DE112014006195B4

DE112014006195B4 - Vorrichtungen zur erzeugung eines dreidimensionalen objekts und verfahren zur erzeugung eines dreidimensionalen objekts

Info

Publication number: DE112014006195B4
Application number: DE112014006195.6T
Authority: DE
Inventors: Alejandro Manuel De Pena; Pavel Kornilovich; David H. Donovan
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2022-04-28
Anticipated expiration: 2034-04-01
Also published as: DE112014006195T5

Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung eines dreidimensionalen Objekts, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:eine Energiequelle (226), um Werkstoff mit Energie zu beaufschlagen, um zu bewirken, dass ein Teilbereich des Werkstoffs koalesziert und sich verfestigt, um eine Scheibe eines dreidimensionalen Objekts in Übereinstimmung damit zu bilden, wo Koaleszenzmittel aufgebracht wurde; undeinen Controller (210), um:einen Mittelverteiler (202) zu steuern, um selektiv auf einen Teilbereich einer ersten auf einem Trägerelement (204) oder einer vorangegangenen Schicht befindlichen Schicht Werkstoff Koaleszenzmittel aufzubringen;die Energiequelle (226) zu steuern, um die erste Schicht mit Energie zu beaufschlagen, um zu bewirken, dass der Teilbereich der ersten Schicht koalesziert und sich verfestigt;einen Werkstoffverteiler (224) zu steuern, um eine zweite Schicht Werkstoff auf der ersten Schicht vorzusehen; undobwohl auf die zweite Schicht kein Koaleszenzmittel aufgebracht wurde, die Energiequelle (226) zu steuern, um die zweite Schicht mit Energie zu beaufschlagen, so dass die Energie sich durch die zweite Schicht zur ersten Schicht ausbreitet und bewirkt, dass die erste Schicht koalesziert und sich weiter verfestigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Erzeugung eines dreidimensionalen Objekts und ein Verfahren zur Erzeugung eines dreidimensionalen Objekts welche(s) durch die beigefügten Ansprüche beansprucht sind(ist).
HINTERGRUND
Additive Fertigungssysteme, bei denen dreidimensionale Objekte schichtweise erzeugt werden, wurden als eine möglicherweise praktische Methode zur Produktion kleiner Mengen dreidimensionaler Objekte vorgeschlagen.
Die Qualität der mit solchen Systemen produzierten Objekte kann je nach der verwendeten additiven Fertigungstechnologie sehr unterschiedlich sein. Im Allgemeinen können mit kostengünstigen Systemen Objekte mit niedriger Qualität und geringer Beanspruchbarkeit produziert werden, während mit kostspieligeren Systemen Objekte hoher Qualität und Beanspruchbarkeit produziert werden können.
Relevanter Stand der Technik findet sich in US 2009/0020920 A1
Figurenliste
Unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren werden einige Beispiele beschrieben:

1a-1b, 3 und 5 sind jeweils Flussdiagramme, die Verfahren zur Erzeugung dreidimensionaler Objekt gemäß einigen Beispielen illustrieren;
2 ist eine vereinfachte isometrische Illustration eines additiven Fertigungssystems gemäß einigen Beispielen; und
4a-h und 6a-h zeigen Reihen von Querschnittsseitenansichten von Schichten Werkstoff gemäß einigen Beispielen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgenden Begriffe werden in der Beschreibung oder in den Ansprüchen mit folgenden Bedeutungen verwendet. Die Singularformen des unbestimmten und des bestimmten Artikels bedeuten „ein oder mehr“. Die Begriffe „enthalten“, „einschließen“ und „haben“ werden mit derselben einschließenden Bedeutung verwendet wie „umfassen.“
Mit einem additiven Fertigungssystem kann ein dreidimensionales Objekt erzeugt werden, indem Teilbereiche einer oder mehrerer aufeinanderfolgender Schichten Werkstoff verfestigt werden. Der Werkstoff kann zum Beispiel auf Pulver basierend sein und die Eigenschaften erzeugter Objekte können von der Art des verwendeten Werkstoffs und des verwendeten Verfestigungsmechanismus abhängen. In einigen Beispielen wird die Verfestigung durch die Verwendung eines flüssigen Binders zur chemischen Verfestigung des Werkstoffs erreicht. In anderen Beispielen wird die Verfestigung durch eine temporäre Beaufschlagung des Werkstoffs mit Energie erreicht. Dies kann zum Beispiel die Verwendung eines Koaleszenzmittels einschließen, dabei handelt es sich um ein Material, das, wenn eine Kombination aus Werkstoff und Koaleszenzmittel mit einer geeigneten Menge Energie beaufschlagt wird, den Werkstoff veranlasst, zu koaleszieren und sich zu verfestigen. In anderen Beispielen können andere Verfahren zur Verfestigung verwendet werden.
Objekteigenschaften können von der Beschaffenheit der verwendeten Werkstoffe, von den Prozessen mit denen der Werkstoff verfestigt wird, um ein gewünschtes dreidimensionales Objekt zu bilden, und den Temperaturen der Werkstoffe während solcher Prozesse abhängen. Diese Eigenschaften umfassen zum Beispiel Oberflächenrauigkeit, Genauigkeit, Beanspruchbarkeit und das Verkleben der Schichten miteinander.
In einigen Beispielen kann Energie, die vom Werkstoff absorbiert wurde, auf den ein Koaleszenzmittel aufgebracht wurde oder in den es eingedrungen ist, sich auch in den umgebenden Werkstoff ausbreiten. Die Energie kann ausreichend sein, um zu bewirken, dass der umgebende Werkstoff sich erwärmt. So kann die Energie sich zum Beispiel lateral im Werkstoff unter der aktuellen Schicht und/oder in eine zukünftige Schicht ausbreiten. In einigen Beispielen kann dieser Effekt durch Materialien mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit und verschiedenen Schmelzenthalpien und Wärmekapazitäten bewirkt werden. In anderen Beispielen kann dieser Effekt stattdessen verstärkt werden, wenn Werkstoffe mit relativ niedriger Wärmeleitfähigkeit verwendet werden, da dies zum Aufbau eines Wärmereservoirs unter der Oberfläche einer jeden neugeschaffenen Schicht führt, wenn diese gebildet wird. Die Wärme im Reservoir kann sich unter bestimmten Umständen langsam lateral im gesamten Werkstoff unter der neuesten Schicht und/oder in eine zukünftige Schicht, nachdem diese auf die neueste Schicht aufgebracht wurde, ausbreiten.
Damit können Teilbereiche des Werkstoffs auf eine Temperatur erwärmt werden, die geeignet ist, ein Erweichen und Verkleben des Werkstoffs zu bewirken. Diese Temperatur kann über oder unter dem Materialschmelzpunkt liegen. Dies kann zu der nachfolgenden Verfestigung von Teilbereichen des Werkstoffs führen, die nicht verfestigt werden sollten, ein Effekt, der Koaleszenzausbluten genannt wird. Koaleszenzausbluten kann zum Beispiel zu einer Verringerung der Gesamtgenauigkeit der erzeugten dreidimensionalen Objekte führen. So können Verformungen dreidimensionale Teilbereiche einschließen, wie eine sich lateral von den Seiten des Objekts erstreckende Verformung und eine sich unterhalb vom unteren Bereich des Objekts aus erstreckende Verformung. Verformungen können auch kleinere Unregelmäßigkeiten bei der Verfestigung aufgrund unerwünschter Temperaturverteilungen oder Wärmeleitungseffekten im gesamten Werkstoff umfassen.
In einigen Beispielen kann darüber hinaus bei einem sogenannten Treppeneffekt die schichtweise Fertigung zu genauen und glatten Objektoberflächen entlang von durch die jeweiligen Schichten definierten x-y-Achsen-Ebenen, aber zu ungenauen und rauen Objektoberflächen entlang der z-Achse, die die Achse ist, die sich durch mehrere Schichten erstreckt, führen. Wie ungenau die Oberfläche ist, kann von der Dicke einer jeden Werkstoffschicht abhängen.
Dementsprechend ermöglicht die vorliegende Offenbarung die Schaffung dreidimensionaler Objekte, bei denen Objekteigenschaften hoher Qualität erreicht werden können. Zum Beispiel werden die Effekte des Koaleszenzausblutens verringert, ein starkes Verkleben der Schichten miteinander erreicht und Treppeneffekte zwischen den Schichten verringert werden. Die folgenden Beispiele können einen oder mehrere dieser Effekte erreichen.
1a zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 10 zur Erzeugung eines dreidimensionalen Objekts gemäß einigen Beispielen darstellt. An 12 wird das Koaleszenzmittel selektiv auf einen Teilbereich einer ersten auf einem Trägerelement befindlichen Schicht Werkstoff oder einer vorangegangenen Schicht aufgebracht werden. An 14 wird die erste Schicht mit Energie beaufschlagt werden, um zu bewirken, dass ein Teilbereich der ersten Schicht koalesziert und sich verfestigt. Dies ist eine erste Koaleszenzphase. An 16 wird eine zweite Schicht Werkstoff auf die erste Schicht aufgebracht werden. An 18 wird, obwohl auf die zweite Schicht kein Koaleszenzmittel aufgebracht wurde, die zweite Schicht mit Energie beaufschlagt, so dass die Energie sich durch die zweite Schicht zur ersten Schicht ausbreiten kann und bewirkt, dass die erste Schicht koalesziert und sich weiter verfestigt. Dies sei eine zweite Koaleszenzphase.
In einigen Beispielen kann sich in der zweiten Koaleszenzphase Wärme von allen Seiten des Koaleszenzmittels zum Werkstoff ausbreiten, da das Koaleszenzmittel auf allen Seiten von Werkstoff umgeben sein kann und nicht nur auf lateralen und Unterseiten. Dieses erhöhte Volumen im Werkstoff, das zur Wärmeausbreitung bereitsteht, kann es der Wärme ermöglichen, sich über kürzere Distanzen vom Rand des Teilbereiches der ersten Schicht, auf die Koaleszenzmittel aufgebracht wurde, im Werkstoff auszubreiten. Damit kann Koaleszenzausbluten, das aufgrund von Wärmeausbreitung und mechanischen Beanspruchungen entsteht, verringert werden.
Da bei diesen Beispielen die Gefahr einer übermäßigen Wärmeausbreitung und damit von Koaleszenzausbluten verringert wird, können verschiedene Prozessparameter so angepasst werden, dass das Koaleszenzmittel eine höhere und effizientere Absorption von beaufschlagter Energie aufweist, wie nachstehend erläutert.
In einigen Beispielen kann die in zwei Phasen ausgeführte Beaufschlagung mit Energie verwendet werden, um eine höhere Teildichte zu erreichen.
Damit können die gewünschten Objekteigenschaften, wie starkes Verkleben der Schichten miteinander, hohe Genauigkeit und gewünschte Oberflächenmerkmale und Oberflächendefinition erreicht werden.
1b zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 100 zur Erzeugung eines dreidimensionalen Objekts gemäß einigen Beispielen darstellt. Eine erste Schicht Werkstoff wird auf einem Trägerelement oder einer vorangegangenen Schicht aufgebracht und ein Koaleszenzmittel aufweisender Teilbereich der ersten Schicht koalesziert bereits oder ist verfestigt. An 102 kann zusätzliches Koaleszenzmittel selektiv auf einen Teilbereich der ersten Schicht aufgebracht werden. An 104 wird eine zweite Schicht des Werkstoffs auf die erste Schicht aufgebracht. An 106 kann Koaleszenzmittel auf einen Teilbereich der zweiten Schicht aufgebracht werden. An 108 kann die zweite Schicht mit Energie beaufschlagt werden, um zu bewirken, dass der Koaleszenzmittel aufweisende Teilbereich der zweiten Schicht koalesziert und sich verfestigt, und zwar so, dass Energie sich durch die zweite Schicht zur ersten Schicht ausbreiten kann, um zu bewirken, dass der zusätzliches Koaleszenzmittel aufweisende Teilbereich der ersten Schicht koalesziert und sich verfestigt.
Das Verfahren aus 1b kann bei einigen Beispielen eines oder mehr der vorstehend in Bezug auf 1a beschriebenen Ergebnisse erreichen, einschließlich Verringerung von Koaleszenzausbluten, starkes Verkleben der Schichten miteinander, hohe Genauigkeit und gewünschte Oberflächenmerkmale und Oberflächendefinition. Zusätzlich erreicht das Verfahren aus 1b bei einigen Beispielen zudem eine Verringerung des Treppeneffekts. So kann zum Beispiel durch das Bewirken der Koaleszenz sowohl des zusätzliches Koaleszenzmittel aufweisenden Teilbereichs der ersten Schicht als auch des Koaleszenzmittel aufweisenden Teilbereichs der zweiten Schicht in einer Phase in z-Achsenrichtung entlang der ersten und zweiten Schichten eine glattere Oberfläche erreicht werden.
2 ist eine vereinfachte isometrische Illustration eines additiven Fertigungssystems 200 gemäß einigen Beispielen. Das System 200 kann gemäß der unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm aus 3 nachstehenden Beschreibung durchgeführt werden, um ein dreidimensionales Objekt zu erzeugen.
In einigen Beispielen kann der Werkstoff ein pulverbasierter Werkstoff sein. Der Begriff pulverbasierte Materialien wird hierin so verwendet, dass er sowohl trockene als auch feuchte pulverbasierte Materialien, Partikelmaterialien, und Granulate einschließt. In einigen Beispielen kann der Werkstoff eine Mischung aus Luft und festen Polymerpartikeln, zum Beispiel in einem Verhältnis von ca. 40 % Luft und ca. 60 % feste Polymerpartikel, einschließen. Ein geeignetes Material kann Nylon 12 sein, das zum Beispiel von Sigma-Aldrich Co. LLC bezogen werden kann. Ein anderes geeignetes Nylon-12-Material kann PA 2200 sein, das von Electro Optical Systems EOS GmbH bezogen werden kann. Weitere Beispiele geeigneter Werkstoffe können zum Beispiel Metallpulvermaterialien, Pulververbundmaterialien, Keramikpulvermaterialien, Glaspulvermaterialien, Harzpulvermaterialien, Polymerpulvermaterialien und dergleichen und Kombinationen daraus sein. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die hierin beschriebenen Beispiele nicht auf pulverbasierte Materialien oder die vorstehend aufgeführten Materialien beschränkt sind. In anderen Beispielen kann der Werkstoff eine Paste, Flüssigkeit oder ein Gel sein. Gemäß einem Beispiel kann ein geeigneter Werkstoff ein pulverförmiges semikristallines thermoplastisches Material sein. In einigen Beispielen kann ein geeignetes Material ein Nylon mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,1 W/m K bei Raumtemperatur und von 0,2 W/m K am Schmelzpunkt sein.
In einigen Beispielen kann der Werkstoff im Wesentlichen bezüglich der von der Energiequelle 226 bereitgestellten Energie transparent sein, was detaillierter nachstehend erläutert wird. Der Werkstoff kann zum Beispiel bezüglich Infrarotstrahlung im Wesentlichen transparent sein. Damit kann der Werkstoff, wenn die Energie ihn passiert, bei nicht vorhandenem Koaleszenzmittel nur geringe Erwärmung erfahren oder kann sich eventuell nicht erwärmen.
Das additive Fertigungssystem 200 kann einen System-Controller 210 umfassen. Hierin offenbarte Operationen und Verfahren können in dem additiven Fertigungssystem 200 und/oder Controller 210 implementiert und gesteuert werden.
Der Controller 210 kann einen Prozessor 212 zur Ausführung der Anweisungen umfassen, die die hierin beschriebenen Verfahren umsetzen können. Der Prozessor 212 kann zum Beispiel ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller, ein programmierbares Gate-Array, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Computerprozessor oder dergleichen sein. Der Prozessor 212 kann zum Beispiel mehrere Kerne auf einem Chip, mehrere Kerne auf verschiedenen Chips, mehrere Kerne in verschiedenen Geräten oder Kombinationen daraus umfassen. In einigen Beispielen kann der Prozessor 212 zumindest einen integrierten Schaltkreis (IC), andere Steuerlogik, andere elektronische Schaltkreise oder Kombinationen daraus umfassen.
Der Controller 210 kann direkte Nutzerinteraktion unterstützen. Das additive Fertigungssystem 200 kann zum Beispiel Nutzereingabegeräte 220 umfassen, die mit dem Prozessor 212 verbunden sind, wie eines oder mehreres aus Tastatur, Touchpad, Knöpfe, Tastenfeld, Drehknöpfe, Maus, Trackball, Kartenleser oder andere Eingabegeräte. Zusätzlich kann das additive Fertigungssystem 200 Ausgabegeräte 222 umfassen, die mit dem Prozessor 212 verbunden sind, wie eines oder mehreres aus Flüssigkristallanzeige (LCD), Drucker, Videomonitor, Touchscreenanzeige, Leuchtdiode (LED) oder andere Ausgabegeräte. Die Ausgabegeräte 222 können auf Anweisungen reagieren, um Textinformationen oder grafische Daten anzuzeigen.
Der Prozessor 212 kann mit einem computerlesbaren Speichermedium 216 über einen Kommunikationsbus 214 in Verbindung stehen. Das computerlesbare Speichermedium 216 kann ein Einzelmedium oder mehrere Medien umfassen. Zum Beispiel kann das computerlesbare Speichermedium 216 eines oder beides aus einem Speicher des ASICs und aus einem separaten Speicher im Controller 210 einschließen. Das computerlesbare Speichermedium 216 kann ein elektronisches, magnetisches, optisches oder anderes physisches Speichergerät irgendeiner Art sein. So kann das computerlesbare Speichermedium 216 zum Beispiel ein Direktzugriffsspeicher (RAM), statischer Speicher, Festwertspeicher, ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nurlesespeicher (EEPROM), eine Festplatte, ein optisches Laufwerk, ein Speicherlaufwerk, eine CD, eine DVD oder dergleichen sein. Das computerlesbare Speichermedium 216 kann nichtflüchtig sein. Das computerlesbare Speichermedium 216 kann computerausführbare Anweisungen 218 speichern, kodieren oder enthalten, die, wenn sie vom Prozessor 212 ausgeführt werden, den Prozessor 212 dazu veranlassen, eines oder mehrere der hierin gemäß verschiedenen Beispielen offenbarten Verfahren oder Operationen durchzuführen.
Das System 200 kann einen Koaleszenzmittelverteiler 202 enthalten, um selektiv Koaleszenzmittel auf aufeinanderfolgende Schichten von Werkstoff, der auf einem Trägerelement 204 vorgesehen ist, aufzubringen. Gemäß einem Beispiel, das nicht beschränkend wirkt, kann ein geeignetes Koaleszenzmittel eine tintenartige, Ruß umfassende Formulierung sein, wie die Tintenformulierung, die kommerziell als CM997A bekannt und von der Hewlett-Packard Company erhältlich ist. In einem Beispiel kann eine derartige Tinte zusätzlich einen Absorber umfassen, der das Strahlungsspektrum der von einer Energiequelle 226 emittierten Energie absorbiert. Die Tinte kann zum Beispiel zusätzlich einen Infrarotlichtabsorber umfassen. In einem Beispiel kann eine derartige Tinte zusätzlich einen Nahinfrarotlichtabsorber umfassen. In einem Beispiel kann eine derartige Tinte zusätzlich einen Absorber für sichtbares Licht umfassen. In einem Beispiel kann eine derartige Tinte zusätzlich einen UV-Licht-Absorber umfassen. Beispiele für Tinten, die Verstärker für sichtbares Licht umfassen, können farbstoffbasierte bunte Tinte und pigmentbasierte bunte Tinte sein, wie die kommerziellen als CM993A und CE042A bekannten Tinten, die von der Hewlett-Packard Company erhältlich sind.
In einem Beispiel hat das Trägerelement 204 Abmessungen im Bereich von ca. 10 cm mal 10 cm bis zu 100 cm mal 100 cm. In anderen Beispielen kann das Trägerelement 204 größere oder kleinere Abmessungen haben. Das Trägerelement 204 kann ein fest angebrachter Teil des Systems 200 sein oder es kann nicht ein fest angebrachter Teil des Systems 200 und stattdessen ein Teil eines abnehmbaren Moduls sein.
Der Controller 210 steuert gemäß den Anweisungen, die Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung umfassen, das selektive Aufbringen von Koaleszenzmittel auf eine Schicht bereitgestellten Werkstoffs.
Der Mittelverteiler 202 kann ein Druckkopf, wie ein Thermodruckkopf oder Piezo-Tintenstrahldruckkopf, sein. Der Druckkopf kann Düsenfelder aufweisen. In einem Beispiel können Druckköpfe, wie die üblicherweise in kommerziell erhältlichen Tintenstrahldruckern verwendeten, verwendet werden. In anderen Beispielen können die Mittel durch Sprühdüsen statt durch Druckköpfe aufbracht werden. Auch andere Aufbringmethoden können verwendet werden.
Der Mittelverteiler 202 kann verwendet werden, um selektiv Koaleszenzmittel, wenn es die Form eines geeigneten Fluids, wie einer Flüssigkeit, hat aufzubringen, z. B. aufzutragen. In einigen Beispielen kann der Mittelverteiler 202 ausgewählt werden, um selektiv Tropfen von Mittel mit einer Auflösung von zwischen 300 bis 1200 Punkten pro Zoll (DPI), zum Beispiel 600 DPI aufzubringen. In anderen Beispielen kann der Mittelverteiler 202 gewählt werden um Tropfen von Mittel mit einer höheren oder niedrigeren Auslösung aufzubringen. In einigen Beispielen kann der Mittelverteiler 202 ein Feld von Düsen aufweisen, durch die der Mittelverteiler 202 selektiv Tropfen von Fluid auszustoßen in der Lage ist. In einigen Beispielen kann jedes Tropfenvolumen in der Größenordnung von ca. 10 Pikoliter (pL) pro Tropfen sein, obwohl der Mittelverteiler 202 in anderen Beispielen in der Lage ist, eine größere oder kleinere Tropengröße aufzubringen. In einigen Beispielen ist der Mittelverteiler 202 in der Lage Tropfen verschiedener Größe aufzubringen.
In einigen Beispielen kann das Koaleszenzmittel einen flüssigen Träger, wie Wasser oder jedes andere geeignete Lösungsmittel oder Dispergiermittel umfassen, damit es mittels eines Druckkopfes aufgebracht werden kann.
In einigen Beispielen kann der Druckkopf ein Tropfen auf-Befehl-Druckkopf sein. In einigen Beispielen kann der Druckkopf ein Druckkopf mit kontinuierlicher Tropfenabgabe sein.
In einigen Beispielen kann der Mittelverteiler 202 in das System 200 eingebaut sein. In einigen Beispielen kann der Mittelverteiler 202 durch den Nutzer auswechselbar sein, wobei er dann herausnehmbar in eine geeignete Mittelverteileraufnahme oder ein Schnittstellenmodul des Systems 200 einführbar ist.
In dem in 2 dargestellten Beispiel weist der Mittelverteiler 202 eine Länge auf, durch die er in einer sogenannten Array-Konfiguration mit Seitenbreite über die gesamte Breite des Trägerelements 204 reichen kann. In einem Beispiel kann dies durch eine geeignete Anordnung von mehreren Druckköpfen erreicht werden. In anderen Beispielen kann ein einzelner Druckkopf mit einem Feld aus Düsen mit einer Länge, durch die sie über die Breite des Trägerelements 204 reichen, verwendet werden. In anderen Beispielen kann der Mittelverteiler 202 eine kürzere Länge aufweisen, durch die er nicht über die gesamte Breite des Trägerelements 204 reicht.
Der Mittelverteiler 202 kann auf einem bewegbaren Schlitten montiert sein, damit er in zwei Richtungen über die Länge des Trägerelements 204 entlang der dargestellten y-Achse bewegt werden kann. Damit wird eine selektive Aufbringung von Koaleszenzmittel über die gesamte Breite und Länge des Trägerelements 204 in einem einzigen Durchgang möglich. In anderen Beispielen kann der Mittelverteiler 202 fest sein und das Trägerelement 204 kann sich relativ zum Mittelverteiler 202 bewegen.
Es sei hier angemerkt, dass der hier verwendete Begriff ‚Breite‘ im Allgemeinen auf die kürzeste Abmessung in einer sich parallel zu den in 2 dargestellten x- und y-Achsen befindlichen Ebene verweist, während der hier verwendete Begriff ‚Länge‘ verwendet wird, um auf die längste Abmessung in dieser Ebene zu verweisen. Es ist jedoch selbstverständlich, dass in anderen Beispielen der Begriff ‚Breite‘ mit dem Begriff ‚Länge‘ austauschbar ist. Zum Beispiel kann der Mittelverteiler 202 in anderen Beispielen eine Länge haben, durch die er über die gesamte Länge des Trägerelements 204 reicht, während der bewegbare Schlitten in zwei Richtungen über die Breite des Trägerelements 204 bewegt werden kann.
In einem anderen Beispiel hat der Mittelverteiler 202 keine Länge, durch die er über die gesamte Breite des Trägerelements reichen kann, ist aber zusätzlich in zwei Richtungen über die Breite des Trägerelements 204 in der dargestellten x-Achse bewegbar. Durch diese Konfiguration wird eine selektive Aufbringung von Koaleszenzmittel über die gesamte Breite und Länge des Trägers 204 in mehreren Durchgängen möglich. Weitere Konfigurationen, wie eine Array-Konfiguration mit Seitenbreite, können es jedoch ermöglichen, dreidimensionale Objekte schneller zu erstellen.
Der Koaleszenzmittelverteiler 202 kann einen Vorrat an Koaleszenzmittel enthalten oder kann mit einem separaten Vorrat an Koaleszenzmittel verbindbar sein.
Das System 200 kann des Weiteren einen Werkstoffverteiler 224 enthalten, um aufeinanderfolgende Schichten Werkstoff auf dem Trägerelement 204 vorzusehen, z. B. aufzubringen oder aufzutragen. Geeignete Werkstoffverteiler 224 können zum Beispiel ein Wischerblatt und einen Roller umfassen. Werkstoff kann dem Werkstoffverteiler 224 aus einem Trichter oder einem Werkstoffmagazin zugeführt werden. Im gezeigten Beispiel bewegt sich der Werkstoffverteiler 224 über die Länge (y-Achse) des Trägerelements 204, um eine Schicht Werkstoff aufzutragen. Wie vorstehend beschrieben wird eine Schicht Werkstoff auf das Trägerelement 204 aufgetragen, wohingegen nachfolgende Schichten Werkstoff auf eine zuvor aufgetragene Schicht Werkstoff aufgetragen werden. Der Werkstoffverteiler 224 kann ein fest angebrachter Teil des Systems 200 sein oder er kann nicht ein fest angebrachter Teil des Systems 200 und stattdessen ein Teil eines abnehmbaren Moduls sein.
In einigen Beispielen kann die Dicke einer jeden von dem Werkstoffverteiler 224 aufgebrachten Schicht einen aus dem Bereich zwischen ca. 50 bis ca. 300 Mikrometer oder ca. 90 bis ca. 110 Mikrometer oder ca. 250 Mikrometer gewählten Wert haben, obwohl in anderen Beispielen dünnere oder dickere Schichten Werkstoff vorgesehen sein können. Die Dicke kann vom Controller 210 zum Beispiel basierend auf den Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung gesteuert werden.
In einigen Beispielen können zusätzliche Koaleszenzmittelverteiler, wie der Koaleszenzmittelverteiler 206, vorhanden sein. In einigen Beispielen können sich die Verteiler des Systems 200 auf demselben Schlitten entweder benachbart oder durch einen kurzen Abstand getrennt befinden. In anderen Beispielen können zwei oder mehrere Schlitten jeweils einen oder mehrere Verteiler enthalten. Zum Beispiel kann sich jeder Verteiler auf seinem eigenen separaten Schlitten befinden. Zusätzliche Verteiler können ähnliche Funktionen wie die vorstehend unter Bezugnahme auf den Koaleszenzmittelverteiler 202 erläuterten haben. In einigen Beispielen können die Mittelverteiler jedoch zum Beispiel verschiedene Koaleszenzmittel aufbringen.
In einigen Beispielen kann ein Koaleszenzmodifiziermittelverteiler vorgesehen sein, um Koaleszenzmodifiziermittel auf den Werkstoff aufzubringen, wie in der WO 2015/108545 A1 erläutert. Ein Koaleszenzmodifiziermittel verringert das Ausmaß der Koaleszenz eines Teilbereichs Werkstoff, auf dem das Koaleszenzmodifiziermittel aufgebracht wurde oder in den es eingedrungen ist. Um also Koaleszenzausbluten noch weiter zu verringern oder zu steuern, kann Koaleszenzmodifiziermittel um Teilbereiche des Werkstoffs, in die Koaleszenzmittel aufgebracht wurde, aufgebracht werden. Damit kann Koaleszenzmodifiziermittel in den hierin beschriebenen Verfahren verwendet werden, um die Objekteigenschaften des Objekts, das erzeugt wird, weiter zu verbessern.
Im gezeigten Beispiel ist das Trägerelement 204 in der z-Achse so bewegbar, dass, wenn neue Schichten Werkstoff aufgebracht werden, eine vorbestimmte Lücke zwischen der Oberfläche der zuletzt aufgebrachten Schicht Werkstoff und der unteren Oberfläche des Mittelverteilers 202 beibehalten wird. In anderen Beispielen kann das Trägerelement 204 jedoch nicht in der z-Achse bewegbar sein und der Mittelverteiler 202 kann in der z-Achse bewegbar sein.
Das System 200 kann zusätzlich eine Energiequelle 226 enthalten, um Werkstoff mit Energie zu beaufschlagen, um die Verfestigung des Teilbereichs Werkstoff, je nachdem wo Koaleszenzmittel aufgebracht wurde oder eingedrungen ist, zu bewirken. In einigen Beispielen ist die Energiequelle 226 eine Infrarot(IR)-Strahlenquelle, Nahinfrarotstrahlenquelle, Halogenstrahlenquelle oder eine Leuchtdiode. In einigen Beispielen kann die Energiequelle 226 eine einzelne Energiequelle sein, die in der Lage ist, den auf den Träger 204 aufgebrachten Werkstoff gleichmäßig mit Energie zu beaufschlagen. In einigen Beispielen kann die Energiequelle 226 ein Feld aus Energiequellen umfassen. In anderen Beispielen kann die Energiequelle 226 ein digitaler Lichtprojektor sein.
In einigen Beispielen ist die Energiequelle 226 konfiguriert, um die gesamte Oberfläche einer Schicht Werkstoff im Wesentlichen gleichmäßig mit Energie zu beaufschlagen. In diesen Beispielen kann von der Energiequelle 226 als einer unfokussierten Energiequelle gesprochen werden. In diesen Beispielen kann eine gesamte Schicht gleichzeitig mit Energie beaufschlagt werden, was dabei helfen kann, die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der ein dreidimensionales Objekt erzeugt werden kann.
In anderen Beispielen ist die Energiequelle 226 konfiguriert, um einen Teilbereich der gesamten Oberfläche einer Schicht Werkstoff im Wesentlichen gleichmäßig mit Energie zu beaufschlagen. Die Energiequelle 226 kann zum Beispiel konfiguriert sein, um einen Streifen der gesamten Oberfläche einer Schicht Werkstoff mit Energie zu beaufschlagen. In diesen Beispielen kann die Energiequelle über die Schicht Werkstoff so bewegt oder gefahren werden, dass die gesamte Oberfläche einer Schicht Werkstoff letztendlich im Wesentlichen mit einer gleichen Energiemenge beaufschlagt wird.
In einigen Beispielen kann die Energiequelle 226 auf einen bewegbaren Schlitten montiert sein.
In anderen Beispielen kann die Energiequelle 226, wenn sie über die Schicht Werkstoff bewegt wird, zum Beispiel gemäß den Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung verschiedene Energiemengen beaufschlagen. Der Controller 210 kann zum Beispiel die Energiequelle steuern, so dass sie nur Teilbereiche von Werkstoff, auf die Koaleszenzmittel aufgetragen wurde, mit Energie beaufschlagt.
In einigen Beispielen kann die Energiequelle 226, zum Beispiel wenn es sich um einen digitalen Lichtprojektor handelt, den Werkstoff in einem selektiven Muster mit Energie beaufschlagen, zum Beispiel können einige Teilbereiche des Werkstoffs Energie erhalten, während andere Teile keine Energie erhalten.
In weiteren Beispielen kann die Energiequelle 226 eine fokussierte Energiequelle, wie ein Laserstrahl, sein. In diesem Beispiel kann der Laserstrahl gesteuert werden, um über die gesamte oder einen Teilbereich einer Schicht Werkstoff zu fahren. In diesen Beispielen kann der Laserstrahl gesteuert werden, um über eine Schicht Werkstoff gemäß Steuerdaten zur Mittelaufbringung zu fahren. Der Laserstrahl kann zum Beispiel gesteuert werden, um jene Teilbereiche einer Schicht mit Energie zu beaufschlagen, auf die Koaleszenzmittel aufgebracht wurde.
Die Kombination aus der zugeführten Energie, dem Werkstoff und dem Koaleszenzmittel kann so gewählt werden, dass, die Effekte aufgrund von Koaleszenzausbluten ausgenommen: i) Teilbereiche des Werkstoffs, auf die kein Koaleszenzmittel aufgebracht wurde, nicht koaleszieren, wenn sie temporär mit Energie beaufschlagt werden, und ii) Teilbereiche des Werkstoffs, auf die nur Koaleszenzmittel aufgebracht wurde oder in die es eindrang, koaleszieren, wenn sie temporär mit Energie beaufschlagt werden.
In einigen Beispielen kann das System 200 zusätzlich ein Heizelement oder Vorheizelement umfassen, das Wärme abgibt, um auf dem Trägerelement 204 aufgebrachten Werkstoff innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs zu halten. Das Heizelement kann ein Feld aus Heizeinheiten aufweisen. Die Heizeinheiten können jeweils geeignete Heizeinheiten irgendeiner Art, zum Beispiel eine Heizlampe, wie eine Infrarotlampe, sein. Die Konfiguration kann optimiert werden, um für den vom Werkstoff überspannten Bereich eine homogene Wärmeverteilung vorzusehen. Jede Heizeinheit oder Gruppe von Heizeinheiten kann eine einstellbare Strom- oder Spannungsversorgung aufweisen, um die lokale Energiedichte, mit der die Werkstoffoberfläche beaufschlagt wird, zu steuern.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 300 zur Erzeugung eines dreidimensionalen Objekts gemäß einigen Beispielen darstellt. Dieses Verfahren kann computerimplementiert sein. In einigen Beispielen können die gezeigten Reihenfolgen abweichen, so dass einige Schritte gleichzeitig erfolgen, einige Schritte hinzugefügt und einige Schritte ausgelassen werden können. Bei der Beschreibung von 3 wird auf die 2 und 4a-h Bezug genommen. 4a-h zeigen eine Reihe von Querschnittsseitenansichten von Schichten von Werkstoff gemäß einigen Beispielen.
An 302 kann der Controller 210 Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung erhalten. Die Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung können für jede Scheibe des dreidimensionalen, zu erzeugenden Objekts die Teilbereiche oder die Orte auf dem Werkstoff definieren, auf dem ggf. Koaleszenzmittel aufzubringen ist.
Die Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung können zum Beispiel von einem geeigneten Verarbeitungssystem für dreidimensionale Objekte stammen. In einigen Beispielen kann das Verarbeitungssystem für dreidimensionale Objekte im additiven Fertigungssystem 200 enthalten sein. Die Anweisungen 218 können zum Beispiel zusätzlich Anweisungen enthalten, die, wenn sie vom Prozessor 212 ausgeführt werden, den Prozessor 212 veranlassen, als das hierin beschriebene Verarbeitungssystem für dreidimensionale Objekte zu arbeiten. In anderen Beispielen kann das Verarbeitungssystem für dreidimensionale Objekte außerhalb des additiven Fertigungssystems 400 angeordnet sein. Das Verarbeitungssystem für dreidimensionale Objekte kann zum Beispiel eine Softwareanwendung oder ein Teil einer Softwareanwendung sein, die auf einem Computergerät, das vom System 200 separat ist, ausführbar ist.
In einigen Beispielen können die Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung auf Grundlage von ein dreidimensionales Modell eines zu erzeugenden Objekts repräsentierenden Objektdesigndaten und/oder Eigenschaften des Objekts repräsentierenden Objektdesigndaten generiert werden. Das Modell kann die festen Teilbereiche des Objekts definieren und von dem Verarbeitungssystem für dreidimensionale Objekte verarbeitet werden, um Scheiben paralleler Ebenen des Modells zu erzeugen. Jede Scheibe kann einen Teilbereich einer jeweiligen Schicht Werkstoff definieren, der von dem additiven Fertigungssystem verfestigt werden soll. Die Objekteigenschaftsdaten definieren Eigenschaften des Objekts wie Dichte, Oberflächenrauigkeit, Belastbarkeit und dergleichen.
Die Objektdesigndaten und die Objekteigenschaftsdaten können zum Beispiel von einem Nutzer über ein Eingabegerät 220, wie sie von einem Nutzer, einem Softwaretreiber, einer Softwareanwendung, wie einer CAD-Anwendung (Computer Aided Design) eingeben wurden, erhalten werden oder können von einem Speicher, auf dem Standard- oder vom Nutzer definierte Objektdesigndaten und Objekteigenschaftsdaten gespeichert sind, erhalten werden.
In einigen Beispielen kann das Objektverarbeitungssystem Daten, die sich auf Merkmale des additiven Fertigungssystems 200 beziehen, erhalten. Derartige Merkmale können zum Beispiel Werkstoffschichtdicke, Eigenschaften des Koaleszenzmittels, Eigenschaften des Werkstoffs und Eigenschaften der Energiequelle 226, Eigenschaften des Heizelements 230 und Eigenschaften des Temperatursensors 228 umfassen.
Die Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung können für jede Schicht Werkstoff, die zu verarbeiten ist, Orte oder Teilbereiche auf dem Werkstoff beschreiben, auf denen Koaleszenzmittel aufzubringen ist. In einem Beispiel werden die Orte oder Teilbereiche des Werkstoffs, auf die Koaleszenzmittel aufzubringen ist, über jeweilige Muster definiert.
Abhängig von den vorstehend beschriebenen Merkmalen kann die Dichte, mit der Koaleszenzmittel aufzubringen ist, unterschiedlich sein. Wenn zum Beispiel ein Teilbereich des Werkstoffs, auf dem Koaleszenzmittel aufgebracht wurde oder in den es eingedrungen ist, beaufschlagte Energie aufnimmt, breitet sich die von diesen Teilbereichen absorbierte Energie in andere umgebende Bereiche aus. In einem Beispiel können die Eigenschaften des Koaleszenzmittels und die Menge des aufgebrachten Koaleszenzmittels so gewählt werden, dass Energie sich in einem Wirkbereich des ca. 1,5fachen der Schichtdicke ausbreitet. Dies kann nicht nur helfen ausreichendes Verkleben der Schichten miteinander sicherzustellen, sondern auch ausreichendes Verkleben zwischen lateral benachbarten Teilbereichen Werkstoff. Die Dichte kann, wie mit Bezugnahme zu Block 310 erläutert werden wird, ebenfalls verändert werden, um die Temperatur des Werkstoffs zu regulieren.
Auf diese Weise kann das Objektverarbeitungssystem zum Beispiel festlegen, dass die laterale Beabstandung zwischen benachbarten Tropfen Koaleszenzmittel erhöht werden kann, während immer noch eine ausreichende Objektbelastbarkeit sichergestellt wird. Damit wird die durchschnittliche Dichte, mit der Koaleszenzmittel auf eine Schicht Werkstoff aufgebracht werden kann, reduziert und somit der Verbrauch an Koaleszenzmittel verringert, ohne dass die Objektbelastbarkeit beeinträchtigt wird.
An 304 kann eine Schicht 402a Werkstoff vorgesehen werden. Der Controller 210 kann zum Beispiel den Werkstoffverteiler 224 steuern, die Schicht 402a auf dem Trägerelement 204 vorzusehen, indem er den Werkstoffverteiler 224 dazu veranlasst, sich, wie vorstehend erläutert, entlang der y-Achse zu bewegen.
In 4a wird die Schicht zur Veranschaulichung im fertiggestellten Zustand gezeigt, d. h. sie kann zu Anschauungszwecken einen verfestigten Teilbereich 408 umfassen. Selbstverständlich kann eine Iteration der Schritte 306 bis 314 zunächst angewendet werden, um den verfestigten Teilbereich 408 der ersten Schicht 402a zu erzeugen. Dies kann, wie in 4a gezeigt, die Bereitstellung einer zweiten Schicht 402b im Schritt 312 umfassen. Dies kann des Weiteren umfassen, dass bewirkt wird, dass ein zu dem fertiggestellten Teilbereich 408 benachbarter Teilbereich 412 Werkstoff, wie in 4a gezeigt, teilweise nach Beaufschlagung mit Energie an 314 koalesziert und sich verfestigt, nach Beaufschlagung mit Energie an 314 vollständig koalesziert und sich verfestigt. Dieser Effekt kann ein Ergebnis von erwünschtem Koaleszenzausbluten in z-Achsenrichtung sein, was detaillierter in Bezug auf die Erzeugung eines ähnlichen Teilbereichs 412 in Schicht 402c in Schritt 316, wie in 4h gezeigt, erläutert wird.
Schritte 306 bis 314 werden nun detaillierter in Bezug auf die Fertigstellung von Schicht 402b und nachfolgender Schichten erläutert.
An 306 kann ein Koaleszenzmittel 404 selektiv auf einen oder mehrere Teilbereiche der Oberfläche der Schicht 402b Werkstoff, wie in 4b gezeigt, aufgebracht werden. Wie vorstehend erläutert, kann das Mittel 404 von dem Mittelverteiler 202 zum Beispiel in Form von Fluiden, wie flüssigen Tröpfchen, aufgebracht werden.
Die selektive Aufbringung von Mittel 404 kann in Mustern auf Teilbereichen der Schicht 402b erfolgen, von denen durch Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung festgelegt wurde, dass sie sich verfestigen sollen, um einen Teil des dreidimensionalen, zu erzeugenden Objekts zu bilden. „Selektive Aufbringung“ bedeutet, dass Koaleszenzmittel auf selektive Teilbereiche der Oberflächenschicht des Werkstoffs in verschiedenen Musters aufgebracht werden kann. Diese Muster können von den Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung definiert werden.
4c zeigt Koaleszenzmittel 404, das im Wesentlichen vollständig in die Schicht 402b Werkstoff eingedrungen ist, aber in anderen Beispielen kann das Ausmaß der Eindringung weniger als 100 % betragen. Das Ausmaß der Eindringung kann zum Beispiel von der Menge an aufgebrachtem Mittel, der Art des Werkstoffs, der Art des Mittels usw. abhängen. Das Koaleszenzmittel 404 kann auch in den Teilbereich 412 eingedrungen sein, der teilweise verfestigt sein kann.
An Entscheidungsblock 308 kann das Verfahren 300 mit 316 fortfahren, wenn die letzte, bisher bereitgestellte Schicht die abschließende Schicht sein soll. Falls es sich nicht um die abschließende Schicht handelt, kann das Verfahren 300 mit 310 fortfahren.
An 310 kann die Schicht 402b Werkstoff temporär mit einem vorbestimmten Energieniveau beaufschlagt werden. In verschiedenen Beispielen kann die beaufschlagte Energie Infrarot- oder Nahinfrarotenergie, Mikrowellenenergie, ultraviolettes (UV-)Licht, Halogenlicht, Ultraschallenergie oder dergleichen sein. Der Zeitraum über den Energie beaufschlagt wird, oder die Energiebeaufschlagungszeit, kann zum Beispiel von einem oder mehreren aus Folgendem abhängen: Merkmale der Energiequelle; Merkmale des Werkstoffs; Merkmale des Koaleszenzmittels; Dicke einer jeden Werkstoffschicht und andere Aufbauprozessparameter. Die Art der verwendeten Energiequelle kann von einem oder mehreren aus Folgendem abhängen: Merkmale des Werkstoffs und Merkmale des Koaleszenzmittels. In einem Beispiel kann die Energie über einen vorbestimmten Zeitraum beaufschlagt werden.
Die temporäre Beaufschlagung von Energie kann bewirken, dass Teilbereiche von Werkstoff, auf die Koaleszenzmittel 404 aufgebracht wurde oder in die es eingedrungen ist, sich über den Schmelzpunkt des Werkstoffs hinaus erwärmen und koaleszieren. Die Temperatur einiger oder aller Schichten 402b kann zum Beispiel ca. 220 Grad Celsius erreichen. Wie in 4d gezeigt, kann die beaufschlagte Energie von dem Teilbereich mit dem Koaleszenzmittel 404 absorbiert werden. Daraufhin kann der Teilbereich, wie durch die Pfeile in 4d dargestellt, einige Energie an den umgebenden Werkstoff abgeben und somit bewirken, dass der Teilbereich sich erwärmt. Die Energie kann sich zum Beispiel lateral durch die Schicht 402b und/oder unter der Schicht 402b in die Schicht 402a ausbreiten.
Nach dem Abkühlen kann der Teilbereich 406, der koaliert ist, fest werden und, wie in 4e gezeigt, Teil eines dreidimensionalen, zu erzeugenden Objekts bilden. In einigen Beispielen kann die Koaleszenz und Verfestigung jedoch auch, wie durch die Teilbereiche 406, die weniger verfestigt sind als der vollständiger verfestigte Teilbereich 408 der Schicht 402a, repräsentiert, teilweise sein. Zum Beispiel kann einiger nicht-verfestigter Werkstoff im Teilbereich 406 verbleiben. Um dies zu erreichen kann die Menge der beaufschlagten Energie in ihrer Dauer und/oder Intensität begrenzt sein, so dass Koaleszenz und Verfestigung partiell sind. Durch die Begrenzung der Menge der beaufschlagten Energie in diesem Schritt kann Koaleszenzausbluten reduziert oder eliminiert werden. Der Abschluss der Verfestigung kann, wie untenstehend erläutert wird, an 314 erfolgen. In anderen Beispielen kann ausreichend Energie beaufschlagt werden, damit der gesamte Werkstoff im Teilbereich 406 verfestigt wird, so dass der zusätzliche Schritt an 314 zu einem stärkeren Verkleben der Schichten miteinander führt.
Wie zuvor erläutert kann Teilbereich 408 in vorangegangenen Iterationen der Schritte 306 bis 314 erzeugt worden sein. Die während der Beaufschlagung mit Energie absorbierte Wärme kann sich zu dem zuvor verfestigten Teilbereich 408 ausbreiten und bewirken, dass sich ein Teil des Teilbereichs 408 über seinen Schmelzpunkt hinaus erwärmt. Dieser Effekt kann ein Verkleben von Schichten zwischen Teilbereichen 406 und 408 aus 4e bewirken. Zusätzlich kann der Teilbereich 412 aus 4d in einigen Beispielen koaleszieren und sich weiter verfestigen, um, wie in 4e gezeigt, zum Teilbereich 414 zu werden. Dieser Teilbereich 414 kann als Übergangsbereich mit unterschiedlicher Verfestigung zwischen den Schichten 402a und 402b dienen und kann dabei helfen, starkes Verkleben zwischen den benachbarten Schichten 402a und 402b zu bewirken. Die volle Stärke der Verklebung zwischen Schichten kann, wie erläutert, an 314 erreicht werden.
An 312 kann eine Schicht 402c Werkstoff vorgesehen sein. Der Controller 210 kann zum Beispiel den Werkstoffverteiler 224 steuern, eine Schicht 402c auf dem Trägerelement 204, insbesondere auf der Schicht 402b, vorzusehen, indem er den Werkstoffverteiler 224 dazu veranlasst, sich, wie vorstehend erläutert, entlang der y-Achse zu bewegen. Die Schicht 402c kann, in gleicher Weise, wie bei 304 erläutert, wie zuvor aufgebrachte Schichten aufgebracht werden.
An 314 kann die Schicht 402c Werkstoff temporär mit einem vorbestimmten Energieniveau, wie in 4g gezeigt, beaufschlagt werden. Die beaufschlagte Energie und die Energiequelle können ähnlich zu den zuvor, einschließlich bei 310, beschriebenen sein. In einem Beispiel kann die Energie über einen vorbestimmten Zeitraum beaufschlagt werden.
Die Schicht 402c kann mit Energie beaufschlagt werden, während kein Koaleszenzmittel auf sie aufgebracht wurde. Der Werkstoff kann im Wesentlichen in Bezug auf die Energie transparent sein. Die Energie kann sich daher durch die Schicht 402c zur Schicht 402b ausbreiten und bewirken, dass sich die Teilbereiche 406 und 414 über den Schmelzpunkt des Werkstoffs hinaus erwärmen und koaleszieren. Die Temperatur einiger oder aller Teilbereiche 406 und 414 kann zum Beispiel ca. 220 Grad Celsius erreichen. Nach Absorption der Energie können die Teilbereiche 406 und 414, wie durch die Pfeile in 4d dargestellt, einige Energie an den umgebenden Werkstoff abgeben und somit bewirken, dass der Teilbereich erwärmt wird. Da die Teilbereiche 406 und 414 von allen Seiten von Werkstoff umgeben sein können, kann sich die Energie lateral durch die Schicht 402b, unter der Schicht 402b in die Schicht 402a und über der Schicht 402b in die Schicht 402c ausbreiten. Aufgrund eines erhöhten, zur Ausbreitung zur Verfügung stehenden Werkstoffvolumens kann sich die Wärme über kürzere Distanzen vom Rand des Teilbereichs 406 ausbreiten. Damit kann Koaleszenzausbluten zum Beispiel in lateraler x- und y-Achsenrichtung und in z-Richtung nach oben reduziert und/oder eliminiert werden.
Nach dem Abkühlen kann sich der Teilbereich 406 vollständiger verfestigt haben und so, wie in 4h gezeigt, einen Teil des dreidimensionalen, zu erzeugenden Objekts bilden. Die während der Beaufschlagung mit Energie absorbierte Wärme kann sich zu dem zuvor verfestigten Teilbereich 408 der Schicht 402a ausbreiten und bewirken, dass sich ein Teil des Teilbereichs 408 der Schicht 402a über seinen Schmelzpunkt hinaus erwärmt. Dieser Effekt hilft dabei, einen fertiggestellten Teilbereich 410 zu schaffen, der sich von Schicht 402a bis 402b erstreckt. Starkes Verkleben zwischen benachbarten Schichten 402a und 402b aus verfestigtem Werkstoff kann, wie in 4h gezeigt, erreicht werden.
Wie zuvor erläutert, kann Koaleszenzausbluten in lateraler x-Achsen- und y-Achsenrichtung reduziert und/oder eliminiert werden. Falls in einigen Beispielen der Teilbereich in Schicht 402c direkt über dem Teilbereich 410 in den Schichten 402a und 402b später verfestigt werden soll, um einen Teil des Objekts zu bilden, kann es wünschenswert sein, eine gewisse Koaleszenz in der z-Achsenrichtung in die Schicht 402c zu erreichen. Dies kann erreicht werden, da die der z-Achsenrichtung zugewandte und durch eine Ebene entlang der x-Achse und der y-Achse definierte Oberfläche des Teilbereichs 410 einen größeren Flächenbereich haben kann, als die der x-Achsen- und/oder y-Achsenrichtung lateral zugewandten Oberflächenbereiche. Damit kann während 316 eine geeignete Menge an Energie so beaufschlagt werden, dass ein dem fertiggestellten Teilbereich 410 in z-Achsenrichtung benachbarter Teilbereich 412 aus Werkstoff nach Beaufschlagung mit Energie in 314 zumindest teilweise oder vollständig koaleszieren und sich verfestigen kann. Die Energie kann geeignet hoch sein, um das reduzierte allgemeine Koaleszenzausbluten aufgrund des erhöhten, für eine Wärmeausbreitung zur Verfügung stehenden Werkstoffvolumens auszugleichen. Daher kann das Koaleszenzmittel der Schicht 402b, das Energie absorbieren kann, dann Wärme in den Teilbereich 412 der Schicht 402c abgeben und eine zumindest teilweise Koaleszenz und Verfestigung des Teilbereichs 412 bewirken.
Die Schaffung des Teilbereichs 412 kombiniert mit der zusätzlichen Behandlung der Schichten 402c in einer nachfolgenden Iteration der Schritte 306 bis 314 kann zu starkem Verkleben zwischen benachbarten Schichten 402b und 402c führen. Die Koaleszenz des Teilbereichs 412 darf nicht letztendlich zu Verformungen führen, da der Teilbereich 412 später in einen Teil des Objekts aufgenommen wird, der in Schicht 402c fertigzustellen ist.
Nachdem die Schicht 402b wie vorstehend erläutert verarbeitet wurde, kann das Verfahren 300 mit 306 fortfahren, so dass ein Teilbereich der Schicht 402c verfestigt werden kann. Schritte 306 bis 314 können wiederholt werden, um neue Schichten Werkstoff zu verarbeiten, um schichtweise ein dreidimensionales Objekt zu erzeugen.
An 316 kann die abschließende Schicht, auf die an 306 Koaleszenzmittel 404 aufgebracht worden sein kann, temporär mit einem vorbestimmten Energieniveau beaufschlagt werden. Die beaufschlagte Energie und die Energiequelle können ähnlich zu den zuvor beschriebenen sein. Die Energie kann über einen vorbestimmten Zeitraum beaufschlagt werden. Die Energie kann von dem mit Koaleszenzmittel 404 beaufschlagten Teilbereich so absorbiert werden, dass der Teilbereich koaleszieren und sich verfestigen und mit der vorangegangenen Schicht verkleben kann. Die abschließende Schicht kann nur einer Energiebeaufschlagungsphase unterworfen werden statt zwei, da auf die abschließende Schicht keine weitere Schicht aufgebracht wird.
Das Verfahren 300 kann aufgrund der Energiebeaufschlagung in zwei Schritten reduziertes Koaleszenzausbluten, hohe Energieeffizienz, verbesserte Verfestigung, starkes Verkleben der Schichten miteinander und hohe Teildichte erzielen, womit gewünschte Objekteigenschaften in ähnlicher Weise, wie zuvor bei Verfahren 10 erläutert, erzielt werden können.
Wie bereits erläutert kann das Verfahren 300 im Verfestigungsprozess hohe Energieeffizienz bereitstellen. Da die Gefahr einer überhöhten Wärmeausbreitung und damit von Koaleszenzausbluten verringert wird, können zum Beispiel verschiedene Prozessparameter so angepasst werden, dass das Koaleszenzmittel eine höhere und effizientere Absorption von beaufschlagter Energie aufweist. Dies kann die Verfestigung von Werkstoff, auf dem Koaleszenzmittel aufgebracht wurde, verbessern. Solche Prozessparameter können die Auswahl des Koaleszenzmittels und seines Absorptionsbands und das Energiespektrum, z. B. das Strahlungsspektrum, der Energiequelle umfassen, um eine hohe Energieabsorption zu erreichen. Prozessparameter können auch beinhalten, um die Energieabsorption zu steuern, das Reflexionsvermögen des Werkstoffs im Energiespektrum zu verbessern, z. B. das von der Energiequelle verwendete Strahlungsspektrum. Prozessparameter können auch beinhalten, Energie bereitzustellen, z. B. Strahlung, die längere oder im Wesentlichen längere Wellenlängen als die Dicke einer jeden Schicht hat, um ein geringe Streuung zu erreichen. Die geringe Streuung kann es der Energie erlauben, eine Schicht zu passieren, z. B. in Schritt 314, so dass sie einen Teilbereich einer vorangegangenen Schicht, auf dem Koaleszenzmittel aufgetragen wurde, erreicht. Somit kann die Energie absorbiert werden, um das Verhältnis der vom Koaleszenzmittel absorbierten Energie relativ zum Werkstoff zu erhöhen.
5 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 500 zur Erzeugung eines dreidimensionalen Objekts gemäß einigen Beispielen darstellt. Dieses Verfahren kann computerimplementiert sein. In einigen Beispielen können die gezeigten Reihenfolgen abweichen, so dass einige Schritte gleichzeitig erfolgen, einige Schritte hinzugefügt und einige Schritte ausgelassen werden können. Bei der Beschreibung von 5 wird auf die 2 und 6a-h Bezug genommen. 6a-h zeigen eine Reihe von Querschnittsseitenansichten von Schichten Werkstoff gemäß einigen Beispielen.
An 502 kann der Controller 210 Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung in ähnlicher Weise, wie vorstehend in Bezug auf 302 aus 3 erläutert, erhalten.
An 504 kann eine Schicht 602a Werkstoff vorgesehen sein. Der Controller 210 kann zum Beispiel den Werkstoffverteiler 224 steuern, die Schicht 602a auf dem Trägerelement 204 vorzusehen, indem er den Werkstoffverteiler 224 dazu veranlasst, sich, wie vorstehend erläutert, entlang der y-Achse zu bewegen.
An 506 kann ein Koaleszenzmittel 604 selektiv auf einen oder mehrere Teilbereiche der Oberfläche der Schicht 502b Werkstoff aufgebracht werden. Wie vorstehend erläutert, kann das Mittel 604 von dem Mittelverteiler 202 zum Beispiel in Form von Fluiden, wie flüssigen Tröpfchen, aufgebracht werden.
Die selektive Aufbringung von Mittel 604 kann in Mustern auf Teilbereichen der Schicht 602a erfolgen, von denen durch Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung festgelegt wurde, dass sie sich verfestigen sollen, um einen Teil des dreidimensionalen, zu erzeugenden Objekts zu bilden. Diese Muster können von den Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung definiert werden.
Das Koaleszenzmittel 604 kann im Wesentlichen vollständig in die Schicht 602b Werkstoff eindringen, aber in anderen Beispielen kann das Ausmaß der Eindringung weniger als 100 % betragen. Das Ausmaß der Eindringung kann zum Beispiel von der Menge an aufgebrachtem Mittel, der Art des Werkstoffs, der Art des Mittels usw. abhängen.
An 508 wird die Schicht 602b Werkstoff temporär mit einem vorbestimmten Energieniveau beaufschlagt. In verschiedenen Beispielen kann die beaufschlagte Energie Infrarot- oder Nahinfrarotenergie, Mikrowellenenergie, ultraviolettes (UV-)Licht, Halogenlicht, Ultraschallenergie oder dergleichen sein. Der Zeitraum über den Energie beaufschlagt wird, oder die Energiebeaufschlagungszeit, kann zum Beispiel von einem oder mehreren aus Folgendem abhängen: Merkmale der Energiequelle; Merkmale des Werkstoffs und Merkmale des Koaleszenzmittels. Die Art der verwendeten Energiequelle kann von einem oder mehreren aus Folgendem abhängen: Merkmale des Werkstoffs und Merkmale des Koaleszenzmittels. In einem Beispiel kann die Energie über einen vorbestimmten Zeitraum beaufschlagt werden.
Die temporäre Beaufschlagung von Energie kann bewirken, dass Teilbereiche des Werkstoffs, auf die Koaleszenzmittel 604 aufgebracht wurde oder in die es eingedrungen ist, sich über den Schmelzpunkt des Werkstoffs hinaus erwärmen und koaleszieren. Die Temperatur einiger oder aller Schichten 602b kann zum Beispiel ca. 220 Grad Celsius erreichen. Die beaufschlagte Energie kann von dem Teilbereich mit dem Koaleszenzmittel 604 absorbiert werden. Nach dem Abkühlen kann der Teilbereich 608, der koaliert ist, fest werden und, wie in 6a gezeigt, Teil eines dreidimensionalen, zu erzeugenden Objekts bilden.
An Entscheidungsblock 510 kann das Verfahren 500 enden, wenn die letzte, bisher bereitgestellte Schicht, die abschließende Schicht sein soll. Falls es sich nicht um die abschließende Schicht handelt, fährt das Verfahren 500 mit 504 fort.
An 512 kann zusätzliches Koaleszenzmittel 604 selektiv auf einen oder mehrere Teilbereiche der Oberfläche der Schicht 402b Werkstoff, wie in 6b gezeigt, aufgebracht werden. Wie vorstehend erläutert, kann das Mittel 604 von dem Mittelverteiler 202 zum Beispiel in Form von Fluiden, wie flüssigen Tröpfchen, aufgebracht werden.
Die selektive Aufbringung von zusätzlichem Mittel 604 kann in Mustern auf Teilbereichen Werkstoff erfolgen, von denen durch Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung festgelegt wurde, dass sie sich verfestigen sollen, um einen Teil des dreidimensionalen, zu erzeugenden Objekts zu bilden. Diese Muster können von den Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung definiert werden.
In 6b wird ein Muster gezeigt, bei dem im Vergleich zu vom Zentrum entfernten Flächenbereichen eine erhöhte Menge Koaleszenzmittel 604 im Zentrum der Schicht 602a aufgebracht wird. Zum Beispiel kann im Vergleich zu vom Zentrum entfernten Flächenbereichen eine erhöhte Dichte von Tröpfchen im Zentrum aufgebracht werden. Dieses Muster kann es zum Beispiel ermöglichen, wie nachstehend in Bezug auf 6h erläutert, einen glatten Übergang zwischen den Schichten 602a-b zu schaffen.
Im Beispiel aus 6b wird ein Teil des zusätzlichen Koaleszenzmittels 604 über dem verfestigten Teilbereich 608 aufgebracht und ein Teil des zusätzlichen Koaleszenzmittels 604 wird über einem nicht-verfestigten Teilbereich der Schicht 602a aufgebracht. Der auf dem verfestigten Teilbereich 608 aufgebrachte Teil des Koaleszenzmittels 604 kann, wie in 6c gezeigt, nicht in die Schicht 602a eindringen. Der auf den nicht-verfestigten Teilbereich der Schicht 602a aufgebrachte Teil des Koaleszenzmittels 604 kann jedoch in die Schicht 602a eindringen. Wie in 6c gezeigt, kann das zusätzliche Koaleszenzmittel 604 teilweise in die Schicht 602a eindringen. In anderen Beispielen kann das Ausmaß des Eindringens weniger oder mehr sein, als die in 6c gezeigte Menge. Das Ausmaß des Eindringens kann zum Beispiel von der Menge und/oder Dichte des aufgebrachten Mittels, der Art des Werkstoffs, der Art des Mittels usw. abhängen.
Das Verfahren 500 kann von 512 ausgehend wieder mit 504 fortfahren.
An 504 kann eine Schicht 602b Werkstoff vorgesehen sein. Der Controller 210 kann zum Beispiel den Werkstoffverteiler 224 steuern, eine Schicht 602b auf dem Trägerelement 204, insbesondere auf der Schicht 602b, vorzusehen, indem er den Werkstoffverteiler 224 dazu veranlasst, sich, wie vorstehend erläutert, entlang der y-Achse zu bewegen.
Der auf den verfestigten Teilbereich 608 aufgebrachte Teil des Koaleszenzmittels 604 kann in die neue Schicht 602b eindringen. Wie in 6b gezeigt, kann dieser Teilbereich des zusätzlichen Koaleszenzmittels 604 teilweise in die Schicht 602b eindringen. In anderen Beispielen kann das Ausmaß des Eindringens weniger oder mehr sein, als die in 6c gezeigte Menge. Das Ausmaß des Eindringens kann zum Beispiel von der Menge und/oder Dichte des aufgebrachten Mittels, der Art des Werkstoffs, der Art des Mittels usw. abhängen.
An 506 kann ein Koaleszenzmittel 604 selektiv auf einen oder mehrere Teilbereiche der Oberfläche der Schicht 602b Werkstoff, wie in 6e gezeigt, aufgebracht werden. Wie vorstehend erläutert, kann das Mittel 604 von dem Mittelverteiler 202 zum Beispiel in Form von Fluiden, wie flüssigen Tröpfchen, aufgebracht werden.
Die selektive Aufbringung von Mittel 604 kann in Mustern auf Teilbereichen der Schicht 602b erfolgen, von denen durch Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung definiert werden kann, dass sie sich verfestigen sollen, um einen Teil des dreidimensionalen, zu erzeugenden Objekts zu bilden. Diese Muster können von den Steuerdaten 208 zur Mittelaufbringung definiert werden.
Wie in 6f gezeigt, kann das Koaleszenzmittel 604 im Wesentlichen vollständig in die Schicht 602b Werkstoff eindringen, aber in anderen Beispielen kann das Ausmaß des Eindringens weniger als 100 % betragen. Das Ausmaß des Eindringens kann zum Beispiel von der Menge an aufgebrachtem Mittel, der Art des Werkstoffs, der Art des Mittels usw. abhängen.
In 6f kann das neu aufgebrachte Koaleszenzmittel 604, nachdem es in die Schicht 602b eingedrungen ist, sich benachbart zum zusätzlichen, zuvor bei 512 aufgebrachten Koaleszenzmittel 604 und dem verfestigten Teilbereich 608 befinden. Wie gezeigt, kann das zusätzlich, zuvor bei 512 aufgebrachte Koaleszenzmittel 604 den Punkt, bei dem das neu, bei 506 aufgebrachte Koaleszenzmittel 604 mit dem verfestigten Teilbereich 608 zusammentrifft, umgeben. Diese Konfiguration kann, wie nachstehend erläutert wird, nach einer Energiebeaufschlagung bewirken, dass das Objekt in z-Achsenrichtung einen glatten Übergang zwischen den Schichten aufweist.
An 508 wird die Schicht 602b Werkstoff temporär mit einem vorbestimmten Energieniveau, wie in 6g gezeigt, beaufschlagt. Die beaufschlagte Energie und die Energiequelle können ähnlich zu den zuvor beschriebenen sein. In einem Beispiel kann die Energie über einen vorbestimmten Zeitraum beaufschlagt werden.
Der Werkstoff kann im Wesentlichen in Bezug auf die Energie transparent sein. Die Energie kann sich daher durch die Schicht 602b zur Schicht 602b ausbreiten, so dass sich alle Teilbereiche mit Koaleszenzmittel 604 über den Schmelzpunkt des Werkstoffs hinaus erwärmen und koaleszieren. Die Temperatur einiger oder aller Teilbereiche mit Koaleszenzmittel 604 kann zum Beispiel ca. 220 Grad Celsius erreichen. Nach Absorption der Energie können die Teilbereiche mit Koaleszenzmittel 604, wie durch die Pfeile in 6g dargestellt, einige Energie an den umgebenden Werkstoff abgeben und somit bewirken, dass sich der Teilbereich erwärmt. Die meisten Teilbereiche mit Koaleszenzmittel 604 können, wie in 6g gezeigt, von Werkstoff umgeben sein, aber in anderen Beispielen können alle Teilbereiche von Werkstoff umgeben sein. Damit kann Energie sich lateral, nach oben oder nach unten durch die Schichten 602a und 602b ausbreiten. Aufgrund des großen, zur Ausbreitung zur Verfügung stehenden Werkstoffvolumens kann sich die Wärme über kürzere Distanzen vom Rand des Teilbereichs 406 ausbreiten. Damit kann Koaleszenzausbluten reduziert und/oder eliminiert werden.
Nach dem Abkühlen können Teilbereiche mit Koaleszenzmittel 604 koalesziert haben und daher verfestigt sein und so, wie in 6h gezeigt, ein Teil des dreidimensionalen, zu erzeugenden Objekts sein. Die während der Beaufschlagung mit Energie absorbierte Wärme kann sich zu dem zuvor verfestigten Teilbereich 608 der Schicht 602a ausbreiten und bewirken, dass sich ein Teil des Teilbereichs 608 der Schicht 602a über seinen Schmelzpunkt hinaus erwärmt. Dieser Effekt hilft dabei einen fertiggestellten Teilbereich 610 zu schaffen, der sich von Schicht 602a bis 602b erstreckt. Starkes Verkleben zwischen benachbarten Schichten aus verfestigtem Werkstoff kann, wie in 4h gezeigt, erreicht werden. Durch das Hinzufügen des an 512 aufgebrachten Koaleszenzmittels 604 um den Verbindungsbereich zwischen dem neuen, an 506 aufgebrachten Koaleszenzmittel 604 und dem verfestigten Teilbereich 608 aus 6g kann die Koaleszenz und Verfestigung darüber hinaus so erfolgen, dass ein glatter Übergang zwischen Schichten in z-Achsenrichtung geschafften wird.
Die Iteration der Schritte 504 bis 512 kann wiederholt werden, um neue Schichten Werkstoff zu verarbeiten, um schichtweise ein dreidimensionales Objekt zu erzeugen.
Das Verfahren 500 kann daher eine Reduktion des Koaleszenzausblutens, hohe Energieeffizienz, verbesserte Verfestigung, starkes Verkleben der Schichten miteinander und eine Reduzierung und/oder Eliminierung in ähnlicher Weise, wie zuvor bei Verfahren 100 erläutert, erzielen.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung eines dreidimensionalen Objekts, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Energiequelle (226), um Werkstoff mit Energie zu beaufschlagen, um zu bewirken, dass ein Teilbereich des Werkstoffs koalesziert und sich verfestigt, um eine Scheibe eines dreidimensionalen Objekts in Übereinstimmung damit zu bilden, wo Koaleszenzmittel aufgebracht wurde; und einen Controller (210), um: einen Mittelverteiler (202) zu steuern, um selektiv auf einen Teilbereich einer ersten auf einem Trägerelement (204) oder einer vorangegangenen Schicht befindlichen Schicht Werkstoff Koaleszenzmittel aufzubringen; die Energiequelle (226) zu steuern, um die erste Schicht mit Energie zu beaufschlagen, um zu bewirken, dass der Teilbereich der ersten Schicht koalesziert und sich verfestigt; einen Werkstoffverteiler (224) zu steuern, um eine zweite Schicht Werkstoff auf der ersten Schicht vorzusehen; und obwohl auf die zweite Schicht kein Koaleszenzmittel aufgebracht wurde, die Energiequelle (226) zu steuern, um die zweite Schicht mit Energie zu beaufschlagen, so dass die Energie sich durch die zweite Schicht zur ersten Schicht ausbreitet und bewirkt, dass die erste Schicht koalesziert und sich weiter verfestigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Energiequelle (226) eine unfokussierte Energiequelle (226) ist, um den Werkstoff mit unfokussierter Energie zu beaufschlagen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 weiterhin umfassend den Mittelverteiler (202), um selektiv Koaleszenzmittel auf den Teilbereich des Werkstoffs aufzubringen, um zu bewirken, dass der Teilbereich koalesziert, wenn er mit Energie beaufschlagt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Mittelverteiler (202) eine Länge hat, durch die er über das Trägerelement (204) reicht, und wobei zumindest eines aus dem Trägerelement (204) und dem Verteiler relativ zum anderen bewegbar ist, damit Koaleszenzmittel selektiv aufgebracht werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller (210) die Energiequelle (226) steuert, um die zweite Schicht so mit Energie zu beaufschlagen, dass: die Energie, nachdem sie sich zur ersten Schicht ausgebreitet hat, vom Koaleszenzmittel absorbiert wird; und als Reaktion auf das Absorbieren der Energie, das Koaleszenzmittel Wärme in die zweite Schicht abgibt, um zu bewirken, dass die zweite Schicht zumindest teilweise koalesziert und sich verfestigt, um das Verkleben zwischen der zweiten Schicht und dem Teilbereich der ersten Schicht zu verbessern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller (210) weiterhin: den Mittelverteiler (202) steuert, um selektiv auf einen Teilbereich einer zweiten Schicht Werkstoff Koaleszenzmittel aufzubringen; die Energiequelle (226) steuert, um die zweite Schicht mit Energie zu beaufschlagen, um zu bewirken, dass der Teilbereich der zweiten Schicht koalesziert und sich verfestigt; den Werkstoffverteiler (224) steuert, um eine dritte Schicht Werkstoff auf der zweiten Schicht vorzusehen und obwohl auf die dritte Schicht kein Koaleszenzmittel aufgebracht wurde, die Energiequelle (226) steuert, um die dritte Schicht mit Energie zu beaufschlagen, so dass die Energie sich durch die dritte Schicht zur zweiten Schicht ausbreitet, um zu bewirken, dass die zweite Schicht koalesziert und sich weiter verfestigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller (210) den Mittelverteiler (202) steuert, um selektiv Koaleszenzmittel gemäß Steuerdaten aufzubringen, die aus einer Kombination aus Daten, die eine Scheibe des dreidimensionalen, zu erzeugenden Objekts repräsentieren, und Daten, die zumindest eine gewünschte Objekteigenschaft wenigstens eines Teilbereichs des dreidimensionalen, zu erzeugenden Objekts repräsentieren, abgeleitet wurden.
Verfahren zur Erzeugung eines dreidimensionalen Objekts, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Aufbringen einer ersten Schicht Werkstoff; selektives Auftragen von Koaleszenzmittel auf einen Teilbereich der ersten Schicht; Beaufschlagen der ersten Schicht mit Energie, um zu bewirken, dass der Teilbereich mit Koaleszenzmittel koalesziert und sich verfestigt; und Aufbringen einer zweiten Schicht Werkstoff auf die erste Schicht; und Beaufschlagen der zweiten Schicht mit Energie, während die zweite Schicht kein Koaleszenzmittel aufweist, so dass Energie durch die zweite Schicht an die erste Schicht transferiert wird, um zu bewirken, dass der Teilbereich mit Koaleszenzmittel koalesziert und sich weiter verfestigt.
Vorrichtung zur Erzeugung eines dreidimensionalen Objekts, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Energiequelle (226), um Werkstoff mit Energie zu beaufschlagen, um zu bewirken, dass ein Teilbereich des Werkstoffs koalesziert und sich verfestigt, um eine oder mehrere Scheiben eines dreidimensionalen Objekts in Übereinstimmung damit zu bilden, wo Koaleszenzmittel aufgebracht wurde und einen Controller (210), um: nachdem eine erste Schicht Werkstoff auf einem Trägerelement (204) oder einer vorangegangen Schicht aufgebracht wurde und ein Teilbereich der ersten Schicht mit Koaleszenzmittel koalesziert und sich verfestigt hat, einen Mittelverteiler (202) zu steuern, um selektiv zusätzliches Koaleszenzmittel auf einen Teilbereich der ersten Schicht aufzubringen; ohne den das zusätzliche Koaleszenzmittel aufweisenden Teilbereich der ersten Schicht mit Energie zu beaufschlagen, einen Werkstoffverteiler (224) zu steuern, um eine zweite Schicht Werkstoff auf der ersten Schicht vorzusehen; einen Mittelverteiler (202) zu steuern, um selektiv auf einen Teilbereich einer zweiten Schicht Koaleszenzmittel aufzubringen; und die Energiequelle (226) zu steuern, die zweite Schicht mit Energie zu beaufschlagen, um zu bewirken, dass der Koaleszenzmittel aufweisende Teilbereich der zweiten Schicht koalesziert und sich verfestigt, und zwar so, dass Energie sich durch die zweite Schicht zur ersten Schicht ausbreitet, um zu bewirken, dass der zusätzliches Koaleszenzmittel aufweisende Teilbereich der ersten Schicht koalesziert und sich verfestigt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Energiequelle (226) eine unfokussierte Energiequelle (226) ist, um den Werkstoff mit unfokussierter Energie zu beaufschlagen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 weiterhin umfassend den Werkstoffverteiler (224), um aufeinanderfolgende Schichten Werkstoff auf einem Trägerelement (204) vorzusehen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 weiterhin umfassend den Mittelverteiler (202), um selektiv Koaleszenzmittel auf den Teilbereich des Werkstoffs aufzubringen, um zu bewirken, dass der Teilbereich koalesziert, wenn er mit Energie beaufschlagt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das selektive Aufbringen von zusätzlichem Koaleszenzmittel auf einen Teilbereich der ersten Schicht umfasst: selektiv erstes zusätzliches Koaleszenzmittel auf einen ersten Teilbereich der ersten Schicht, auf dem zuvor kein Koaleszenzmittel aufgebracht worden war, aufzubringen; und selektiv zweites zusätzliches Koaleszenzmittel auf einen zweiten Teilbereich der ersten Schicht, auf dem zuvor das Koaleszenzmittel aufgebracht worden war, koalesziert und sich verfestigt hat, aufzubringen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Controller (210) weiterhin: den Mittelverteiler (202) steuert, um selektiv auf einen Teilbereich einer zweiten Schicht zusätzliches Koaleszenzmittel aufzubringen; den Werkstoffverteiler (224) steuert, um eine dritte Schicht Werkstoff auf der zweiten Schicht vorzusehen; und den Mittelverteiler (202) steuert, um selektiv auf einen Teilbereich der dritten Schicht Koaleszenzmittel aufzubringen; die Energiequelle (226) steuert, die dritte Schicht mit Energie zu beaufschlagen, um zu bewirken, dass der das Koaleszenzmittel aufweisende Teilbereich der dritten Schicht koalesziert und sich verfestigt, und um zu bewirken, dass Energie sich durch die dritte Schicht zur zweiten Schicht ausbreitet, um zu bewirken, dass der Teilbereich der zweiten Schicht mit zusätzlichem Koaleszenzmittel koalesziert und sich verfestigt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Controller (210) den Mittelverteiler (202) steuert, um selektiv Koaleszenzmittel gemäß Steuerdaten aufzubringen, die aus einer Kombination aus Daten, die eine Scheibe des dreidimensionalen, zu erzeugenden Objekts repräsentieren, und Daten, die zumindest eine gewünschte Objekteigenschaft wenigstens eines Teilbereichs des dreidimensionalen, zu erzeugenden Objekts repräsentieren, abgeleitet wurden.