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Hintergrund
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Festkörperfreiformherstellung ist ein Prozess zum Fertigen dreidimensionaler Objekte. Typische Objekte, die unter Verwendung von Festkörperfreiformherstellung gefertigt werden können, umfassen beispielsweise Prototypteile, Herstellungsteile, Modelle und Arbeitswerkzeuge. Festkörperfreiformherstellung ist ein additiver Prozess, bei dem ein gewünschtes Objekt durch elektronische Daten beschrieben wird und automatisch aus Basismaterialien aufgebaut wird. Selektive Aufbringung ist ein allgemeines Verfahren von Festkörperfreiformherstellung.
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Typische selektive Aufbringungsverfahren umfassen die Verwendung eines Spendermechanismus, um an bestimmten Stellen einzelne Materialtropfen, die als Voxel bekannt sind, aufzubringen. Ein selektives Aufbringungssystem umfasst typischerweise zwei unterschiedliche verfestigbare Materialien. Ein erstes Material wird verwendet, um das tatsächliche gewünschte dreidimensionale Objekt herzustellen, und ein zweites Material ist ein Opfermaterial, das verwendet wird, um eine Tragestruktur für das erste Material aufzubauen.
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Es gibt verschiedene Variationen der selektiven Aufbringung. Eine Variation umfasst das Aufbringen von zwei Materialien (eines zum Tragen und eines für das gewünschte dreidimensionale Objekt), die sich auf die Aufbringung hin verfestigen. Diese Variation des selektiven Aufbringungsverfahrens erfordert es, dass an jeder Voxelstelle, die einem Teil des gewünschten dreidimensionalen Objekts entspricht, Objektbaumaterial aufgebracht wird. Folglich ergeben sich physikalische Defekte, wenn der Spendermechanismus fehlende oder falsch gerichtete Düsen aufweist.
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Eine weitere übliche Variation der selektiven Aufbringung umfasst ein Aufbringen von zumindest zwei Materialien (Trage- und Objekt-), die beide in flussiger Form bleiben, bis dieselben einer Strahlung (z. B. ultraviolettes „UV”-Licht) ausgesetzt werden. Diese zweite Variation präsentiert auch eine Anzahl von Problemen. Erstens sind die Grenzflächen zwischen Trage- und Baumaterialien nicht gut definiert, da die Flüssigkeiten dazu neigen, sich zu mischen. Dieses Mischen zwischen den beiden Materialien fuhrt zu rauen Objektoberflächen. Zweitens wird das Tragematerial normalerweise verfestigt und vernetzt, was es schwierig macht, dasselbe von dem gewünschten dreidimensionalen Objekt zu entfernen, ohne das gewünschte Objekt zu beschädigen. Ferner muss das Baumaterial wie bei der ersten Variation an jeder Voxelstelle des gewünschten Objekts aufgebracht werden, was den Herstellungsprozess verlangsamt.
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Zusammenfassung
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Ein Verfahren zum Erzeugen eines Objekts durch Festkörperfreiformherstellung umfasst das selektive Aufbringen einer Grenzstruktur, die eine Oberfläche des Objekts definiert, und das Aufbringen eines fließbaren Baumaterials innerhalb der Grenzstruktur, wobei das fließbare Baumaterial eine Teil des Objekts bildet, indem es zu der Grenzstruktur fließt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die beiliegende Zeichnungen stellen verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar und sind Teil der Beschreibung. Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind lediglich Beispiele der vorliegenden Erfindung und beschränken den Schutzbereich der Erfindung nicht.
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Festkörperfreiformherstellungssystems, das verwendet werden kann, um beispielhafte Ausführungsbeispiele des vorliegenden Systems und Verfahrens zu implementieren.
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2 ist eine schematische Ansicht, die Komponenten eines Festkörperfreiformherstellungssystems gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel darstellt.
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3 ist eine schematische Ansicht, die Komponenten eines Festkörperfreiformherstellungssystems gemäß einem zusätzlichen beispielhaften Ausfuhrungsbeispiel darstellt.
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4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bilden eines gewünschten dreidimensionalen Objekts durch Festkörperfreiformherstellung gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel darstellt.
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5A und 5B sind Draufsichten eines Baubehälters des Festfreiformherstellungssystems von 1, die eine alternative Eingrenzungsstruktur und Objektbaumaterial gemäß beispielhaften Ausführungsbeispielen darstellen.
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6A ist eine Seitenansicht eines Baubehälters eines Festkörperfreiformherstellungssystems gemäß 1, das die Aufbringung eines Objektbaumaterials in einer Eingrenzungsstruktur gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel darstellt.
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6B ist eine Seitenansicht des Baubehälters von 6A, nachdem Zeit verstrichen ist.
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7A ist eine Seitenansicht eines weiteren Baubehälters eines Festkörperfreiformherstellungssystems, das die Aufbringung eines Objektbaumaterials an mehreren Stellen in einer Eingrenzungsstruktur gemäß einem weiteren beispielhaften Ausfuhrungsbeispiel darstellt.
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7B ist eine Seitenansicht des Baubehalters von 7A, nachdem Zeit verstrichen ist.
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8 ist eine Draufsicht eines Baubehalters des Festkörperfreiformherstellungssystems von 1, das eine Eingrenzungsstruktur mit Eingrenzungsstrukturmaterial darstellt, das mit dem Objektbaumaterial vermischt ist, gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel.
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9 ist eine Seitenansicht eines Baubehälters aus einem Festkörperfreiformherstellungssystems, das eine Eingrenzungsstruktur und Objektbaumaterial mit Hohlräumen darstellt, die gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel in demselben gebildet sind.
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10 ist eine Seitenansicht eines Baubehälters eines Festkörperfreiformerstellungssystems, das eine Eingrenzungsstruktur und Objektbaumaterial mit verbundenen Hohlräumen gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel darstellt.
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11 ist ein Flussdiagramm, das ein Festkörperfreiformherstellungsverfahren gemaß einem alternativen Ausführungsbeispiel darstellt.
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In den Zeichnungen bezeichnen identische Bezugszeichen ähnliche aber nicht notwendigerweise identische Elemente.
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Detaillierte Beschreibung
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Objekten mit einem Festkörperfreiformherstellungssystem durch selektive Grenzaufbringung ist hierin beschrieben. Genauer gesagt, es ist ein Verfahren beschrieben zum Bilden einer Grenzstruktur unter Verwendung eines hochpräzisen Prozesses, während ein fließbares Baumaterial unter Verwendung eines weniger präzisen Prozesses aufgebracht wird.
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Wie er in der Beschreibung und in den angehängten Anspruchen verwendet wird, soll der Begriff „Hochprazisionsspender” breit als jede Spenderausrüstung aufgefasst werden, die konfiguriert ist, um einen Hochprazisionsprozess durchzuführen. Alternativ bezieht sich der Begriff „Niedrigprazisionsspender” auf Spenderausrüstung, die konfiguriert ist, um Material gemäß einem Niedrigpräzisionsprozess auszustoßen und kann unter gewissen Umständen einen fortlaufenden Fluss ausstoßen. Darüber hinaus kann ein einzelner Materialspender konfiguriert sein, um selektiv sowohl als ein Hochpräzisionsspender als auch als ein Niedrigpräzisionsspender zu arbeiten. „Fluss” oder „fortlaufender Fluss” soll breit so aufgefasst werden, dass derselbe einen Fluidstrom umfasst, der nicht durch einzelne Tropfen oder Blasen definiert ist, aber nicht notwendigerweise vollstandig ununterbrochen ist. Ferner ist eine „Außenoberfläche” eines Objekts sowohl hier als auch in den angehängten Ansprüchen so zu sehen, dass sie alle Oberflächenkonturen eines Objekts umfasst. Eine „Außenoberfläche” kann alternativ alle Oberflächen eines Objekts außer der oberen und unteren Oberfläche umfassen. Der Begriff „Voxel” beschreibt ein Volumenpixel eines adressierbaren Volumens mit einer Länge in x-, y- und z-Koordinaten. Außerdem bedeutet der Begriff „spärlich” weit beabstandet, verstreut oder anderweitig nicht dicht gepackt. Der Begriff „härten” bezieht sich auf einen Prozess der Verfestigung, der auch einen Grad an chemischem Widerstand gegenüber einem Objekt umfassen kann, das gehärtet wird. Der Begriff „verfestigen” soll jeder Prozess sein zum Hinzufügen eines Grades an struktureller Stärke oder Festigkeit zu einem Material, wahrend der Zustand des Materials nicht notwendigerweise dauerhaft festgelegt wird.
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In der folgenden Beschreibung werden zu Erklarungszwecken zahlreiche spezifische Einzelheiten beschrieben, um ein gründliches Verständnis des vorliegenden Festkörperfreiformherstellungsverfahrens zu liefern. Es ist jedoch für einen Fachmann auf diesem Gebiet klar, dass das vorliegende Verfahren auch ohne diese spezifischen Einzelheiten praktiziert werden kann. Bezugnahme in der Beschreibung auf „ein Ausführungsbeispiel” bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur, eine bestimmte Charakteristik, die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel beschrieben ist, in zumindest einem Ausführungsbeispiel enthalten ist. Das Auftreten des Begriffs „bei einem Ausführungsbeispiel” an verschiedenen Positionen in der Beschreibung bezieht sich nicht notwendigerweise immer auf das gleiche Ausführungsbeispiel.
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Beispielhafte Struktur
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Mit Bezugnahme auf 1 ist ein Festkörperfreiformherstellungssystem 100 dargestellt, das das vorliegende Freiformherstellungsverfahren umfassen kann. Wie es in 1 dargestellt ist, kann ein Festkorperfreiformherstellungssystem einen Herstellungsbehälter (102), eine bewegliche Stufe (103) und ein Anzeigefeld (104) umfassen, das eine Anzahl von Steuerungen und Anzeigen umfasst.
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Der in 1 gezeigte Herstellungsbehalter (102) ist konfiguriert, um den Aufbau eines gewünschten dreidimensionalen Objekts auf einem Substrat aufzunehmen und zu ermöglichen. Der Herstellungsbehälter (102) kann auch eine Eingrenzungsstruktur aufnehmen, die konfiguriert ist, um das oben erwähnte Baumaterial aufzunehmen und zu tragen.
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Die Eingrenzungsstruktur kann in dem Herstellungsbehalter (102) entweder vor oder gleichzeitig mit dem gewunschten dreidimensionalen Objekt gebildet werden. Obwohl das in 1 dargestellte Festkörperfreiformherstellungssystem (100) als einzelnes, unabhängiges, in sich geschlossenes Freiformherstellungssystem gezeigt ist, können die vorliegenden Freiformherstellungsverfahren in jedes Freiformherstellungssystem eingebaut sein, unabhängig von der Struktur oder Konfiguration.
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Die in 1 dargestellte bewegliche Stufe (103) ist ein beweglicher Materialspender, der Spender umfassen kann, die konfiguriert sind, um als Hochpräzisions- und/oder Niedrigpräzisions-Spender zu arbeiten. Die Spender (nicht gezeigt) der beweglichen Stufe können ein oder mehrere Druckköpfe oder Spritzen umfassen, sind aber auf keinen Fall darauf beschränkt. Die bewegliche Stufe (103) kann durch eine Rechenvorrichtung (110; 2) gesteuert werden und kann steuerbar bewegt werden, beispielsweise durch ein Wellensystem, ein Riemensystem, ein Kettensystem, usw. Während die bewegliche Stufe (103) arbeitet, kann das Anzeigefeld (104) einen Benutzer über die Betriebsbedingungen informieren, sowie auch dem Benutzer eine Benutzerschnittstelle bereitstellen.
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2 stellt die Zuordnung zwischen den Komponenten eines Festkörperfreiformherstellungssystems und eines gewunschten dreidimensionalen Objekts dar. Wie es in 2 gezeigt ist, kann das Festkörperfreiformherstellungssystem eine Rechenvorrichtung (110), Servermechanismen (115) und eine bewegliche Stufe (103) umfassen, die neben anderen Komponenten eine Rolle (120) und eine Anzahl von Materialspendern (105) umfasst, wie z. B. einen Druckkopf, der in der Lage ist, selektiv entweder als Hochpräzisionsspender oder als Niedrigpräzisionsspender zu arbeiten. Wie es in 2 gezeigt ist, kann die Rechenvorrichtung (110) kommunikativ mit den Servomechanismen (115) gekoppelt sein, die dann mit der beweglichen Stufe (103) gekoppelt sind. Die Rechenvorrichtung (110) kann jede Vorrichtung sein, die konfiguriert ist, um Koordinaten, die ein Segment eines gewünschten dreidimensionalen Objekts und die notwendige strukturelle Stütze desselben darstellen, in geeignete Servobefehle für die Servomechanismen (115) zu übersetzen. Die Servomechanismen (115) können dann auf die Befehle ansprechen, die durch die Rechenvorrichtung (110) ausgegeben werden, und die bewegliche Stufe so positionieren, dass dieselbe Bau- und/oder Strukturmaterial aufbringen kann, um das Segment zu bilden. Die Komponenten der beweglichen Stufe (103) sind so positioniert, dass dieselben Bau- und/oder Strukturmaterial in dem Herstellungsbehälter (102) bei x-, y- und z-Koordinaten aufbringen können, die durch die Rechenvorrichtung (110) bestimmt sind. Außerdem kann der Herstellungsbehälter (102) beweglich sein, um die Aufbringung von Bauund/oder Strukturmaterial zu positionieren.
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Die in 2 dargestellten Materialspender (105) können ein einzelner Druckkopf sein, der mehren Öffnungen enthält (zumindest eine Öffnung zum Ausgeben von Baumaterialien und eine Weitere zum Ausgeben von Tragematerial), oder mehrere Materialspender des gleichen oder unterschiedlichen Typs (zumindest ein Spender zum Ausgeben von Baumaterial und einen Weiteren zum Ausgeben von Tragematerial). Die Materialspender können konfiguriert sein, um selektive Grenzaufbringung durchzuführen, wenn die Grenze (109) einer Eingrenzungsstruktur (113) gemäß Hochpräzisionsverfahren gebildet wird, und um Objektbaumaterial (107) und Nicht-Grenzstrukturmaterial gemäß Niedrigpräzisionsausgabeverfahren auszugeben. Der Begriff selektive Aufbringung soll hier und in den angehängten Ansprüchen ein Verfahren bedeuten, durch das die Materialspender (105) selektiv Strukturmaterial aufbringen, das die Objektbildungsgrenzen (109) bildet, unter Verwendung von Hochpräzisionsspendeverfahren, einschließlich, aber keinesfalls begrenzt auf, das Ermöglichen eines minimalen Abstands zwischen den Materialspendern (105) und einem Zielbereich, was eine niedrige Materialtropfenrate und -frequenz umfasst, Implementieren einer geringen Wagengeschwindigkeit, Empfangen eines Hochauflösungsdatensatzes oder eine geeignete Kombination derselben. Da nur die Objektbildungsgrenze (109) mit dem Objektbaumaterial in Kontakt ist, muss nur die unmittelbare Objektbildungsgrenze (109) gemäß Hochpräzisionsausgabeverfahren gebildet werden. Das verbleibende Tragematerial sowie das Objekttragematerial (107) kann gemaß typischerweise schnelleren Niedrigpräzisionsverfahren ausgegeben werden. Der Präzisionspegel, der durch die Materialspender (105) gezeigt wird, kann von einer Anzahl von Faktoren abhangen, einschließlich, aber auf keinen Fall begrenzt auf, den Abstand zwischen den Materialspendern (105) an einem Zielbereich, Materialtropfenrate, die durch die Materialdispenser (105) verwendet wird, Frequenz, enthaltene Abfeuerungsverfahren, Qualität des Rückkopplungsmechanismus, Wagengeschwindigkeit, Auflösung des Datensatzes, usw. Außerdem kann ein Materialspender, der als Niedrigpräzisionsspender arbeitet, bewirken, dass ein Fluid ungenau in einem Zielbereich aufgebracht wird oder Fehlfeuerungs- oder fehlende Spenderkomponenten aufweist.
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Die in 2 dargestellte Rolle (120) kann konfiguriert sein, um Material zu ebnen oder zu planarisieren, nachdem das Material ausgegeben wurde. Die Planarisierung soll sowohl hier als auch in den angehängten Ansprüchen breit aufgefasst jede Operation bedeuten, die auf einem aufgebrachten Material durchgeführt werden kann, die überschussiges Material entfernt, aufgebrachtes Material verdichtet und/oder die Oberflächengüte des Materials verbessert. Gemäß dem vorliegenden Verfahren kann die Planarisierung nach dem Ausgeben der Eingrenzungsstruktur und/oder nach dem Aufbringen des Volumens von Objektbaumaterial in die Eingrenzungsstruktur (113) auftreten. Die Rolle (120) kann dem Druckkopf (105) folgen, um ausgegebenes Objektmaterial (107) zu planarisieren und eine im Allgemeinen einheitliche Dicke in dem Baumaterial zu erzeugen. Die Planarisierung kann durch eine Rolle (120) durchgeführt werden, wie es in 2 gezeigt ist, durch eine Vorrichtung, die ein Rakelmesser (nicht gezeigt) enthält, oder jede andere Vorrichtung, die konfiguriert ist, um überschüssiges Material von einem Hohlraum zu entfernen und dadurch eine genaue Füllung mit minimalen Defekten zu erzeugen. Außerdem kann es dem Objektbaumaterial (107) erlaubt werden, natürlich zu wandern und sich zu der Objektdefinitionsgrenze (109) einer Eingrenzungsstruktur (113) auszubreiten. Die natürliche Wanderung und Ausbreitung des Objektbaumaterials (107) kann durch eine Anzahl von Faktoren gesteuert werden, einschließlich, aber keinesfalls begrenzt auf, die Erdanziehungskraft des Objektbaumaterials (107), die Viskosität des Objektbaumaterials, die Oberflächenspannung des Objektbaumaterials, die Oberflächenenergie des Objektbaumaterials und die Benetzungseigenschaften des Objektbaumaterials.
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Die Objektdefinierungsgrenze (109) der Eingrenzungsstruktur (113), die in 2 dargestellt ist, kann durch einen Materialspender (105) aufgebaut werden, der als ein Hochpräzisionsspender arbeitet, der auf der beweglichen Stufe (103) angeordnet ist. Der Materialspender (105), der als ein Hochpräzisionsspender arbeitet, kann einen oder mehrere Druckköpfe umfassen, die in eine bewegliche Wagenanordnung eingebaut sind, aber ist auf keine Fall darauf beschränkt. Die in 2 gezeigte Eingrenzungsstruktur (113) kann durch die selektive Hochpräzisionsaufbringung von Tragematerialvoxeln in spezifischen Positionen gebildet werden. Die Voxel konnen in vertikalen Stapeln von mehreren Voxeln gestapelt werden, oder linear platziert werden, um die Außenoberfläche eines Teils des gewünschten dreidimensionalen Objekts zu definieren. Die Eingrenzungsstruktur (113) kann aus jedem Material bestehen, das von einem Materialspender ausgestoßen werden kann, der als Hochpräzisionsspender arbeitet, während es Oberflächendefinition für Objektbaumaterial liefert, einschließlich, aber auf keinen Fall begrenzt auf, Polymere, Wachs oder ähnliche schmelzbare Materialien oder geeignete Kombinationen davon.
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Das gewünschte dreidimensionale Objekt, das in der Eingrenzungsstruktur (113) gebildet wird, kann aus einem Objektbaumaterial (107) gebildet werden, wie es in 2 gezeigt ist. Das Objektbaumaterial kann jedes verfestigbare Material sein, das in der Eingrenzungsstruktur (113) gebildet werden kann und die Form derselben annimmt, nachdem dasselbe durch einen oder mehrer der Materialspender (105) ausgegeben wurde, einschließlich, aber auf keinen Fall begrenzt auf, ein Polymer oder ein Wachs. Um jedes Segment des gewünschten dreidimensionalen Objekts aufzubauen, kann eine Menge des Objektbaumaterials (107) von einem der Materialspender (105) geliefert werden, die als ein Niedrigpräzisionsspender arbeiten. Der Materialspender (105), der als Niedrigpräzisionsspender arbeitet, kann einen Tintenstrahldruckkopf, einen piezoelektrischen Druckkopf, einen thermischen Tintenstrahldruckkopf, einen durchgehenden Strahldruckkopf, einen Ventilstrahldruckkopf, einen Spritzenmechanismus oder jeden anderen Spender umfassen, der in der Lage ist, eine bestimmte Menge an Baumaterial (107) auf Anforderung von der Rechenvorrichtung (110) auszugeben. Obwohl herkömmliche selektive Aufbringungsfestkörperfreiformherstellungssysteme es erfordern, dass ein Voxel von Objektbaumaterial (107) an jeder Stelle des gewünschten dreidimensionalen Objekts ausgegeben wird, ermöglichen es das vorliegende System und Verfahren, dass ein Volumen an Baumaterial (107) in Mengenflüssigform verabreicht wird. Das Flüssigbaumaterial kann dann fließen und nachfolgend die Eingrenzungsstruktur (113) füllen. Solange das Objektbaumaterial (107) auf das Innere der Eingrenzungsstruktur (113) aufgebracht wird, kann es gemaß den hierin beschriebene Prinzipien für das Objektbaumaterial mehrere Ausstoßpositionen oder nur eine einzelne Ausstoßposition geben.
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3 stellt eine zusätzliche beispielhafte Konfiguration dar, die verwendet werden kann, um die vorliegenden Freiformherstellungsverfahren zu umfassen. Die in 3 dargestellte Figur zeigt eine Rechenvorrichtung (110), Servomechanismen (115) und eine bewegliche Stufe (103), die Materialspender (105) und eine Rolle (120) umfasst, ähnlich wie die in 2 dargestellte Struktur. 3 umfasst jedoch auch eine Rückkopplungsvorrichtung (111), die Konfiguriert ist, um das Ausgeben des Volumens an Objektbaumaterial (107) zu überwachen und zu steuern, und eine Strahlungsaufbringvorrichtung (130), die konfiguriert ist, um die Strahlung nach der Aufbringung jedes Segments an das aufgetragene Material anzulegen. Die Ruckkopplungsvorrichtung (111) kann einen optischen Sensor, eine Flussmessvorrichtung, oder eine andere Vorrichtung umfassen, die verwendet werden kann, um die Menge an Objektbaumaterial (107) zu überwachen und zu steuern, die durch den Materialspender (105) ausgegeben wird, der entweder als Hochpräzisions- oder Niedrigpräzisionsspender arbeitet, ist aber nicht darauf beschränkt. Außerdem kann die Strahlungsanlegvorrichtung (130) jede Vorrichtung sein, die konfiguriert ist, um ultraviolette (UV) oder andere Strahlen anzulegen, die ausreicht, um aufgebrachtes Material zu verfestigen oder zu härten. Wie es in 3 gezeigt ist, kann die Strahlungsanlegvorrichtung (130) mit der beweglichen Stufe (103) als eine Abtasteinheit gekoppelt sein. Alternativ kann die Strahlungsanlegvorrichtung (130) ein getrennter Belichter oder Abtasteinheit sein, die konfiguriert ist, um das gesamte oder selektive Abschnitte des aufgebrachten Materials zu belichten, nachdem ein Segment von Baumaterial aufgebracht wurde.
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Mit erneuter Bezugnahme auf 2 kann die bewegliche Stufe (102) des Festkörperfreiformherstellersystems (100; 1) Tintenstrahltechnologie umfassen, wie z. B. fortlaufende oder Tropfen-auf-Befehl-Flüssigausstoßvorrichtungen, einschließlich thermische und/oder piezoelektrische Tintenstrahlen zum Aufbringen der Eingrenzungsstruktur (113) und/oder des Objektmaterials (107). Außerdem kann die bewegliche Stufe zusätzliche Komponenten umfassen, die konfiguriert sind, um das gewünschte dreidimensionale Objekt zu bilden oder zu färben. Falls die bewegliche Stufe (103) fortlaufende oder Tropfen-auf-Befehl-Tintenstrahltechnologie umfasst, kann die bewegliche Stufe einen oder mehrere Materialspender (105) umfassen, wie z. B. Druckköpfe, die konfiguriert sind, um Materialien, klar oder farbig, in einem selektiven Muster aufzubringen, um dem Objekt oder der Tragestruktur, die hergestellt wird, Farbe oder Textur hinzuzufügen.
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Wie es oben erörtert wurde, konnen die Materialspender (105) konfiguriert sein, um selektiv als ein Hochprazisionsdruckkopf zu wirken, zum Durchführen selektiver Grenzaufbringung, wenn die Objektdefinierungsgrenze (109) der Eingrenzungsstruktur (113) gebildet wird. Anstatt zu erfordern, dass die Materialspender (105) fortlaufend als ein temporal aufwändiger Hochpräzisionsspender arbeiten, können die Materialspender (105) auch selektiv aus Niedrigpräzisionsdispenser arbeiten, wenn dieselben ein Baumaterial (107) oder Nichtgrenztragematerial für die selektiv aufgebrachte Eingrenzungsstruktur (113) aufbringen. Wenn sie Aufbaumaterial (107) aufbringen, können die Materialspender (105) Volumenmengen von Objektbaumaterial (107) innerhalb der Grenzen der selektiv aufgebrachten Eingrenzungsstruktur (113) ausstoßen. Folglich können die dreidimensionalen Objekte, die gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien aufgebaut werden, schneller und günstiger aufgebaut werden als herkömmliche Festkörperfreiformherstellungssysteme, die Materialausstoß durch Hochpräzisionsverfahren an jedem Voxel eines gewünschten dreidimensionalen Objekts erfordern.
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Beispielhafte Implementierung und Betrieb
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4 ist ein Flussdiagramm, das das vorliegende Festkörperfreiformherstellungsverfahren gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel darstellt. Wie es in 4 dargestellt ist, kann das vorliegende Verfahren beginnen durch Aufbringen und Verfestigen einer Eingrenzungsstruktur (Schritt 400). Sobald ein Teil der Eingrenzungsstruktur aufgebracht und optional planarisiert wurde (Schritt 405), kann das Festkörperfreiformherstellungssystem (100; 1) Baumaterial aufbringen, unter Verwendung eines Spenders, der als ein Niedrigpräzisionsspender funktioniert, in einen Eingrenzungsgraben, der durch die Eingrenzungsstruktur (Schritt 410) gebildet wird. Das Baumaterial wird dann verfestigt (Schritt 420). Eine optionale Planarisierung des Baumaterials kann auch entweder vor (Schritt 415) oder nach (Schritt 430) der Verfestigung des Baumaterials auftreten(Schritt 420). Falls der Prozess des Aufbauens des gewünschten dreidimensionalen Objekts noch nicht abgeschlossen ist (NEIN; Schritt 440), kehrt das Festkörperfreiformherstellungssystem (100; 1) zu Schritt 400 zurück, und bringt erneut eine Eingrenzungsstruktur auf und verfestigt dieselbe. Falls jedoch der Prozess des Aufbauens des gewünschten dreidimensionalen Objekts abgeschlossen ist (JA, Schritt 440), kann das Festkörperfreiformherstellungssystem (100; 1) ferner das Baumaterial entwickeln (Schritt 450) und das Eingrenzungsmaterial entfernen (Schritt 460). Jeder der oben erwähnten Schritte wird nun mit Bezugnahme auf 5 bis 7 näher erläutert.
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Wie es in 4 gezeigt ist, beginnt das vorliegende Verfahren durch Aufbringen und Verfestigen einer Eingrenzungsstruktur (Schritt 400). Die Eingrenzungsstruktur (113; 2) kann aus einem Material gebildet werden, das durch einen Materialspender aufgebracht wird, einschließlich, aber auf keinen Fall begrenzt auf, geschmolzenes Wachs, ein Polymer oder jede andere Verbindung, die ohne Weiteres auf definierte Positionen ausgestoßen werden kann. Sobald das Eingrenzungsstrukturmaterial an einer bestimmten Position aufgebracht ist, kann sich das Eingrenzungsmaterial verfestigen durch Kühlen oder einen schnellen chemischen Härtungsprozess, der durch chemische Mittel aktiviert wird, die in dem Eingrenzungsmaterial vorhanden sind.
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Die Objektbildungsgrenze (109; 2) der Eingrenzungsstruktur (113; 2) bildet die Oberfläche, die die Wände, die Basis und/oder die Oberseite (falls vertikales Verschachteln erforderlich ist) des gewunschten dreidimensionalen Objekts definiert. Das Eingrenzungsmaterial kann linear platziert oder aufgebracht werden, als eine Anzahl von Voxeln, die vertikal aufeinander gestapelt sind und eine Anzahl von Umfangsstrukturen bilden, die verbunden sein können, um die Außenoberfläche eines Segments des gewünschten dreidimensionalen Objekts zu definieren. Außerdem kann die Eingrenzungsstruktur eine oder mehrere Segmente dick sein. Da die Objektbildungsgrenze (109; 2) der Eingrenzungsstruktur (113; 2) der einzige Abschnitt der Eingrenzungsstruktur ist, die die Oberfläche des gewünschten dreidimensionalen Objekts beeinträchtigt, ist dies der einzige Abschnitt der Eingrenzungsstruktur, der durch selektive Grenzaufbringung gebildet werden muss, unter Verwendung eines Materialspenders, der als ein Hochpräzisionsspender arbeitet. Sobald die Objektbildungsgrenze (109; 2) gebildet wurde, kann der Rest der Eingrenzungsstruktur (113; 2) durch einen der Materialspender (105) gebildet werden, der als ein Niedrigpräzisionsspender arbeitet. Wie es in 4 gezeigt ist, können alle Schäden oder Leerräume, die in der Eingrenzungsstruktur (113; 2) vorhanden sind, durch einen optionalen Planarisierungsprozess von der Eingrenzungsstruktur entfernt werden (Schritt 405).
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5A stellt eine Eingrenzungsstruktur eines beispielhaften Ausführungsbeispiel dar. Wie es in 5A dargestellt ist, kann die Eingrenzungsstruktur (113) gebildet werden mit einer fortlaufenden Objektbildungsgrenze (109), die die Oberflache des gewünschten dreidimensionalen Objekts definiert. Wie es in 5A gezeigt ist, ist die Innenwand (109) der Grenze im Wesentlichen fortlaufend, weil dieselbe mit dem Baumaterial interagiert, um die Oberflächengüte des gewünschten dreidimensionalen Objekts zu bilden. Darüber hinaus definiert die Innenwand (109) der Eingrenzungsstruktur (119) einen Eingrenzungsgraben (500), der konfiguriert ist, um Baumaterial, das das gewünschte dreidimensionale Objekt bilden wird, aufzunehmen und zu tragen.
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5B stellt dar, wie Strukturmaterial, das verwendet wird, um die Eingrenzungsstruktur (113) zu bilden, gemäß dem vorliegenden Festkörperfreiformherstellungsverfahren reduziert werden kann. Wie es in 5B gezeigt ist, kann durch einen Materialspender, der als ein Niedrigprazisionsspender arbeitet, ein Strukturträger in einer spärlichen Arraystruktur aufgebracht werden, sobald die durchgehende Objektbildungsgrenze (109) durch selektive Grenzaufbringung gebildet wurde. Die durchgehende Objektbildungsgrenze (109) ist notwendig, um die Oberfläche des gewünschten dreidimensionalen Objekts zu definieren, durch Aufnehmen eines Bildmaterials, das darin aufgebracht ist. Die durchgehende Objektbildungsgrenze (109) kann jedoch so dunn gebildet werden, dass es desselben an Strukturstärke mangelt. Um der durchgehenden Objektbildungsgrenze (109) Strukturstarke hinzuzufügen, während die Materialverwendung reduziert wird, kann eine spärliche Arraystruktur aufgebracht werden. Wie es in 5B gezeigt ist, kann die spärliche Arraystruktur über die durchgehenden Objektbildungsgrenze (109) hinaus eine Anzahl von Leerraumen (520) umfassen, die durch spärlich angeordnete Flächen von Strukturmaterial (510) definiert sind. Die spärliche Arraystruktur kann entweder aus Strukturmaterial, Baumaterial oder jedem anderen gewünschten Material hergestellt sein, das durch einen Niedrigpräzisionsspender ausgegeben werden kann, um der Objektbildungsgrenze (109) Strukturunterstützung hinzuzufügen. Die Aufnahme einer spärlichen Arraystruktur ist möglich, sobald die durchgehenden Objektbildungsgrenze (109) abgeschlossen ist, weil die spärliche Arraystruktur nicht in Kontakt mit dem Baumaterial kommt, das die äußere Oberflache des gewünschten dreidimensionalen Objekts bildet. Diese spärliche Arraystruktur reduziert nicht nur die Menge und Kosten von Strukturmaterial, das benötigt wird, um eine strukturell realisierbare Eingrenzungsstruktur (113) zu bilden, die Reduktion des Strukturmaterials reduziert auch die Verarbeitungszeit, die erforderlich ist, um das Strukturmaterial nach der Herstellung von dem gewünschten dreidimensionalen Objekt zu entfernen. Darüber hinaus können die spärlich angeordneten Materialflächen unter Verwendung eines Materialspenders aufgebracht werden, der als ein Niedrigpräzisionsspender arbeitet, da Voxelplatzierung außerhalb der durchgehenden Objektbildungsgrenze (109) nicht so wichtig ist.
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Sobald die Eingrenzungsstruktur (113) ausreichend ausgegeben und/oder verfestigt ist, um Baumaterial zu tragen, kann das vorliegende Festkörperfreiformherstellungssystem (100; 1) Baumaterial (107; 6A) in den Eingrenzungsgraben (500; 6A) aufbringen, der durch die fortlaufende Objektbildungsgrenze (109; 6A) der Eingrenzungsstruktur (113) gebildet wird, wie es in 6A gezeigt ist. Das Baumaterial (107) kann durch jede Anzahl von Materialspendern aufgebracht werden, die als Niedrigpräzisionsspender arbeiten, einschließlich, aber auf keinen Fall begrenzt auf, einem Tintenstrahldruckkopf, einem piezoelektrischen Druckkopf, einem thermischen Tintenstrahldruckkopf, einem durchgehenden Strahldruckkopf, einem Ventilstrahldruckkopf oder einem Spritzenmechanismus. 6A stellt eine Spritze (600) dar, die eine vorbestimmte Menge an Baumaterial (107) in den Eingrenzungsgraben ausgibt, der durch die durchgehenden Objektbildungsgrenze (109) der Eingrenzungsstruktur (113) erzeugt wird. Sobald das Baumaterial (107) in der Eingrenzungsstruktur (113) aufgebracht wurde, kann sich das Flüssigbaumaterial nach einer Viskositäts-, Oberflächenspannungs-, Schwerkraft- und Benetzungsgesteuerten Zeitperiode (die durch den Pfeil dargestellt ist) gegen die fortlaufende Objektbildungsgrenze (109) der Eingrenzungsstruktur (113) setzen, wie es in 7B gezeigt ist.
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7A stellt dar, wie mehrere Materialspender (700) verwendet werden können, um eine vorbestimmte Menge an Baumaterial (107) in den Eingrenzungsgraben (500) auszugeben, der durch die durchgehenden Objektbildungsgrenze einer Eingrenzungsstruktur (113) erzeugt wird. Wie es in 7A und 7B gezeigt ist, können Materialspender (700), wie z. B. Tintenstrahldruckköpfe, mehre Gruppen von Baumaterial (107) aufbringen, die sich mit dem Verlauf der Zeit (Pfeil) gegen die durchgehenden Objektbildungsgrenze (109) der Eingrenzungsstruktur (113) setzen. Die Verwendung mehrerer Baumaterialspender (700) kann die Zeit reduzieren, die das Baumaterial (507) benötigt, um sich uber den Eingrenzungsgraben (500) auszubreiten und denselben zu fullen. Falls eine exakte Füllung gewünscht wird, kann ein Quetschwalzen- oder Rollentypmechanismus, wie er in 3 dargestellt ist, verwendet werden, um überschüssiges Baumaterial (107) zu entfernen, das in dem Eingrenzungsgraben (500) aufgebracht ist, während es nach wie vor in flüssiger Form ist (Schritt 415; 4). Es kann angemerkt werden, dass das Baumaterial (107) und die Eingrenzungsstruktur (113) beide gleichzeitig durch Schritt 415 planarisiert werden können. Darüber hinaus kann die Menge an Baumaterial (107), die durch den Materialspender (700) ausgegeben wird, überwacht und genau gesteuert werden unter Verwendung eines optischen Sensors oder einer anderen Rückkopplungsvorrichtung (111; 3). Unabhängig von dem verwendeten Spendertyp können die Kosten und die Zeit, die notwendig sind, um die Festkörperfreiformherstellung durchzuführen, gemäß dem vorliegenden Verfahren reduziert werden, weil die Verfestigung des Baumaterials nicht auf Kontakt hin erforderlich ist. Statt dessen kann durch Bilden der durchgehenden Objektbildungsgrenze (109) unter Verwendung eines Materialspenders, der als Hochpräzisionsspender arbeitet, das Baumaterial mit einem Niedrigpräzisionsspender ausgegeben werden, und es demselben ermöglicht werden, sich vor der Verfestigung zu setzten. Die Fähigkeit zu Fließen ermöglicht es dem Baumaterial auch, strukturelle Hohlräume und Defekte zu eliminieren, die für viele Festkörperfreiformherstellungssysteme typisch sind.
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Sobald das Baumaterial ausreichend aufgebracht und verarbeitet wurde, um die Wahrscheinlichkeit von Defekten zu reduzieren (Schritt 415), kann das Festkörperfreiformherstellungssystem (100; 1) das Baumaterial verfestigen (107); 7B). Das enthaltene flüssige Baumaterial (107; 7B) kann verfestigt werden unter Verwendung jeder geeigneten Einrichtung, einschließlich, aber auf gar keinen Fall begrenzt auf, teilweises Harten durch elektromagnetische Strahlung, die Aufbringung von Wärme oder eine chemische Härtung, die durch chemische Mittel aktiviert wird, die in dem Baumaterial vorhanden sind, wenn es aufgebracht wird (Schritt 420). Die Verfestigung des flüssigen Baumaterials (7; 7B) kann entweder sofort nachdem eine Menge an flüssigem Baumaterial innerhalb eines Begrenzungsgrabens aufgebracht wurde, oder auf die Bildung von mehreren Segmenten von Baumaterial hin auftreten. Das Baumaterial kann verfestigt werden durch teilweises Härten, so dass die teilweise gehärteten Segmente aus Baumaterial nachfolgend aufgebrachtes Baumaterial tragen. Durch teilweises Härten des aufgebrachten Baumaterials anstatt jedes Segment auf die Aufbringung hin vollständig zu harten, ist die Zwischenhärtungszeit zusammen mit der Gesamtverarbeitungszeit reduziert. Wenn das Baumaterial (107; 7B) verfestigt ist, kann das Baumaterial erneut optional planarisiert werden (Schritt 430). Eine Planarisierung an diesem Punkt in dem Prozess trägt dazu bei, eine genaue Füllung des Eingrenzungsgrabens sicherzustellen (500; 7A), durch Entfernen jeglichen Baumaterials, das die Hohe oder Dicke der Eingrenzungsstruktur überschreitet (113; 7A). Darüber hinaus kann die Planarisierung nach teilweisen Verfestigung des Baumaterials eine Anzahl von Defekten, wie z. B. Blasen, in dem Baumaterial eliminieren.
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Sobald das Baumaterial planarisiert wurde (Schritt 430), bestimmt die Rechenvorrichtung (110; 2), ob der Aufbau des gewünschten dreidimensionalen Objekts abgeschlossen ist (Schritt 440). Falls die Rechenvorrichtung (110; 2) bestimmt, dass der Aufbau des gewünschten dreidimensionalen Objekts nicht abgeschlossen ist, und zusätzliche Mengen an Eingrenzungsstruktur und Baumaterial gebildet werden sollen, um das gewünschte dreidimensionale Objekt zu vervollständigen (NEIN, Schritt 440), dann kann die Rechenvorrichtung bewirken, dass das Festkörperfreiformherstellungssystem (100; 1) erneut mit Schritt 400 beginnt. Falls jedoch die Rechenvorrichtung bestimmt, dass der Aufbau des dreidimensionalen Objekts abgeschlossen ist (JA, Schritt 440) kann das Festkörperfreiformherstellungssystem (100; 1) ferner das Baumaterial weiter entwickeln (Schritt 450). Das weitere Entwickeln des Baumaterials (107; 7B) kann erforderlich sein auf den Abschluss der Materialausgabe hin, weil, wie es oben erklärt ist, das Baumaterial nur während des Bauprozesses ausreichend verfestigt werden kann, um nachfolgende Mengen an Baumaterial zu tragen. Die weitere Entwicklung des Baumaterials (Schritt 450) kann durch jede Anzahl von Härtungseinrichtung geschehen, einschließlich, aber auf keinen Fall begrenzt auf, die Anlegung elektromagnetischer Strahlung, UV-Strahlung, Wärme oder einer chemischen Aushärtung, die durch chemische Mittel aktiviert wird, die in dem Baumaterial vorhanden sind, wenn es aufgebracht wird.
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Sobald es gehärtet ist, kann das Eingrenzungsmaterial von dem gewünschten dreidimensionalen Objekt entfernt werden (Schritt 460). Der Prozess, der verwendet wird, um Eingrenzungsmaterial zu entfernen, kann abhängig von den verwendeten Materialien variieren. Falls sowohl das Eingrenzungsmaterial als auch das Baumaterial aus Wachs hergestellt sind, kann das Bauwachs einen höheren Schmelzpunkt aufweisen als das Eingrenzungswachs. Gemäß diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die zusammengesetzte Struktur von sowohl dem Eingrenzungsmaterial als auch dem gewünschten dreidimensionalen Objekt in eine Lösung eingetaucht werden, die auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Eingrenzungsmaterialwachses, aber unter dem des Baumaterialwachses erwärmt wurde. Die Wärme der Lösung kann bewirken, dass das Eingrenzungsmaterialwachs von dem gewünschten dreidimensionalen Objekt schmilzt. Gleichartig dazu, falls das Baumaterial ein härtbares Material ist, das mit Bestrahlung gehärtet werden kann, und das Eingrenzungsmaterial Wachs ist, kann das Eingrenzungswachs erwärmt werden und von dem Baumaterial abgeschmolzen werden, ohne die Betriebstemperatur zwischen dem Schmelzpunkt des Eingrenzungsmaterials und dem Schmelzpunkt des Baumaterials beibehalten zu müssen.
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Alternativ können das Baumaterial und das Eingrenzungsmaterial gewählt werden, um entgegengesetzte Empfindlichkeiten gegenüber der Aktion eines Lösungsmittels zu zeigen. Beispielsweise kann das Eingrenzungsmaterial ein polares Material sein, wobei das Baumaterial ein nichtpolares Material ist. Bei diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die endgültige zusammengesetzte Struktur in ein polares Lösungsmittel eingetaucht werden, das bewirkt, dass sich das polare Eingrenzungsmaterial ablöst und nur das Baumaterial zurücklässt.
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Bei einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel kann das Baumaterial härtbar sein, indem es einer Strahlung einer vorbestimmten Wellenlänge ausgesetzt wird, während das Eingrenzungsmaterial nicht ausgesetzt wird. Nachdem jede Menge an Baumaterial aufgebracht ist, kann dasselbe vor der Aufbringung eines nachfolgenden Baumaterials einer Strahlung ausgesetzt werden. Solange das gehärtete Material eine Interaktion mit identischem Material in dem nicht geharteten Zustand zeigt, hat die endgultige zusammengesetzte Struktur eine unterschiedliche Härtecharakteristika. Die Trennung der beiden Komponenten kann dann durch geeigneten physikalische oder chemische Mittel erreicht werden.
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Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel können die beiden Materialien aufgrund ihrer gegenseitigen Nichtmischbarkeit gewählt werden. Solange das fertiggestellte dreidimensionale Objekt keine topologisch entgegengesetzten Komponenten enthält, kann es aufgrund eines Mangels an Haftung manuell von dem umgebenden Tragematerial getrennt werden.
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Obwohl das oben erwähnte Verfahren im Zusammenhang eines einzelnen Materialspenders erklärt wurde, der in der Lage ist, selektiv entweder als Hochpräzisionsspender oder als Niedrigpräzisionsspender zu arbeiten, kann das vorliegende Verfahren in einer Festkörperfreiformherstellungsvorrichtung implementiert werden, die jede Anzahl von Materialspendern aufweist, wobei zumindest ein Spender in der Lage ist, als Niedrigpräzisionsspender zu arbeiten, und zumindest ein Spender in der Lage ist, als Hochprazisionsspender zu arbeiten.
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Alternative Ausführungsbeispiele
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Gemäß einem in 8 dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel kann es wünschenswert oder kostengünstig sein, Hohlräume oder poröse Netzwerke in einem gewünschten dreidimensionalen Objekt zu erzeugen. Die Hohlräume (820) können wünschenswert sein, um Gewicht und Herstellungskosten zu reduzieren, oder um andere Probleme zu adressieren. Um Hohlräume in dem gewünschten dreidimensionalen Objekt zu erzeugen, können gemäß dem vorliegenden beispielhaften Verfahren ein oder mehrere Hohlräume (820) in dem gewünschten dreidimensionalen Objekt gebaut sein, durch Bauen kleinerer hohler Eingrenzungsstrukturen (800) innerhalb der durchgehenden Objektbildungsgrenze (109) vor dem Ausgeben des Objektbaumaterials (107; 9). Wie es in 8 gezeigt ist, sind die kleineren hohlen Eingrenzungsstrukturen (800) mit einer festen Außenwand gebildet, ähnlich wie diejenige der durchgehenden Objektbildungsgrenze (109) der Haupteingrenzungsstruktur (113). Gemäß diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel können die kleineren hohlen Eingrenzungsstrukturen (800) gebildet werden durch einen Materialspender, der als Hochprazisionsspender arbeitet, entwerden gleichzeitig mit oder in Verbindung mit dem Bilden der durchgehenden Objektbildungsgrenze (109) der Haupteingrenzungsstruktur (113).
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9 ist eine Querschnittsansicht einer Eingrenzungsstruktur, die eine Haupteingrenzungsstruktur (113) und eine kleinere hohle Eingrenzungsstruktur (800) umfasst. Wie es in 9 gezeigt ist, wenn ein Hohlraum (820) zu bilden ist, kann die schmalere hohle Eingrenzungsstruktur (800) vor dem Ausgeben des Baumaterials (107) gebildet werden. Wenn es dem Baumaterial (107) ermöglicht wird, in dem Eingrenzungsgraben (500) zu fließen, der durch die Eingrenzungsstruktur (113) gebildet wird, verhindert die kleinere hohle Eingrenzungsstruktur (800), dass das Baumaterial (107) in den gewünschten Hohlraum (820) eindringt.
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Wie es in 10 gezeigt ist, sobald ein Hohlraum (820) in einem gewünschten dreidimensionalen Objekt gebildet wurde, kann nachfolgend das Strukturmaterial so aufgebracht werden, dass Tropfen an dem Rand des Hohlraums (820) teilweise über den Rand des Hohlraums hängen und den Hohlraum allmählich abdichten. Während nachfolgendes Baumaterial (107) in den Eingrenzungsgraben (500; 8) aufgebracht wird, der durch die Eingrenzungsstrukturen (113) gebildet ist, verhindert das Strukturmaterial, dass Baumaterial in den geformten Hohlraum (820) eindringt. Diese Fähigkeit, Hohlräume in dem gewünschten dreidimensionalen Objekt zu bilden, ermöglicht nicht nur eine Reduktion der Kosten aufgrund der Herstellung mit weniger Material, sondern eine Anzahl von Strukturhohlräumen wie z. B. wabenförmige Hohlräume, können gebildet werden.
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11 stellt ein zusätzliches Ausführungsbeispiel des vorliegenden Festkörperfreiformherstellungsverfahrens dar. Gemäß dem in 11 dargestellten beispielhaften Ausführungsbeispiel kann das Festkorperfreiformherstellungsverfahren beginnen durch gleichzeitiges Bilden einer Eingrenzungsstruktur (Schritt 1100) und Ausgeben des Objektbaumaterials (Schritt 1110). Das vorliegende Verfahren ermöglicht es, dass die durchgehende Objektbildungsgrenze (109; 8) der Eingrenzungsstruktur (113) mit einem Materialspender gebildet wird, der als ein Hochpräzisionsspender arbeitet, während das Baumaterial durch einen Materialspender aufgebracht wird, der als ein Niedrigpräzisionsspender arbeitet. Falls das Mengenobjektbaumaterial (107) eine etwas geringe Viskosität und/oder hohe Oberflachenspannung aufweist, kann es einige Zeit dauern, bis sich dasselbe über den Eingrenzungsgraben (500; 8), der durch die Eingrenzungsstruktur (113; 8) definiert ist, ausbreitet und denselben füllt. Gemäß diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel können die Eingrenzungsstruktur (113; 8) und das Objektbaumaterial (107; 9) gleichzeitig aufgebracht werden, solange die Eingrenzungsstruktur zu dem Zeitpunkt, zu dem das Objektbaumaterial (107) dieselbe in Eingriff nimmt, ausreichend verfestigt ist. Sobald sowohl die Eingrenzungsstruktur als auch das Objektbaumaterial ausgegeben wurden, kann das Baumaterial ausreichend verfestigt werden, um weitere Bauoperationen zu unterstützen (Schritt 420). Das Baumaterial kann auch planarisiert werden, um überschüssiges Baumaterial (Schritt 430) zu entfernen. Sobald das Baumaterial verfestigt und planarisiert ist, kann die Rechenvorrichtung bestimmen, ob die Bauoperationen abgeschlossen sind (Schritt 440). Falls zusätzliche Bauoperationen durchzuführen sind (NEIN, Schritt 440) beginnt die Festkörperfreiformherstellungsvorrichtung (100; 1) erneut, Eingrenzungsstruktur- und Baumaterialien auszugeben. Falls jedoch die Rechenvorrichtung bestimmt, dass die Bauoperation abgeschlossen ist, kann dieselbe bewirken, dass die Festkörperfreiformherstellungsvorrichtung (100; 1) das Eingrenzungsmaterial entfernt (Schritt 1120) und das Baumaterial weiterentwickelt (Schritt 1130). Wie es in 11 gezeigt ist, kann die Entfernung des Eingrenzungsmaterials vor dem endgültigen Härten und Entwickeln des gewünschten dreidimensionalen Objekts auftreten, falls der Prozess, der verwendet wird, um das Eingrenzungsmaterial zu entfernen, harmlos genug ist, um das Eingrenzungsmaterial zu entfernen, ohne das gewünschte dreidimensionale Objekt zu beschädigen.
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Zusammenfassend reduzieren das vorliegende Festkörperfreiformherstellungssystem und -verfahren effektiv die Festkörperfreiformherstellungskosten durch Reduzieren des Bedarfs an mehreren Hochpräzisionsspendern. Genauer gesagt, das vorliegende System und das vorliegende Verfahren ermöglichen die Verwendung eines Materialspenders, der in der Lage ist, als ein Hochpräzisionsspender zu arbeiten, um selektiv die Grenzflache einer Eingrenzungsstruktur aufzubringen, während der gleiche Materialspender, der als ein Niedrigpräzisionsspender arbeitet, verwendet wird, um die verbleibende Eingrenzungsstruktur aufzubringen und Baumaterial aufzubringen. Dieses System und Verfahren reduziert auch die Kosten von Objekten, die hergestellt werden, indem sie es ermöglichen, dass spärliche Strukturarraykonfigurationen aufgebracht werden durch Niedrigpräzisionsspender, die die Menge an Tragematerial reduzieren, die benötigt wird, um ein dreidimensionales Objekt zu bauen. Die Bildung von spärlichen Strukturarrays reduziert auch die Schwierigkeit, das Strukturmaterial zu entfernen, aufgrund der reduzierten Materialmenge. Darüber hinaus reduziert das vorliegende System und Verfahren Teildefekte indem es es ermöglicht, dass Baumaterial vor den nachfolgenden Verfestigungsprozessen in dem fließbaren flussigen Zustand bleibt.
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Die vorhergehende Beschreibung wurde nur präsentiert, um beispielhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung darzustellen, und zu beschreiben. Dieselbe soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf eine genau offenbarte Form begrenzen. Hinsichtlich der obigen Lehre sind viele Modifikationen und Variationen möglich. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzbereich der Erfindung durch die folgenden Ansprüche definiert ist.
