DE102022118748A1

DE102022118748A1 - Metalltropfenausstossdrucker für dreidimensionale (3d) objekte und betriebsverfahren zum herstellen von metallträgerstrukturen

Info

Publication number: DE102022118748A1
Application number: DE102022118748.9A
Authority: DE
Inventors: Seemit Praharaj; Douglas K. Herrmann; Thomas J. Wyble; Jason M. LeFevre; Chu-heng Liu; Paul J. McConville
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2021-08-03
Filing date: 2022-07-26
Publication date: 2023-02-09
Also published as: US11878349B2; US20230037539A1; JP2023022818A; CN115703154A

Abstract

Eine dreidimensionale (3D) Metallobjektherstellungseinrichtung ist mit zwei Mechanismen zum Bewegen von festem Metall ausgestattet, die unabhängig betrieben werden, um zwei verschiedene Metalle in die Aufnahme eines Behälters in einer Ausstoßeinrichtung für geschmolzene Metalltropfen zu bewegen. Der Ausstoßer wird betrieben, um Objektmerkmale mit geschmolzenen Metalltropfen eines der beiden unterschiedlichen Metalle zu bilden und um Trägermerkmale mit geschmolzenen Metalltropfen des anderen der beiden unterschiedlichen Metalle zu bilden. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Metalle unterscheiden sich ausreichend, sodass sich die Trägermerkmale leicht von den Objektmerkmalen trennen, nachdem die Objekt- und Trägermerkmale abkühlen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Drucker für dreidimensionale (3D) Objekte, die geschmolzene Metalltropfen ausstoßen, um Objekte zu bilden, und genauer die Herstellung von Metallträgerstrukturen, die zum Bilden von Objekten mit solchen Druckern verwendet werden.
HINTERGRUND
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. Bei einigen dieser Technologien werden Ausstoßeinheiten verwendet, welche UV-härtbare Materialien ausstoßen, wie Photopolymere oder Elastomere. Der Drucker betreibt üblicherweise einen oder mehrere Extruder, um aufeinanderfolgende Schichten des Kunststoffmaterials 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.
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 feste Metallquelle auf, wie eine Drahtrolle oder Pellets, die einer geheizten Aufnahme eines Behälters in dem Drucker zugeführt wird, 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 der Düse der Ausstoßeinheit gegenüberliegende Plattform wird durch eine Steuerung, die Stellelemente betreibt, in einer X-Y-Ebene parallel zur Ebene der Plattform derart bewegt, dass die ausgestoßenen Metalltropfen Metallschichten eines Objekts auf der Plattform bilden, und ein anderes Stellelement wird von der Steuerung derart betrieben, dass die Position der Ausstoßeinheit oder der Plattform in der vertikalen oder Z-Richtung geändert wird, um einen konstanten Abstand zwischen der Ausstoßeinheit und einer obersten Schicht des gebildeten Metallobjekts zu bewahren. Diese Art von Metalltropfen ausstoßendem Drucker ist auch als magnetohydrodynamischer Drucker (MHD-Drucker) bekannt.
In den 3D-Objekt-Drucksystemen, die Elastomermaterialien verwenden, werden temporäre Trägerstrukturen durch Verwenden eines zusätzlichen Ausstoßers gebildet, um Tropfen eines anderen Materials auszustoßen, um Träger für Überhang- und andere Objektmerkmale zu bilden, die sich während der Bildung des Objekts vom Objekt weg erstrecken. Da diese Trägerstrukturen aus Materialien hergestellt sind, die sich von den Materialien unterscheiden, die das Objekt bilden, haften sie nicht gut am Objekt oder werden nicht gut damit verbunden. Folglich können sie leicht vom Objektmerkmal, das sie während der Objektherstellung getragen haben, getrennt werden und nach Abschluss der Objektbildung vom Objekt entfernt werden. Dies ist bei Metalltropfenausstoßsystemen nicht der Fall. Wenn das geschmolzene Metall im Drucker verwendet wird, um Trägerstrukturen zu bilden, wobei das Metall ausgestoßen wird, um das Objekt zu bilden, wird die Struktur fest mit den Merkmalen des Objekts verbunden, die während der Verfestigung getragen werden müssen. Folglich ist ein erhebliches Maß an maschineller Bearbeitung und Polieren erforderlich, um die Träger vom Objekt zu entfernen. Bei dieser Verarbeitung nach der Herstellung können Beschädigungen des Objekts auftreten. Das Koordinieren eines anderen Metalltropfenausstoßdruckers mit einem anderen Metall ist schwierig, weil die thermischen Bedingungen für das andere Metall die Herstellungsumgebung des Objektbildungssystems beeinflussen können. Zum Beispiel kann ein Trägerstrukturmetall mit einer höheren Schmelztemperatur das Metall, das das Objekt bildet, schwächen oder weich machen, oder kann eine Trägermetallstruktur mit einer niedrigeren Schmelztemperatur schwächer werden, wenn das Objektmerkmal die Struktur berührt. Es wäre nützlich, dazu in der Lage zu sein, Trägerstrukturen zu bilden, die es Metalltropfenausstoßdruckern ermöglichen, Überhänge und andere sich erstreckende Merkmale zu bilden.
KURZDARSTELLUNG
Ein neues Verfahren zum Betreiben eines Druckers für 3D-Metallobjekte bildet Trägerstrukturen, die nicht fest an Objektmerkmalen haften, die durch die Strukturen getragen werden, ohne die Umgebung des Druckers für 3D-Metallobjekte negativ zu beeinflussen. Das Verfahren schließt das Betreiben eines ersten Zuführmechanismus für festes Metall, um ein erstes festes Metall in eine Aufnahme eines Behälters in einem Ausstoßer zum Schmelzen zu bewegen, und Betreiben eines zweiten Zufuhrmechanismus für festes Metall, um ein zweites festes Metall, das sich vom ersten festen Metall unterscheidet, in die Aufnahme des Behälters im Ausstoßer zum Schmelzen zu bewegen, ein.
Ein neuer Drucker für 3D-Metallobjekte bildet Trägerstrukturen, die nicht fest an Objektmerkmalen haften, die durch die Strukturen getragen werden, ohne die Umgebung des Druckers für 3D-Metallobjekte negativ zu beeinflussen. Der neue Drucker für 3D-Metallobjekte schließt einen Ausstoßer mit einem Behälter mit einer Aufnahme innerhalb des Behälters, eine Heizung, die konfiguriert ist, um den Behälter auf eine Temperatur zu erwärmen, die ausreicht, um festes Metall innerhalb der Aufnahme des Behälters zu schmelzen, einen ersten Zufuhrmechanismus für festes Metall, der konfiguriert ist, um ein erstes festes Metall in die Aufnahme des Behälters im Ausstoßer zum Schmelzen zu bewegen, und einen zweiten Zufuhrmechanismus für festes Metall, der konfiguriert ist, um ein zweites festes Metall, das sich vom ersten festen Metall unterscheidet, in die Aufnahme des Behälters im Ausstoßer zum Schmelzen zu bewegen, ein.
Figurenliste
Die vorstehenden Gesichtspunkte und andere Merkmale eines Verfahrens für Formen Trägerstrukturen, die nicht fest an Objektmerkmalen haften, die durch die Strukturen getragen werden, ohne die Umgebung des Druckers für 3D-Metallobjekte negativ zu beeinflussen, und ein Drucker für 3D-Metallobjekte, der das Verfahren implementiert, werden in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert.

1 stellt einen neuen Drucker für 3D-Metallobjekte dar, der Trägerstrukturen bildet, die nicht fest an Objektmerkmalen haften, die durch die Strukturen getragen werden, ohne die Umgebung des Druckers für 3D-Metallobjekte negativ zu beeinflussen.
2 ist ein schematisches Diagramm eines Drahtzuführmechanismus, der verwendet wird, um der Drahtführung 124 in 1 Draht bereitzustellen, und der einen Draht misst, der aus der Aufnahme des Behälters des Druckers in 1 zurückgezogen wird.
3A ist eine Veranschaulichung der Bildung einer Metallträgerstruktur, die verwendet wird, um eine Metallüberhangstruktur im Objekt zu bilden, und 3B zeigt die Schrumpfung der Metallträgerstruktur von der Metallüberhangstruktur während des Abkühlens der Objekt- und Trägerstruktur.
3C zeigt die Bildung einer Trägerstruktur mit einer segmentierten Grenze, um das Entfernen der Trägerstruktur nach Abschluss des Objektherstellungsprozesses zu erleichtern.
4A ist ein Flussdiagramm für einen Prozess, der Trägerstrukturen bildet, die nicht fest an Objektmerkmalen haften, die von den Strukturen getragen werden, ohne die Umgebung des Druckers für 3D-Metallobjekte negativ zu beeinflussen.
4B ist ein Flussdiagramm für einen Prozess, der Trägerstrukturen mit einer segmentierten Grenze bildet, sodass sie nicht fest an Objektmerkmalen haftet, die von den Trägerstrukturen getragen werden.
5 ist ein schematisches Diagramm eines 3D-Metalldruckers nach dem Stand der Technik, der keine Komponenten zum Bilden von Trägerstrukturen, die mit einer anderen Metalllegierung hergestellt sind, einschließt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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.
5 veranschaulicht eine Ausführungsform eines vorbekannten Druckers für 3D-Metallobjekte 100, der Tropfen eines einzelnen geschmolzenen Metalls ausstößt, um ein Objekt zu bilden, ohne Trägerstrukturen zu verwenden. Im Drucker von 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 Streifen für Schichten eines Objekts auf einer Plattform 112. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „entfembarer 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 oder Pellets in Makrogrößen.
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 oberen 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.
Der Ausstoßkopf 140 ist für eine vertikale Bewegung des Ausstoßkopfs in Bezug auf die Plattform 112 innerhalb Bahnen der Z-Achse bewegbar gelagert. 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 Ausstoßkopfs 140 und einer obersten Oberfläche eines Objekts auf der Plattform 112 einen geeigneten Abstand zu bewahren.
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 vertikalen Abstand zwischen dem Ausstoßkopf 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.
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.
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 des Bewahrens des Abstands zwischen der Öffnung 110 und der obersten Schicht des Objekts auf der Plattform 112 aus.
Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Komponenten wird in 1 ein neuer Drucker für 3D-Metallobjekte 100' gezeigt. Die Steuerung 148' wurde mit programmierten Anweisungen konfiguriert, die in einem nichttransitorischen Medium gespeichert sind, das operativ mit der Steuerung verbunden ist, und die, wenn sie von der Steuerung ausgeführt werden, die Steuerung veranlassen, Schichten von Metallträgerstrukturen in den Modelldaten zu detektieren und maschinenfähige Anweisungen zu erzeugen, die ein oder mehrere der Stellelemente 144 betreiben, um eine Trägermetalllegierung aus der Zuführung 116B in den entfernbaren Behälter 104 zuzuführen, um die Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls im Behälter zu ändern, sodass nachfolgende Metalltropfenausstöße von der Düse 108 eine Metallträgerstruktur bilden. Nachdem die Gesamtheit oder ein Abschnitt der Metallträgerstruktur gebildet ist, detektiert die Steuerung 148' anschließend maschinenfähige Anweisungen zum Bilden von Objektschichten und betreibt ein oder mehrere der Stellelemente 144, um eine Herstellungsmetalllegierung aus der Zuführung 116A zu dem entfernbaren Behälter 104 zuzuführen, um die Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls im Behälter zu ändern, sodass nachfolgende Metalltropfenausstöße aus der Düse 108 eine Objektstruktur bilden. Diese Änderung zwischen Objektstrukturbildung und Trägerstrukturbildung wird fortgesetzt, bis das Objekt abgeschlossen ist. Danach können die Metallträgerstrukturen, die mit der unterschiedlichen Metalllegierung gebildet sind, ohne maschinelle Bearbeitung vom Objekt getrennt werden.
Genauer schließt der Drucker 100' zwei Metallzuführungen 116A und 166B ein, die wie dargestellt Drahtspulen sind, obwohl die Zuführungen Volumina von Metallpulver oder Metallpellets sein können. Der Draht aus den beiden Zuführungen 116A und 116B werden unabhängig und jeweils an zwei Drahtzufuhrmechanismen 200A und 200B bereitgestellt, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden. Diese Mechanismen sind mit einem oder mehreren Stellelementen verbunden, um eine Antriebskraft für die Rollen in den Mechanismen bereitzustellen, um Draht durch die Drahtführungen 118A bzw. 118B zu schieben. Beide dieser Drahtführungen leiten Draht in eine gemeinsame Drahtführung 122, die den Draht zum Schmelzen in den Behälter 104 zuführt.
Ein Mechanismus 200A zum Zuführen von Draht aus der Drahtzuführung 116A durch die Drahtführung 118A zu dem Behälter 104 ist in 2 gezeigt. Der Mechanismus 200A ist eine Ausführungsform, die für den Mechanismus 200A und 200B verwendet wird, um Draht in den Behälter abzugeben. Die Steuerung 148' ist operativ mit einem Stellelement, wie einem Schrittmotor 240, verbunden, um die Rate zu steuern, mit der der Draht von der Zuführung 116A zu dem Behälter 104 geliefert wird. Das Stellelement 240 treibt die Rolle 224 an und ist operativ mit der Steuerung 148' verbunden, sodass die Steuerung die Geschwindigkeit regulieren kann, mit welcher das Stellelement die Rolle 224 antreibt. Eine andere Rolle, die der Rolle 224 gegenüberliegt, ist frei laufend, sodass sie der Drehrate folgt, bei der die Rolle 224 angetrieben wird.
Eine Rutschkupplung 244 ist operativ mit der Antriebswelle des Stellelements 240 verbunden, die dem Behälter Draht zuführt. Wie in diesem Dokument verwendet, bezieht sich der Begriff „Rutschkupplung“ auf eine Vorrichtung, die eine Reibungskraft auf ein Objekt aufbringt, um das Objekt bis zu einem vorbestimmten Sollwert zu bewegen. Wenn der Bereich um den vorbestimmten Sollwert für die Reibungskraft überschritten wird, rutscht die Vorrichtung, sodass sie die Reibungskraft nicht mehr auf das Objekt aufbringt. Die Rutschkupplung ermöglicht es, dass die auf den Draht 120 durch die Rolle 224 ausgeübte Kraft innerhalb der Grenzen der Festigkeit des Drahts bleibt, ganz gleich wie oft, wie schnell oder wie lang das Stellelement 240 angetrieben wird. Diese konstante Kraft kann gehalten werden, indem entweder das Stellelement 240 mit einer Geschwindigkeit angetrieben wird, die höher ist als die schnellste erwartete Drehgeschwindigkeit der Antriebsrolle 224, oder indem ein Geberrad 248 auf die Rolle 224 gesetzt wird und die Drehrate mit einem Sensor 252 erfasst wird. Das von dem Sensor 252 erzeugte Signal gibt die Winkeldrehung der Rolle 224 an, und die Steuerung 148' verwendet dieses Signal und den Radius der Rolle 224, um die Länge des Drahts zu identifizieren, der von der Drahtzuführung 116A in den Behälter 104 zugeführt wird. Das heißt, dass die Mechanismen 200A und 200B als eine Art Drahtauslenkungssensor arbeiten. Alternativ kann die Freilaufrolle, die der angetriebenen Rolle 224 gegenüberliegt, einen daran montierten Geber 248 aufweisen, um ein Signal zu erzeugen, das ihre Winkelposition anzeigt, sodass die Länge des durch den Mechanismus zugeführten Metalldrahts bestimmt werden kann. In einer weiteren alternativen Ausgestaltung wird die Rutschkupplung 244 weggelassen und die Anzahl der Motorbewegungsschritte, die der Schrittmotor 240 zum Zuführen eines Drahtsegments in die Aufnahme durchführt, wird erfasst und verwendet, um die Länge des linearen Drahtwegs zu bestimmen.
Die in den Behälter 104 zugeführte Drahtlänge wird verwendet, um das Volumen geschmolzenen Metalls zu bestimmen, das dem Behälter 104 hinzugefügt wird. Wenn eine Metallträgerstrukturschicht gebildet werden soll, betreibt die Steuerung 148' ein Stellelement 144 in dem Mechanismus 200B, um eine Drahtlänge in den Behälter 104 zuzuführen, der ausreicht, um das Volumen geschmolzenen Metalls im Behälter, überwiegend die Legierung, für das Bilden von Metallträgerstrukturen nützlich zu machen. Wenn die Steuerung 148' detektiert, dass ein Abschnitt einer Objektschicht gebildet werden soll, betreibt die Steuerung ein Stellelement 144 in dem Mechanismus 200A, um eine Drahtlänge in den Behälter 104 zuzuführen, der ausreicht, um das Volumen geschmolzenen Metalls im Behälter, überwiegend die Legierung, für das Bilden von Metallobjektstrukturen nützlich zu machen.
Das Trägerstrukturmetall der Zuführung 116B ist speziell ausgewählt, sodass es einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der nicht mit dem Herstellungsmetall der Zuführung 116A übereinstimmt. Die Nichtübereinstimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten ermöglicht, dass sich die Trägerstrukturen mit einer anderen Rate als die Objektstrukturen zusammenziehen, wenn die Objekt- und Trägerstrukturen nach Abschluss der Objektherstellung abgekühlt werden. Je nach Integrität der Trägerstruktur bricht sie entweder zusammen oder trennt sich von den Objektstrukturen, sodass die Trägerstrukturen leicht vom Objekt entfernt werden, um das endgültige Teil herzustellen.
In einer Ausführungsform beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient für die gemeinsamen Aluminiumlegierungen, die für Objektstrukturen verwendet werden, wie Al 6061, Al 356, Al 7075 und Al 4043, - 13X10^-6/°C. Das Metall/die Legierung für die Metallträgerstrukturen weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der nicht mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des für Objektstrukturen verwendeten Metalls im Temperaturbereich vom höchsten Schmelzpunkt der beiden Metalle bis Raumtemperatur übereinstimmt. Das Trägerstrukturmetall ist auch mit dem Objektstrukturmetall kompatibel, indem es sich im geschmolzenen Objektstrukturmetall innerhalb des Behälters auflöst. Diese Kriterien identifizieren die folgenden Metalle als geeignete Trägerstrukturmaterialien zur Verwendung mit dem zuvor erwähnten Aluminiumobjektstrukturmaterial: andere Aluminiumlegierungen, Magnesium, Zink und Legierungen aus Magnesium und Zink. Für Metallobjektstrukturen, die mit Al-7075 hergestellt sind, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von α = -12,9×10^-6/℃ aufweist, ist ein nützliches Metallträgerstrukturmetall A1-4032, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von α = -1×10^-5/℃ aufweist, oder A1-520, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von α = ~14×10^-6/°C aufweist.
In einer Ausführungsform, wenn ein Übergang von einem Metall zum anderen Metall hergestellt werden soll, betreibt die Steuerung ein Stellelement, um den Ausstoßer vom Objekt weg zu bewegen und dann den Ausstoßer zu betreiben, um eine Menge des aktuell verwendeten Materials auszustoßen, die ungefähr das Eineinhalbfache des Volumens der Düse ist, um sicherzustellen, dass die nächsten ausgestoßenen Metalltropfen überwiegend das Metallobjektmetall oder das Metallträgermetall sind. Damit die Menge an geschmolzenem Metall im Behälter dem Volumen der Düse entspricht, wird der Füllstand des geschmolzenen Metalls im Behälter unter Verwendung des zuvor erwähnten Laserspiegelsensors auf einem niedrigen Spiegel gehalten, der dem Volumen der Düse nahekommt.
Ein Beispiel für die verschachtelte Verwendung der beiden Materialien ist in 3A gezeigt. In der Veranschaulichung ganz links wird ein U-förmiger Abschnitt 304 des Objekts unter Verwendung des Metalls aus der Objektherstellungsmaterialspule 116A gebildet. Nachdem das geschmolzene Metall, das für die Bildung des Abschnitts 304 verwendet wird, aus dem Behälter ausgestoßen wird, wird eine Menge an Trägerstrukturmaterial, das der Trägerstruktur 308 entspricht, in den Behälter zugeführt und geschmolzen, sodass der Ausstoßer betrieben werden kann, um die Trägerstruktur in der U-förmigen Aussparung des Abschnitts 304 zu bilden. Nachdem das restliche Trägermaterial aus der Düse des Ausstoßers ausgestoßen wird, wird der Objektüberhang 312 über der Trägerstruktur 308 gebildet. Wie in der Veranschaulichung ganz rechts von 3A gezeigt, wird die Trägerstruktur entfernt, sodass das Objekt eine Öffnung aufweist, an der die Trägerstruktur gebildet wurde.
3B zeigt den Objektabschnitt 304 und den Überhang 312 mit der Trägerstruktur 308. Wenn die Objektherstellung abgeschlossen ist, wird das Verbundobjekt abgekühlt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials, das zum Bilden der Trägerstruktur 308 verwendet wird, ermöglicht es, dass es mehr als der Objektabschnitt und der Überhang schrumpfen kann. Somit trennt sich die Trägerstruktur vom Objektabschnitt und vom Überhang, sodass sie entfernt werden kann, um die Öffnung zu bilden, wie in der Veranschaulichung ganz rechts von 3B gezeigt.
3C zeigt eine zusätzliche Technik zum Erleichtern des Entfernens der Trägerstruktur. Neben dem Bilden der Trägerstruktur mit Material mit dem unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist die Trägerstruktur 308' auch mit Vorsprüngen 316 gebildet, um eine segmentierte Grenze 320 zwischen dem Körper der Trägerstruktur 308' und dem Objektabschnitt 304 und dem Überhang 312 zu bilden. Diese segmentierte Grenze 320 zwischen der Trägerstruktur 308' und dem Objektabschnitt 304 und dem Überhang 312 haftet nicht so fest am Objekt und am Überhang wie die feste Grenze, die in 3A und 3B gezeigt ist. Somit kann die Trägerstruktur 308' nach dem Abkühlen des Verbundobjekts leichter vom Objekt entfernt werden als die in 3A und 3B gezeigten Trägerstrukturen. In einer anderen Ausführungsform ist die Trägerstruktur 308' mit dem gleichen Material gebildet, das verwendet wird, um den Objektabschnitt 304 und den Überhang 312 zu bilden. Dennoch erleichtert die segmentierte Grenze 320 die Trennung der Trägerstruktur 308' von dem Objektabschnitt 304 und dem Überhang 312, obwohl sie aus dem gleichen Material hergestellt sind.
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.
Ein Prozess zum Betreiben des Druckers für 3D-Metallobjekte 100' zum Bilden von Metallträgerstrukturen mit einem geschmolzenen Metall, das sich von dem geschmolzenen Metall unterscheidet, das zum Bilden von Objektstrukturen verwendet wird, ist in 4A 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 nicht-flüchtigen, 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.
4A ist ein Flussdiagramm für einen Prozess 400, der den Drucker 100' betreibt, um Trägerstrukturen mit geschmolzenem Metall zu bilden, das sich von dem geschmolzenen Metall unterscheidet, das zum Bilden von Abschnitten eines Metallobjekts verwendet wird. Der Prozess beginnt mit der Bildung einer Objektschicht mit einem ersten geschmolzenen Metall (Block 404). Nach Abschluss jeder Objektschicht bestimmt der Prozess, ob die nächste zu bildende Schicht eine Trägerschicht ist (Block 408). Wenn die nächste Schicht keine Trägerschicht ist, fährt der Prozess mit dem Bilden von Objektschichten mit dem ersten Metall fort (Block 404). Wenn die nächste Schicht eine Trägerschicht ist, bewegt der Prozess den Ausstoßer an eine Position, in der das geschmolzene Metall im Behälter ausgestoßen werden kann, und der Ausstoßer wird betrieben, um das geschmolzene erste Metall aus dem Ausstoßer auszustoßen (Block 412). Eine geeignete Menge des zweiten Metalls zum Bilden der Strukturschichten wird in den Behälter zugeführt, geschmolzen, und der Ausstoßer wird zur Herstellung einer Schicht einer Trägerstruktur mit dem geschmolzenen zweiten Metall in den Objektbildungsbereich zurückgeführt (Block 416). Eine Trägerstrukturschicht wird gebildet (Block 420), und der Prozess bestimmt, ob die nächste zu bildende Schicht eine Objektschicht ist (Block 424). Wenn die nächste Schicht eine Trägerschicht ist, fährt der Prozess mit dem Bilden von Trägerschichten mit dem zweiten Metall fort (Block 420). Wenn die nächste Schicht eine Objektschicht ist, bewegt der Prozess den Ausstoßer an eine Position, in der das geschmolzene zweite Metall im Behälter ausgestoßen werden kann, und der Ausstoßer wird betrieben, um das geschmolzene zweite Metall aus dem Ausstoßer auszustoßen (Block 428). Eine geeignete Menge des ersten Metalls wird in den Behälter zugeführt, geschmolzen, und der Ausstoßer wird in den Objektbildungsbereich zurückgeführt (Block 432). Eine Objektschicht wird gebildet (Block 404), und der Prozess fährt fort, bis alle Objektschichten und Trägerschichten gebildet wurden.
4B ist ein Flussdiagramm für einen Prozess 400', der den Drucker 100' betreibt, um Trägerstrukturen mit einer segmentierten Grenze zu bilden, um Abschnitte eines Metallobjekts zu bilden. Unter Verwendung ähnlicher Referenznummern, die eine ähnliche Verarbeitung beschreiben, beginnt der Prozess mit der Bildung einer Objektschicht mit einem ersten geschmolzenen Metall (Block 404). Nach Abschluss jeder Objektschicht bestimmt der Prozess, ob die nächste zu bildende Schicht eine Trägerschicht ist (Block 408). Wenn die nächste Schicht keine Trägerschicht ist, fährt der Prozess mit dem Bilden von Objektschichten mit dem ersten Metall fort (Block 404). Wenn die nächste Schicht eine Trägerschicht ist, bildet der Prozess die Trägerstruktur mit einer segmentierten Grenze (Block 420'), bis der Prozess bestimmt, dass die nächste zu bildende Schicht eine Objektschicht ist (Block 424). Wenn die nächste Schicht eine Trägerschicht ist, fährt der Prozess mit dem Bilden der Trägerstruktur mit der segmentierten Grenze fort (Block 420'). Wenn die nächste Schicht eine Objektschicht ist, fährt der Prozess mit dem Bilden von Objektschichten fort (Block 404), bis eine andere Trägerschicht gebildet werden soll (Block 408). Dieser Prozess fährt fort, bis alle Objektschichten und Trägerschichten gebildet wurden.
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.

Claims

Metalltropfen-Ausstoßeinrichtung, umfassend: einen Ausstoßer, der einen Behälter mit einer Aufnahme innerhalb des Behälters aufweist; eine Heizung, die konfiguriert ist, um den Behälter auf eine Temperatur zu erwärmen, die ausreicht, um festes Metall innerhalb der Aufnahme des Behälters zu schmelzen; einen ersten Zufuhrmechanismus für festes Metall, der konfiguriert ist, um ein erstes festes Metall in die Aufnahme des Behälters im Ausstoßer zum Schmelzen zu bewegen; und einen zweiten Zufuhrmechanismus für festes Metall, der konfiguriert ist, um ein zweites festes Metall, das sich vom ersten festen Metall unterscheidet, in die Aufnahme des Behälters im Ausstoßer zum Schmelzen zu bewegen.
Metalltropfen-Ausstoßeinrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Steuerung, die operativ mit dem Ausstoßer, der Heizung, dem ersten Zufuhrmechanismus für festes Metall und dem zweiten Zufuhrmechanismus für festes Metall verbunden ist, wobei die Steuerung konfiguriert ist zum: Betreiben des ersten Zufuhrmechanismus für festes Metall zum Zuführen des ersten festen Metalls in die Aufnahme des Behälters; Betreiben der Heizung, um das erste feste Metall im Behälter zu schmelzen; Betreiben des Ausstoßers, um geschmolzene Tropfen des ersten festen Metalls auszustoßen, um Schichten eines Objekts zu bilden; Betreiben des zweiten Zufuhrmechanismus für festes Metall zum Zuführen des zweiten festen Metalls in die Aufnahme des Behälters; Betreiben der Heizung, um das zweite feste Metall im Behälter zu schmelzen; Betreiben des Ausstoßers, um geschmolzene Tropfen des zweiten festen Metalls auszustoßen, um Schichten einer Trägerstruktur zu bilden.
Metalltropfen-Ausstoßeinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: Betreiben des Ausstoßers, um Schichten der Trägerstruktur mit einer segmentierten Grenze zu bilden.
Metalltropfen-Ausstoßeinrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend: ein erstes Stellelement, das konfiguriert ist, um den ersten Zufuhrmechanismus für festes Metall zu betreiben, um das erste feste Metall in die Aufnahme des Behälters im Ausstoßer zu bewegen; ein zweites Stellelement, das konfiguriert ist, um den zweiten Zufuhrmechanismus für festes Metall zu betreiben, um das zweite feste Metall in die Aufnahme des Behälters im Ausstoßer zu bewegen; und wobei die Steuerung operativ mit dem ersten Stellelement und dem zweiten Stellelement verbunden ist, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: unabhängigen Betreiben des ersten Stellelements und des zweiten Stellelements, um entweder das erste feste Metall oder das zweite feste Metall in die Aufnahme des Behälters im Ausstoßer zu bewegen.
Metalltropfen-Ausstoßeinrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend: eine erste Rolle, die operativ mit dem ersten Stellelement verbunden ist; und eine zweite Rolle, die positioniert ist, um einen Rollenspalt mit der ersten Rolle zu bilden; und wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: Betreiben des ersten Stellelements, um einen Draht des ersten festen Metalls in die Aufnahme des Behälters im Ausstoßer zu bewegen.
Metalltropfen-Ausstoßeinrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend: eine dritte Rolle, die operativ mit dem zweiten Stellelement verbunden ist; und eine vierte Rolle, die positioniert ist, um einen Rollenspalt mit der dritten Rolle zu bilden; und wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: Betreiben des zweiten Stellelements, um einen Draht des zweiten festen Metalls in die Aufnahme des Behälters im Ausstoßer zu bewegen.
Metalltropfen-Ausstoßeinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, um eine Länge des in die Aufnahme bewegten ersten festen Metalldrahts zu identifizieren.
Metalltropfen-Ausstoßeinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um eine Länge des in die Aufnahme bewegten zweiten festen Metalldrahts zu identifizieren.
Metalltropfen-Ausstoßeinrichtung nach Anspruch 8, ferner umfassend: ein erster Codierer ist konfiguriert, um ein Signal zu erzeugen, das eine Rate einer Winkelbewegung der ersten Rolle angibt; ein zweiter Codierer ist konfiguriert, um ein Signal zu erzeugen, das eine Rate einer Winkelbewegung der dritten Rolle angibt; und die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: Identifizieren der Länge des in die Aufnahme bewegten ersten festen Metalldrahts unter Verwendung des Signals, das von dem ersten Codierer erzeugt wird, und eines Durchmessers der ersten Rolle; und Identifizieren der Länge des in die Aufnahme bewegten zweiten festen Metalldrahts unter Verwendung des Signals, das von dem zweiten Codierer erzeugt wird, und eines Durchmessers der dritten Rolle.
Metalltropfen-Ausstoßeinrichtung nach Anspruch 8, wobei das erste Stellelement ein erster Schrittmotor ist und das zweite Stellelement ein zweiter Schrittmotor ist und die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: Identifizieren der Länge des in die Aufnahme bewegten ersten festen Metalldrahts unter Verwendung einer Anzahl von Motordrehungen, die von dem ersten Schrittmotor durchgeführt werden, um ein Segment des ersten festen Metalldrahts in die Aufnahme zuzuführen; und Identifizieren der Länge des in die Aufnahme bewegten zweiten festen Metalldrahts unter Verwendung einer Anzahl von Motordrehungen, die von dem zweiten Schrittmotor durchgeführt werden, um ein Segment des zweiten festen Metalldrahts in die Aufnahme zuzuführen.
Metalltropfen-Ausstoßeinrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: Betreiben eines dritten Stellelements, das operativ mit dem Ausstoßer verbunden ist, um den Ausstoßer zu einem Bereich zu bewegen; und Betreiben des Ausstoßers, um geschmolzenes erstes Metall aus dem Ausstoßer auszustoßen, bevor das zweite Stellelemente betrieben wird, um einen zweiten festen Metalldraht in die Aufnahme zum Schmelzen zu bewegen.
Metalltropfen-Ausstoßeinrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste feste Metalldraht einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von einem Wärmeausdehnungskoeffizienten des zweiten festen Metalldrahts unterscheidet.
Verfahren zum Betreiben einer Metalltropfen-Ausstoßvorrichtung, umfassend: Betreiben eines ersten Zufuhrmechanismus für festes Metall, um ein erstes festes Metall in eine Aufnahme eines Behälters in einem Ausstoßer zum Schmelzen zu bewegen; und Betreiben eines zweiten Zufuhrmechanismus für festes Metall, um ein zweites festes Metall, das sich vom ersten festen Metall unterscheidet, in die Aufnahme des Behälters im Ausstoßer zum Schmelzen zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: Betreiben des Ausstoßers, um geschmolzene Tropfen des ersten festen Metalls auszustoßen, um Schichten eines Objekts zu bilden; und Betreiben des Ausstoßers, um geschmolzene Tropfen des zweiten festen Metalls auszustoßen, um Schichten einer Trägerstruktur zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: Betreiben des Ausstoßers, um Schichten der Trägerstruktur mit einer segmentierten Grenze zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: Betreiben eines ersten Stellelements des ersten Zufuhrmechanismus für festes Metall, um das erste feste Metall in die Aufnahme zu bewegen; und Betreiben eines zweiten Stellelements des zweiten Zufuhrmechanismus für festes Metall, um das zweite feste Metall unabhängig von einer Bewegung des ersten festen Metalls in die Aufnahme des Behälters im Ausstoßer zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend: Betreiben des ersten Stellelements, um eine erste Rolle zu drehen, die mit einer zweiten Rolle in Eingriff steht, um einen Rollenspalt zu bilden, um einen Draht des ersten festen Metalls in die Aufnahme des Behälters im Ausstoßer zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend: Betreiben des zweiten Stellelements, um eine dritte Rolle zu drehen, die mit einer vierten Rolle in Eingriff steht, um einen Rollenspalt zu bilden, um einen Draht des zweiten festen Metalls in die Aufnahme des Behälters im Ausstoßer zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend: Identifizieren einer Länge des in die Aufnahme bewegten ersten festen Metalldrahts.
Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend: Identifizieren einer Länge des in die Aufnahme bewegten zweiten festen Metalldrahts.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend: Erzeugen, mit einem ersten Codierer, eines Signals, das eine Rate einer Winkelbewegung der ersten Rolle angibt; Erzeugen, mit einem zweiten Codierer, eines Signals, das eine Rate einer Winkelbewegung der dritten Rolle angibt; Identifizieren der Länge des in die Aufnahme bewegten ersten festen Metalldrahts unter Verwendung des Signals, das von dem ersten Codierer erzeugt wird, und eines Durchmessers der ersten Rolle; und Identifizieren der Länge des in die Aufnahme bewegten zweiten festen Metalldrahts unter Verwendung des Signals, das von dem zweiten Codierer erzeugt wird, und eines Durchmessers der dritten Rolle.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend: Verwenden eines ersten Schrittmotors für das erste Stellelement; Verwenden eines zweiten Schrittmotors für das zweite Stellelement; und Identifizieren der Länge des in die Aufnahme bewegten ersten festen Metalldrahts durch Verwenden einer Anzahl von Motordrehungen, die von dem ersten Schrittmotor durchgeführt werden, um ein Segment des ersten festen Metalldrahts in die Aufnahme zuzuführen; und Identifizieren der Länge des in die Aufnahme bewegten zweiten festen Metalldrahts durch Verwenden einer Anzahl von Motordrehungen, die von dem zweiten Schrittmotor durchgeführt werden, um ein Segment des zweiten festen Metalldrahts in die Aufnahme zuzuführen.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend: Betreiben eines dritten Stellelements, das operativ mit dem Ausstoßer verbunden ist, um den Ausstoßer zu einem Bereich zu bewegen; und Betreiben des Ausstoßers, um geschmolzenes erstes Metall aus dem Ausstoßer auszustoßen, bevor das zweite Stellelement betrieben wird, um einen zweiten festen Metalldraht in die Aufnahme zum Schmelzen zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der erste feste Metalldraht einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von einem Wärmeausdehnungskoeffizienten des zweiten festen Metalldrahts unterscheidet.