3A zeigt ein Metallobjekt 304, das auf einem Metallfolienblatt 190 gebildet wurde, das von dem Vakuumsystem 200 an Ort und Stelle gehalten wurde. Das Objekt 304 und die Folie 190 wurden aus dem Drucker 100' entfernt, nachdem das Vakuumsystem 200 deaktiviert wurde. Der Abschnitt des Metallfolienblatts direkt unterhalb des Objekts 304 ist die Basisschicht des Objekts geworden. Unter Verwendung eines Messers oder eines anderen Trennwerkzeugs wird der Abschnitt der Folie 190, der nicht Teil der Objektbasisschicht war, von dem Objekt entfernt, wie in 3B gezeigt. Somit wurde das Objekt 304 aus dem Drucker 100' entfernt, ohne das Objekt 304, die Niederhalterplatte 208, die Widerstandsheizung 212 oder die Aufbauplattform 112 zu beschädigen.
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Die Steuerung 148' kann mit einem oder mehreren allgemeinen oder spezialisierten programmierbaren Prozessoren realisiert werden, welche programmierte Befehle ausführen. Die Befehle und Daten, die zur Durchführung der programmierten Funktionen erforderlich sind, können in einem Speicher, der mit den Prozessoren oder Steuerungen verbunden ist, gespeichert sein. Die Prozessoren, ihre Speicher und Schnittstellenschaltung konfigurieren die Steuerungen zur Durchführung der vorhergehenden und unten beschriebenen Vorgänge. Diese Komponenten können auf einer gedruckten Leiterplatte bereitgestellt werden oder als eine Schaltung in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) bereitgestellt werden. Jede der Schaltungen kann mit einem separaten Prozessor implementiert sein, oder mehrere Schaltungen können auf demselben Prozessor implementiert sein. Alternativ dazu können die Schaltungen mit diskreten Komponenten oder Schaltungen implementiert sein, die in Schaltungen mit sehr großem Integrationsgrad (VLSI-Schaltungen) bereitgestellt werden. Außerdem können die hierin beschriebenen Schaltungen mit einer Kombination von Prozessoren, ASIC, diskreten Komponenten oder VLSI-Schaltungen implementiert sein. Während der Bildung von Metallobjekten werden Bilddaten für eine herzustellende Struktur an den Prozessor oder die Prozessoren für die Steuerung 148' von entweder einem Abtastsystem oder einer Online- oder Arbeitsplatzrechner-Verbindung zur Verarbeitung und Erzeugung der Signale gesendet, welche die Komponenten des Druckers 100' betreiben, um ein Objekt auf der Plattform 112 zu bilden.
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Ein Prozess zum Betreiben des 3D-Metallobjektdruckers 100' zum Bilden eines Metallobjekts auf der Oberfläche eines durch das Vakuumsystem 200 gehaltenen Metallfolienblatts ist in 4 gezeigt. In der Beschreibung des Prozesses beziehen sich Aussagen, dass der Prozess eine Aufgabe oder Funktion ausführt, auf eine Steuerung oder einen Universalprozessor, der programmierte Anweisungen ausführt, die auf nichtflüchtigen, computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind, die betriebsfähig mit der Steuerung oder dem Prozessor verbunden sind, um Daten zu manipulieren oder eine oder mehrere Komponenten im Drucker zu betreiben, um die Aufgabe oder Funktion auszuführen. Die oben erwähnte Steuerung 148' kann eine solche Steuerung oder ein solcher Prozessor sein. Alternativ kann die Steuerung mit mehr als einem Prozessor und den zugehörigen Schaltungen und Komponenten implementiert werden, von denen jede konfiguriert ist, um eine oder mehrere der hierin beschriebenen Aufgaben oder Funktionen zu bilden. Zusätzlich können die Schritte des Verfahrens in einer beliebigen möglichen chronologischen Reihenfolge durchgeführt werden, unabhängig von der Reihenfolge, die in den Figuren gezeigt ist, oder der Reihenfolge, in der das Verarbeiten beschrieben ist.
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4 ist ein Flussdiagramm für einen Prozess 400, der das Vakuumsystem 200 betreibt, um ein Blatt einer Metallfolie 190 während der Bildung eines Metallobjekts mit dem Drucker 100' zu halten. Die Steuerung 148' ist konfiguriert, um programmierte Anweisungen auszuführen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, der operativ mit der Steuerung verbunden ist, um ein Blatt einer Metallfolie während der Bildung eines Metallobjekts durch den Drucker zu halten. Nachdem der Drucker initialisiert wurde (Block 404), wird ein Blatt einer Metallfolie auf der Niederhalterplatte platziert, und das Vakuumsystem wird aktiviert (Block 408). Der Drucker wird dann in bekannter Weise betrieben, um das Metallobjekt zu bilden (Block 412). Sobald die Herstellung des Objekts abgeschlossen ist, wird das Vakuumsystem deaktiviert, und das Objekt mit dem Metallfolienblatt wird aus dem Drucker entfernt (Block 416). Die nicht angebrachte Metallfolie wird dann von dem Objekt abgeschnitten (Block 420).
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Es versteht sich, dass Varianten des oben Offenbarten und andere Merkmale und Funktionen oder Alternativen davon nach Wunsch zu vielen anderen unterschiedlichen Systemen, Anwendungen oder Verfahren kombiniert werden können. Verschiedene derzeit unvorhergesehene und unerwartete Alternativen, Modifikationen, Variationen und Verbesserungen können nachträglich von Fachleuten vorgenommen werden, die auch durch die folgenden Ansprüche eingeschlossen sein sollen.
