DE102023100195A1

DE102023100195A1 - Vorrichtung und verfahren für einen metalltropfen ausstossenden drucker für 3d-metallobjekte, der die entfernung von trägerstrukturen aus einem metallobjekt erleichtert

Info

Publication number: DE102023100195A1
Application number: DE102023100195.7A
Authority: DE
Inventors: Joshua S. Hilton; Dinesh Krishna Kumar Jayabal; Paul J. McConville
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2022-01-31
Filing date: 2023-01-04
Publication date: 2023-08-03
Also published as: CN116550999A; KR20230117525A; US20230241680A1; JP2023111864A

Abstract

Eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen (3D) Metallobjekten ist mit einer Vorrichtung zum Aufbringen von festem Graphit ausgestattet, die Graphitgrenzflächen zwischen Trägerstrukturen und Abschnitten des von den Trägerstrukturen getragenen Metallobjekts bildet. Der Graphit, der die Graphitgrenzflächen bildet, wird auf Trägerstrukturen aufgebracht, indem ein Stellelement betätigt wird, um die Graphitaufbringung auf eine Oberfläche der Trägerstruktur zu bewegen und ein Graphitelement innerhalb der Vorrichtung gegen die Oberfläche der Trägerstruktur zu bewegen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung ist auf dreidimensionale (3D-) Objektdrucker gerichtet, die geschmolzene Metalltropfen ausstoßen, um Objekte zu bilden, und genauer auf die Bildung von Trägerstrukturen zum Aufbau eines Metallobjekts in solchen Druckern.
HINTERGRUND
Dreidimensionales Drucken, auch bekannt als additive Fertigung, ist ein Prozess zum Herstellen eines dreidimensionalen festen Objekts nach einem digitalen Modell von nahezu beliebiger Form. Viele dreidimensionale Drucktechnologien verwenden einen additiven Prozess, in dem eine Vorrichtung für additive Fertigung aufeinander folgende Schichten des Teils auf zuvor aufgebrachten Schichten bildet. Manche dieser Technologien verwenden Ausstoßvorrichtungen, die UV-härtbare Materialien ausstoßen, wie Photopolymere oder Elastomere, während andere Technologien ein Elastomer schmelzen und das thermoplastische Material in Objektschichten extrudieren. Der Drucker betreibt üblicherweise eine oder mehrere Ausstoßvorrichtungen oder Extruder, um aufeinander folgende Schichten von Kunststoff- oder thermoplastischem Material zu bilden, um ein dreidimensionales gedrucktes Objekt mit einer Vielfalt von Formen und Strukturen zu konstruieren. Nachdem eine jeweilige Schicht des dreidimensionalen gedruckten Objekts gebildet worden ist, wird das Kunststoffmaterial UV-gehärtet und erstarrt, um die Schicht an eine darunter liegende Schicht des dreidimensionalen gedruckten Objekts zu binden. Dieses additive Fertigungsverfahren ist von herkömmlichen Objektbildungstechniken zu unterscheiden, die meist auf dem Entfernen von Material von einem Werkstück durch einen subtraktiven Prozess beruhen, wie Schneiden oder Bohren.
In jüngster Zeit wurden einige 3D-Objektdrucker entwickelt, welche Tropfen geschmolzenen Metalls aus einer oder mehreren Ausstoßvorrichtungen ausstoßen, um 3D-Objekte zu bilden. Diese Drucker weisen eine Quelle von festen Material auf, wie eine Drahtrolle oder Pellets, die festes Metall in eine geheizte Aufnahme eines Behälters in dem Drucker speist, wo das feste Metall geschmolzen wird und das geschmolzene Metall die Aufnahme füllt. Die Aufnahme ist aus nicht leitendem Material hergestellt, um welches ein elektrischer Draht gewickelt ist, um eine Spule zu bilden. Durch die Spule wird ein elektrischer Strom geleitet, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, welches bewirkt, dass sich der Meniskus des geschmolzenen Metalls an einer Düse der Aufnahme von dem geschmolzenen Metall innerhalb der Aufnahme trennt und von der Düse weggetrieben wird. Eine Aufbauplattform ist so positioniert, dass sie die ausgestoßenen Tropfen geschmolzenen Metalls von der Düse der Ausstoßvorrichtung aufnimmt, und diese Plattform wird von einer Steuerung, die Stellelemente betreibt, in einer X-Y-Ebene parallel zu der Ebene der Plattform bewegt. Diese ausgestoßenen Metalltropfen bilden Metallschichten eines Objekts auf der Plattform und ein anderes Stellelement wird von der Steuerung betätigt, um den Abstand zwischen der Ausstoßvorrichtung und der Plattform zu ändern, um einen geeigneten Abstand zwischen der Ausstoßvorrichtung und der zuletzt gedruckten Schicht des gebildeten Metallobjekts aufrechtzuerhalten. Diese Art von Metalltropfen ausstoßendem Drucker ist auch als magnetohydrodynamischer Drucker (MHD-Drucker) bekannt.
Da der mit einem MHD-Drucker ausgeführte Prozess auf einer Tropfen-für-Tropfen-Basis erfolgt, können komplexe dreidimensionale (3D-) Geometrien erzeugt werden, die mit herkömmlichen subtraktiven Fertigungstechniken nicht zu realisieren sind. Trotz dieses Vorteils besteht eine Grenze für die Winkel, die verwendet werden können, um überhängende Merkmale auf dem Objekt zu bilden. Beim 3D-Metalldruck dient die vorangehende Schicht eines Objekts als tragende Basis für die nächste gedruckte Schicht. Wenn die neue Schicht in einem rechten Winkel über die vorangehende Schicht hinausragt, wie ein horizontaler Abschnitt eines T-förmigen Teils, kollabiert das Merkmal, weil keine tragende Schicht dieses für eine ausreichende Zeitspanne hält, die es dem geschmolzenen Metall ermöglicht, zu erstarren, ohne abzusacken. Trägerstrukturen, die nicht Teil des zu bildenden Objekts sind, können hergestellt werden, um die Bildung eines überhängenden Abschnitts der nächsten Objektschicht zu unterstützen, sodass komplexe Formen gedruckt werden können. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Trägerstruktur“ eine Ansammlung ausgestoßener Metalltropfen, die ausgestoßene Metalltropfen von Objektschichten während der Bildung des Objekts trägt und nach der Fertigung des Objekts von dem Objekt entfernt wird.
Da es sich bei der Umgebung eines 3D-Metallobjekts um eine Hochtemperaturumgebung handelt, in der zum Beispiel üblicherweise Temperaturen von 475 °C oder mehr herrschen, können Trägerstrukturen aus Polymermaterial nicht verwendet werden. Stattdessen wird dasselbe geschmolzene Metall, welches das Objekt bildet, auch zum Aufbau der Trägerstrukturen verwendet. Da das Objekt und der Träger aus demselben Metall gefertigt sind, verbinden sich die Schichten an der Grenzfläche zwischen dem Träger und dem Objekt fest miteinander. Diese starke Verbindung erfordert Werkzeuge und eine maschinelle Bearbeitung, um den Träger aus dem Teil zu entfernen. Diese Art des Trägerentfernungsvorgangs fügt dem Fertigungsprozess von 3D-Metallobjekten einen erheblichen Zeit-, Arbeits- und Kostenaufwand hinzu. Die Fähigkeit, die Trägerstrukturen nach der Fertigung des Metallobjekts leichter lösen zu können, ohne die Steifigkeit und Haltbarkeit des Trägers in der Hochtemperaturumgebung zu beeinträchtigen, wäre von Vorteil.
KURZDARSTELLUNG
Ein neues Verfahren zum Betreiben eines 3D-Metallobjektdruckers erleichtert das Lösen von Trägerstrukturen nach Abschluss der Fertigung des Metallobjekts, ohne die Steifigkeit und Haltbarkeit des Trägers in der Hochtemperaturumgebung zu beeinträchtigen. Das Verfahren schließt das Betreiben eines Ausstoßvorrichtungskopfes zum Ausstoßen geschmolzener Metalltropfen ein, um Objektschichten und Trägerschichten zu bilden, die von einem Element getragen werden, und das Betreiben einer Graphit-Aufbringungsvorrichtung, um eine Graphitgrenzfläche zwischen einer Oberfläche einer mit Trägerschichten gebildeten Trägerstruktur und einer Oberfläche eines Abschnitts eines mit Objektschichten gebildeten Metallobjekts zu bilden.
Ein neuer 3D-Metallobjektdrucker erleichtert das Lösen von Trägerstrukturen nach Abschluss der Fertigung des Metallobjekts, ohne die Steifigkeit und Haltbarkeit des Trägers in der Hochtemperaturumgebung zu beeinträchtigen. Der neue 3D-Metallobjektdrucker schließt einen Ausstoßvorrichtungskopf ein, der einen Behälter mit einer Aufnahme innerhalb des Behälters aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie geschmolzenes Metall, ein ebenes Element und eine Graphit-Aufbringungsvorrichtung auf eine Oberfläche hält, um eine Graphitgrenzfläche zwischen einer Trägerstrukturoberfläche und einem Abschnitt eines Metallobjekts zu bilden, das aus geschmolzenen Metalltropfen gebildet wird, die aus dem Ausstoßvorrichtungskopf ausgestoßen werden.
Figurenliste
Die vorstehenden Gesichtspunkte und andere Merkmale eines Verfahrens zum Betreiben eines 3D-Metallobjektdruckers, welches das Lösen von Trägerstrukturen nach Abschluss der Fertigung des Metallobjekts erleichtert, ohne die Steifigkeit und Haltbarkeit des Trägers in der Hochtemperaturumgebung zu beeinträchtigen und eines 3D-Metallobjektdruckers, der das Verfahren implementiert, werden in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert.

1A ist eine Seitenansicht eines neuen 3D-Metallobjektdruckers, der das Lösen von Trägerstrukturen nach Abschluss der Fertigung des Metallobjekts erleichtert, ohne die Steifigkeit und Haltbarkeit des Trägers in der Hochtemperaturumgebung zu beeinträchtigen.
1B ist eine Draufsicht auf den neuen 3D-Metallobjektdrucker, der in 1A gezeigt wird.
2A zeigt eine alternative Ausführungsform eines neuen 3D-Metallobjektdruckers, der das Lösen von Trägerstrukturen nach Abschluss der Fertigung des Metallobjekts erleichtert, ohne die Steifigkeit und Haltbarkeit des Trägers in der Hochtemperaturumgebung zu beeinträchtigen.
2B ist eine Draufsicht auf den neuen 3D-Metallobjektdrucker, der in 2A gezeigt wird.
3 ist ein schematisches Diagramm der Graphit-Aufbringungsvorrichtung, die in 1A, 1B, 2A und 2B gezeigt wird.
4 zeigt ein Metallobjekt, Trägerstrukturen und dazwischen liegende Graphitschichten, die durch den Drucker der 1A und 2A gebildet werden.
5 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Betreiben des Systems der 1A oder 2A, der Grenzflächenschichten aus festem Graphit bildet, die zwischen Objektschichten und Trägerschichten angeordnet sind.
6 ist ein schematisches Diagramm eines 3D-Metalldruckers nach dem Stand der Technik, der keine Trägerstrukturen mit Grenzflächenschichten aus festem Graphit bildet.
7 ist ein schematisches Diagramm eines Prozesses nach dem Stand der Technik zur Bildung von Abschnitten eines Metallobjekts, die voneinander getrennt sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Für ein allgemeines Verständnis der Umgebung für den 3D-Metallobjektdrucker und dessen Betrieb, wie hierin offenbart, sowie der Details für den Drucker und dessen Betrieb wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
6 veranschaulicht eine Ausführungsform eines bisher bekannten 3D-Metallobjektdruckers 100, der Tropfen eines geschmolzenen Metalls ausstößt, um ein Metallobjekt direkt auf einer Aufbauplattform zu bilden. In dem Drucker der 6 werden Tropfen geschmolzenen Vollmetalls aus einer Aufnahme eines entfernbaren Behälters 104, der eine einzelne Düse 108 aufweist, ausgestoßen, und Tropfen aus der Düse bilden eine Basisschicht eines Objekts mit Streifen, die direkt auf eine Aufbauplattform 112 aufgebracht werden. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „entfembarer Behälter“ einen hohlen Behälter mit einer Aufnahme, die dafür konfiguriert ist, eine flüssige oder feste Substanz zu halten, und der Behälter ist als Ganzes für eine Installation und Entfernung in einem 3D-Metallobjektdrucker konfiguriert. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Behälter“ einen hohlen Behälter mit einer Aufnahme, die konfiguriert ist, um eine flüssige oder feste Substanz zu fassen, der für eine Installation und Entfernung von einem Drucker für 3D-Metallobjekte konfiguriert sein kann. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Vollmetall“ leitfähiges Metall, das in aggregierter Form verfügbar ist, wie Draht einer gewöhnlich verfügbaren Größe, Pellets in Makrogrößen und Metallpulver.
Unter weiterer Bezugnahme auf 6 wird eine Quelle von Vollmetall 116, wie Metalldraht 120, in eine Drahtführung 124, die sich durch das obere Gehäuse 122 in dem Ausstoßvorrichtungskopf 140 erstreckt, zugeführt und in der Aufnahme des entfernbaren Behälters 104 geschmolzen, um geschmolzenes Metall zum Ausstoßen aus der Düse 108 durch eine Öffnung 110 in einer Grundplatte 114 des Ausstoßvorrichtungskopfs 140 bereitzustellen. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Düse“ eine Öffnung, die mit einem Volumen innerhalb einer Aufnahme eines Behälters, der geschmolzenes Metall enthält, das zum Ausstoßen von Tropfen geschmolzenen Metalls aus der Aufnahme innerhalb des Behälters konfiguriert ist, fluidisch verbunden ist. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Ausstoßvorrichtungskopf“ das Gehäuse und die Komponenten eines 3D-Metallobjektdruckers, welche Tropfen geschmolzenen Metalls zur Herstellung von Metallobjekten schmelzen, ausstoßen und deren Ausstoß regeln. Ein Sensor für den Pegel geschmolzenen Metalls 184 schließt einen Laser und einen Reflexionssensor ein. Die Reflexion des Lasers von dem Pegel des geschmolzenen Metalls wird durch den Reflexionssensor erfasst, welcher ein Signal erzeugt, das den Abstand zu dem Pegel des geschmolzenen Metalls anzeigt. Die Steuerung empfängt dieses Signal und bestimmt den Füllstand des geschmolzenen Metalls in dem entfernbaren Behälter 104, sodass es in der Aufnahme des entfernbaren Behälters auf dem geeigneten Pegel 118 gehalten werden kann. Der entfernbare Behälter 104 gleitet in die Heizung 160, sodass der Innendurchmesser der Heizung mit dem entfernbaren Behälter in Kontakt kommt und festes Metall innerhalb der Aufnahme des entfernbaren Behälters auf eine Temperatur erwärmt werden kann, die ausreicht, um das feste Metall zu schmelzen. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „festes Metall“ ein Metall, wie es durch das Periodensystem der Elemente oder Legierungen definiert ist, die mit diesen Metallen in fester statt in flüssiger oder gasförmiger Form gebildet werden. Die Heizung ist von dem entfernbaren Behälter getrennt, um ein Volumen zwischen der Heizung und dem entfernbaren Behälter 104 zu bilden. Eine Inertgaszuführung 128 stellt dem Ausstoßvorrichtungskopf 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 Ausstoßvorrichtungskopf 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, um zu verhindern, dass das um die Düse austretende Inertgas dissipiert, bevor der Tropfen innerhalb dieses Inertgasstroms landet.
Der Ausstoßvorrichtungskopf 140 ist für eine Bewegung des Ausstoßvorrichtungskopfs in Bezug auf die Plattform 112 in vertikaler Richtung innerhalb Bahnen der Z-Achse bewegbar montiert. Ein oder mehrere Stellelemente 144 sind mit der Grundplatte 114 wirkverbunden, um den Ausstoßvorrichtungskopf 140 entlang einer Z-Achse zu bewegen, und ein oder mehrere Stellelemente 144 sind mit der Plattform 112 wirkverbunden, um die Plattform in einer X-Y-Ebene unterhalb des Ausstoßvorrichtungskopfs 140 zu bewegen. Die Stellelemente 144 werden von einer Steuerung 148 betätigt, um zwischen der Öffnung 110 in der Grundplatte 114 des Ausstoßvorrichtungskopfs 140 und einer Oberfläche eines Objekts auf der Plattform 112 einen geeigneten Abstand aufrechtzuerhalten. Die Aufbauplattform in einigen Versionen des Systems 100 besteht im Wesentlichen aus oxidiertem Stahl, während in anderen der oxidierte Stahl eine obere Oberflächenbeschichtung aus Wolfram oder Nickel aufweist. Es ist nicht sehr wahrscheinlich, dass die oxidierte Stahlversion der Plattform sich zu stark an die Basisschicht des geschmolzenen Aluminiums bindet, da sie noch nicht durch geschmolzenes Aluminium benetzt ist. Während diese Plattform für die Entfernung des Objekts nach der Herstellung von Vorteil ist, ist sie möglicherweise nicht ausreichend stark genug, um die Bildung des Objekts während des gesamten Prozesses zu unterstützen. Um dieses Problem anzugehen, fügen andere Versionen der Plattform Wolfram- oder Nickeloberflächen zu der Plattform hinzu, um das Benetzen der Aufbauoberfläche mit dem geschmolzenen Aluminium zu verbessern.
Durch Bewegen der Plattform 112 in der X-Y-Ebene, wenn Tropfen geschmolzenen Metalls in Richtung der Plattform 112 ausgestoßen werden, wird ein Streifen von Tropfen geschmolzenen Metalls auf dem zu bildenden Objekt gebildet. Die Steuerung 148 betätigt auch Stellelemente 144, um den Abstand zwischen dem Ausstoßvorrichtungskopf 140 und der zuletzt gebildeten Schicht auf dem Substrat einzustellen, um die Bildung anderer Strukturen auf dem Objekt zu ermöglichen. Obwohl der Drucker für geschmolzene 3D-Metallobjekte 100 in 6 als in vertikaler Ausrichtung betrieben dargestellt ist, können andere alternative Ausrichtungen eingesetzt werden. Außerdem sind, obwohl die in 6 gezeigte Ausführungsform eine Plattform aufweist, die sich in einer X-Y-Ebene bewegt, und sich der Ausstoßvorrichtungskopf entlang der Z-Achse bewegt, sind andere Anordnungen möglich. Zum Beispiel können die Stellelemente 144 konfiguriert sein, um den Ausstoßvorrichtungskopf 140 in der X-Y-Ebene und der Plattform 112 entlang der Z-Achse zu bewegen, oder sie können konfiguriert sein, um den Ausstoßvorrichtungskopf 140 sowohl in der X-Y-Ebene als auch in der Z-Achse zu bewegen, oder sie können konfiguriert sein, um die Plattform 112 sowohl in der X-Y-Ebene als auch in der Z-Achse zu bewegen.
Eine Steuerung 148 betätigt die Schalter 152. Ein Schalter 152 kann selektiv von der Steuerung betrieben werden, um der Heizung 160 elektrischen Strom von der Quelle 156 bereitzustellen, während ein anderer Schalter 152 von der Steuerung selektiv betrieben werden kann, um der Spule 164 elektrischen Strom von einer anderen elektrischen Quelle 156 bereitzustellen, 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 Ausstoßvorrichtungskopfs 140 gebildet wird. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Kammer“ ein Volumen, das in einer oder mehreren Wänden innerhalb eines Metalltropfen ausstoßenden Druckers enthalten ist und in dem sich eine Heizung, eine Spule und ein entfernbarer Behälter eines Druckers für 3D-Metallobjekte befinden. Der entfernbare Behälter 104 und die Heizung 160 befinden sich innerhalb einer solchen Kammer. Die Kammer steht durch eine Pumpe 176 mit einer Fluidquelle 172 in Fluidverbindung und außerdem mit einem Wärmetauscher 180 in Fluidverbindung. Wie in diesem Dokument verwendet, bezieht sich der Begriff „Fluidquelle“ auf einen Behälter einer Flüssigkeit mit Eigenschaften, die zum Absorbieren von Wärme nützlich sind. Der Wärmetauscher 180 ist durch eine Rückführung mit der Fluidquelle 172 verbunden. Fluid aus der Quelle 172 strömt durch die Kammer, um Wärme von der Spule 164 zu absorbieren, und das Fluid trägt die absorbierte Wärme durch den Tauscher 180, wo die Wärme durch bekannte Verfahren entzogen wird. Das gekühlte Fluid wird zur weiteren Verwendung beim Halten der Temperatur der Spule in einem geeigneten Betriebsbereich zu der Fluidquelle 172 zurückgeführt.
Die Steuerung 148 des 3D-Metallobjektdruckers 100 benötigt Daten aus externen Quellen, um den Drucker für die Herstellung von Metallobjekten zu steuern. Im Allgemeinen wird ein dreidimensionales Modell oder ein anderes digitales Datenmodell des zu bildenden Objekts in einem Speicher gespeichert, der 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 ein anderes digitales Datenmodell wird von einem Slicer verarbeitet, der mit der Steuerung realisiert wird, um maschinenfähige Anweisungen zur Ausführung durch die Steuerung 148 in bekannter Weise zu erzeugen, um die Komponenten des Druckers 100 zu betreiben und das dem Modell entsprechende Metallobjekt zu bilden. Die Erzeugung der maschinenfähigen Anweisungen kann die Produktion von Zwischenmodellen einschließen, wie wenn ein CAD-Modell der Vorrichtung in ein STL-Datenmodell, ein polygonales Netz oder eine andere Zwischendarstellung umgewandelt wird, die wiederum verarbeitet werden kann, um Maschinenanweisungen, wie g-Code, zur Herstellung des Objekts durch den Drucker zu erzeugen. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „maschinenfähige Anweisungen“ Computersprachbefehle, die von einem Computer, einem Mikroprozessor oder einer Steuerung ausgeführt werden, um Komponenten eines Systems zur additiven Fertigung von 3D-Metallobjekten zu betreiben, um Metallobjekte auf der Plattform 112 zu bilden. Die Steuerung 148 führt die maschinenfähigen Anweisungen zum Steuern des Ausstoßes der Tropfen geschmolzenen Metalls aus der Düse 108, der Positionierung der Plattform 112 sowie eines Aufrechterhaltens des Abstands zwischen der Öffnung 110 und einer Oberfläche des Objekts auf der Plattform 112 aus.
Ein Prozess des Standes der Technik zum Bilden von Trägerstrukturen mit dem Drucker der 6 ist in 7 veranschaulicht. Wie in 7 gezeigt, können einige Objektmerkmale zu Beginn des Drucks vom Hauptkörper des Objekts getrennt und dann im weiteren Verlauf des Drucks mit dem Hauptkörper verbunden werden. Der Prozess beginnt auf der linken Seite der Figur damit, dass der Ausstoßvorrichtungskopf betätigt wird, um die Träger 504 und 508 sowie den Objektabschnitt 512 schichtweise entlang der Z-Achse oder in vertikaler Richtung zu bilden. Die Grenzflächen 516 und 520 zwischen dem Objektabschnitt 512 und den Trägern 504 und 508 sind räumliche Hohlräume, sodass sich die Träger und der Objektabschnitt nicht miteinander verbinden. Die Bildung der Träger und des Objektabschnitts setzt sich in Z-Richtung fort, bis eine Schicht erreicht ist, die einen weiteren Objektabschnitt 524 einschließt. Die Objekt/Träger-Grenzfläche 528 zwischen diesem Objektabschnitt und dem Träger kann nicht räumlich leer sein, da der Objektabschnitt 524 auf dem Träger 504 aufliegen muss, sodass er ordnungsgemäß gebildet werden kann. Bei dem Drucker der 6 können sich die jeweiligen Schichten des Trägers und des Objektabschnitts an dieser Grenzfläche so stark verbinden, dass sie nach Abschluss der Fertigung des Objekts nur noch mit Werkzeugen und durch maschinelle Bearbeitung voneinander getrennt werden können. Dasselbe gilt für die Grenzfläche 536, da der Abschnitt des Objekts, der über dem Träger 508 liegt, direkt auf dem Träger aufliegt. Im mittleren Teil des Prozesses beginnen die Objektabschnitte 524 und 512 zu konvergieren und treffen sich, wie in der Abbildung ganz rechts gezeigt, an Punkt 532. Ab diesem Teil des Prozesses wird zum Abschluss der Bildung des Objekts nacheinander eine einzelne Objektschicht in Z-Richtung gebildet.
Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Komponenten und Entfernung einiger Komponenten, die nicht zur Stabilisierung des Objekts während seiner Bildung verwendet werden, wird in 1A ein neuer 3D-Metallobjektdrucker 100' gezeigt, der Trägerstrukturen bildet, die sich leichter entfernen lassen. Der Drucker 100' schließt eine Graphit-Aufbringungsvorrichtung 194 ein, die an der Grundplatte 114 montiert ist, sowie eine Steuerung 148', die mit programmierten Anweisungen konfiguriert ist, die in einem mit der Steuerung verbundenen nicht-transitorischen Speicher gespeichert sind. Die Steuerung 148' führt programmierte Anweisungen aus, um die Stellelemente 144 und die Graphit-Aufbringungsvorrichtung 194 wie nachstehend beschrieben zu betreiben, um ein Graphitelement 198 gegen eine Oberfläche einer Trägerstruktur zu reiben, bevor eine Objektschicht gebildet wird, die durch die Trägerstruktur getragen wird oder mit dieser in Kontakt steht. Die Graphitschicht überträgt die Wärme leicht zwischen der Trägerstruktur und dem zu tragenden Objektmerkmal. Die Fähigkeit, Wärme zu übertragen, ist wichtig, da die Wärme von der beheizten Plattform 112 auf das zu bildende Objekt 190 und die Trägerstrukturen übertragen wird, um die schichtweise Adhäsion zu fördern und Verformungen zu vermindern. Nach Abschluss der Fertigung des Objekts und nach dem Abkühlen des Objekts können die Trägerstruktur und die Graphitschicht leicht vom Objekt abgebrochen werden, da die Graphitschicht nicht fest mit der Objektschicht verbunden ist. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Objektschicht“ eine Ebene eines Metallobjekts, die mit einer Vielzahl von geschmolzenen Metalltropfen ausgebildet ist, die das gleiche Schwerkraftpotenzial aufweisen, nachdem sie gelandet sind, die aus dem Ausstoßvorrichtungskopf eines 3D-Metallobjektdruckers ausgestoßen wurden. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Trägerschicht“ eine Ebene einer Metallträgerstruktur, die mit einer Vielzahl von geschmolzenen Metalltropfen ausgebildet ist, die das gleiche Schwerkraftpotenzial aufweisen, nachdem sie gelandet sind, die aus dem Ausstoßvorrichtungskopf eines 3D-Metallobjektdruckers ausgestoßen wurden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1A ist die Graphit-Aufbringungsvorrichtung 194 an der Grundplatte 114 montiert, die den Ausstoßvorrichtungskopf 140 hält, sodass die gleichen Stellelemente 144, welche die Grundplatte 114 und damit den Ausstoßvorrichtungskopf 140 bewegen, auch die Vorrichtung 194 bewegen. Die beheizte Aufbauplattform 112 ist mit den Stellelementen 144 wirkverbunden, sodass die Plattform in einer X-Y-Ebene unterhalb der Grundplatte 114 bewegt werden kann. In der in 1A gezeigten Ausführungsform verläuft die Y-Achse in und aus der Ebene der Figur, während sich die X-Achse in der Figur nach links und rechts bewegt. Somit ist die Steuerung 148' mit programmierten Anweisungen konfiguriert, die in einem nicht-transitorischen Speicher gespeichert sind, der mit der Steuerung wirkverbunden ist, um die Steuerung zu veranlassen, einige der Stellelemente 144 zu betätigen, um das Graphitelement 198 in der Graphit-Aufbringungsvorrichtung 194 angrenzend an eine Trägeroberfläche oder eine Objektoberfläche zu bewegen und dann die Vorrichtung 194 zu bewegen, um das Graphitelement 198 gegen die Oberfläche zu reiben, um Graphit auf die Oberfläche aufzubringen. Eine Draufsicht des in 1A gezeigten Druckers ist in 1B bereitgestellt.
Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Komponenten wird eine alternative Ausführungsform eines neuen 3D-Metallobjektdruckers 100', der Trägerstrukturen bildet, die leichter entfernt werden, in 2A gezeigt. Der Drucker 100" schließt eine Graphit-Aufbringungsvorrichtung 194 ein, die an einem Element 196 montiert ist, das für eine unabhängige Bewegung der Vorrichtung 194 konfiguriert ist, sowie eine Steuerung 148', die mit programmierten Anweisungen konfiguriert ist, die in einem mit der Steuerung verbundenen nicht-transitorischen Speicher gespeichert sind. Die Steuerung 148' führt programmierte Anweisungen aus, um die Stellelemente 144 und die Graphit-Aufbringungsvorrichtung 194 wie nachstehend beschrieben zu betreiben, um ein Graphitelement 198 gegen eine Oberfläche einer Trägerstruktur zu reiben, bevor eine Objektschicht gebildet wird, die durch die Trägerstruktur getragen wird oder mit dieser in Kontakt steht. Die Graphitschicht überträgt die Wärme leicht zwischen der Trägerstruktur und dem zu tragenden Objektmerkmal. Die Fähigkeit, Wärme zu übertragen, ist wichtig, da die Wärme von der beheizten Plattform 112 auf das zu bildende Objekt 190 und die Trägerstrukturen übertragen wird, um die schichtweise Adhäsion zu fördern und Verformungen zu vermindern. Nach Abschluss der Fertigung des Objekts und nach dem Abkühlen des Objekts können die Trägerstruktur und die Graphitschicht leicht vom Objekt abgebrochen werden, da die Graphitschicht nicht fest mit der Objektschicht verbunden ist.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2A ist die Graphit-Aufbringungsvorrichtung 194 an dem Element 196 montiert, und das Element 196 ist mit Stellelementen 144 wirkverbunden, die sich von denen unterscheiden, die den Ausstoßvorrichtungskopf 140 bewegen, sodass die Vorrichtung 194 und der Ausstoßvorrichtungskopf 140 unabhängig voneinander bewegt werden können. Einige der Stellelemente sind mit dem Element 196 wirkverbunden, um die Vorrichtung im X-Y-Z-Raum zu bewegen, wie in der Figur gezeigt. Somit ist die Steuerung 148' mit programmierten Anweisungen konfiguriert, die in einem nicht-transitorischen Speicher gespeichert sind, der mit der Steuerung wirkverbunden ist, um die Steuerung zu veranlassen, einige der Stellelemente 144 zu betätigen, um das Element 196 im X-Y-Z-Raum unabhängig von der Bewegung der Plattform 112 oder der Grundplatte 114 zu bewegen, sodass das Graphitelement 198 in der Graphit-Aufbringungsvorrichtung 194 angrenzend an eine Trägeroberfläche oder eine Objektoberfläche bewegt werden kann und dann bewegt wird, um das Graphitelement 198 an der Oberfläche zu reiben, um Graphit auf die Oberfläche aufzubringen. Die beheizte Aufbauplattform 112 ist mit einigen der Stellelemente 144 wirkverbunden, sodass die Plattform in einer X-Y-Ebene unter der Grundplatte 114 bewegt werden kann, während die Grundplatte 114 mit einigen der Stellelemente 144 wirkverbunden ist, um den Ausstoßvorrichtungskopf entlang der Z-Achse in vertikaler Richtung zu bewegen, obwohl auch andere Konfigurationen verwendet werden können, wie vorstehend erwähnt. In der in 2A gezeigten Ausführungsform verläuft die Y-Achse in und aus der Ebene der Figur, während sich die X-Achse in der Figur nach links und rechts bewegt. Eine Draufsicht des in 1A gezeigten Druckers ist in 1B bereitgestellt.
Die Aufbringungsvorrichtung 194 ist in 3 detaillierter gezeigt. Die Vorrichtung 194 schließt ein Gehäuse 304 mit einer Gewindevertiefung 308 ein. Das Graphitelement 198 weist einen T-förmigen Querschnitt auf, wobei das obere Querelement 198A einen Durchmesser aufweist, der sich dem Durchmesser der Öffnung im Gehäuse 304 annähert.
Die Verlängerung 198B des Graphitelements, die senkrecht zum oberen Querelement 198A verläuft, erstreckt sich durch die Öffnung 320 des Gehäuses 304. Eine Feder 316 ist konzentrisch in der Öffnung des Gehäuses 304 montiert, und ein Gewindeelement 312 ist in die Gewindevertiefung 308 eingeschraubt, um den oberen Querelement 198A zwischen dem Element 312 und der Feder 316 anzuordnen. Die Vorspannung der Feder gegen das Querelement 198A und das Gewindeelement 312 hält das Graphitelement 198 in der Öffnung ausgerichtet und stabilisiert es während des Reibens des Graphitelements 198 an einer Träger- oder Objektoberfläche, um eine Schicht aus festem Graphit zu hinterlassen. Ein Stellelement 144 ist mit dem Gewindeelement 312 wirkverbunden und so konfiguriert, dass es das Gewindeelement in der Gewindevertiefung 308 in zwei Richtungen dreht, um die Verlängerung 198B vorzuschieben, wenn sie während der Graphitaufbringung verbraucht wird.
In einer Ausführungsform besteht das Graphitelement aus festem Graphit. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „fester Graphit“ eine Schicht aus Graphitatomen auf einer Oberfläche, die mit einer abrasiven, reibenden oder ähnlichen Reibungsbewegung auf die Oberfläche aufgebracht wird. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Reibung“ eine nicht kreisförmige Reibungsbewegung, die festen Graphit auf eine Oberfläche aufbringt. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Graphit-Aufbringungsvorrichtung“ eine Vorrichtung, die Graphit von einem festen Graphitelement auf eine Oberfläche überträgt, gegen die das Graphitelement gerieben wird. Die Dicke der Schicht beträgt 500 µm oder weniger. Die Kombination aus dem Reibungsdruck und der Rauigkeit der Trägeroberfläche oder der Objektoberfläche erleichtert das Aufbringen der Schicht aus festem Graphit auf die Oberfläche. Die Rauigkeit oder Rauheit der Trägeroberfläche kann während des 3D-Druckprozesses zur Bildung der Trägerstruktur verändert werden, indem der Abstand der geschmolzenen Metalltropfen oder die Größe der Tropfen in den letzten wenigen Schichten der Trägerstruktur vor dem Aufbringen der Schicht aus festem Graphit variiert wird.
Ein Beispiel für eine Graphitschicht zwischen Trägerstrukturen und Objektabschnitten wird in 4 gezeigt. In dieser Figur werden Abschnitte des Objekts 528 durch die Trägerstrukturen 504 und 508 mit dazwischenliegenden Graphitgrenzflächen 550, 554 getragen. Sobald die Objektfertigung abgeschlossen und das Objekt abgekühlt ist, können die Trägerstrukturen 504, 508 und die Graphitgrenzflächen 550, 554 leicht von Hand oder mit einem leichtgewichtigen Greifwerkzeug entfernt werden. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet der Begriff „Graphitgrenzfläche“ eine Graphitschicht, die zwischen einem Abschnitt einer Objektschicht und einer Oberfläche einer Trägerstruktur liegt, die den Abschnitt der Objektschicht trägt.
Die Steuerung 148' kann mit einem oder mehreren allgemeinen oder spezialisierten programmierbaren Prozessoren realisiert werden, welche programmierte Befehle ausführen. Die Befehle 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 vorstehend beschriebenen und der nachstehend beschriebenen Vorgänge. Diese Komponenten können auf einer gedruckten Leiterplatte bereitgestellt werden oder als eine Schaltung in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) bereitgestellt werden. Jede der Schaltungen kann mit einem separaten Prozessor implementiert sein, oder mehrere Schaltungen können auf demselben Prozessor implementiert sein. Alternativ dazu können die Schaltungen mit diskreten Komponenten oder Schaltungen implementiert sein, die in Schaltungen mit sehr großem Integrationsgrad (VLSI-Schaltungen) bereitgestellt werden. Außerdem können die hierin beschriebenen Schaltungen mit einer Kombination aus Prozessoren, ASICs, diskreten Komponenten oder VLSI-Schaltungen implementiert sein. Während der Bildung eines Metallobjekts werden Bilddaten für eine herzustellende Struktur an den Prozessor oder die Prozessoren für die Steuerung 148' von entweder einem Abtastsystem oder einer Online- oder Arbeitsplatzrechner-Verbindung zur Verarbeitung und Erzeugung der Signale gesendet, welche die Komponenten des Druckers 100' betreiben, um ein Objekt auf der Plattform 112 zu bilden.
Ein Prozess 300 zum Betreiben des 3D-Metallobjektdruckers 100' zum Bilden von Grenzflächen aus festem Graphit zwischen Abschnitten eines Metallobjekts und den Trägerstrukturen für die Fertigung des Objekts wird in 5 gezeigt. In der Beschreibung des Prozesses beziehen sich Aussagen, dass der Prozess eine Aufgabe oder Funktion ausführt, auf eine Steuerung oder einen Universalprozessor, der programmierte Anweisungen ausführt, die auf nicht-transitorischen, computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind, die mit der Steuerung oder dem Prozessor wirkverbunden sind, um Daten zu manipulieren oder eine oder mehrere Komponenten im Drucker zu betreiben, um die Aufgabe oder Funktion auszuführen. Die oben erwähnte Steuerung 148' kann eine solche Steuerung oder ein solcher Prozessor sein. Alternativ kann die Steuerung mit mehr als einem Prozessor und den zugehörigen Schaltlogiken und Komponenten implementiert werden, von denen jede konfiguriert ist, um eine oder mehrere der hierin beschriebenen Aufgaben oder Funktionen zu bilden. Zusätzlich können die Schritte des Verfahrens in einer beliebigen möglichen chronologischen Reihenfolge durchgeführt werden, unabhängig von der Reihenfolge, die in den Figuren gezeigt ist, oder der Reihenfolge, in der das Verarbeiten beschrieben ist.
5 ist ein Flussdiagramm für einen Prozess 300, der die Graphit-Aufbringungsvorrichtung 194 betreibt, um Grenzflächen aus festem Graphit zwischen Abschnitten eines Metallobjekts und den Trägerstrukturen zu bilden, die zur Unterstützung bei der Fertigung des Metallobjekts mit dem Drucker 100' und 100" verwendet werden. Die Steuerung 148' ist konfiguriert, um programmierte Anweisungen auszuführen, die in einem nicht-transitorischen Speicher gespeichert sind, der mit der Steuerung wirkverbunden ist, um die Aufbringungsvorrichtung 194 zu diesem Zweck zu betreiben. Nach der Initialisierung des Druckers (Block 304) wird der Drucker betrieben, um eine Objektschicht und gegebenenfalls eine Trägerschicht zu bilden (Block 308). Vor dem Druck der nächsten Schicht bestimmt der Prozess, ob eine Objektschicht/Trägerschicht-Grenzfläche erkannt wurde (Block 312). Wenn eine solche Grenzfläche erkannt wird, betätigt die Steuerung Stellelemente, um die Graphit-Aufbringungsvorrichtung in eine Position zum Aufbringen von Graphit zu bringen, und bewegt die Vorrichtung hin und her, um Graphit auf den Grenzflächenbereich aufzubringen und eine Graphitgrenzfläche zu bilden (Block 316). Wenn der Bereich mit dem Graphit beschichtet wurde, wird der Prozess der Bildung von Objektschichten und Trägerschichten fortgesetzt, bis das Objekt fertig ist (Block 320). Bevor die Verarbeitung in Block 316 durchgeführt wird, kann der Prozess den Abstand der geschmolzenen Metalltropfen oder die Größe der geschmolzenen Metalltropfen ändern, um die Rauigkeit der Trägeroberfläche zu erhöhen, bevor die Graphitgrenzfläche gebildet wird.
Der 3D-Metallobjektdrucker mit der Graphit-Aufbringungsvorrichtung und dem Verfahren zum Betreiben eines solchen Druckers stellt eine Reihe von Vorteilen bereit, die zuvor nicht verfügbar waren. Bei den zuvor bekannten 3D-Metallobjektdruckern musste ein Kompromiss für die Robustheit der Trägerstruktur gefunden werden. Da eine Trägerstruktur nach Abschluss des Fertigungsprozesses entfernt werden muss, tendierte man dazu, den Träger so leicht wie möglich zu machen, um seine Entfernung zu erleichtern, ohne dass eine kostspielige maschinelle Bearbeitung oder dergleichen erforderlich ist. Diese Tendenz führte in manchen Situationen zu einer Trägerstruktur, die nicht ausreichte, um das verlängerte Objektmerkmal zu halten, ohne durchzuhängen oder dergleichen. Die Graphitgrenzflächen, die durch den Drucker und das vorstehend offenbarte Verfahren hergestellt werden, lassen die Bildung robuster Trägerstrukturen zu, die ohne maschinelle Bearbeitung entfernt werden können. Außerdem wird das Aufbringen von festem Graphit als wesentlicher Vorteil gegenüber dem Aufbringen von flüssigen Suspensionen von Ablösematerialien angesehen, um Bruchgrenzflächen zwischen Trägerstrukturen und Objektmerkmalen zu bilden. Die Umgebung, in der das Metallobjekt gebildet wird, ist hohen Temperaturen ausgesetzt. Das Metallobjekt und die Trägerstruktur können eine Temperatur von 475 °C und mehr aufweisen. Ein Temperaturabfall von 15 °C kann bereits Fehler in den Objektmerkmalen verursachen. Die Übertragung von festem Graphit vom Applikator auf die Trägerstruktur führt nicht zu solchen Temperaturänderungen.
Es versteht sich, dass Varianten des vorstehend 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 ebenfalls durch die folgenden Ansprüche eingeschlossen sein sollen.

Claims

Metalltropfen ausstoßende Vorrichtung, umfassend: einen Ausstoßvorrichtungskopf mit einem Behälter mit einer Aufnahme innerhalb des Behälters, die konfiguriert ist, um geschmolzenes Metall zu halten; ein ebenes Element; und eine Graphit-Aufbringungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um Graphit auf eine Oberfläche aufzubringen, um eine Graphitgrenzfläche zwischen einer Trägerstrukturoberfläche und einem Abschnitt eines Metallobjekts zu bilden, das aus geschmolzenen Metalltropfen gebildet wird, die aus dem Ausstoßvorrichtungskopf ausgestoßen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Graphit-Aufbringungsvorrichtung ferner umfasst: ein Gehäuse mit einer Öffnung; ein Graphitelement innerhalb der Öffnung des Gehäuses; ein erstes Stellelement, das mit dem Gehäuse wirkverbunden ist; und eine Steuerung, die mit dem Stellelement wirkverbunden ist, wobei die Steuerung konfiguriert ist zum: Betätigen des ersten Stellelements, um das Gehäuse an die Oberfläche zu bewegen und das Graphitelement mit einer Hin- und Herbewegung gegen die Oberfläche zu bewegen, um die Graphitgrenzfläche zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Graphit-Aufbringungsvorrichtung ferner umfasst: ein Element in der Öffnung des Gehäuses; ein zweites Stellelement, das mit dem Element wirkverbunden ist; und wobei die Steuerung mit dem zweiten Stellelement wirkverbunden ist, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: Betätigen des zweiten Stellelements, um das Graphitelement innerhalb der Öffnung im Gehäuse zu bewegen, um ein Ende des Graphitelements außerhalb der Öffnung zu verlängern.
Vorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend: eine Feder, die innerhalb der Öffnung in dem Gehäuse um das Graphitelement montiert ist; wobei ein Abschnitt des Graphitelements zwischen dem Element und der Feder angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend: eine Gewindevertiefung in der Öffnung des Gehäuses; und wobei das Element innerhalb der Öffnung des Gehäuses ein Gewindeelement ist und das zweite Stellelement konfiguriert ist, um das Gewindeelement in der Gewindevertiefung zu drehen; und die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: Betätigen des zweiten Stellelements, um das Gewindeelement in der Gewindevertiefung zu drehen, um das Graphitelement zu verlängern.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Graphitelement eine T-förmige Längsquerschnittsfläche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerung mit dem Ausstoßvorrichtungskopf wirkverbunden ist, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: Betätigen des Ausstoßvorrichtungskopfs, um einen Abstand zwischen ausgestoßenen Tropfen geschmolzenen Metalls zu ändern, welche die Trägerstrukturoberfläche bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerung mit dem Ausstoßvorrichtungskopf wirkverbunden ist, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: Betätigen des Ausstoßvorrichtungskopfs, um eine Größe von ausgestoßenen Tropfen geschmolzenen Metalls zu ändern, welche die Trägerstrukturoberfläche bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung ferner umfasst: ein Element, an dem der Ausstoßvorrichtungskopf und das Gehäuse montiert sind; und wobei das erste Stellelement mit dem Element wirkverbunden ist, sodass die Betätigung des ersten Stellelements den Ausstoßvorrichtungskopf und das Gehäuse im Tandem bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung ferner umfasst: ein erstes Element, an dem der Ausstoßvorrichtungskopf montiert ist; ein zweites Element, an dem das Gehäuse montiert ist, wobei sich das erste Element von dem zweiten Element unterscheidet; ein zweites Stellelement, das mit dem zweiten Element wirkverbunden ist; wobei das erste Stellelement mit dem ersten Element wirkverbunden ist; und die Steuerung mit dem zweiten Stellelement wirkverbunden ist, wobei die Steuerung konfiguriert ist, das erste Stellelement und das zweite Stellelement zu betätigen, um den Ausstoßvorrichtungskopf und das Gehäuse unabhängig voneinander zu bewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: Betätigen des zweiten Stellelements, um das zweite Element in einem dreidimensionalen Raum zu bewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: Betätigen des ersten Stellelements, um den Ausstoßvorrichtungskopf innerhalb einer Ebene oder entlang einer einzelnen Achse zu bewegen.
Verfahren zum Betreiben einer Metalltropfen ausstoßenden Vorrichtung, umfassend: Betätigen eines Ausstoßvorrichtungskopfes zum Ausstoßen geschmolzener Metalltropfen, um Objektschichten und Trägerschichten zu bilden, die von einem Element getragen werden; und Betreiben einer Graphit-Aufbringungsvorrichtung zum Bilden einer Graphitgrenzfläche zwischen einer Oberfläche einer mit Trägerschichten gebildeten Trägerstruktur und einer Oberfläche eines mit Objektschichten gebildeten Abschnitts eines Metallobjekts.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: Betätigen eines ersten Stellelements, um ein Gehäuse der Graphit-Aufbringungsvorrichtung an die Oberfläche der Trägerstruktur zu bewegen und das Graphitelement mit einer Hin- und Herbewegung gegen die Oberfläche der Trägerstruktur zu bewegen, um die Graphitgrenzfläche zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: Betätigen eines zweiten Stellelements, das mit einem Element innerhalb einer Öffnung in dem Gehäuse wirkverbunden ist, um das Graphitelement innerhalb der Öffnung in dem Gehäuse zu bewegen, um ein Ende des Graphitelements außerhalb der Öffnung zu verlängern.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Betätigen des zweiten Stellelements ferner umfasst: Drängen eines Abschnitts des Graphitelements gegen eine Feder, die innerhalb der Öffnung im Gehäuse um das Graphitelement montiert ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Betätigen des zweiten Stellelements ferner umfasst: Drehen des Elements innerhalb einer Gewindevertiefung, um das Graphitelement zu verlängern.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Graphitelement eine T-förmige Längsquerschnittsfläche aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: Betätigen des Ausstoßvorrichtungskopfs, um einen Abstand zwischen ausgestoßenen Tropfen geschmolzenen Metalls zu ändern, welche die Trägerstrukturoberfläche bilden.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: Betätigen des Ausstoßvorrichtungskopfs, um eine Größe von ausgestoßenen Tropfen geschmolzenen Metalls zu ändern, welche die Trägerstrukturoberfläche bilden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Betätigen des ersten Stellelements ferner umfasst: Bewegen eines Elements, an dem der Ausstoßvorrichtungskopf und das Gehäuse montiert sind, sodass die Betätigung des ersten Stellelements den Ausstoßvorrichtungskopf und das Gehäuse im Tandem bewegt.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: Betätigen des ersten Stellelements, um den Ausstoßvorrichtungskopf zu bewegen; und Betätigen des zweiten Stellelements, um das Gehäuse unabhängig vom Ausstoßvorrichtungskopf zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Betätigen des zweiten Stellelements ferner umfasst: Bewegen des Gehäuses in einem dreidimensionalen Raum.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Betätigen des ersten Stellelements ferner umfasst: Bewegen des Ausstoßvorrichtungskopfs innerhalb einer Ebene oder entlang einer einzelnen Achse.