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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung ist auf Drucker für dreidimensionale (3D) Objekte gerichtet, die geschmolzene Metalltropfen ausstoßen, um Objekte zu bilden, und genauer auf die Bildung von Metallträgerstrukturen mit dem ausgestoßenen Metall, das zum Bilden von Objekten in solchen Druckern verwendet wird.
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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 Ausstoßer, die UV-härtbare Materialien, wie Photopolymere oder Elastomere, ausstoßen, während andere Kunststoffmaterialien schmelzen, um thermoplastisches Material herzustellen, das extrudiert wird, um aufeinanderfolgende Schichten aus thermoplastischem Material zu bilden. Diese Technologien werden verwendet, um dreidimensionale Objekte mit einer Vielfalt von Formen und Merkmalen aufzubauen. 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 Schneiden oder Bohren.
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In jüngster Zeit wurden manche 3D-Objektdrucker entwickelt, die Tropfen geschmolzenen Metalls aus einem oder mehreren Ausstoßern ausstoßen, um 3D-Metallobjekte zu bilden. Diese Drucker weisen eine Quelle von festem Material, wie eine Drahtrolle, Pellets in Makrogrößen oder Metallpulver, auf, und das feste Metall wird in eine geheizte Aufnahme eines Behälters in dem Drucker gespeist, wo das feste Metall geschmolzen wird und das geschmolzene Metall die Aufnahme füllt. Die Aufnahme ist aus nicht-leitfähigem 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, das bewirkt, dass sich ein Tropfen des geschmolzenen Metalls an der Düse der Aufnahme von dem geschmolzenen Metall innerhalb der Aufnahme trennt und von der Düse weggetrieben wird. Eine Plattform ist konfiguriert, um sich durch eine Steuerung, die Stellelemente betätigt, in einer X-Y-Ebene parallel zu der Ebene der Plattform zu bewegen, sodass geschmolzene Metalltropfen, die aus der Düse ausgestoßen werden, Metallschichten eines Objekts auf der Plattform bilden. Die Steuerung betätigt ein anderes Stellelement, um die Position des Ausstoßers oder der Plattform zu ändern, um einen konstanten Abstand zwischen dem Ausstoßer und einer vorhandenen Schicht des gebildeten Metallobjekts beizubehalten. Diese Art von Metalltropfen ausstoßendem Drucker ist auch als magnetohydrodynamischer Drucker (MHD-Drucker) bekannt.
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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 von dem Objekt weg erstrecken. Da diese Trägerstrukturen aus Materialien hergestellt sind, die sich von den Materialien unterscheiden, die das Objekt bilden, können sie derart ausgelegt sein, dass sie nicht gut an dem Objekt haften oder nicht gut damit verbunden werden. Folglich können sie leicht von dem Objektmerkmal, das sie während der Objektfertigung getragen haben, getrennt werden und nach Abschließen der Objektbildung von dem Objekt entfernt werden. Dies ist bei Metalltropfen ausstoßenden Systemen nicht der Fall. Wenn das geschmolzene Metall, das verwendet wird, um Objekte mit dem Drucker zu bilden, auch verwendet wird, um Trägerstrukturen zu bilden, wird die Trägerstruktur fest mit den Merkmalen des Objekts verbunden, die während des Verfestigens getragen werden müssen. Folglich ist ein erhebliches Maß an maschineller Bearbeitung und Polieren erforderlich, um die Träger von dem Objekt zu entfernen. Das Koordinieren eines anderen Metalltropfen ausstoßenden Druckers, der ein anderes Metall verwendet, ist schwierig, weil die thermischen Bedingungen für die verschiedenen Metalle die Aufbauumgebungen der zwei Drucker 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, das das Objekt schwächer werden, wenn das Objektmerkmal, das mit dem bei einer höheren Temperatur geschmolzenen Metall hergestellt wird, die Struktur berührt. Es wäre nützlich, dazu in der Lage zu sein, Trägerstrukturen zu bilden, die es Metalltropfen ausstoßenden Druckern ermöglichen, Überhänge und andere sich erstreckende Merkmale zu bilden.
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KURZDARSTELLUNG
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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 ein Betätigen, mit einer Steuerung, von mindestens einem Stellelement, um eine gerichtete Energiequelle über ein teilweise gebildetes gehärtetes Metallobjekt auf einem planaren Element zu bewegen, und ein Betreiben, mit der Steuerung, der gerichteten Energiequelle, um eine erste Oxidationsschicht auf der Oberfläche des gehärteten Metallobjekts zu bilden, ein.
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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 Ausstoßerkopf mit einem Behälter mit einer Aufnahme innerhalb des Behälters, die konfiguriert ist, um ein Volumen geschmolzenen Metalls aufzunehmen, ein planares Element, das positioniert ist, um geschmolzene Metalltropfen, die aus dem Ausstoßerkopf ausgestoßen werden, aufzunehmen, eine gerichtete Energiequelle, die konfiguriert ist, um einen Energiestrahl in Richtung des planaren Elements zu richten, mindestens ein Stellelement, das mit der gerichteten Energiequelle und dem planaren Element wirkverbunden ist, und eine Steuerung, die mit dem mindestens einen Stellelement und der gerichteten Energiequelle wirkverbunden ist, ein, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um die gerichtete Energiequelle zu betreiben, um den Energiestrahl auf gehärtetes Metall zu richten, um eine erste Oxidationsschicht auf dem gehärteten Metall zu bilden.
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Figurenliste
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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 veranschaulicht die Verwendung des in 1 gezeigten Druckers für 3D-Metallobjekte zum Bilden von Trägerstrukturen, die nicht fest an Objektmerkmalen haften.
- 3 ist ein Flussdiagramm für einen Prozess, 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.
- 4 ist ein Blockdiagramm eines 3D-Metalldruckers nach dem Stand der Technik, der keine Komponenten zum Bilden von Trägerstrukturen einschließt, die mit dem gleichen Metall, das zum Bilden des Objekts verwendet wird, hergestellt sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Für ein allgemeines Verständnis der Umgebung für den Drucker für 3D-Metallobjekte 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 Bezugsziffern gleiche Elemente.
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4 veranschaulicht eine Ausführungsform eines vorbekannten Druckers für 3D-Metallobjekte 100, der keine Trägerstrukturen mit dem gleichen geschmolzenen Metall bilden kann, das verwendet wird, um ein Metallobjekt zu bilden, ohne dass die Trägerstrukturen zu fest an den Objektmerkmalen haften. In dem Drucker von 4 werden Tropfen geschmolzenen Vollmetalls aus einer Aufnahme eines entfernbaren Behälters 104, der eine einzelne Düse 108 aufweist, ausgestoßen, um Schichten des gefertigten Objekts auf einer Aufbauplattform 112 zu bilden. 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 Drucker für 3D-Metallobjekte 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, Metallpellets in Makrogrößen und Metallpulver.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 4 wird eine Quelle von Vollmetall 116, wie Metalldraht 120, in eine Drahtführung 124, die sich durch das obere Gehäuse 122 in dem Ausstoßerkopf 140 erstreckt, gespeist und in der Aufnahme des entfernbaren Behälters 104 geschmolzen, um geschmolzenes Metall zum Ausstoß aus der Düse 108 durch eine Öffnung 110 in einer Grundplatte 114 des Ausstoßerkopfs 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 für die Austreibung von geschmolzenen Metalltropfen aus der Aufnahme innerhalb des Behälters konfiguriert ist, fluidisch verbunden ist. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Ausstoßerkopf“ das Gehäuse und die Komponenten eines Druckers für 3D-Metallobjekte, 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 Volumens geschmolzenen Metalls in dem entfernbaren Behälter 104, sodass es in der Aufnahme des entfernbaren Behälters auf einem 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 erwärmen 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 von dem entfernbaren Behälter getrennt, um ein Volumen zwischen der Heizung und dem entfernbaren Behälter 104 zu bilden. Eine Inertgaszuführung 128 stellt dem Ausstoßerkopf 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 Ausstoßerkopf 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 Ausstoßerkopf 140 ist für eine Bewegung des Ausstoßerkopfes in Bezug auf die Plattform 112 innerhalb Bahnen der Z-Achse bewegbar montiert. Ein oder mehrere Stellelemente 144 sind mit dem Ausstoßerkopf 140 wirkverbunden, um den Ausstoßerkopf entlang einer Z-Achse zu bewegen, und sind mit der Plattform 112 wirkverbunden, um die Plattform in einer X-Y-Ebene unterhalb des Ausstoßerkopfs 140 zu bewegen. Die Stellelemente 144 werden von einer Steuerung 148 betätigt, um zwischen der Öffnung 110 in der Grundplatte 114 des Ausstoßerkopfes 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 ein Streifen geschmolzener Metalltropfen auf dem zu bildenden Objekt gebildet. Die Steuerung 148 betätigt auch Stellelemente 144, um den Abstand zwischen dem Ausstoßerkopf 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 4 als in vertikaler Ausrichtung betrieben dargestellt ist, können andere alternative Ausrichtungen eingesetzt werden. Außerdem sind, obwohl die in 4 gezeigte Ausführungsform eine Plattform aufweist, die sich in einer X-Y-Ebene bewegt, und sich der Ausstoßerkopf entlang der Z-Achse bewegt, andere Anordnungen möglich. Zum Beispiel können die Stellelemente 144 so konfiguriert sein, dass sie den Ausstoßerkopf 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 selektiv 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 Ausstoßerkopfs 140 gebildet wird. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Kammer“ ein Volumen, das innerhalb einer oder mehreren Wänden innerhalb eines Metalltropfen ausstoßenden Druckers enthalten ist, 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 ist durch eine Pumpe 176 mit einer Fluidquelle 172 fluidisch verbunden und außerdem mit einem Wärmetauscher 180 fluidisch verbunden. 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 Druckers für 3D-Metallobjekte 100 benötigt Daten aus externen Quellen, um den Drucker für die Fertigung von Metallobjekten zu steuern. Im Allgemeinen wird ein dreidimensionales Modell oder ein anderes digitales Datenmodell des zu bildenden Objekts in einem Speicher gespeichert, der mit der Steuerung 148 wirkverbunden 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 andere digitale Datenmodell wird durch einen Slicer verarbeitet, der mit einer Steuerung implementiert ist, um maschinenfertige Anweisungen zur Ausführung durch die Steuerung 148 auf eine bekannte Weise zu erzeugen, um die Komponenten des Druckers 100 zu betreiben und das dem Modell entsprechende Metallobjekt zu bilden. Die Erzeugung der maschinenfertigen 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, dem Positionieren 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 Bezugszeichen für gleiche Komponenten und Entfernen mancher der Komponenten, die nicht verwendet werden, um Metallträgerstrukturen zu bilden, die während der Bildung nicht zu fest an dem Objekt haften, ist in 1 ein neuer Drucker für 3D-Metallobjekte 100' gezeigt. Der Drucker 100' schließt eine gerichtete Energiequelle 188 ein, die durch die Steuerung 148' betrieben wird, die mit programmierten Anweisungen konfiguriert ist, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, der mit der Steuerung verbunden ist, sodass, wenn die Steuerung 148' die programmierten Anweisungen ausführt, sie die gerichtete Energiequelle betreibt und Stellelemente, die die gerichtete Energiequelle bewegen, betätigt, wie nachstehend beschrieben, um Metallträgerstrukturschnittstellen zu bilden, wobei das gleiche geschmolzene Metall verwendet wird, um das Metallobjekt zu bilden, ohne die Trägerstrukturen zu stark an den getragenen Objektmerkmalen zu befestigen. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „gerichtete Energiequelle“ einen Generator eines fokussierten Strahls von Licht, atomaren Teilchen oder subatomaren Teilchen mit ausreichender Energie, um das Metall, das verwendet wird, um Metallobjektmerkmale zu bilden, unter Vorhandensein von Sauerstoff erneut zu schmelzen. Die in 1 gezeigte gerichtete Energiequelle ist ein Laser, der von einer beliebigen Wellenlänge oder Leistung sein kann, die ausreicht, um das Metallaufbaumaterial unter Vorhandensein von Sauerstoff erneut zu schmelzen. In anderen Ausführungsformen schließt die gerichtete Energiequelle Generatoren von atomaren Teilchen, Elektronenstrahlen oder anderen subatomaren Teilchen ein. Der Typ des Lasers, der zum Bilden der Trägerstrukturschnittstellen verwendet wird, ist anders als der Laser, der in dem geschmolzenen Metallspiegelsensor verwendet wird, da seine Intensität und Wellenlänge ausreichen, um Metalltropfen zu schmelzen, die nach dem Ausstoßen durch den Ausstoßerkopf 140 gehärtet sind. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „erneut schmelzen“, dass ein Metall auf eine Temperatur erhöht wird, die ausreicht, um zu bewirken, dass gehärtetes Metall eine Flüssigkeit wird. Diese Temperatur ist als die Liquidustemperatur bekannt. Der Begriff „gehärtetes Metall“, wie er in diesem Dokument verwendet wird, bedeutet geschmolzenes Metall, das eine Phasenänderung aufweist, um fest zu werden. Ein Zielbereich für die Temperatur, auf die das gehärtete Metall erwärmt wird, liegt in einer Ausführungsform zwischen der Liquidustemperatur und einer Temperatur von etwa 25 °C über der Liquidustemperatur.
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Der Drucker 100' bildet Metallträgerstrukturen durch Bilden einer Schicht des Trägers mit geschmolzenem Metall, das aus dem Ausstoßerkopf 140 ausgestoßen wird, und anschließendes Betreiben der gerichteten Energiequelle, um die Trägerstrukturschicht unter Nichtvorhandensein des Inertgases erneut zu schmelzen. Das erneute Schmelzen in der Umgebungsluft führt zu einer Oxidation der Trägerstrukturschicht. Zusätzliche Schichten der Trägerstruktur werden mit geschmolzenen Metalltropfen gebildet, die hauptsächlich nicht oxidiert sind, bis die letzte Schicht der Trägerstruktur gebildet ist. Diese letzte Schicht wird ebenfalls in der Umgebungsluft erneut geschmolzen, sodass die dazwischenliegende Trägerstruktur sowohl an der Basis der Struktur als auch an ihrer letzten Schicht schwach an dem Objekt befestigt ist. Diese schwachen Befestigungen ermöglichen es, die Trägerstruktur leicht zu entfernen, nachdem das Objekt fertiggestellt ist. Der Drucker 100' schließt außerdem einen Luftstromgenerator 192 ein. Der Luftstromgenerator 192 kann ein elektrischer Lüfter, eine Druckluftquelle oder dergleichen sein. Die Steuerung 148' ist mit dem Luftstromgenerator 192 wirkverbunden, um den Luftstromgenerator selektiv zu betreiben, während eine Oxidationsschicht gebildet wird, um die Bildung der Oxidationsschicht zu verbessern.
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3 stellt fünf Schritte eines beispielhaften Prozesses zum Bilden einer Vielzahl von schwach befestigten Trägerstrukturen für einen horizontalen Überhang in einem mit dem Drucker von 1 gebildeten Metallobjekt dar. In Schritt (A) werden eine Vielzahl von Metallträgersäulen 304 auf der Plattform 112 unter Verwendung der geschmolzenen Metalltropfen, die aus dem Ausstoßerkopf ausgestoßen werden, auf eine bekannte Weise gebildet. In Schritt (B) wird eine Abdeckstruktur 308 auf die gleiche Weise gebildet. In Schritt (C) betätigt die Steuerung 148' die Stellelemente 144 und den Laser 188, um den Laserstrahl über die Abdeckstruktur 308 zu bewegen und die Abdeckstruktur auf eine Temperatur zu erwärmen, die ausreicht, um mindestens einen Abschnitt der obersten Schicht der Abdeckstruktur unter Nichtvorhandensein des Inertgases zu schmelzen. Diese erneut geschmolzene Abdeckstruktur 308 bildet eine Oxidationsschicht. Ein horizontaler Überhang 312 wird in Schritt (D) auf der Oxidationsschicht der Abdeckstruktur 308 gebildet. Nachdem die Fertigung des Objekts abgeschlossen ist, können die Säulen 304, wie in Schritt (E) gezeigt, leicht entfernt werden, weil die Oxidationsschicht an der Abdeckstruktur das Verbinden zwischen der Basisschicht des Überhangs 312 und der Abdeckstruktur 308 abschwächt.
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Die Steuerung 148' kann mit einem oder mehreren allgemeinen oder spezialisierten programmierbaren Prozessoren implementiert werden, welche programmierte Anweisungen ausführen. Die Anweisungen und Daten, die zum Durchführen der programmierten Funktionen erforderlich sind, können in einem Speicher, der mit den Prozessoren oder Steuerungen verbunden ist, gespeichert sein. Die Prozessoren, ihre Speicher und Schnittstellenschaltlogik konfigurieren die Steuerungen zum Durchführen der vorhergehend und unten beschriebenen Vorgänge. Diese Komponenten können auf einer gedruckten Leiterkarte 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, ASICs, 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 zum Verarbeiten und zur 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 Druckers für 3D-Metallobjekte 100' zum Bilden von Metallträgerstrukturen, die schwach an Objektmerkmalen befestigt werden, ist in 3 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 Speicherungsmedien gespeichert sind, die mit der Steuerung oder dem Prozessor wirkverbunden sind, um Daten zu manipulieren oder eine oder mehrere Komponenten in dem Drucker zu betreiben, um die Aufgabe oder Funktion durchzuführen. Die oben erwähnte Steuerung 148' kann eine solche Steuerung oder ein solcher Prozessor sein. Alternativ kann die Steuerung mit mehr als einem Prozessor und der zugehörigen Schaltlogik und den zugehörigen 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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3 ist ein Flussdiagramm für einen Prozess 300, der den Laser und die Steuerung 148' verwendet, die konfiguriert ist, um programmierte Anweisungen auszuführen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, der mit der Steuerung wirkverbunden ist, um Metallträgerstrukturen aufzubauen, die schwach an den Objektmerkmalen befestigt sind, die sie tragen oder auf denen sie aufgebaut sind. Der Prozess bildet Schichten eines Objekts (Block 304), bis eine Basisschicht für eine Trägerstruktur erkannt wird (Block 308). Die Steuerung betätigt die Stellelemente und den Laser, um die letzte gebildete Schicht erneut zu schmelzen, sodass sich eine Oxidationsschicht bilden kann (Block 312). Die Trägerstruktur wird mit geschmolzenen Metalltropfen gebildet, die aus dem Ausstoßerkopf ausgestoßen werden (Block 316). Die Steuerung betätigt die Stellelemente und den Laser, um die letzte für die Trägerstruktur gebildete Schicht erneut zu schmelzen, sodass sich eine Oxidationsschicht bilden kann (Block 320). Das durch die Metallträgerstruktur zu tragende Objektmerkmal wird auf der Oxidationsschicht der Trägerstruktur gebildet (Block 324). Wenn die Fertigung des Objekts abgeschlossen ist (Block 328), wird die Trägerstruktur durch Spannen der Trägerstruktur an den Oxidationsschichten entfernt (Block 332).
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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.
