DE102022120223A1

DE102022120223A1 - Ejektor zur modifikation von metallstrahlzusammensetzungen und verfahren dafür

Info

Publication number: DE102022120223A1
Application number: DE102022120223.2A
Authority: DE
Inventors: Mariusz Tadeusz Mika; Peter M. Gulvin
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2022-08-10
Publication date: 2023-03-02
Also published as: CN115722646A; KR20230032947A; JP2023035885A; US20230063825A1

Abstract

Offenbart wird ein Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall. Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall schließt auch eine Düsenöffnung ein, die in Verbindung mit dem inneren Hohlraum steht und konfiguriert ist, um eine oder mehrere Tröpfchen von flüssigem Metall auszustoßen. Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall schließt eine erste Gasquelle ein, die dem inneren Hohlraum und einem äußeren Abschnitt der Düse zugeordnet ist. Der Ejektor zum Strahlen modifiziertem Metall schließt auch eine zweite Gasquelle ein, die mit der ersten Gasquelle und in der Nähe eines äußeren Abschnitts der Düsenöffnung gekoppelt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegenden Lehren beziehen sich im Allgemeinen auf das Drop-on-Demand-Strahlen und insbesondere auf Einrichtungen und Verfahren zum Strahlen von modifizierten Zusammensetzungen.
HINTERGRUND
Ein Additivfertigungsverfahren, das einen Drop-on-Demand-Drucker (DOD) oder einen dreidimensionalen (3D) Drucker beinhaltet, baut (z. B. druckt) ein 3D-Objekt aus einem computergestützten Design-Modell (CAD-Modell), in der Regel durch sukzessives Abscheiden von Material Schicht auf Schicht. Ein Drop-on-Demand-Drucker (DOD-Drucker), insbesondere einer, der ein Metall oder eine Metalllegierung druckt, stößt einen kleinen Tropfen flüssiger Aluminiumlegierung aus, wenn ein Zündimpuls gegeben wird. Unter Verwendung dieser Technologie können ein 3D-Teil oder andere Materialien aus Aluminium, einer anderen Legierung, oder Material durch Ausstoßen einer Reihe von Tropfen hergestellt werden, die sich zu einem durchgehenden Teil verbinden. Zum Beispiel kann eine erste Schicht auf einem Substrat abgeschieden werden, die konfiguriert ist, um eine abgeschiedene Tinte oder gedruckte 3D-Teile zu unterstützen, und dann kann eine zweite Schicht auf die erste Schicht abgeschieden werden. Ein spezieller Typ eines 3D-Druckers ist ein magnetohydrodynamischer Drucker (MHD-Drucker), der geeignet ist, Flüssigmetall Schicht auf Schicht auszustoßen, um ein 3D-Metallobjekt zu erstellen. Unter magnetohydrodynamisch wird die Untersuchung der magnetischen Eigenschaften und des Verhaltens elektrisch leitender Fluide verstanden.
Während dieses allgemeine Druckverfahren eine effiziente Additivfertigungstechnologie ist, ist es wünschenswert, um die Qualität, die Kostenwirksamkeit und die Gesamtprozessproduktivität weiter zu verbessern. Zum Beispiel kann es vorteilhaft sein, die Zusammensetzung eines 3D-Teils von einer Schicht zu einer anderen zu modifizieren, Änderungen der Zusammensetzung oder Struktur in einem Teil einzuleiten und gleichzeitig innerhalb eines einzigen Prozesses gedruckt wird, oder verschiedene und variable Additive in ein Druckmaterial während des Druckprozesses einschließen. Somit wird ein Verfahren und eine Einrichtung zur Modifikation vor Ort innerhalb eines Metallstrahldruck-Drop-On-Demand- oder 3D-Druckers oder eines Additivfertigungsprozesses benötigt.
KURZDARSTELLUNG
Im Folgenden wird eine vereinfachte Kurzdarstellung bereitgestellt, um ein grundlegendes Verständnis einiger Gesichtspunkte einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Lehren bereitzustellen. Diese Kurzdarstellung ist weder ein umfassender Überblick noch ist beabsichtigt, Schlüssel- oder kritische Elemente der vorliegenden Lehren aufzuzeigen oder den Schutzumfang der Offenbarung abzugrenzen. Vielmehr besteht ihr Hauptzweck lediglich darin, ein oder mehrere Konzepte in vereinfachter Form als Einleitung zu der später gegebenen detaillierten Beschreibung darzustellen.
Offenbart wird ein Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall. Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall schließt auch eine Düsenöffnung ein, die in Verbindung mit dem inneren Hohlraum steht und konfiguriert ist, um eine oder mehrere Tröpfchen von flüssigem Metall auszustoßen. Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall schließt auch eine erste Gasquelle ein, die dem inneren Hohlraum und einem äußeren Abschnitt der Düse zugeordnet ist. Der Ejektor zum Strahlen modifiziertem Metall schließt auch eine zweite Gasquelle ein, die mit der ersten Gasquelle und in der Nähe eines äußeren Abschnitts der Düsenöffnung gekoppelt ist.
Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall kann ferner eine Quelle eines Druckmaterials einschließen, die konfiguriert ist, um das Druckmaterial in den inneren Hohlraum des Ejektors einzuführen. Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall kann eine Additivquelle einschließen, die mit der zweiten Gasquelle gekoppelt ist. Die Additivquelle kann einen Ofen einschließen. Die Additivquelle kann ein fluidisiertes Pulverbett einschließen. Die Additivquelle kann einen Aerosolgenerator einschließen. Der Ejektor zum Sprühen von modifiziertem Metall kann ein Heizelement einschließen, das konfiguriert ist, um einen Feststoff in dem inneren Hohlraum des Ejektors zu erwärmen, wodurch bewirkt wird, dass der Feststoff in eine Flüssigkeit innerhalb des Ejektors umgewandelt wird. Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall kann eine Spule, die mindestens teilweise um den Ejektor gewickelt ist, und eine Stromquelle einschließen, die konfiguriert ist, um einen oder mehrere Stromimpulse an die Spule zu liefern, die bewirken, dass die eine oder die mehreren Tröpfchen von flüssigem Metall aus der Düsenöffnung ausgestoßen werden. Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall kann ein Substrat einschließen, das konfiguriert ist, um das eine oder die mehreren Tröpfchen von flüssigem Metall zu stützen, wenn sich das eine oder die mehreren Flüssigkeitströpfchen verfestigt, um ein 3d-Objekt zu bilden. Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall kann eine Drahtzuführung eines festen Druckmaterials einschließen, die konfiguriert ist, um das feste Druckmaterial in den inneren Hohlraum des Ejektors einzuführen. Der Ejektor zum Strahlen modifiziertem Metall kann eine Pulverzuführung eines festen Druckmaterials einschließen, die konfiguriert ist, um das feste Druckmaterial in den inneren Hohlraum des Ejektors einzuführen.
Offenbart wird ein weiterer Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall. Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall schließt auch eine Düsenöffnung ein, die in Verbindung mit dem inneren Hohlraum steht und konfiguriert ist, um eine oder mehrere Tröpfchen von flüssigem Metall auszustoßen. Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall schließt auch eine erste Gasquelle ein, die dem inneren Hohlraum und einem äußeren Abschnitt der Düsenöffnung zugeordnet ist. Der Ejektor zum Strahlen modifiziertem Metall schließt auch eine zweite Gasquelle ein, die mit der ersten Gasquelle und in der Nähe eines äußeren Abschnitts der Düsenöffnung gekoppelt ist. Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall schließt auch eine Additivquelle ein, die mit der zweiten Gasquelle gekoppelt ist, wobei das Additiv ein Pulver einschließen kann. Der Ejektor schließt auch ein Substrat ein, das konfiguriert ist, um das eine oder die mehreren Tröpfchen von flüssigem Metall zu stützen, wenn sich das eine oder die mehreren Flüssigkeitströpfchen verfestigt, um ein 3D-Objekt zu bilden.
Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall kann eine Quelle eines Druckmaterials einschließen, das dazu konfiguriert ist, das Druckmaterial in den inneren Hohlraum des Ejektors einzuführen. Die Additivquelle kann einen Ofen einschließen. Die Additivquelle kann ein fluidisiertes Pulverbett einschließen. Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall kann ein Heizelement, das konfiguriert ist, um einen Feststoff in dem inneren Hohlraum des Ejektors zu erwärmen, wodurch bewirkt wird, dass der Feststoff in eine Flüssigkeit innerhalb des Ejektors umgewandelt wird, eine Spule, die mindestens teilweise um den Ejektor gewickelt ist, und eine Stromquelle einschließen, die konfiguriert ist, um einen oder mehrere Stromimpulse an die Spule zu liefern, die bewirken, dass die eine oder die mehreren Tröpfchen von flüssigem Metall aus der Düsenöffnung ausgestoßen werden.
Offenbart wird ein weiterer Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall. Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall schließt auch eine Düsenöffnung ein, die in Verbindung mit dem inneren Hohlraum steht und konfiguriert ist, um eine oder mehrere Tröpfchen von flüssigem Metall auszustoßen. Der Ejektor schließt auch eine erste Gasquelle ein, die dem inneren Hohlraum und einem äußeren Abschnitt der Düsenöffnung zugeordnet ist. Der Ejektor schließt auch eine zweite Gasquelle ein, die mit der ersten Gasquelle und in der Nähe eines äußeren Abschnitts der Düsenöffnung gekoppelt ist. Der Ejektor schließt auch eine Additivquelle ein, die mit der zweiten Gasquelle gekoppelt ist, wobei das Additiv ein Pulver einschließen kann. Der Ejektor schließt auch ein Substrat ein, das konfiguriert ist, um das eine oder die mehreren Tröpfchen von flüssigem Metall zu stützen, wenn sich das eine oder die mehreren Flüssigkeitströpfchen verfestigt, um ein 3D-Objekt zu bilden.
Implementierungen des Ejektors zum Strahlen von modifiziertem Metall können eine Additivquelle einschließen, die einen Aerosolgenerator einschließt. Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall kann eine Spule, die mindestens teilweise um den Ejektor gewickelt ist, eine Stromquelle, die konfiguriert ist, um einen oder mehrere Stromimpulse an die Spule zu liefern, die bewirken, dass die eine oder die mehreren Tröpfchen von flüssigem Metall aus der Düsenöffnung ausgestoßen werden, und ein Substrat einschließen, das konfiguriert ist, um das eine oder die mehreren Tröpfchen von flüssigem Metall zu stützen, wenn sich das eine oder die mehreren Flüssigkeitströpfchen verfestigen, um ein 3D-Objekt zu bilden. Der Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall kann eine Drahtzuführung eines festen Druckmaterials einschließen, die konfiguriert ist, um das feste Druckmaterial in den inneren Hohlraum des Ejektors einzuführen.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Patentschrift integriert sind und einen Teil dieser Patentschrift bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Lehren und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Offenbarung. In den Figuren:

1 stellt eine schematische Querschnittsansicht eines einzelnen Flüssigkeitsausstoßstrahls eines 3D-Druckers (z. B. eines MHD-Druckers und/oder Multijet-Druckers) gemäß einer Ausführungsform dar.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines einzelnen Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs, der zum Strahlen von modifizierten Metallzusammensetzungen konfiguriert ist, gemäß einer Ausführungsform.
3A-3F sind eine Reihe von seitlichen Querschnittsansichten eines einzelnen Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs, der zum Strahlen von modifizierten Metallzusammensetzungen konfiguriert ist, die verschiedene Ausführungsformen der Metallmodifikation gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulichen.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Metallstrahlverfahren von modifiziertem Metall gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.

Es sollte beachtet werden, dass einige Details der Figuren vereinfacht wurden und gezeichnet sind, um das Verständnis der vorliegenden Lehren zu erleichtern, anstatt strenge bauliche Genauigkeit, Details und Maßstab beizubehalten.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird nun ausführlich auf beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Lehren Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Wo immer dies möglich ist, werden in den Zeichnungen dieselben Bezugsnummern verwendet, um auf gleiche, ähnliche oder gleichartige Teile Bezug zu nehmen.
Derzeitige Additivfertigungsprozesse für flüssiges Metallstrahlen verwenden einen Metalldraht oder ein anderes Druckmaterial, die in einem Druckejektor als Flüssigkeit zurückgehalten oder erwärmt werden, um flüssige Tropfen auszustoßen, die sich verfestigen, um Qualitätsteile in einer zeitgerechten und kostenwirksamen Weise herzustellen. Um die Qualität weiter zu verbessern, Kosten zu reduzieren oder die Zykluszeit von Additivfertigungsprozessen zu verringern, können in-situ Modifikationen erwünscht sein.
Ausführungsformen, wie hierin beschrieben, schließen Einrichtungen und Verfahren ein, um Substanzen zu einem Deckgas zuzugeben oder damit zu vermischen, um das geschmolzene oder flüssige Druckmaterial vor Ort zu modifizieren, um augenblickliche oder nahezu augenblickliche Änderungen an der physikalischen oder chemischen Zusammensetzung des Druckmaterials bereitzustellen. Diese Substanzen können einem Trägergas über chemische oder physikalische Mittel zugegeben werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Sieden, Verdampfung, mechanisches Mischen oder chemische Umsetzung. Das Trägergas kann dann mit dem für Metallstrahlen verwendeten Deckgas gemischt oder vermischt werden, wodurch die Substanz mit dem Druckmaterial vermischt und somit in den Strahlprozess eingearbeitet wird. Gewisse Ausführungsformen schließen die Einarbeitung vor Ort von Substanzen ein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Legierungselemente wie Magnesium, Desoxidationsmittel wie Wasserstoff, Keramikteilchen oder Fasern wie Aluminiumoxid, um Metallmatrixverbundstoffe vor Ort herzustellen, oder Nanopartikel wie Nanoaluminiumoxid, um Metallmatrix-Nanoverbundstoffe vor Ort herzustellen.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Deckgas“ auf ein Gas, in einigen Ausführungsformen, ein Inertgas, das in und um ein Ejektor-, Düsen- oder Drucksystem mit dem beabsichtigten Zweck des Bereitstellens einer Abschirmung oder Gehäuses von Gas um das Ejektor-, Düsen- oder Drucksystem eingeleitet wird. Unter Standardbedingungen sollte dieses Deckgas eine inerte Atmosphäre um einen Metallstrahl- oder einen anderen Druckvorgang mit einem solchen Ejektor oder einer solchen Düse bereitstellen.
Der Begriff „modifiziertes Druckmaterial“ oder „modifiziertes geschmolzenes Druckmaterial“, wie hierin verwendet, kann austauschbar mit „modifiziertem Metalldruckmaterial“ oder „modifiziertem Flüssigdruckmaterial“ verwendet werden und bezieht sich auf geschmolzene oder flüssige Druckmaterialien, wie sie durch Einrichtungen oder Systeme gespritzt werden, die hierin beschrieben sind, wobei das Druckmaterial, das von dem Drucksystem, der Düse oder dem Ejektor ausgestoßen oder gespritzt wird, durch Exposition gegenüber einem Sekundäradditiv, Reaktionsmittel oder einem anderen Material modifiziert wird. Zum Zeitpunkt des Ausstoßens oder nahezu augenblicklich danach modifiziert diese Exposition das ursprüngliche flüssige oder geschmolzene Druckmaterial auf chemische, zusammensetzungstechnische oder physikalische Weise, was zu einem modifizierten Druckmaterial führt. Die Modifikation kann unmittelbar oder allmählich erfolgen, sobald ein Druckmaterial auf einem Substrat oder einer anderen Schicht zuvor abgeschiedenen Druckmaterials abgeschieden wird, und das modifizierte Druckmaterial verfestigt sich, trocknet oder härtet aus. Diese Modifikation des Druckmaterials kann zur Erzeugung eines Verbundstoffs, Nanoverbundstoffs, Legierung, Mischung oder einer anderen, dem Fachmann bekannten Modifikation führen.
1 stellt eine schematische Querschnittsansicht eines einzelnen Flüssigkeitsausstoßstrahls eines 3D-Druckers (z. B. eines MHD-Druckers und/oder Multijet-Druckers) gemäß einer Ausführungsform dar. Der 3D-Drucker oder der Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 können einen Körper oder Pumpenkammer oder eine „einteilige“ Pumpe innerhalb eines äußeren Ejektorgehäuses einschließen, das auch als Düse 102 bezeichnet wird. Der Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 kann ein Innenvolumen definieren, das auch als interner oder innerer Hohlraum bezeichnet wird, der ein Druckmaterial 110 im Innenvolumen des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 100 hält. Das Druckmaterial 110 kann ein Metall, ein Polymer oder dergleichen sein oder einschließen. Zum Beispiel kann das Druckmaterial 110 Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein oder einschließen, das über eine Druckmaterialzufuhr oder eine Spule einer Druckmaterialdrahtzufuhr 108, die als ein Aluminiumdraht gezeigt ist, eingeleitet wird. Gewisse Ausführungsformen nutzen möglicherweise keine Drahtzufuhreinleitung von Druckmaterial, sondern können alternativ eine Pulverzufuhr, eine Flüssigkeitszufuhr oder ein anderes Verfahren oder eine Art und Weise des Einleitens eines Druckmaterials in den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 einschließen. Der Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 schließt ferner eine Gasabschirmung 104 ein, welche die Düse 102 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 100 umgibt, wodurch ein Deckgas 106 um die Düse 102 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 100 eingeleitet wird, um den Druckvorgang mit einem inerten Deckgas 106 zu umgeben, das verwendet werden kann, um Temperatur und Atmosphäre um den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 herum zu regulieren. In gewissen Ausführungsformen können eines oder mehrere Heizelemente, die hier nicht gezeigt sind, um die Pumpenkammer oder Düse 102 herum verteilt sein, um eine erhöhte Temperaturquelle bereitzustellen und das Druckmaterial 110 während des Druckerbetriebs in einem geschmolzenen Zustand zu halten. Die Heizelemente können konfiguriert sein, um die Druckmaterialdrahtzufuhr 108 zu erwärmen oder zu schmelzen, wodurch die Druckmaterialdrahtzufuhr 108 von einem festen Zustand in einen flüssigen Zustand (z. B. Druckmaterial 110) innerhalb des Innenvolumens des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 100 umgewandelt wird.
Der Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 kann auch eine hierin nicht dargestellte Stromquelle und eine oder mehrere in einer Pumpenheizung eingeschlossene Metallspulen einschließen oder damit gekoppelt sein, die mindestens teilweise um den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 gewickelt sind. Die Stromquelle kann mit den Spulen gekoppelt und konfiguriert sein, um den Spulen einen elektrischen Strom bereitzustellen.
Ein durch die Spulen verursachtes zunehmendes Magnetfeld kann eine elektromotorische Kraft innerhalb des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 100 bewirken, die wiederum einen induzierten elektrischen Strom in dem Druckmaterial 110 bewirkt. Das Magnetfeld und der induzierte elektrische Strom in dem Druckmaterial 110 können eine radial nach innen gerichtete Kraft auf das Druckmaterial 110 erzeugen, die als Lorenzkraft bekannt ist. Die Lorenzkraft erzeugt einen Druck an einem Einlass einer Düsenöffnung 112 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 100. Durch den Druck wird das Druckmaterial 110 in Form eines oder mehrerer flüssiger Tropfen 114 durch die Düsenöffnung 112 gespritzt. Diese flüssigen Druckmaterialtropfen 114 können eine oder mehrere Schichten aus verfestigten Tröpfchen 116 bilden, um schließlich ein 3D-Objekt zu bilden.
Der 3D-Drucker-Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 kann auch ein hierin nicht gezeigtes Substrat einschließen, das in der Nähe (z. B. unterhalb) der Düsenöffnung 112 angeordnet ist. Die ausgestoßenen Tropfen 114 können auf dem Substrat landen und sich verfestigen, um ein 3D-Objekt herzustellen. Der 3D-Drucker-Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 kann auch einen Substratsteuermotor einschließen, der konfiguriert ist, um das Substrat zu bewegen, während die Tropfen 114 durch die Düsenöffnung 112 gespritzt werden, oder während der Pausen, zwischen denen die Tropfen 114 durch die Düsenöffnung 112 gespritzt werden, um zu bewirken, dass das 3D-Objekt die gewünschte Form und Größe aufweist. Der Substratsteuermotor kann konfiguriert sein, um das Substrat in einer Dimension (z. B. entlang einer X-Achse), in zwei Dimensionen (z. B. entlang der X-Achse und einer Y-Achse) oder in drei Dimensionen (z. B. entlang der X-Achse, der Y-Achse und einer Z-Achse) zu bewegen. In einer anderen Ausführungsform können der Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 und/oder die Düsenöffnung 112 auch oder stattdessen konfiguriert sein, um sich in einer, zwei oder drei Dimensionen zu bewegen. Mit anderen Worten kann das Substrat unter einem stationären Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 bewegt werden, oder der Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 kann über einem stationären Substrat bewegt werden. In noch einer anderen Ausführungsform kann es eine relative Drehung zwischen dem Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 und dem Substrat um eine oder zwei zusätzliche Achsen geben, sodass eine vier- oder fünfachsige Positionssteuerung vorliegt. In gewissen Ausführungsformen können sich sowohl der Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 als auch das Substrat bewegen. Zum Beispiel kann sich das Substrat in einer X- und einer Y-Richtung bewegen, während sich der Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 in einer Y-Richtung nach oben und/oder unten bewegt.
Der 3D-Drucker und der zugehörige Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 können auch eine oder mehrere Gassteuervorrichtungen einschließen, die eine Quelle für Deckgas 106 sein können oder einschließen, die hier nicht gezeigt ist. Die Gasquelle kann konfiguriert sein, um ein Gas oder ein Deckgas 106 einzuleiten. Das Gas kann ein Inertgas oder eine Inertgasquelle wie Helium, Neon, Argon, Krypton und/oder Xenon sein oder einschließen. In einer anderen Ausführungsform kann das Gas Stickstoff sein oder einschließen. Das Gas kann weniger als etwa 10 % Sauerstoff, weniger als etwa 5 % Sauerstoff oder weniger als etwa 1 % Sauerstoff einschließen. In mindestens einer Ausführungsform kann das Gas über eine Gasleitung eingeleitet werden, die einen Gasregler einschließt, der konfiguriert ist, um den Fluss oder die Flussrate eines oder mehrerer Gase zu regulieren, die von der Gasquelle in den und/oder um den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100 herum eingeleitet werden. Zum Beispiel kann das Gas an einer Stelle eingeleitet werden, die sich oberhalb des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 100 und/oder des Heizelements befindet. Dadurch kann das Gas (z. B. Argon) eine Hülle/einen Mantel um dem Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 100, die Tropfen 114, das 3D-Objekt und/oder das Substrat bilden, um die Bildung von Oxid (z. B. Aluminiumoxid) in Form eines Luftschilds zu reduzieren/verhindern. Das Steuern der Temperatur des Gases kann auch oder stattdessen dazu beitragen, die Geschwindigkeit der Oxidbildung zu steuern (z. B. zu minimieren).
2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines einzelnen Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs, der zum Strahlen von modifizierten Metallzusammensetzungen konfiguriert ist, gemäß einer Ausführungsform. Ein Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 200 ist in 2 gezeigt, wobei der Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 200 eine Düse 202 definiert, die ein Gasschild 204 aufweist, das den Abschnitt der Düse 202 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 200 umgibt. Das Gasschild 204 umgibt die Düse 202 und enthält ein erstes Gas 206, das auch als Deckgas bezeichnet wird, das die Düse 202 und den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 200 mit dem ersten Gas 206 umgibt. Dieses Gas oder Luftschild 204 stellt ein Luftschild um einen äußeren Abschnitt der Düse 202, wie zuvor beschrieben, bereit. Der Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 200 kann ein Innenvolumen definieren, das auch als innerer Hohlraum bezeichnet wird, der ein geschmolzenes oder flüssiges Druckmaterial 210 in dem Innenvolumen des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 200 hält. Das Druckmaterial 210 kann ein Metall, ein Polymer oder dergleichen sein oder einschließen. Zum Beispiel kann das Druckmaterial 210 Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein oder einschließen, das über eine Druckmaterialzufuhr oder eine Spule einer Druckmaterialdrahtzufuhr 208, die als ein Aluminiumdraht gezeigt ist, eingeleitet wird. Gewisse Ausführungsformen nutzen möglicherweise keine Drahtzufuhreinleitung von Druckmaterial, sondern können alternativ eine Pulverzufuhr, eine Flüssigkeitszufuhr oder ein anderes Verfahren oder eine Art und Weise des Einleitens eines Druckmaterials in den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 200 einschließen. Die Düse 202 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 200 definiert auch eine Düsenöffnung 212. Das in der Düse 202 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 200 gehaltene Druckmaterial 210 wird durch die Düsenöffnung 212 in Form einer oder mehrerer Flüssigkeitstropfen 214 eingespritzt. Diese flüssigen Druckmaterialtropfen 214 können entweder auf ein Substrat, eine zuvor eingespritzte Schicht von Tropfen oder beides eingespritzt werden und können eine oder mehrere Schichten verfestigter Tröpfchen 216 bilden, um schließlich ein 3D-Objekt zu bilden. In der in 2 veranschaulichten Ausführungsform befindet sich eine Additivquelle 218 in der Nähe der Düse 202. Diese Additivquelle 218 ist durch einen Additiveinlass 220 mit der Düse 202 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 200 gekoppelt. Der Additiveinlass 220 liefert ein Additiv 222 von der Additivquelle 218 zu dem Gasschild 204, wo sich das Additiv 222 mit dem ersten Gas 206 vermischt und dann in Richtung der Düse 202 und Düsenöffnung 212 hin getragen wird, um das Additiv 222 mit den druckmaterialmodifizierten Tröpfchen 214 des flüssigen Druckmaterials 210 in der Nähe eines externen Abschnitts der Düse 202 zu vermischen. Dieser Prozess führt dazu, dass das Additiv 222 und die Druckmaterialtröpfchen 214 über eine chemische oder physikalische Mischung oder Reaktion interagieren, um ein vor Ort modifiziertes Druckmaterial zu erzeugen. Dieses vor Ort modifizierte Druckmaterial kann eine andere Zusammensetzung aufweisen als das ursprüngliche flüssige Druckmaterial 210.
In gewissen Ausführungsformen kann die Additivquelle, die mit einem Deckgas oder dem ersten Gas 206 vermischt werden soll, ein zweites Gas, einen verdampften Feststoff, eine aerosolisierte Flüssigkeit, ein festes Pulver oder eine Kombination davon liefern, die mit dem Deckgas gemischt und in einen Bereich in der Nähe um die Düsenöffnung 212 der Düse 202 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 200 getragen werden. In einigen Ausführungsformen könnte nur ein Abschnitt des 3D-gedruckten Teils Tröpfchen oder Druckmaterial mit einer Modifikation vor Ort des geschmolzenen oder flüssigen Druckmaterials aufweisen, was zu Teilen mit nur teilweise modifiziertem Material führt. Der modifizierte Abschnitt könnte zu Teilen führen, die einen Gradienten von Eigenschaften oder Zusammensetzungen aufweisen, sowie schrittweise oder Grenzschichten aus variablen Druckmaterialzusammensetzungen und -eigenschaften oder Kombinationen von Gradienten, schrittweisen oder Grenzschichten. Gewisse Ausführungsformen, bei denen das Additiv ein Gas ist, können einen Prozess und eine Einrichtung einschließen, welche die Zugabe von Kohlenmonoxid-Gas bereitstellt, wenn Stahlteile aus einem geschmolzenen Flüssigstahldruckmaterial gedruckt werden, was zu einer lokalisierten Aufkohlung während des Druckens führen würde. Teile, die sich aus dieser Art von Prozess ergeben, würden eine höhere Festigkeit und Härte aufweisen, wo die Aufkohlung erfolgte, und eine gute Duktilität und Zähigkeit im Rest des Teils. Diese Eigenschaften können in Anwendungen wie rotierenden Wellen, Getrieben und anderen mechanischen oder strukturellen Systemen sehr erwünscht sein. Dieses Beispiel bietet einen Vorteil im Vergleich zu anderen Prozessen, da die Brüchigkeit häufig ein Problem ist, das mit hochfesten Legierungen verbunden ist. Die Zugabe von Stickstoff, Ammoniak oder anderen stickstoffhaltigen Gasen zu starken nitridbildenden Legierungen, wie, aber nicht beschränkt auf Aluminium würde zur Bildung von Aluminiumnitrid (AIN) oder anderen Hartkeramiken führen, die eine hohe wünschenswerte Härte, Steifigkeit und Festigkeit aufweisen, welche die Verwendung dieser Legierungen in neuen Anwendungen ermöglichen.
Gewisse Ausführungsformen, bei denen das Additiv ein verdampfter Feststoff ist, schließen die Zugabe von verdampftem Calcium ein, das durch siedendes Calciummetall bei einer Temperatur von über 1484 °C in einem separaten Ofen oder einer anderen Einrichtung, die mit dem Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 200 gekoppelt ist, erzeugt werden kann, der dann von dem Trägergas oder dem Deckgas getragen würde und als Sauerstoff- oder Bindungsmetallion dient. Diese Art der Zugabe ermöglicht das Einspritzen von sauerstoffempfindlichen Legierungen, die normalerweise nicht ohne Vakuum oder zusätzliche Umweltkontrollen eingespritzt werden können. Andere Beispiele für verdampfte feste Additive können verdampftes Strontium als Kornverfeinerer in Aluminiumlegierungen, verdampftes Aluminium als Kornverfeinerer in Stahl- oder Edelstahllegierungen oder eine Kombination davon einschließen. Von der Zugabe von Elementen wie Lithium (Li) zu Legierungen wie Aluminium ist bekannt, dass sie eine höhere Festigkeit und Zähigkeit ergeben, was beides sehr wünschenswert ist, jedoch sind Al-Li-Legierungen schwierig zu fertigen. Der Prozess und die Verfahren, wie beschrieben, können Elemente wie Lithium verdampfen und ihre Abscheidung wo nötig erleichtern, wodurch mechanische Eigenschaften und Kosten optimiert werden.
Gewisse Ausführungsformen, bei denen das Additiv eine Flüssigkeit oder eine aerosolisierte Flüssigkeit ist, können die Zugabe und anschließende Kondensation von Nanoteilchen oder Dispersionen mit einer Zusammensetzung einschließen, die Nanoteilchen oder andere dispergierte Materialien einschließt. Beispiele für auf solche Weise verwendete Nanoteilchen schließen Kohlenstoff, Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Kohlenstoffnanoröhren, Titannitrid oder Kombinationen davon auf oder in Tröpfchen oder Schichten eines beliebigen Metalls eingestreut ein. Die Zugabe von Nanoteilchen wie Siliciumcarbid (SiC), Borcarbid (B₄C), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Titanoxid (TiO₂), Kohlenstoff, Siliciumdioxid (SiO₂) oder ähnliche Materialien, die in flüssigem Wasser, Alkohol, Kohlenwasserstoff, anderen Flüssigkeiten oder Kombinationen davon suspendiert sind, können aerosolisiert werden, um mechanische Eigenschaften, Bindung zwischen Schichten oder andere Eigenschaften und Prozessverbesserungen zu verbessern. Die Zugabe von aerosolisierten Flüssigkeiten wie Hydrazin kann in einigen Fällen erwünscht sein, in denen eine Reduktion der Sauerstoffkonzentration gewünscht wird oder wenn die Bildung von Stickstoffverbindungen gewünscht wird. Darüber hinaus würde die Zugabe von Eisenoxid (Fe₂O₃) zu einer Aluminiumlegierung zu einer lokalen Erwärmung aufgrund der chemischen Reaktion von Fe₂O₃ und Aluminium zum Bilden von Al₂O₃ und Eisen führen, die allgemein als Thermitreaktion bekannt sind, innerhalb der Schichten, die durch Flüssigmetallstrahlen gebildet werden, wie hierin beschrieben. Die aus dieser Reaktion resultierende überschüssige Temperatur würde die Bindung zwischen Schichten verbessern und die Porosität reduzieren. Die Zugabe von aerosolisierten Nanoteilchen, wie Al₂O₃, würde gleichfalls die Bindung zwischen Schichten verbessern und die mechanischen Eigenschaften signifikant verbessern.
Andere Ausführungsformen, bei denen das Additiv ein Feststoff, Partikel oder Pulver ist, kann die Zugabe von Keramikteilchen oder Keramikfasern, keramischen Nanoteilchen oder keramischen Whiskern, umfasst aus Siliciumcarbid, Graphit, Bor, Aluminiumoxid-Siliciumdioxid, zu Aluminiumlegierungen wie 2009, 2024, 7050, 7075, 6061, 4008 einschließen, um die Steifigkeit, die Ermüdungsfestigkeit sowie andere Eigenschaften zu verbessern. Die Zugabe gewisser Feststoffe kann das Drucken oder Strahlen von Legierungen ermöglichen, die normalerweise zu Metallmatrix-Verbundmaterialien gemacht werden können. Wie zuvor erwähnt, könnten das gesamte Teil oder nur gewisse Bereiche oder das Teil selektiv mit der Modifikation vor Ort durch Feststoffe aus flüssigen Metalldruckmaterialien verstärkt werden. Andere Ausführungsformen können die Zugabe fester Katalysatoren wie Nickel, Platin oder Palladium zur Verwendung in chemischen Verarbeitungsanlagen einschließen. Gewisse Ausführungsformen können die Zugabe von festen Dielektrika wie Bariumtitanat oder Calciumkupfertitanat einschließen, bei denen dielektrische Eigenschaften in gedruckten Metallobjekten erwünscht sein können. Andere Ausführungsformen können die Zugabe von festen ferromagnetischen Partikeln einschließlich Eisen oder Nickel einschließen, um magnetische Eigenschaften zu verleihen, die Zugabe von Aluminium oder Nickel, um die galvanische oder korrosive Kompatibilität für Baugruppen zu verbessern, die anfällig für die Korrosion verschiedener Metalle sind. Alternative Ausführungsformen können die Zugabe von ausfällenden Formelementen wie Magnesium, Silicium, Zink oder Kupfer in Aluminiumlegierungen einschließen, um die Wärmebehandlungsreaktion, die Zugabe von Aluminiumoxid zu Metalllegierungen wie Aluminium 4008 zu verbessern, um elektrische Eigenschaften, Wärmeausdehnungskoeffizient oder andere thermische Eigenschaften zu modifizieren oder die Zugabe von magnetischen Materialpartikeln wie Seltenerdmagneten in Legierungen, die typischerweise nicht magnetisch sind, wie Aluminium 4008. Noch andere Ausführungsformen können die Zugabe leicht entfernter Elemente einschließen, wie durch Säure- oder alkalischen Verdau, wie Zink oder Aluminium bis Nickel- oder Kupferschaum. Diese können in Anwendungen wie Wärmetauschern oder hochoberflächigen Bereichskatalysatoren verwendet werden. Wasserlösliche Feststoffe wie Natriumchlorid (NaCl), auch als Tafelsalz bezeichnet, oder ähnliche Materialien können zum Zweck der Einleitung löslicher Träger oder der Einführung von Porosität hinzugefügt werden, wo gewünscht, um den Oberflächenbereich zu vergrößern, einen Gas- oder Flüssigkeitsfluss zu ermöglichen oder das Teilgewicht zu reduzieren. Flussmittel, wie Natriumfluorid (NaF), Kaliumfluorid (KF₂) oder Kaliumfluoraluminat (K_1-3AlF_4-6) oder ähnliche Materialien für Aluminiumlegierungen, können zugegeben werden, um die Bindung zwischen Schichten zu verbessern.
3A-3F sind eine Reihe von seitlichen Querschnittsansichten eines einzelnen Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs, der zum Strahlen von modifizierten Metallzusammensetzungen konfiguriert ist, die verschiedene Ausführungsformen der Metallmodifikation gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulichen. 3A ist ein Seitenquerschnittsschema eines Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 300, der zur Verwendung in einem Drucksystem konfiguriert ist, das vor Ort modifizierte Metallzusammensetzungen drucken kann. Wie in 3A gezeigt, definiert der Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 300 einen Abschnitt der Düse 302, die ein Gasschild 304 aufweist, das die Düse 302 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 300 umgibt. Das Gasschild 304 umgibt die Düse 302 und enthält ein erstes Gas 306, das auch als Deckgas bezeichnet wird, das die Düse 302 und den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 300 mit dem ersten Gas 306 umgibt. Dieses Gas oder Luftschild 304 stellt ein Luftschild um einen äußeren Abschnitt der Düse 302, wie zuvor beschrieben, bereit. Der Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 300 kann ein Innenvolumen definieren, das auch als innerer Hohlraum bezeichnet wird, der ein geschmolzenes oder flüssiges Druckmaterial 310 in dem Innenvolumen des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 300 hält. Das Druckmaterial 310 kann ein Metall, ein Polymer oder dergleichen sein oder einschließen, steht aber in diesem Fall für ein Metall. Zum Beispiel kann das Druckmaterial 310 Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein oder einschließen, das über eine Druckmaterialzufuhr oder eine Spule einer Druckmaterialdrahtzufuhr 308, die als ein Aluminiumdraht gezeigt ist, eingeleitet wird. Alternative Ausführungsformen nutzen möglicherweise keine Drahtzufuhreinleitung von Druckmaterial, sondern können alternativ eine Pulverzufuhr, eine Flüssigkeitszufuhr oder ein anderes Verfahren oder eine Art und Weise des Einleitens eines Druckmaterials in den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 300 einschließen.
Die Düse 302 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 300 definiert auch eine Düsenöffnung 312. Das in der Düse 302 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 300 gehaltene Druckmaterial 310 wird durch die Düsenöffnung 312 in Form einer oder mehrerer Flüssigkeitstropfen 322 eingespritzt. Diese flüssigen Druckmaterialtropfen 322 können entweder auf ein Substrat, eine zuvor eingespritzte Schicht von Tropfen oder beides eingespritzt werden und können eine oder mehrere Schichten verfestigter Tröpfchen 326 bilden, um schließlich ein 3D-Objekt zu bilden. In der in 3A veranschaulichten Ausführungsform befindet sich eine Additivquelle 314 in der Nähe der Düse 302. Diese Additivquelle 314 ist durch einen Additiveinlass 316 mit der Düse 302 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 300 gekoppelt. Der Additiveinlass 316 liefert ein Additiv 318, das wie in 3A veranschaulicht ein Gas oder Dampf ist, aus der Additivquelle 314 zu dem Gasschild 304, wobei das Additiv 318 über ein zweites Gas 320 getragen wird und sich mit dem ersten Gas 306 vermischt und dann um und in Richtung der Düse 302 und der Düsenöffnung 312 getragen und gespült wird, um das Additiv 318 mit den Druckmaterialtröpfchen 322 zu vermischen, um modifizierte Tröpfchen 324 des flüssigen Druckmaterials 310 in der Nähe eines externen Abschnitts der Düse 302 zu erzeugen.
Dieser Prozess führt dazu, dass das Additiv 318 und die Druckmaterialtröpfchen 322 über eine chemische oder physikalische Mischung oder Reaktion interagieren, um ein vor Ort modifiziertes Druckmaterial 324 zu erzeugen. Dieses vor Ort modifizierte Druckmaterial kann eine andere physikalische oder chemische Zusammensetzung aufweisen als das ursprüngliche flüssige Druckmaterial 310. Die Zusammensetzung der druckmaterialmodifizierten Tröpfchen 324 kann während der gesamten Materialmasse geändert oder in Bezug auf ihre Zusammensetzung auf einem Teil oder der gesamten Oberfläche geändert werden. Wie in 3B gezeigt, die ein vergrößerter Abschnitt des Systems des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 300 von 3A ist, wird jedes der druckmaterialmodifizierten Tröpfchen 324 durch Exposition und Umsetzung mit dem Additiv 318 modifiziert, wobei jedes verbleibende oder nicht umgesetzte Additiv 318 für die Rückführung zurückgelassen wird und innerhalb des Gasschilds 304 um den Abschnitt der Düse 302 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 300 zur künftigen Modifikation vor Ort von Druckmaterialtröpfchen 322 während nachfolgender Druckvorgänge gehalten wird. Nach dem Ausstoßen und während oder in Folge nach Stattfinden der Modifikation vor Ort der Druckmaterialtröpfchen 322 zur Erzeugung von druckmaterialmodifizierten Tröpfchen 324 werden die druckmaterialmodifizierten Tröpfchen 324 dann auf ein Substrat oder eine zuvor abgeschiedene oder eingespritzte Schicht aus druckmaterialmodifizierten Tröpfchen 324 abgeschieden oder eingespritzt, was zu einer oder mehreren Schichten von verfestigten modifizierten Tröpfchen 326 führt. Gewisse Ausführungsformen, die sich auf den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 300 beziehen, wie in 3A und 3B gezeigt, können eine Vielfalt von Gasquellen oder verdampften Feststoffquellen einschließen, wie Gastanks, Sprudler oder andere Einrichtungen, die dem Fachmann in Verbindung mit der Additivquelle 314 zur Einleitung verschiedener Gase oder Dämpfe in den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 300 bekannt oder weiter damit gekoppelt sind. Beispielhafte Gase können Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Silan, Ammoniak, Stickstoff, Kohlendioxid, Hydrazin, Chlorwasserstoff oder ein zweites Inertgas als Träger für einen verdampften Feststoff einschließen. Es ist zu beachten, dass in einem solchen Fall das zweite Inertgas dasselbe wie das erste Inertgas sein kann, das als Deckgas dient. In gewissen Ausführungsformen, in denen ein verdampfter Feststoff verwendet wird, kann die Additivquelle 314 einen Ofen, ein Heizelement, einen Herd, ein anderes Reaktionsgefäß oder eine Kombination davon einschließen, die konfiguriert sind und gekoppelt werden, damit der Additiveinlass 316 einen verdampften Feststoff in den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 300-System liefern kann. Beispielhafte verdampfte Feststoffe können Calcium, Strontium, Zink, Magnesium, Aluminium, Kupfer, Aluminiumchlorid, Lithium, andere Materialien oder Kombinationen davon einschließen. In gewissen Ausführungsformen kann zum Beispiel ein 3D-gedrucktes Teil, das eine Aluminium-Zusammensetzung mit einer höheren Konzentration an Kupfer auf einer Oberflächenschicht aufweist, Vorteile im Zusammenhang mit Fertigungsprozessen von sekundären Teilen bereitstellen, wie nachfolgende Dampfabscheidung oder andere Beschichtungsprozesse, bei denen eine leitfähige Außenschicht auf einem 3D-Teil vorteilhaft sein kann.
3C ist ein Seitenquerschnittsschema eines Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 336, der zur Verwendung in einem Drucksystem konfiguriert ist, das vor Ort modifizierte Metallzusammensetzungen drucken kann. Wie in 3C gezeigt, definiert der Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 336 einen Abschnitt der Düse 302, die ein Gasschild 304 aufweist, das die Düse 302 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 336 umgibt. Das Gasschild 304 umgibt die Düse 302 und enthält ein erstes Gas 306, das auch als Deckgas bezeichnet wird, das die Düse 302 und den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 336 mit dem ersten Gas 306 umgibt. Dieses Gas oder Luftschild 304 stellt ein Luftschild um einen äußeren Abschnitt der Düse 302, wie zuvor beschrieben, bereit. Der Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 336 kann ein Innenvolumen definieren, das auch als innerer Hohlraum bezeichnet wird, der ein geschmolzenes oder flüssiges Druckmaterial 310 in dem Innenvolumen des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 336 hält. Das Druckmaterial 310 kann ein Metall, ein Polymer oder dergleichen sein oder einschließen, steht aber in diesem Fall für ein Metall. Zum Beispiel kann das Druckmaterial 310 Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein oder einschließen, das über eine Druckmaterialzufuhr oder eine Spule einer Druckmaterialdrahtzufuhr 308, die als ein Aluminiumdraht gezeigt ist, eingeleitet wird. Alternative Ausführungsformen nutzen möglicherweise keine Drahtzufuhreinleitung von Druckmaterial, sondern können alternativ eine Pulverzufuhr, eine Flüssigkeitszufuhr oder ein anderes Verfahren oder eine Art und Weise des Einleitens eines Druckmaterials in den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 336 einschließen. Die Düse 302 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 336 definiert auch eine Düsenöffnung 312. Das in der Düse 302 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 336 gehaltene Druckmaterial 310 wird durch die Düsenöffnung 312 in Form einer oder mehrerer Flüssigkeitstropfen 322 eingespritzt. Diese flüssigen Druckmaterialtropfen 322 können entweder auf ein Substrat, eine zuvor eingespritzte Schicht von Tropfen oder beides eingespritzt werden und können eine oder mehrere Schichten verfestigter Tröpfchen 334 bilden, um schließlich ein 3D-Objekt zu bilden. In der in 3C veranschaulichten Ausführungsform befindet sich eine Additivquelle 328 in der Nähe der Düse 302. Diese Additivquelle 328 ist durch einen Additiveinlass 316 mit der Düse 302 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 336 gekoppelt. Der Additiveinlass 316 liefert ein Additiv 330, das wie in 3C veranschaulicht, eine aerolisierte Flüssigkeit ist, aus der Additivquelle 328 zu dem Gasschild 304, wobei das Additiv 330 über ein zweites Gas 320 getragen wird und sich mit dem ersten Gas 306 vermischt und dann um und in Richtung der Düse 302 und der Düsenöffnung 312 getragen und gespült wird, um das Additiv 330 mit den Druckmaterialtröpfchen 322 zu vermischen, um modifizierte Tröpfchen 332 des flüssigen Druckmaterials 310 in der Nähe eines externen Abschnitts der Düse 302 zu erzeugen. Dieser Prozess führt dazu, dass das Additiv 330 und die Druckmaterialtröpfchen 322 über eine chemische oder physikalische Mischung oder Reaktion interagieren, um ein vor Ort modifiziertes Druckmaterial 332 zu erzeugen. Dieses vor Ort modifizierte Druckmaterial kann eine andere physikalische oder chemische Zusammensetzung aufweisen als das ursprüngliche flüssige Druckmaterial 310. Die Zusammensetzung der druckmaterialmodifizierten Tröpfchen 332 kann während der gesamten Materialmasse geändert oder in Bezug auf ihre Zusammensetzung auf einem Teil oder der gesamten Oberfläche geändert werden. Wie in 3D gezeigt, die ein vergrößerter Abschnitt des Systems des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 336 von 3C ist, wird jedes der druckmaterialmodifizierten Tröpfchen 332 durch Exposition und Umsetzung mit dem Additiv 330 modifiziert, wobei jedes verbleibende oder nicht umgesetzte Additiv 330 für die Rückführung zurückgelassen wird und innerhalb des Gasschilds 304 um den Abschnitt der Düse 302 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 336 zur künftigen Modifikation vor Ort von Druckmaterialtröpfchen 322 während nachfolgender Druckvorgänge gehalten wird. Nach dem Ausstoßen und während oder in Folge nach Stattfinden der Modifikation vor Ort der Druckmaterialtröpfchen 322 zur Erzeugung von druckmaterialmodifizierten Tröpfchen 332 werden die druckmaterialmodifizierten Tröpfchen 332 dann auf ein Substrat oder eine zuvor abgeschiedene oder eingespritzte Schicht aus druckmaterialmodifizierten Tröpfchen 332 abgeschieden oder eingespritzt, was zu einer oder mehreren Schichten von verfestigten modifizierten Tröpfchen 326 führt. Gewisse Ausführungsformen, die sich auf den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 336 beziehen, wie in 3C und 3D gezeigt, können eine Vielfalt von Gasquellen oder flüssigen Aerosolquellen oder einen Aerosolgenerator in Verbindung mit der Additivquelle 328 zur Einleitung verschiedener aerosolisierter Flüssigkeiten in den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 336 einschließen oder ferner mit dieser gekoppelt sein. Beispielhafte aerosolisierte Flüssigkeiten oder Additivmischungen können Lösungen, Dispersionen oder Kombinationen davon einschließen, wie eine Natriumchlorid-Lösung, eine Kaliumchlorid-Lösung, Argon, Stickstoff, Helium, Kohlendioxid oder ein zweites Inertgas als Träger für eine verdampfte aerosolisierte Flüssigkeit. Es ist zu beachten, dass in einem solchen Fall das zweite Inertgas dasselbe wie das erste Inertgas sein kann, das als Deckgas dient. In gewissen Ausführungsformen kann die Additivquelle 328 einen Ofen, ein Heizelement, einen Herd, ein anderes Reaktionsgefäß oder eine Kombination davon einschließen, die konfiguriert und mit dem Additiveinlass 316 gekoppelt sind, um die Lieferung einer aerolisierten Flüssigkeit in das System von Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 336 zu bedingen oder zu unterstützen.
3E ist ein Seitenquerschnittsschema eines Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 340, der zur Verwendung in einem Drucksystem konfiguriert ist, das vor Ort modifizierte Metallzusammensetzungen drucken kann. Wie in 3E gezeigt, definiert der Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 340 einen Abschnitt der Düse 302, die ein Gasschild 304 aufweist, das die Düse 302 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 340 umgibt. Das Gasschild 304 umgibt die Düse 302 und enthält ein erstes Gas 306, das auch als Deckgas bezeichnet wird, das die Düse 302 und den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 340 mit dem ersten Gas 306 umgibt. Dieses Gas oder Luftschild 304 stellt ein Luftschild um einen äußeren Abschnitt der Düse 302, wie zuvor beschrieben, bereit. Der Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 340 kann ein Innenvolumen definieren, das auch als innerer Hohlraum bezeichnet wird, der ein geschmolzenes oder flüssiges Druckmaterial 310 in dem Innenvolumen des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 340 hält. Das Druckmaterial 310 kann ein Metall, ein Polymer oder dergleichen sein oder einschließen, steht aber in diesem Fall für ein Metall. Zum Beispiel kann das Druckmaterial 310 Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein oder einschließen, das über eine Druckmaterialzufuhr oder eine Spule einer Druckmaterialdrahtzufuhr 308, die als ein Aluminiumdraht gezeigt ist, eingeleitet wird. Alternative Ausführungsformen nutzen möglicherweise keine Drahtzufuhreinleitung von Druckmaterial, sondern können alternativ eine Pulverzufuhr, eine Flüssigkeitszufuhr oder ein anderes Verfahren oder eine Art und Weise des Einleitens eines Druckmaterials in den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 340 einschließen. Die Düse 302 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 340 definiert auch eine Düsenöffnung 312. Das in der Düse 302 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 340 gehaltene Druckmaterial 310 wird durch die Düsenöffnung 312 in Form einer oder mehrerer Flüssigkeitstropfen 322 eingespritzt. Diese flüssigen Druckmaterialtropfen 322 können entweder auf ein Substrat, eine zuvor eingespritzte Schicht von Tropfen oder beides eingespritzt werden und können eine oder mehrere Schichten verfestigter Tröpfchen 346 bilden, um schließlich ein 3D-Objekt zu bilden. In der in 3E veranschaulichten Ausführungsform befindet sich eine Additivquelle 328 in der Nähe der Düse 302. Diese Additivquelle 328 ist durch einen Additiveinlass 316 mit der Düse 302 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 340 gekoppelt. Der Additiveinlass 316 liefert ein Additiv 342, das wie in 3E veranschaulicht, ein Feststoffpartikel, Pulver, Nanoteilchen, Whisker, Nanoröhrchen oder eine Mischung davon ist, aus der Additivquelle 328 an das Gasschild 304, wobei das Additiv 342 über ein zweites Gas 320 getragen wird und sich mit dem ersten Gas 306 vermischt und dann um und in Richtung der Düse 302 und der Düsenöffnung 312 getragen und gespült wird, um das Additiv 342 mit den Druckmaterialtröpfchen 322 zu vermischen, um modifizierte Tröpfchen 344 des flüssigen Druckmaterials 310 in der Nähe eines externen Abschnitts der Düse 302 zu erzeugen.
Dieser Prozess führt dazu, dass das Additiv 342 und die Druckmaterialtröpfchen 322 über eine chemische oder physikalische Mischung oder Reaktion interagieren, um ein vor Ort modifiziertes Druckmaterial 344 zu erzeugen. Im Falle eines festen Additivs 342 kann es wahrscheinlicher sein, dass das Additiv 342 in die Oberfläche der Druckmaterialtröpfchen 322 eingebettet sein kann. Dieses vor Ort modifizierte Druckmaterial kann eine andere physikalische oder chemische Zusammensetzung aufweisen als das ursprüngliche flüssige Druckmaterial 310. Die Zusammensetzung der druckmaterialmodifizierten Tröpfchen 344 kann während der gesamten Materialmasse geändert oder in Bezug auf ihre Zusammensetzung auf einem Teil oder der gesamten Oberfläche geändert werden. Wie in 3F gezeigt, die ein vergrößerter Abschnitt des Systems des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 340 von 3E ist, wird jedes der druckmaterialmodifizierten Tröpfchen 344 durch Exposition und Umsetzung mit dem Additiv 342 modifiziert, wobei jedes verbleibende oder nicht umgesetzte Additiv 342 für die Rückführung zurückgelassen wird und innerhalb des Gasschilds 304 um den Abschnitt der Düse 302 des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 340 zur künftigen Modifikation vor Ort von Druckmaterialtröpfchen 322 während nachfolgender Druckvorgänge gehalten wird. Nach dem Ausstoßen und während oder in Folge nach Stattfinden der Modifikation vor Ort der Druckmaterialtröpfchen 322 zur Erzeugung von druckmaterialmodifizierten Tröpfchen 344 werden die druckmaterialmodifizierten Tröpfchen 344 dann auf ein Substrat oder eine zuvor abgeschiedene oder eingespritzte Schicht aus druckmaterialmodifizierten Tröpfchen 344 abgeschieden oder eingespritzt, was zu einer oder mehreren Schichten von verfestigten modifizierten Tröpfchen 346 führt. Gewisse Ausführungsformen, die sich auf den Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 340 beziehen, wie in 3E und 3F gezeigt, können eine Vielfalt von Festpulver- oder Partikelquellen oder in Verbindung mit der Additivquelle 328 zur Einleitung verschiedener Feststoffadditive in das System von Flüssigkeitsejektor-Strahlkopf 340 einschließen oder ferner mit dieser gekoppelt sein. Beispielhafte Pulver können kohlenstoffbasierte Materialien wie Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Graphit, Graphen oder kugelförmiger Kohlenstoff, Metallboride, Metalloxide wie Oxide von Titan, Silicium, Eisen, Calcium, Aluminium, Kupfer, ferromagnetische Feststoffe, wie Eisen, wasserlösliche Pulver wie Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl), Lithiumchlorid (LiCl), Calciumchlorid (CaCl₂), Magnesiumchlorid (MgCl2) oder ähnliches oder ein zweites Inertgas als Träger für einen Feststoff, Pulver oder Partikel einschließen. Es ist zu beachten, dass in einem solchen Fall das zweite Inertgas dasselbe wie das erste Inertgas sein kann, das als Deckgas dient. In gewissen Ausführungsformen, in denen ein festes Additiv verwendet wird, kann die Additivquelle 328 einen Trichter, eine Schnecke, Fließbetteinrichtungen, vibrationsunterstützte Pulverfördereinrichtungen, ein elektrostatisch unterstütztes Pulverfördersystem, einen Ofen, ein Heizelement, einen Herd, ein anderes Reaktionsgefäß oder eine Kombination davon einschließen, die konfiguriert sind und gekoppelt werden, damit der Additiveinlass 316 einen Feststoff in das System des Flüssigkeitsejektor-Strahlkopfs 340 liefern kann.
Ausführungsformen, wie in den vorstehenden Beispielen beschrieben, können die Verwendung oder Fertigung bestimmter Legierungen oder Metallmatrixmaterialien einschließen, die nicht durch typische Verfahren oder Mittel gefertigt werden können. Zum Beispiel können hochfeste Legierungen in einem Bereich und mit besserer Duktilität in einem anderen sowie Legierungen mit variabler oder anpassbarer thermischer oder elektrischer Leitfähigkeit, Festigkeit, Härte, Duktilität und lokaler Modifikation von Eigenschaften innerhalb eines Teils auch möglich sein. Materialien mit thermischen Abweichungen können ebenfalls konstruiert werden. Materialien, die brennbare Materialien oder Additive verwenden, können sicherer hergestellt werden. Eine kontrolliertere Umgebung im Vergleich zu herkömmlichen Prozessen ohne Verwendung von Vakuumsystemen oder anderen Abwehrsystemen brennbarer Pulver. Die Korrosionsbeständigkeit kann Metallmaterialien durch Zugabe von Aluminium oder anderen Materialadditiven verliehen werden. Wasser oder Sauerstoff oder andere Materialien können dem Druck von Metallteilen oder Komponenten zu spröden Metall- oder Metalllegierungsteilen zugegeben werden. Zusätzliche Vorteile von hierin beschriebenen Ausführungsformen schließen eine feinere Steuerung der anpassbaren Eigenschaften, verringerte Kosten, verbesserte Produktivität, die Modifikation von lokalisierten Bereichen innerhalb eines Teils oder leichte Herstellung von Gradienten-Schicht-Legierungen durch ein Schüttgut durch, indem sich die Additivebenen während Druckvorgängen allmählich ändern. Spezielle Konfigurationen von Teilarchitektur können bei den hierin beschriebenen Ausführungsformen auch möglich sein. Materialien können wie Waben oder andere Strukturen mit einer inneren Strukturzusammensetzung gebaut werden, die sich von der äußeren Strukturzusammensetzung unterscheidet. Andere Materialien wie aluminiumbeschichteter Stahl oder Materialien mit einer feinen Dispersion von Kornverfeinerern oder subtraktiven Additiven können hergestellt werden, wobei nur spezifische Abschnitte der Struktur solche Zusammensetzungsvariationen aufweisen. Die Bildung verschiedener Verbundmaterialien, Nanoverbundstoffe oder Legierungen kann auch durch Ausführungsformen der hierin beschriebenen Flüssigmetallstrahlsysteme hergestellt werden. Gewisse Ausführungsformen können eingesetzt werden, bei denen ein Gas und ein sekundäres Additivgas vermischt werden, dann in das Metallstrahlsystem injiziert werden, ein Gas injiziert wird, dann ein sekundäres Additiv verdampft wird, dann innerhalb des Metallstrahlsystems vermischt werden.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Metallstrahlverfahren von modifiziertem Metall gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Das Metallstrahlverfahren von modifiziertem Metall 400 schließt einen Schritt ein, um ein erstes Gas in eine Außendüse einer Ejektordüse aus einer ersten Gasquelle 402 einzuleiten, gefolgt von einem Schritt zum Einleiten eines Additivs in das erste Gas aus einer zweiten Quelle 404. Die nächsten Schritte in dem Metallstrahlverfahren von modifiziertem Metall 400 sollen das Additiv mit dem ersten Gas 406 vermischen, ein Tröpfchen von Metallschmelze-Druckmaterial aus der Ejektordüse 408 ausstoßen und dem Additiv ermöglichen, mit dem Tröpfchen aus Metallschmelze-Druckmaterial zu reagieren, um ein modifiziertes Metallschmelze-Druckmaterial 410 zu bilden. In gewissen Ausführungsformen kann das erste Gas ein Inertgas sein. In alternativen Ausführungsformen kann der Schritt zum Einleiten eines Additivs in das erste Gas aus einer zweiten Quelle 404 das Einleiten eines zweiten Gases aus einer zweiten Gasquelle einschließen, wobei das zweite Gas ein Inertgas umfasst. Gewisse Ausführungsformen können Kohlenmonoxid als zweites Gas nutzen. Ausführungsbeispiele des Metallstrahlverfahrens von modifiziertem Metall 400 können den Schritt des Einleitens eines Additivs in das erste Gas aus einer zweiten Quelle 404 einschließen, der ferner das Aerosolisieren einer Flüssigkeit einschließt, um eine aerosolisierte Flüssigkeit zu bilden. Diese aerosolisierte Flüssigkeit kann eine Natriumchlorid-Lösung sein und kann in einigen Ausführungsformen das Vermischen der aerosolisierten Flüssigkeit mit einem zweiten Gas aus einer zweiten Gasquelle einschließen.
Alternative Ausführungsformen des Metallstrahlverfahrens von modifiziertem Metall 400 können den Schritt des Einleitens eines Additivs in das erste Gas aus einer zweiten Quelle 404 einschließen, der ferner das Vermischen eines Pulvers mit einem zweiten Gas aus einer zweiten Gasquelle einschließen kann, um das Pulver in dem zweiten Gas zu suspendieren und das vermischte Pulver und das zweite Gas in das erste Gas einzuleiten. In gewissen Ausführungsformen kann das Pulver ein wasserlösliches Pulver, ein ferromagnetisches Material, wie Eisen, sein. In einigen Ausführungsformen kann das Pulver, das in dem Schritt des Einleitens eines Additivs zu dem ersten Gas aus einer zweiten Quelle 404 verwendet wird, einen Metallkatalysator wie Nickel, Platin, Palladium oder eine Kombination davon einschließen.
Gewisse Ausführungsformen des Metallstrahlverfahrens von modifiziertem Metall 400 können den Schritt des Einleitens eines Additivs in das erste Gas von einer zweiten Quelle 404 einschließen, der das Erwärmen eines Feststoffs zum Bilden eines verdampften Feststoffs einschließt und alternativ das Vermischen des verdampften Feststoffs mit einem zweiten Gas aus einer zweiten Gasquelle. In Ausführungsbeispielen kann der verdampfte Feststoff einen Kornverfeinerer wie Strontium oder andere verdampfte Feststoffe wie Calcium einschließen. Das Metallstrahlverfahren von modifiziertem Metall 400 kann auch das Ausstoßen eines Tröpfchens aus Metallschmelze-Druckmaterial aus der Ejektordüse, wodurch die Vermischung des ersten Inertgases und des in dem zweiten Inertgas suspendierten Pulvers mit dem Tröpfchen aus Metallschmelze-Druckmaterial ermöglicht wird, um ein modifiziertes Metallschmelze-Druckmaterial zu bilden, oder das Abscheiden eines Tröpfchens des modifizierten Metallschmelze-Druckmaterials auf ein Substrat oder ein festes Druckmaterial einschließen. Alternative Ausführungsformen des Verfahrens zum Einspritzen modifizierter Metallzusammensetzungen können die Modifikation von Konzentrationen von Additiven während des Prozesses oder „on-the-Fly“ einschließen Das Verhältnis der Abscheidung kann durch Steuern oder Ändern des Verhältnisses von Durchflussraten, wie durch Regulieren des Drucks von Gasquellen oder anderer Prozesssteuerungen, gesteuert werden. Weitere Ausführungsformen des Verfahrens zum Einspritzen modifizierter Metallzusammensetzungen können das Ändern einer Zusammensetzung eines gedruckten Teils von Schicht zu Schicht einschließen. Die Modifikation kann auch durch Einschalten und Ausschalten des in das System eingegebenen Modifikationsprozesses oder der Additivquelle auf intermittierende Weise eingesetzt oder umgesetzt werden.
Das Verfahren zum Einspritzen modifizierter Metallzusammensetzungen kann das Bilden einer schwachen Grenzschicht für einen „Abbrech“-Bereich oder eine Schnittstelle zwischen einer Stützstruktur und einer Produktstruktur einschließen. In gewissen Ausführungsformen kann das Hinzufügen von Sauerstoff oder einem anderen Versprödungsmittel oder -additiv in gewissen Bereichen eines Teils verwendet werden, um eine leichtere Trennung der Stützstruktur von der Haupt- oder der gewünschten gedruckten Komponente oder Teil zu ermöglichen. Abbrech-Stützmaterialien oder -Schnittstellen können auch durch Ausmessen von Additiven oder Druckmaterialzusammensetzungen in variabler Weise nur an spezifischen Punkten oder gedruckten Teileabschnitten nach Bedarf aufgebaut werden. Zum Beispiel kann ein Sekundärgasregler eingeschaltet, ausgeschaltet oder reguliert werden, um eine Menge von Additiv zu liefern, um Eigenschaften bereitzustellen, die ein Abbrechen oder leichtes Trennen des Komponentenabschnitts erleichtern. Dieses Verfahren kann eine chemische oder physikalische Schichtunterbrechung sowie eine Zusammensetzungsstörung erzeugen, die zu einem einfacheren Bruch an einer spezifischen Stelle in einer Teilstruktur führt.
Während die vorliegenden Lehren in Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen veranschaulicht wurden, können an den veranschaulichten Beispielen Änderungen und/oder Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Geist und Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche abzuweichen. Es versteht sich zum Beispiel, dass der Prozess zwar als eine Reihe von Handlungen oder Ereignissen beschrieben wird, die vorliegenden Lehren jedoch nicht durch die Reihenfolge solcher Handlungen oder Ereignisse beschränkt werden. Einige Handlungen können in unterschiedlicher Reihenfolge und/oder gleichzeitig mit anderen Handlungen oder Ereignissen als den hierin beschriebenen erfolgen. Außerdem sind möglicherweise nicht alle Prozessschritte erforderlich, um eine Methodik gemäß einem oder mehreren Gesichtspunkten oder einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Lehren zu implementieren. Es versteht sich, dass strukturelle Objekte und/oder Verarbeitungsstufen hinzugefügt werden können oder vorhandene strukturelle Objekte und/oder Verarbeitungsstufen entfernt oder modifiziert werden können. Darüber hinaus kann eine bzw. können mehrere der hierin dargestellten Handlungen in einer oder mehreren separaten Handlungen und/oder Phasen durchgeführt werden. Ferner sollen in dem Umfang, in dem die Begriffe „einschließlich“, „einschließt“, „aufweisen“, „aufweist“, „mit“ oder Varianten davon sowohl in der detaillierten Beschreibung als auch in den Ansprüchen verwendet werden, derartige Begriffe in einer Weise einschließen, die dem Begriff „umfassend“ ähnelt. Der Begriff „mindestens eine/r/s von“ wird in der Bedeutung verwendet, dass eines oder mehrere der aufgeführten Elemente ausgewählt werden können. Ferner bedeutet in der Erörterung und den Ansprüchen hierin der Begriff „auf“ in Bezug auf zwei Materialien, von denen sich eines „auf“ dem anderen befindet, dass mindestens ein gewisser Kontakt zwischen den Materialien besteht, während „über“ bedeutet, dass sich die Materialien in der Nähe befinden, möglicherweise aber mit einem oder mehreren zusätzlichen dazwischenliegenden Materialien, sodass ein Kontakt möglich, aber nicht erforderlich ist. Weder „auf“ noch „über“ impliziert eine Ausrichtung, wie sie hierin verwendet wird. Der Begriff „konform“ beschreibt ein Beschichtungsmaterial, bei dem die Winkel des darunter liegenden Materials durch das konforme Material erhalten bleiben. Der Begriff „etwa“ gibt an, dass der aufgeführte Wert etwas verändert werden kann, solange die Änderung nicht zu einer Nichtkonformität des Prozesses oder der Struktur mit der veranschaulichten Ausführungsform führt. Die Begriffe „koppeln“, „gekoppelt“, „verbinden“, „Verbindung“, „verbunden“, „in Verbindung mit“ und „verbindend“ beziehen sich auf „in direkter Verbindung mit“ oder „in Verbindung mit über ein oder mehrere Zwischenelemente oder -glieder“. Schließlich geben die Begriffe „beispielhaft“ oder „veranschaulichend“ an, dass die Beschreibung als Beispiel verwendet wird, anstatt ein Ideal zu implizieren. Andere Ausführungsformen der vorliegenden Lehren können für den Fachmann aus der Berücksichtigung der Patentschrift und Umsetzung der Offenbarung hierin ersichtlich sein. Es ist beabsichtigt, die Patentschrift und die Beispiele nur als exemplarisch zu betrachten, wobei der wahre Schutzumfang und der Geist der vorliegenden Lehren durch die folgenden Ansprüche aufgezeigt werden.

Claims

Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall, umfassend: eine Struktur, die einen inneren Hohlraum definiert; eine Düsenöffnung in Verbindung mit dem inneren Hohlraum und konfiguriert zum Ausstoßen eines oder mehrerer Tröpfchen von flüssigem Metall; eine erste Gasquelle, die dem inneren Hohlraum und einem äußeren Abschnitt der Düse zugeordnet ist; und eine zweite Gasquelle, die mit der ersten Gasquelle und in der Nähe eines äußeren Abschnitts der Düsenöffnung gekoppelt ist.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Quelle eines Druckmaterials, die konfiguriert ist, um das Druckmaterial in den inneren Hohlraum des Ejektors einzuführen.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Additivquelle, die mit der zweiten Gasquelle gekoppelt ist.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 3, wobei die Additivquelle ferner einen Ofen umfasst.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 3, wobei die Additivquelle ferner ein fluidisiertes Pulverbett umfasst.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 3, wobei die Additivquelle ferner einen Aerosolgenerator umfasst.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Heizelement, das konfiguriert ist, um einen Feststoff in dem inneren Hohlraum des Ejektors zu erwärmen, wodurch bewirkt wird, dass der Feststoff in eine Flüssigkeit innerhalb des Ejektors umgewandelt wird.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Spule, die mindestens teilweise um den Ausstoßer gewickelt ist; und eine Stromquelle, die konfiguriert ist, um die Spule mit einem oder mehreren Stromimpulsen zu versorgen, die bewirken, dass das eine oder die mehreren Tröpfchen von flüssigem Metall aus der Düsenöffnung ausgestoßen werden.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Substrat, das konfiguriert ist, um das eine oder die mehreren Tröpfchen von flüssigem Metall zu stützen, wenn sich das eine oder die mehreren Flüssigkeitströpfchen verfestigt, um ein 3D-Objekt zu bilden.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Drahtzuführung eines festen Druckmaterials, die konfiguriert ist, um das feste Druckmaterial in den inneren Hohlraum des Ejektors einzuführen.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Pulverzuführung eines festen Druckmaterials, die konfiguriert ist, um das feste Druckmaterial in den inneren Hohlraum des Ejektors einzuführen.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall, umfassend: eine Struktur, die einen inneren Hohlraum definiert; eine Düsenöffnung in Verbindung mit dem inneren Hohlraum und konfiguriert zum Ausstoßen eines oder mehrerer Tröpfchen von flüssigem Metall; eine erste Gasquelle, die dem inneren Hohlraum und einem äußeren Abschnitt der Düsenöffnung zugeordnet ist; eine zweite Gasquelle, die mit der ersten Gasquelle und in der Nähe eines äußeren Abschnitts der Düsenöffnung gekoppelt ist; eine Additivquelle, die mit der zweiten Gasquelle gekoppelt ist, wobei das Additiv ein Pulver umfasst; und ein Substrat, das konfiguriert ist, um das eine oder die mehreren Tröpfchen von flüssigem Metall zu stützen, wenn sich das eine oder die mehreren Flüssigkeitströpfchen verfestigt, um ein 3D-Objekt zu bilden.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 12, ferner umfassend eine Quelle eines Druckmaterials, die konfiguriert ist, um das Druckmaterial in den inneren Hohlraum des Ejektors einzuführen.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 12, wobei die Additivquelle ferner einen Ofen umfasst.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 12, wobei die Additivquelle ferner ein fluidisiertes Pulverbett umfasst.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 12, ferner umfassend: ein Heizelement, das konfiguriert ist, um einen Feststoff im inneren Hohlraum des Ejektors zu erwärmen, wodurch bewirkt wird, dass sich der Feststoff in eine Flüssigkeit innerhalb des Ejektors ändert; eine Spule, die mindestens teilweise um den Ausstoßer gewickelt ist; und eine Stromquelle, die konfiguriert ist, um die Spule mit einem oder mehreren Stromimpulsen zu versorgen, die bewirken, dass das eine oder die mehreren Tröpfchen von flüssigem Metall aus der Düsenöffnung ausgestoßen werden.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall, umfassend: eine Struktur, die einen inneren Hohlraum definiert; eine Düsenöffnung in Verbindung mit dem inneren Hohlraum und konfiguriert zum Ausstoßen eines oder mehrerer Tröpfchen von flüssigem Metall; eine erste Gasquelle, die dem inneren Hohlraum und einem äußeren Abschnitt der Düsenöffnung zugeordnet ist; und eine zweite Gasquelle, die mit der ersten Gasquelle und in der Nähe eines äußeren Abschnitts der Düsenöffnung gekoppelt ist; eine Additivquelle, die mit der zweiten Gasquelle gekoppelt ist, wobei das Additiv ein Pulver umfasst; und ein Substrat, das konfiguriert ist, um das eine oder die mehreren Tröpfchen von flüssigem Metall zu stützen, wenn sich das eine oder die mehreren Flüssigkeitströpfchen verfestigt, um ein 3D-Objekt zu bilden.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 17, wobei die Additivquelle ferner einen Aerosolgenerator umfasst.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 17, ferner umfassend: eine Spule, die mindestens teilweise um den Ausstoßer gewickelt ist; eine Stromquelle, die konfiguriert ist, um die Spule mit einem oder mehreren Stromimpulsen zu versorgen, die bewirken, dass das eine oder die mehreren Tröpfchen von flüssigem Metall aus der Düsenöffnung ausgestoßen werden; und ein Substrat, das konfiguriert ist, um das eine oder die mehreren Tröpfchen von flüssigem Metall zu stützen, wenn sich das eine oder die mehreren Flüssigkeitströpfchen verfestigt, um ein 3D-Objekt zu bilden.
Ejektor zum Strahlen von modifiziertem Metall nach Anspruch 17, ferner umfassend eine Drahtzuführung eines festen Druckmaterials, die konfiguriert ist, um das feste Druckmaterial in den inneren Hohlraum des Ejektors einzuführen.