DE112014006198T5

DE112014006198T5 - Erzeugen eines dreidimensionalen Gegenstandes

Info

Publication number: DE112014006198T5
Application number: DE112014006198.0T
Authority: DE
Inventors: Esteve Comas Cespedes; Luis Baldez; Alejandro Manuel De Pena
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2016-10-27
Also published as: GB2538420B; RU2018110566A3; GB201611663D0; RU2018110358A; US10518476B2; CN108437470A; JP2018138389A; US11679560B2; ES2949385T3; EP3626434A1; CN108437470B; ES2761249T3; KR101971413B1; RU2693131C2; RU2018110358A3; GB201612116D0; GB201611666D0; RU2016133260A; HUE046415T2; KR20160098432A

Abstract

Nach einem Aspekt ist eine Einrichtung zum Erzeugen eines dreidimensionalen Gegenstands vorgesehen. Die Einrichtung weist eine erste Mittelverteileinrichtung, um ein Koaleszenzmittel selektiv auf Abschnitte einer Schicht von Baustoff abzugeben, eine zweite Mittelverteileinrichtung, um ein Koaleszenz-Modifiziermittel selektiv auf Abschnitte einer Schicht von Baustoff abzugeben, und einen Controller auf, um die Mittelverteileinrichtungen zu steuern, um jedes der Mittel auf eine Schicht von Baustoff in jeweiligen Mustern selektiv abzugeben, die von Daten hergeleitet sind, die eine Scheibe eines zu erzeugenden dreidimensionalen Gegenstands darstellen, so dass, wenn an die Schicht Energie angelegt wird, der Baustoff sich vereinigt und verfestigt, um eine Scheibe des dreidimensionalen Gegenstands gemäß den Mustern zu bilden.

Description

HINTERGRUND
Additive Herstellungssysteme, die dreidimensionale Gegenstände auf einer Schicht-für-Schicht-Basis erzeugen, wurden als eine potentiell günstige Art und Weise vorgeschlagen, dreidimensionale Gegenstände in geringen Mengen herzustellen.
Die Qualität von durch solche Systeme hergestellten Gegenständen kann abhängig von der Art der verwendeten additiven Herstellungstechnologie stark schwanken. Im Allgemeinen können Gegenstände von geringer Qualität und Festigkeit unter Verwendung von kostengünstigeren Systemen herstellbar sein, während Gegenstände von guter Qualität und hoher Festigkeit unter Verwendung von teureren Systemen herstellbar sein können.
KURZE BESCHREIBUNG
Es werden nun Beispiele nur anhand eines nicht einschränkenden Beispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine Veranschaulichung eines Gegenstandsmodells mit definierten Gegenstandseigenschaften gemäß einem Beispiel ist;
2a–2g eine Reihe von Querschnitten einer Schicht oder mehrerer Schichten von Baustoff gemäß einem Beispiel zeigen;
3 ein Flussdiagramm ist, welches ein Verfahren zum Erzeugen eines dreidimensionalen Gegenstands gemäß einem Beispiel anzeigt;
4 eine vereinfachte isometrische Veranschaulichung eines additiven Herstellungssystems gemäß einem Beispiel ist;
5 ein Flussdiagramm ist, welches ein Verfahren zum Betreiben eines additiven Herstellungssystems gemäß einem Beispiel anzeigt;
6a–6b eine Reihe von vereinfachten isometrischen Ansichten von Konfigurationen von Abschnitten eines additiven Herstellungssystems gemäß verschiedener Beispiele zeigen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Additive Herstellungstechniken können einen dreidimensionalen Gegenstand durch die Verfestigung eines Baustoffes erzeugen. Der Baustoff kann pulverbasiert sein, und die Eigenschaften von erzeugten Gegenständen hängen von der Art von Baustoff und der Art des eingesetzten Verfestigungsmechanismus ab.
Additive Herstellungssysteme können Gegenstände basierend auf strukturierten Gestaltungsdaten erzeugen. Hier kann ein Designer beteiligt sein, der ein dreidimensionales Modell eines zu erzeugenden Gegenstands schafft, zum Beispiel unter Verwendung einer CAD-Anwendung (Computer Aided Design). Das Modell kann die festen Abschnitte des Gegenstands definieren. Um unter Verwendung eines additiven Herstellungssystems einen dreidimensionalen Gegenstand aus dem Modell zu erzeugen, können die Modelldaten verarbeitet werden, um Scheiben von parallelen Ebenen des Modells zu erzeugen. Jede Scheibe kann einen Abschnitt einer jeweiligen Schicht von Baustoff definieren, die durch das additive Herstellungssystem verfestigt werden soll. Die Anzahl von aus einem dreidimensionalen Modell erzeugten Scheiben steht mit der Dicke jeder Schicht in Beziehung, die das additive Herstellungssystem erzeugen oder verarbeiten kann. Additive Herstellungssysteme, die dünnere Schichten von Baustoff erzeugen, können in der Lage sein, Gegenstände mit einer höheren Auflösung zu erzeugen als Systeme, die dickere Schichten von Baustoff erzeugen. Die erforderliche Zeit, um einen dreidimensionalen Gegenstand zu erzeugen, kann stark von der Anzahl an Schichten abhängen.
Änderungen einiger Gegenstandseigenschaften, wie zum Beispiel die Starrheit des Gegenstands, können durch eine sorgfältige Gestaltung des Modells des zu erzeugenden dreidimensionalen Gegenstands erhältlich sein. Zum Beispiel kann das Einbeziehen spezifischer Gestaltungsmerkmale, wie strukturierte Rippen, in ein Gegenstandsmodell ermöglichen, die Starrheit eines Gegenstands oder eines Abschnitts eines Gegenstands im Vergleich zu einem Gegenstand, oder einem Abschnitt eines Gegenstands, ohne ein solches Merkmal zu erhöhen.
Es können jedoch viele Gegenstandseigenschaften von der Art der verwendeten Baustoffe und den Prozessen abhängen, durch die der Baustoff verfestigt wird, um einen gewünschten dreidimensionalen Gegenstand zu bilden. Solche Eigenschaften können zum Beispiel die Rauheit, Genauigkeit und Festigkeit umfassen.
Die hier beschriebenen Systeme können, wie es aus der folgenden Beschreibung ersichtlich wird, die Schaffung von dreidimensionalen Gegenständen ermöglichen, die innerhalb eines einzelnen erzeugten Gegenstands steuerbar variable oder verschiedene Gegenstandseigenschaften aufweisen. Dadurch kann ein Gegenstand zum Beispiel eine oder mehr variable Eigenschaften haben, welche folgende einschließen können: variable Eigenschaften der Genauigkeit, variable Eigenschaften der Rauheit und variable Eigenschaften der Festigkeit oder andere mechanische oder physikalische Eigenschaften. Zum Beispiel kann ein geschaffener Gegenstand einen Abschnitt, der einen ersten Grad der Rauheit aufweist, und einen zweiten Abschnitt aufweisen, der einen zweiten Grad der Rauheit aufweist.
Es ist jedoch anzumerken, dass die hier beschriebenen Systeme nicht auf das Erzeugen von dreidimensionalen Gegenständen mit variablen Gegenstandseigenschaften beschränkt sind, sondern auch das Erzeugen von dreidimensionalen Gegenständen mit im Wesentlichen gleichmäßigen oder homogenen Gegenstandseigenschaften erlauben.
VARIABLE GEGENSTANDSEIGENSCHAFTEN
Gegenstände mit variablen Gegenstandseigenschaften können unter Verwendung sowohl von Daten, die einen zu erzeugenden dreidimensionalen Gegenstand definieren, als auch von Daten zu Gegenstandseigenschaften, die eine oder mehr Gegenstandseigenschaften definieren, erzeugt werden. Daten zu Gegenstandseigenschaften können zum Beispiel einen Abschnitt eines Gegenstands und eine gewünschte Gegenstandseigenschaft definieren, die der definierte Abschnitt haben soll, wenn der Gegenstand erzeugt wurde. Daten zu Gegenstandseigenschaften können zum Beispiel für den gesamten zu erzeugenden Gegenstand oder für einen oder mehrere Abschnitte eines zu erzeugenden Gegenstands definiert werden. Die Daten zu den Gegenstandseigenschaften können auch verwendet werden, um mehrere Gegenstandseigenschaften für einen Abschnitt oder Abschnitte eines Gegenstands zu definieren.
In einem Beispiel können Gegenstandseigenschaften innerhalb eines Gegenstandsmodells 100 definiert werden, wie in 1 veranschaulicht ist. Wie in 1 gezeigt ist, ist ein zu erzeugender Gegenstand 100 veranschaulicht. Der Gegenstand 100 hat einen ersten Abschnitt 102, der als die ersten Gegenstandseigenschaften aufweisend definiert ist, und einen zweiten Abschnitt 104, der als die zweiten Gegenstandseigenschaften aufweisend definiert ist.
In anderen Beispielen können Daten zu Gegenstandseigenschaften allgemein für einen Gegenstand definiert werden. Zum Beispiel kann ein Gegenstand so definiert sein, dass er einen vorbestimmten Rauheitswert aufweist. In einem solchen Beispiel können allgemeine Daten zu den Gegenstandseigenschaften in Daten zur Gegenstandgestaltung spezifiziert sein. In einem weiteren Beispiel können allgemeine Daten zu Gegenstandseigenschaften von einem Benutzer spezifiziert werden, zum Beispiel durch eine Benutzerschnittstelle eines additiven Herstellungssystems, durch einen Softwaretreiber, aus einer Speicherungsvoreinstellung eines Speichers oder vorbestimmten Daten zu Gegenstandseigenschaften, oder auf eine andere geeignete Weise.
Obwohl die Beschreibung hier drei variable hauptsächliche Gegenstandseigenschaften beschreibt, können in anderen Beispielen andere geeignete Gegenstandseigenschaften definiert sein. Andere Gegenstandseigenschaften können zum Beispiel Eigenschaften der Porosität des Gegenstands, Eigenschaften der Festigkeit zwischen den Schichten, Eigenschaften der Elastizität des Gegenstands, Dichte und dergleichen umfassen und von der Art von Baustoff oder Mitteln abhängen, die zum Erzeugen eines Gegenstands verwendet werden.
PROZESSÜBERBLICK
Ein Verfahren zum Erzeugen eines greifbaren dreidimensionalen Gegenstands gemäß einem Beispiel wird nun anhand der 2a–2g und 3 beschrieben. Die 2a–2g zeigen eine Reihe von Querschnitten einer Schicht oder von mehreren Schichten von Baustoff gemäß einem Beispiel. 3 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Erzeugen eines dreidimensionalen Gegenstands gemäß einem Beispiel anzeigt.
Im Verfahren aus 3 kann bei 302 eine erste Schicht 202a von Baustoff vorgesehen sein, wie in 2a gezeigt ist. Die erste Schicht von Baustoff ist auf einem geeigneten Trägerelement (nicht gezeigt) vorgesehen. In einem Beispiel liegt die Dicke der vorgesehenen Schicht von Baustoff im Bereich von etwa 90 bis 110 Mikrometern, obwohl in anderen Beispielen dünnere oder dickere Schichten von Baustoff vorgesehen sein können. Die Verwendung von dünneren Schichten kann die Erzeugung von Gegenständen mit einer höheren Auflösung ermöglichen, aber die Zeit zum Erzeugen eines Gegenstands verlängern.
Im Verfahren aus 3 werden bei 304 ein Koaleszenzmittel 204 und ein Koaleszenz-Modifiziermittel 206 selektiv auf einen oder mehr Abschnitte der Oberfläche der Schicht 202a von Baustoff abgegeben. Die selektive Abgabe der Mittel 204 und 206 erfolgt gemäß Daten, die von einem Modell eines zu erzeugenden dreidimensionalen Gegenstands hergeleitet sind.
Selektive Abgabe bedeutet, dass sowohl das Koaleszenzmittel als auch das Koaleszenz-Modifiziermittel an ausgewählte Abschnitte der Oberflächenschicht des Baustoffs in jeweiligen unabhängigen Mustern abgegeben werden können. Die Muster sind durch Daten definiert, die von einem Modell eines zu schaffenden dreidimensionalen Gegenstands hergeleitet sind. In manchen Beispielen kann das Koaleszenzmittel 204 selektiv auf einen Abschnitt von Baustoff gemäß einem ersten Muster abgegeben werden, und das Koaleszenz-Modifiziermittel 206 kann selektiv an einen Abschnitt von Baustoff gemäß einem zweiten Muster abgegeben werden. In einem Beispiel definieren die Muster eine Bitmap.
Die Gegenstandseigenschaften jedes Abschnitts eines Gegenstands können abhängig von den Mustern, in denen das Koaleszenzmittel und das Koaleszenz-Modifiziermittel an den Baustoff abgegeben werden, gesteuert variabel sein.
In einem Beispiel sind das Koaleszenzmittel 204 und das Koaleszenz-Modifiziermittel 206 Fluide, die unter Verwendung jedes geeigneten Fluidabgabemechanismus abgegeben werden können, wie nachstehend genauer beschrieben wird. In einem Beispiel werden die Mittel in Tröpfchenform abgegeben. Es ist jedoch anzumerken, dass die 2a bis 2g die Abgabe der Mittel in schematischer Form zeigen.
2b zeigt, dass die Mittel 204 und 206, die an die Oberfläche des Baustoffs abgegeben werden, in die Schicht 202a des Baustoffs eindringen. Der Grad, bis zu welchem die Mittel eindringen, kann zwischen den beiden verschiedenen Mitteln variieren oder im Wesentlichen gleich sein. Der Eindringungsgrad kann zum Beispiel von der Menge des abgegebenen Mittels, der Art des Baustoffs, der Art des Mittels usw. abhängen. In den in den 2a–2g gezeigten Beispielen ist gezeigt, dass das Mittel im Wesentlichen vollständig in die Schicht 202a von Baustoff eindringt, obwohl ersichtlich ist, dass dies nur Veranschaulichungszwecken dient und in keiner Weise einschränkend ist. In anderen Beispielen können ein oder beide Mittel um weniger als 100% in die Schicht 202a eindringen. In einigen Beispielen können ein oder beide Mittel vollständig in die Schicht 202a von Baustoff eindringen. In einigen Beispielen können ein oder beide Mittel vollständig in die Schicht 202a von Baustoff eindringen und ferner in eine darunterliegende Schicht von Baustoff eindringen.
Sobald das Koaleszenzmittel und das Koaleszenz-Modifiziermittel in dem Verfahren aus 3 abgegeben worden sind, wird bei 306 vorübergehend ein vorbestimmtes Energieniveau an die Schicht 202a von Baustoff angelegt. In einem Beispiel ist die angelegte Energie Infrarot- oder nahe Infrarot-Energie, obwohl in anderen Beispielen andere Arten von Energie eingesetzt werden können, wie Mikrowellenenergie, Ultraviolett-(UV)-Licht, Halogenlicht, Ultraschallenergie oder dergleichen. Die Zeitdauer des Anlegens der Energie, oder die Zeit des Aussetzens an Energie, kann zum Beispiel von einem oder mehreren der folgenden abhängen: Kennzeichen der Energiequelle; Kennzeichen des Baustoffs; Kennzeichen des Koaleszenzmittels; und Kennzeichen des Koaleszenz-Modifiziermittels. Die Art der verwendeten Energiequelle kann von einem oder mehreren der folgenden abhängen: Kennzeichen des Baustoffs; Kennzeichen des Koaleszenzmittels; und Kennzeichen des Koaleszenz-Modifiziermittels. In einem Beispiel ist das System 400 dafür ausgelegt, Energie für eine vorbestimmte Zeitdauer anzulegen.
Das vorübergehende Anlegen von Energie kann bewirken, dass Abschnitte des Baustoffs, an die das Koaleszenzmittel abgegeben wurde oder in die es eingedrungen ist, sich bis oberhalb des Schmelzpunktes des Baustoffs erwärmen und sich vereinigen. Beim Kühlen werden die Abschnitte, die sich vereinigt haben, fest und bilden einen Teil des erzeugten dreidimensionalen Gegenstands. Ein solcher Abschnitt ist als Abschnitt 208a in 2c gezeigt.
Energie, die von Baustoff absorbiert wurde, auf den das Koaleszenzmittel abgegeben wurde oder in den es eingedrungen ist, kann sich auch in umliegenden Baustoff ausbreiten und ausreichen, um ein Erwärmen des umliegenden Baustoffs zu bewirken. Dies kann zum Beispiel zu einer Erwärmung von Baustoff über dessen Schmelzpunkt hinaus führen, oder es kann zum Beispiel zu einer Erwärmung von Baustoff unter dessen Schmelzpunkt führen, aber auf eine Temperatur, die geeignet ist, ein Erweichen und Binden von Baustoff zu verursachen. Dies kann zur anschließenden Verfestigung von Abschnitten des Baustoffs führen, die nicht zur Verfestigung vorgesehen waren, und dieser Effekt wird hier als Koaleszenzausblutung bezeichnet. Eine Koaleszenzausblutung kann zum Beispiel zu einer Verringerung der gesamten Genauigkeit von erzeugten dreidimensionalen Gegenständen führen.
Die Wirkungen der Koaleszenzausblutung können durch Abgabe eines Koaleszenz-Modifiziermittels auf geeignete Abschnitte von Baustoff beherrscht werden. Im vorliegenden Beispiel dient das Koaleszenz-Modifiziermittel dazu, den Koaleszenzgrad eines Abschnitts von Baustoff, auf den das Koaleszenz-Modifiziermittel abgegeben wurde oder in den es eingedrungen ist, zu verringern.
Die Qualität von erzeugten dreidimensionalen Gegenständen kann von Umgebungsbedingungen abhängen, die vorliegen, während ein Gegenstand erzeugt wird. Zum Beispiel kann die Temperatur von Baustoff in manchen Situationen sorgfältig gesteuert oder verwaltet werden. In ähnlicher Weise können andere Umgebungsbedingungen, wie Umgebungstemperatur, Feuchtigkeit und dergleichen, in manchen Situationen auch sorgfältig gesteuert oder verwaltet werden.
Das Koaleszenz-Modifiziermittel kann für eine Vielfalt von Zwecken verwendet werden. In einem Beispiel, wie es in 2 gezeigt ist, kann das Koaleszenz-Modifiziermittel 206 neben einer Stelle abgegeben werden, an der das Koaleszenzmittel 204 abgegeben wird, wie in 2a gezeigt ist, um zum Verringern der Wirkungen einer lateralen Koaleszenzausblutung beizutragen. Dies kann zum Beispiel verwendet werden, um die Definition oder Genauigkeit von Gegenstandskanten oder -oberflächen zu verbessern und/oder die Rauheit zu verringern. In einem weiteren Beispiel kann das Koaleszenz-Modifiziermittel mit dem Koaleszenzmittel versetzt abgegeben werden (wie weiter unten beschrieben wird), was verwendet werden kann, um ein Modifizieren von Gegenstandseigenschaften zu ermöglichen, wie zuvor erwähnt wurde.
Die Kombination aus der zugeführten Energie, dem Baustoff und dem Koaleszenzund Koaleszenz-Modifiziermittel kann so ausgewählt werden, dass, ausschließlich der Wirkungen jeglicher Koaleszenzausblutung: i) Abschnitte des Baustoffs, auf die kein Koaleszenzmittel abgegeben wurde, sich nicht vereinigen, wenn vorübergehend Energie an diese angelegt wird; ii) Abschnitte des Baustoffs, auf die nur Koaleszenzmittel abgegeben wurde oder in die dieses eingedrungen ist, sich vereinigen, wenn vorübergehend Energie an diese angelegt wird; und iii) Abschnitte des Baustoffs, auf die nur Koaleszenz-Modifiziermittel abgegeben wurde oder in die dieses eingedrungen ist, sich nicht vereinigen, wenn vorübergehend Energie an diese angelegt wird.
Abschnitte des Baustoffs, auf die sowohl Koaleszenzmittel als auch Koaleszenz-Modifiziermittel abgegeben wurde oder in die diese eingedrungen sind, können einen modifizierten Koaleszenzgrad erfahren. Der Modifizierungsgrad kann zum Beispiel von einem oder mehr der folgenden abhangen:
den Anteilen des Koaleszenzmittels und des Koaleszenz-Modifiziermittels in jedem Abschnitt von Baustoff;
dem Muster, in dem das Koaleszenzmittel an den Baustoff abgegeben wird;
dem Muster, in dem das Koaleszenz-Modifiziermittel an den Baustoff abgegeben wird;
den chemischen Eigenschaften des Koaleszenzmittels;
den chemischen Eigenschaften des Koaleszenz-Modifiziermittels;
den chemischen Eigenschaften des Baustoffs;
der chemischen Interaktion zwischen dem Baustoff und den Mitteln; und
den Interaktionen zwischen dem Baustoff und den Mitteln während des Anlegens von Energie.
In manchen Beispielen kann der Grad der Modifikation von der Reihenfolge abhängen, in der das Koaleszenzmittel und das Koaleszenz-Modifiziermittel an den Baustoff abgegeben werden. In manchen Beispielen kann der Grad der Modifikation von der Zeitsteuerung abhängen, mit der das Koaleszenzmittel und das Koaleszenz-Modifiziermittel an den Baustoff abgegeben werden.
Nachdem eine Schicht von Baustoff wie vorstehend beschrieben verarbeitet worden ist, wird eine neue Schicht von Baustoff 202b auf der zuvor verarbeiteten Schicht von Baustoff 202a bereitgestellt, wie in 2d gezeigt ist. Dies ist in Block 302 in 3 veranschaulicht. Auf diese Weise wirkt die zuvor verarbeitete Schicht von Baustoff als ein Träger für eine anschließende Schicht von Baustoff.
Das Verfahren der Blöcke 304 und 306 in 3 kann dann wiederholt werden, um Schicht für Schicht einen dreidimensionalen Gegenstand zu erzeugen. Zum Beispiel veranschaulicht 2e zusätzliches Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel, die gemäß Block 304 von 3 selektiv auf die neu vorgesehene Schicht von Baustoff abgegeben werden. Zum Beispiel veranschaulicht 2f das Eindringen der Mittel in den Baustoff 202b. Zum Beispiel veranschaulicht 2g die Koaleszenz und Verfestigung von Abschnitten von Baustoff 202b und Baustoff, der Baustoff umgibt, wobei das Koaleszenzmittel bei Anlegen von Energie gemäß dem Block 306 aus 3 abgegeben wurde oder eingedrungen ist.
Wärme, die während des Anlegens von Energie von einem Abschnitt von Baustoff, auf den das Koaleszenzmittel abgegeben wurde oder in den es eingedrungen ist, aufgenommen wird, kann sich zu einem zuvor verfestigten Abschnitt ausbreiten, wie dem Abschnitt 208a, was bewirkt, dass sich ein Abschnitt von diesem Abschnitt bis über seinen Schmelzpunkt erwärmt. Diese Wirkung trägt dazu bei, einen Abschnitt 210 zu schaffen, der eine starke Zwischenschichtbindung zwischen angrenzenden Schichten von verfestigtem Baustoff aufweist, wie in 2g gezeigt ist.
Die Erzeugung eines dreidimensionalen Gegenstands mit steuerbar variablen Eigenschaften, wie vorstehend beschrieben, ist durch Modulieren der Art und Weise möglich, wie das Koaleszenzmittel und das Koaleszenz-Modifiziermittel an die Schichten von Baustoff abgegeben werden, die verwendet werden, um den Gegenstand zu erzeugen.
Die besondere Art und Weise, in der Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel an die Schichten von Baustoff, die verwendet werden, um einen Gegenstand zu erzeugen, abgegeben werden, ermöglicht es, dass der Gegenstand verschiedene Gegenstandseigenschaften aufweist.
SYSTEMÜBERBLICK
Nun mit Bezug auf 4 ist eine vereinfachte isometrische Veranschaulichung eines additiven Herstellungssystems 400 gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Das System 400 kann, wie nachstehend anhand des Flussdiagramms in 5 beschrieben wird, betrieben werden, um einen greifbaren dreidimensionalen Gegenstand zu erzeugen, indem die selektive Verfestigung von Abschnitten von aufeinander folgenden Schichten eines Baustoffs bewirkt wird.
In einem Beispiel ist der Baustoff ein pulverbasierter Baustoff. Wie er hier verwendet wird, soll der Begriff pulverbasierte Materialien sowohl trockene als auch nasse, pulverbasierte Materialien, teilchenförmige Materialien und granuläre Materialien umfassen.
Es sollte jedoch klar sein, dass die hier beschriebenen Beispiele nicht auf pulverbasierte Materialien beschränkt sind und, gegebenenfalls mit geeigneter Modifikation, mit anderen geeigneten Baustoffen verwendet werden können. In anderen Beispielen kann der Baustoff zum Beispiel eine Paste oder ein Gel oder irgendeine andere geeignete Form von Baustoff sein.
BEISPIEL SYSTEMKONFIGURATION
Das System 400 weist einen Systemcontroller 402 auf, der den allgemeinen Betrieb des additiven Herstellungssystems 400 steuert. In dem in 4 gezeigten Beispiel ist der Controller 402 ein Mikroprozessor-basierter Controller, der zum Beispiel über einen Kommunikationsbus (nicht gezeigt) an einen Speicher 404 angeschlossen ist. Der Speicher speichert vom Prozessor ausführbare Anweisungen 406. Der Controller 402 kann die Anweisungen 406 ausführen und damit den Betrieb des Systems 400 gemäß diesen Anweisungen steuern.
Das System 400 weist ferner eine Koaleszenzmittel-Verteileinrichtung 408 auf, um Koaleszenzmittel selektiv an eine Schicht von Baustoff, die auf einem Trägerelement 414 vorgesehen ist, abzugeben. In einem Beispiel hat das Trägerelement Abmessungen im Bereich von etwa 10 cm mal 10 cm bis zu 100 cm mal 100 cm. In anderen Beispielen kann das Trägerelement größere oder kleinere Abmessungen haben.
Das System 400 weist auch eine Koaleszenz-Modifiziermittel-Verteileinrichtung 410 auf, um Koaleszenz-Modifiziermittel selektiv an eine Schicht von Baustoff, die auf einem Trägerelement 414 vorgesehen ist, abzugeben.
Der Controller 402 steuert die selektive Abgabe des Koaleszenz-Mittels und des Koaleszenz-Modifiziermittels an eine Schicht von vorgesehenem Baustoff gemäß Mittelabgabe-Steuerdaten 416.
In dem in 4 gezeigten Beispiel sind die Mittelverteileinrichtungen 408 und 410 Druckköpfe, wie Thermodruckköpfe oder Piezo-Tintenstrahldruckköpfe. In einem Beispiel können Druckköpfe, wie geeignete Druckköpfe, die üblicherweise in handelsüblichen Tintenstrahldruckern verwendet werden, eingesetzt werden.
Die Druckköpfe 408 und 410 können verwendet werden, um selektiv Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel abzugeben, wenn sie in Form von geeigneten Fluiden vorliegen. In einem Beispiel können die Druckköpfe so ausgewählt werden, dass sie Tropfen des Mittels mit einer Auflösung von zwischen 300 bis 1200 Punkten je Zoll (Dots per Inch, DPI) abgeben. In anderen Beispielen können die Druckköpfe so ausgewählt werden, dass sie in der Lage sind, Tropfen des Mittels mit einer höheren oder niedrigeren Auflösung abzugeben. In einem Beispiel können die Druckköpfe eine Reihe von Düsen aufweisen, durch die der Druckkopf selektiv Tropfen von Fluid ausstoßen kann. In einem Beispiel kann jeder Tropfen im Bereich von etwa 10 Picolitern (pl) pro Tropfen umfassen, obwohl in anderen Beispielen Druckköpfe verwendet werden können, die in der Lage sind, eine höhere oder niedrigere Tropfengröße abzugeben. In manchen Beispielen können Druckköpfe verwendet werden, die in der Lage sind, variable Tropfengrößen abzugeben.
In manchen Beispielen kann die Mittelverteileinrichtung 408 dafür ausgelegt sein, Tropfen von Koaleszenzmittel abzugeben, die größer sind als Tropfen von Koaleszenz-Modifiziermittel, die aus der Mittelverteileinrichtung 410 ausgegeben werden.
In anderen Beispielen kann die Mittelverteileinrichtung 408 dafür ausgelegt sein, Tropfen von Koaleszenzmittel abzugeben, die die gleiche Größe haben wie Tropfen von Koaleszenz-Modifiziermittel, die aus der Mittelverteileinrichtung 410 ausgegeben werden.
In anderen Beispielen kann die Mittelverteileinrichtung 408 dafür ausgelegt sein, Tropfen von Koaleszenzmittel abzugeben, die kleiner sind als Tropfen von Koaleszenz-Modifiziermittel, die aus der Mittelverteileinrichtung 410 ausgegeben werden.
In manchen Beispielen können das erste und das zweite Mittel einen flüssigen Träger aufweisen, wie Wasser oder ein anderes geeignetes Lösungsmittel oder Dispergiermittel, um zu ermöglichen, dass diese über einen Druckkopf abgegeben werden.
In manchen Beispielen können die Druckköpfe Drop-on-Demand-Druckköpfe sein. In anderen Beispielen können die Druckköpfe Druckköpfe sein, die kontinuierliche Tropfen ausgeben.
In manchen Beispielen können die Mittelverteileinrichtungen 408 und 410 ein integraler Bestandteil des Systems 400 sein. In manchen Beispielen können die Mittelverteileinrichtungen 408 und 410 durch den Benutzer austauschbar sein, in welchem Fall diese lösbar in eine geeignete Aufnahme oder ein Schnittstellenmodul (nicht gezeigt) der Mittelverteileinrichtung eingesetzt werden können.
In manchen Beispielen kann ein einzelner Tintenstrahl-Druckkopf verwendet werden, um sowohl das Koaleszenzmittel als auch das Koaleszenz-Modifiziermittel selektiv abzugeben. Zum Beispiel kann ein erster Satz von Druckkopfdüsen des Druckkopfes dafür ausgelegt sein, das Koaleszenzmittel abzugeben, und ein zweiter Satz von Druckkopfdüsen des Druckkopfes kann dafür ausgelegt sein, das Koaleszenz-Modifiziermittel abzugeben.
In dem in 4 veranschaulichten Beispiel haben die Mittelverteileinrichtungen 408 und 410 eine Länge, die es ihnen ermöglicht, die gesamte Breite des Trägerelements 414 in einer sogenannten Page-Wide-Array-Konfiguration (Seitenbreiten-Anordnung) zu überspannen. In einem Beispiel kann dies durch eine geeignete Anordnung von mehreren Druckköpfen erreicht werden. In anderen Beispielen kann ein einzelner Druckkopf mit einer Reihe von Düsen mit einer Länge verwendet werden, die es ihnen ermöglicht, die Breite des Trägerelements 414 zu überspannen. In anderen Beispielen können die Mittelverteileinrichtungen 408 und 410 eine kürzere Länge aufweisen, die es ihnen nicht ermöglicht, die gesamte Breite des Trägerelements 414 zu überspannen.
Die Mittelverteileinrichtungen 408 und 410 sind an einem beweglichen Wagen (nicht gezeigt) montiert, um es ihnen zu ermöglichen, sich bidirektional über die Länge des Trägers 414 entlang der veranschaulichten y-Achse zu bewegen. Dies ermöglicht eine selektive Abgabe von Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel über die gesamte Breite und Länge des Trägers 414 in einem einzelnen Durchlauf. In anderen Beispielen können die Mittelverteileinrichtungen 408 und 410 fixiert sein, und das Trägerelement 414 kann sich relativ zu den Mittelverteileinrichtungen 408 und 410 bewegen.
Es ist anzumerken, dass der Begriff ”Breite”, der hier verwendet wird, im Allgemeinen die kürzeste Abmessung in der Ebene parallel zu der x- und der y-Achse, die in 4 veranschaulicht sind, bezeichnen soll, während der Begriff ”Länge”, der hier verwendet wird, im Allgemeinen die längste Abmessung in dieser Ebene bezeichnen soll. Es versteht sich jedoch, dass in anderen Beispielen der Begriff ”Breite” und der Begriff ”Länge” austauschbar sein können. Zum Beispiel können in anderen Beispielen die Mittelverteileinrichtungen eine Länge aufweisen, die es ihnen ermöglicht, die gesamte Länge des Trägerelements 414 zu überspannen, während sich der bewegliche Wagen bidirektional über die Breite des Trägers 414 bewegen kann.
In einem anderen Beispiel haben die Mittelverteileinrichtungen 408 und 410 nicht eine Länge, die es ihnen ermöglicht, die gesamte Breite des Trägerelements zu überspannen, sie sind jedoch zusätzlich bidirektional über die Breite des Trägers 414 in der veranschaulichten x-Achse beweglich. Diese Konfiguration ermöglicht eine selektive Abgabe von Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel über die gesamte Breite und Länge des Trägers 414 unter Verwendung von mehreren Durchlaufen. Andere Konfigurationen, wie eine Page-Wide-Array-Konfiguration, können jedoch eine schnellere Schaffung von dreidimensionalen Gegenständen ermöglichen.
Die Koaleszenzmittel-Verteileinrichtung 408 kann eine Zufuhr von Koaleszenzmittel umfassen oder an eine separate Zufuhr von Koaleszenzmittel anschließbar sein. Die Koaleszenz-Modifiziermittel-Verteileinrichtung 410 kann eine Zufuhr von Koaleszenz-Modifiziermittel umfassen oder an eine separate Zufuhr von Koaleszenz-Modifiziermittel anschließbar sein.
Das System 400 weist ferner eine Baustoff-Verteileinrichtung 418 auf, um die Schicht von Baustoff 202 auf den Träger 414 abzugeben. Geeignete Baustoff-Verteileinrichtungen können zum Beispiel ein Wischblatt und eine Walze umfassen. Baustoff kann der Baustoff-Verteileinrichtung 418 von einem Bunker oder einem Baustofflager (nicht gezeigt) zugeführt werden. In dem gezeigten Beispiel bewegt sich die Baustoff-Verteileinrichtung 418 über die Länge (y-Achse) des Trägers 414, um eine Schicht von Baustoff aufzutragen. Wie zuvor beschrieben wurde, wird eine erste Schicht von Baustoff auf dem Träger 414 aufgetragen, während anschließende Schichten von Baustoff auf einer zuvor aufgetragenen Schicht von Baustoff aufgetragen werden.
In dem gezeigten Beispiel ist der Träger 414 in der z-Achse beweglich, so dass, wenn neue Schichten von Baustoff aufgetragen werden, ein vorbestimmter Spalt zwischen der Oberfläche der zuletzt aufgetragenen Schicht von Baustoff und der unteren Oberfläche der Mittelverteileinrichtungen 408 und 410 belassen wird. In anderen Beispielen kann jedoch der Träger 414 auch nicht in der z-Achse beweglich sein, und die Mittelverteileinrichtungen 408 und 410 können in der z-Achse beweglich sein.
Das System 400 weist zusätzlich eine Energiequelle 420 auf, um Energie an den Baustoff anzulegen, um die Verfestigung von Abschnitten des Baustoffs dort zu bewirken, wo das Koaleszenzmittel abgegeben wurde oder eingedrungen ist. In einem Beispiel ist die Energiequelle 420 eine Infrarot-(IR) oder nahe Infrarot-Lichtquelle. In einem Beispiel kann die Energiequelle 420 eine einzelne Energiequelle sein, die in der Lage ist, Energie gleichmäßig an auf dem Träger 414 aufgetragenen Baustoff anzulegen. In manchen Beispielen kann die Energiequelle 420 eine Reihe von Energiequellen aufweisen.
In manchen Beispielen ist die Energiequelle 420 dafür ausgelegt, Energie in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Weise an die gesamte Oberfläche einer Schicht von Baustoff anzulegen. In diesen Beispielen kann die Energiequelle 420 als eine nicht fokussierte Energiequelle bezeichnet werden. In diesen Beispielen kann an eine gesamte Schicht gleichzeitig Energie angelegt werden, was dazu beitragen kann, die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der ein dreidimensionaler Gegenstand erzeugt werden kann.
In anderen Beispielen ist die Energiequelle 420 dafür ausgelegt, Energie in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Weise an einen Abschnitt der gesamten Oberfläche einer Schicht von Baustoff anzulegen.
Zum Beispiel kann die Energiequelle 420 dafür ausgelegt sein, Energie an einen Streifen der gesamten Oberfläche einer Schicht von Baustoff anzulegen. In diesen Beispielen kann die Energiequelle über die Schicht von Baustoff bewegt oder gescannt werden, so dass schließlich eine im Wesentlichen gleiche Menge von Energie über die gesamte Oberfläche einer Schicht von Baustoff angelegt wird.
In einem Beispiel kann die Energiequelle 420 an dem beweglichen Wagen montiert sein.
In anderen Beispielen kann die Energiequelle einen variablen Betrag von Energie anlegen, wenn sie über die Schicht von Baustoff bewegt wird, zum Beispiel gemäß Mittelabgabe-Steuerdaten. Zum Beispiel kann der Controller 402 die Energiequelle nur so steuern, dass Energie an Abschnitte von Baustoff angelegt wird, auf die Koaleszenzmittel abgegeben worden ist.
In weiteren Beispielen kann die Energiequelle 420 eine fokussierte Energiequelle sein, wie ein Laserstrahl. In diesem Beispiel kann der Laserstrahl so gesteuert werden, dass er über die gesamte Schicht oder einen Abschnitt einer Schicht von Baustoff gescannt wird. In diesen Beispielen kann der Laserstrahl so gesteuert werden, dass er über eine Schicht von Baustoff gemäß Mittelabgabe-Steuerdaten gescannt wird. Zum Beispiel kann der Laserstrahl so gesteuert werden, dass er Energie an die Abschnitte einer Schicht anlegt, auf die das Koaleszenzmittel abgegeben wird.
Obwohl dies in 4 nicht gezeigt ist, kann in manchen Beispielen das System 400 zusätzlich eine Vorheizung aufweisen, um auf dem Träger 414 aufgetragenen Baustoff innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs zu halten. Die Verwendung einer Vorheizung kann dazu beitragen, den Betrag an Energie zu verringern, der von der Energiequelle 420 angelegt werden muss, um eine Koaleszenz und eine anschließende Verfestigung von Baustoff, auf den das Koaleszenzmittel abgegeben worden oder in den es eingedrungen ist, zu bewirken.
In manchen Beispielen kann der Träger 414 kein festes Teil des Systems 400 sein, sondern zum Beispiel Teil eines abnehmbaren Moduls sein. In manchen Beispielen können sowohl der Träger 414 als auch die Baustoff-Verteileinrichtung kein fester Teil des Systems 400 sein, sondern zum Beispiel Teil eines abnehmbaren Moduls sein. In anderen Beispielen können andere Elemente des Systems 400 Teil eines abnehmbaren Moduls sein.
SYSTEMBETRIEB
Um einen dreidimensionalen Gegenstand zu erzeugen, erhält der Controller 402 Mittelabgabe-Steuerdaten 416. Dies ist in Block 502 in 5 veranschaulicht. Die Mittelabgabe-Steuerdaten 416 definieren für jede Scheibe des zu erzeugenden dreidimensionalen Gegenstands die Abschnitte oder Stellen auf dem Baustoff, falls vorhanden, an denen mindestens eines von Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel abgegeben werden muss.
Die Mittelabgabe-Steuerdaten können zum Beispiel durch ein geeignetes Verarbeitungssystem (nicht gezeigt) für einen dreidimensionalen Gegenstand abgeleitet sein. In manchen Beispielen kann das Verarbeitungssystem für einen dreidimensionalen Gegenstand in dem additiven Herstellungssystem 400 enthalten sein. Zum Beispiel kann der Speicher 404 zusätzlich Anweisungen 406 umfassen, die, wenn sie von dem Controller 402 ausgeführt werden, den Controller 402 veranlassen, als ein Verarbeitungssystem für einen dreidimensionalen Gegenstand zu arbeiten, wie hier beschrieben ist.
In anderen Beispielen kann das Verarbeitungssystem für einen dreidimensionalen Gegenstand außerhalb des additiven Herstellungssystems 400 vorgesehen sein. Zum Beispiel kann das Verarbeitungssystem für einen dreidimensionalen Gegenstand eine Softwareanwendung oder Teil einer Softwareanwendung sein, die auf einer vom System 400 separaten Rechenvorrichtung ausführbar ist.
Zum Beispiel kann ein solches Gegenstand-Verarbeitungssystem Gegenstand-Gestaltungsdaten erhalten, die ein zu erzeugendes dreidimensionales Modell darstellen. Das Gegenstand-Verarbeitungssystem kann zusätzlich Daten zu Gegenstandseigenschaften erhalten.
Wie zuvor beschrieben wurde, können Daten zu Gegenstandseigenschaften von den Gegenstand-Gestaltungsdaten erhalten werden, oder sie können zum Beispiel von einem Benutzer über eine Benutzerschnittstelle, von einem Softwaretreiber, von einer Softwareanwendung erhalten werden, oder sie können von einer Speicherungsvoreinstellung eines Speichers oder benutzerdefinierten allgemeinen Daten zu Gegenstandseigenschaften erhalten werden.
In manchen Beispielen kann das Gegenstand-Verarbeitungssystem Daten betreffend Kennzeichen des additiven Herstellungssystems 400 erhalten. Solche Kennzeichen können zum Beispiel die Dicke der Baustoffschicht, Eigenschaften des Koaleszenzmittels, Eigenschaften des Koaleszenz-Modifiziermittels, Eigenschaften des Baustoffs und Eigenschaften der Energiequelle umfassen.
Durch Verwendung solcher Kennzeichen, Gegenstand-Gestaltungsdaten und Daten zu Gegenstandseigenschaften kann das Gegenstand-Verarbeitungssystem Mittelabgabe-Steuerdaten 416 erzeugen, die für jede Schicht von zu verarbeitendem Baustoff Stellen oder Abschnitte auf dem Baustoff beschreiben, an die zumindest eines von Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel abgegeben werden soll. In einem Beispiel sind die Stellen oder Abschnitte des Baustoffs, an die Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel abgegeben werden soll, durch jeweilige Muster definiert.
In manchen Beispielen kann das Gegenstand-Verarbeitungssystem eine Reihenfolge bestimmen, in der das Koaleszenzmittel und das Koaleszenz-Modifiziermittel auf den Baustoff abgegeben werden sollen.
In manchen Beispielen kann das Gegenstand-Verarbeitungssystem eine Reihenfolge, in der das Koaleszenzmittel und das Koaleszenz-Modifiziermittel auf den Baustoff abgegeben werden soll, und entsprechende Zeitsteuerungsdaten bestimmen. In manchen Beispielen können die Zeitsteuerungsdaten eine Zeitverzögerung zwischen dem Koaleszenzmittel und dem Koaleszenz-Modifiziermittel definieren.
In manchen Beispielen kann das Gegenstand-Verarbeitungssystem zusätzlich Volumendaten erzeugen, die ein Volumen von Koaleszenzmittel und ein Volumen von Koaleszenz-Modifiziermittel angeben, die an jede Stelle oder jeden Abschnitt des Baustoffs abgegeben werden sollen.
Je nach den vorstehend beschriebenen Kennzeichen kann die Dichte, mit der das Koaleszenzmittel und das Koaleszenz-Modifiziermittel abzugeben sind, variieren. Wenn zum Beispiel ein Abschnitt von Baustoff, auf den Koaleszenzmittel abgegeben wurde oder in den dieses eingedrungen ist, eine angelegte Energie empfängt, verteilt sich die von diesen Abschnitten absorbierte Energie auf andere Umgebungsbereiche. In einem Beispiel können die Eigenschaften des Koaleszenzmittels und die Menge des abgegebenen Koaleszenzmittels so gewählt werden, dass die Energie in einem Bereich im Bereich von etwa 1,5-mal die Schichtdicke ausstrahlt. Dies kann dazu beitragen, nicht nur eine ausreichende Bindung zwischen den Schichten, sondern auch eine ausreichende Bindung zwischen seitlich angrenzenden Abschnitten von Baustoff sicherzustellen.
Auf diese Weise kann das Gegenstand-Verarbeitungssystem zum Beispiel bestimmen, dass der seitliche Zwischenraum zwischen angrenzenden Tropfen von Koaleszenzmittel vergrößert werden kann, während immer noch eine ausreichende Festigkeit des Gegenstands gewährleistet wird. Dadurch wird die durchschnittliche Dichte verringert, mit der das Koaleszenzmittel an eine Schicht von Baustoff abgegeben werden kann, und damit verringert sich der Verbrauch von Koaleszenzmittel, jedoch ohne die Festigkeit des Gegenstands zu beeinträchtigen.
In manchen Beispielen können die Mittelabgabe-Steuerdaten für jeden Abschnitt von Baustoff definieren, dass Koaleszenzmittel vor dem Koaleszenz-Modifiziermittel abzugeben ist. In anderen Beispielen können die Mittelabgabe-Steuerdaten für jeden Abschnitt von Baustoff definieren, dass Koaleszenzmittel nach dem Koaleszenz-Modifiziermittel abzugeben ist.
Das Steuern des Betriebs des Systems 400 gemäß den Mittelabgabe-Steuerdaten 416 ermöglicht das Erzeugen von dreidimensionalen Gegenständen, die steuerbar variable Gegenstandseigenschaften aufweisen können, wie vorstehend beschrieben.
Bei Block 504 steuert der Controller 402 die Baustoff-Verteileinrichtung 418, um eine erste Schicht von Baustoff auf dem Träger 414 vorzusehen. In manchen Beispielen kann die Dicke der Schicht von Baustoff, die durch die Baustoff-Verteileinrichtung 418 bereitgestellt wird, festgelegt sein. In anderen Beispielen kann die Dicke der Schicht von Baustoff, die von der Baustoff-Verteileinrichtung 418 bereitgestellt wird, modifizierbar sein, zum Beispiel gesteuert von dem Controller 402. Um die Abgabe von Baustoff zu steuern, kann der Controller 402 veranlassen, dass sich der Wagen, auf dem die Baustoff-Verteileinrichtung 418 montiert ist, über die Länge des Trägers 414 in der y-Achse bewegt, zum Beispiel in Richtung von rechts nach links, wie in 4 gezeigt ist.
In manchen Beispielen steuert der Controller 402 die Baustoff-Verteileinrichtung 418 so, dass eine vollständige Schicht von Baustoff vorgesehen wird, bevor die Koaleszenzmittel- und Koaleszenz-Modifiziermittel-Verteileinrichtungen 408 und 410 so gesteuert werden, dass sie selektiv das Koaleszenzmittel und das Koaleszenz-Modifiziermittel auf die vorgesehene Schicht von Baustoff abgeben. In diesen Beispielen würde die Abgabe von Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel stattfinden, während die Koaleszenzmittel- und Koaleszenz-Modifiziermittel-Verteileinrichtungen sich von links nach rechts entlang der y-Achse bewegen, wie in 4 gezeigt ist.
In anderen Beispielen steuert der Controller 402 die Koaleszenzmittel- und Koaleszenz-Modifiziermittel-Verteileinrichtungen 408 und 410 so, dass sie selektiv Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel an den Baustoff abgeben, während die Baustoff-Verteileinrichtung 418 die Schicht von Baustoff bereitstellt. Mit anderen Worten können, während die Baustoff-Verteileinrichtung 418 Baustoff bereitstellt, um eine neue Schicht von Baustoff zu bilden, die Koaleszenzmittel- und Koaleszenz-Modifiziermittel-Verteileinrichtungen 408 und 410 Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel an Baustoff von der Schicht abgeben, die soeben von der Baustoff-Verteileinrichtung 418 bereitgestellt wurde. In der gezeigten Konfiguration kehren die Koaleszenzmittel- und Koaleszenz-Modifiziermittel-Verteileinrichtungen und die Baustoff-Verteileinrichtung 418 zur rechten Seite des Trägers 414 zurück, um eine neue Schicht von Baustoff zu verteilen, während Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel abgegeben werden.
Eine erhöhte Geschwindigkeit und Effizienz können zum Beispiel durch Hinzufügen von zusätzlichen Mittelverteileinrichtungen zum Wagen erreicht werden, wie in 6a gezeigt ist. In 6a ist eine Konfiguration mit einem Paar von Koaleszenzmittel-Verteileinrichtungen 408a und 408b gezeigt, die auf jeder Seite einer Baustoff-Verteileinrichtung 418 angeordnet sind, und mit einem Paar von Koaleszenz-Modifiziermittel-Verteileinrichtungen 410a und 410b, die auf jeder Seite einer Baustoff-Verteileinrichtung 418 angeordnet sind. Diese Konfiguration ermöglicht das Auftragen einer Schicht von Baustoff und die Abgabe von Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel auf die aufgetragene Schicht, während sich der Wagen in jede Richtung entlang der y-Achse bewegt, wodurch ein bidirektionaler Betrieb ermöglicht wird.
6b veranschaulicht eine andere Konfiguration gemäß einem weiteren Beispiel. In 6b ist eine Konfiguration mit einem Paar von Baustoff-Verteileinrichtungen 418a und 418b gezeigt, die auf jeder Seite der Koaleszenzmittel-Verteileinrichtung 408 und der Koaleszenz-Modifiziermittel-Verteileinrichtung 410 angeordnet sind. Diese Konfiguration ermöglicht wiederum das Auftragen einer Schicht von Baustoff und die Abgabe von Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel auf die aufgetragene Schicht, während sich der Wagen in jede Richtung entlang der y-Achse bewegt, wodurch ein bidirektionaler Betrieb ermöglicht wird.
Solche Konfigurationen können eine Verbesserung der Geschwindigkeit im Vergleich zu der in 4 gezeigten Konfiguration auf Kosten der Duplizierung entweder einer Baustoff-Verteileinrichtung oder von Mittelverteileinrichtungen ermöglichen.
In einem weiteren Beispiel kann die Baustoff-Verteileinrichtung 418 von den Mittelverteileinrichtungen 408 und 410 abgekoppelt sein. Zum Beispiel kann sich die Baustoff-Verteileinrichtung 418 auf einem separaten Wagen von denjenigen befinden, auf denen die Mittelverteileinrichtungen 408 und 410 angeordnet sind. In einem anderen Beispiel kann sich die Baustoff-Verteileinrichtung 418 auf demselben Wagen befinden wie die Mittelverteileinrichtungen 408 und 410, jedoch um einen kleinen Abstand getrennt voneinander.
ALTERNATIVE KONFIGURATIONEN
Obwohl sich die hier beschriebenen Beispiele auf die Verwendung eines einzelnen Koaleszenzmittels und eines einzelnen Koaleszenz-Modifiziermittels beziehen, können in anderen Beispielen mehrere Koaleszenzmittel verwendet werden. In anderen Beispielen können mehrere Koaleszenz-Modifiziermittel verwendet werden.
Zum Beispiel kann in manchen Beispielen ein erstes Koaleszenzmittel selektiv von einer ersten Koaleszenzmittel-Verteileinrichtung abgebbar sein, und ein zweites Koaleszenzmittel kann selektiv von einer zweiten Koaleszenzmittel-Verteileinrichtung abgebbar sein. Das erste Koaleszenzmittel kann verschiedene chemische Eigenschaften und/oder eine andere Konzentration als das zweite Koaleszenzmittel aufweisen.
Zum Beispiel kann in manchen Beispielen ein erstes Koaleszenz-Modifiziermittel selektiv von einer ersten Koaleszenz-Modifiziermittel-Verteileinrichtung abgebbar sein, und ein zweites Koaleszenz-Modifiziermittel kann selektiv von einer zweiten Koaleszenz-Modifiziermittel-Verteileinrichtung abgebbar sein.
In manchen Beispielen kann das erste Koaleszenz-Modifiziermittel andere chemische Eigenschaften aufweisen als das zweite Koaleszenz-Modifiziermittel. In manchen Beispielen kann das erste Koaleszenz-Modifiziermittel eine andere Konzentration aufweisen als das zweite Koaleszenz-Modifiziermittel. In manchen Beispielen kann das erste Koaleszenz-Modifiziermittel sowohl andere chemische Eigenschaften als auch eine andere Konzentration als das zweite Koaleszenz-Modifiziermittel aufweisen.
Zum Beispiel kann ein erstes Koaleszenz-Modifiziermittel die Koaleszenz um einen ersten Faktor modifizieren, während ein zweites Koaleszenz-Modifiziermittel die Koaleszenz um einen zweiten Faktor modifizieren kann. In manchen Beispielen können beide Koaleszenz-Modifiziermittel den Koaleszenzgrad um verschiedene Beträge verringern. In einem Beispiel kann ein Koaleszenz-Modifiziermittel den Koaleszenzgrad verringern, und ein Koaleszenz-Modifiziermittel kann den Koaleszenzgrad erhöhen. In einem Beispiel können beide Koaleszenz-Modifiziermittel den Koaleszenzgrad erhöhen.
In weiteren Beispielen können weitere Mittel zusätzlich zu einem Koaleszenzmittel und einem Koaleszenz-Modifiziermittel verwendet werden.
Zum Beispiel kann in manchen Beispielen eine weitere Mittelverteileinrichtung vorgesehen sein, um ein Mittel selektiv an eine Schicht von Baustoff abzugeben, welches ein Farbmittel aufweist, wie ein Farbpigment oder einen Farbstoff.
In weiteren Beispielen kann eine weitere Mittelverteileinrichtung vorgesehen sein, um ein Mittel selektiv abzugeben, welches ein funktionelles Mittel aufweist, um einem erzeugten dreidimensionalen Gegenstand eine vorbestimmte Funktionalität hinzuzufügen. Zum Beispiel kann ein solches Mittel elektrisch leitende Elemente aufweisen, die es ermöglichen, dass ein Abschnitt eines erzeugten dreidimensionalen Gegenstands eine elektrische Leitfähigkeit aufweist.
In anderen Beispielen kann ein Koaleszenzmittel ein geeignetes Farbmittel umfassen, um es zu ermöglichen, dass Abschnitte eines dreidimensionalen Gegenstands eine vorbestimmte Farbe aufweisen.
Wie zuvor erwähnt wurde, hat die Geschwindigkeit, mit der jede Schicht von Baustoff verarbeitet werden kann, eine Auswirkung auf die Geschwindigkeit, mit der ein dreidimensionaler Gegenstand erzeugt werden kann. Die Verwendung von Druckköpfen ermöglicht zum Beispiel die Abgabe von kleinen Tröpfchen von Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit an eine Schicht von Baustoff.
In anderen Beispielen können das Koaleszenzmittel und das Koaleszenz-Modifizierungsmittel durch Sprühdüsen anstelle von Druckköpfen abgegeben werden. Dadurch können zum Beispiel große Gegenstände mit einer geringeren Genauigkeit als bei der Verwendung von Tintenstrahl-Druckköpfen, jedoch innerhalb einer kürzeren Zeit, erzeugt werden. Dies kann zum Beispiel besonders nützlich sein, wenn große Schichten von Baustoff verarbeitet werden, zum Beispiel Schichten von Baustoff, die größer als etwa 200 cm mal 100 cm sind.
BESCHREIBUNG VON MATERIALIEN
Um zu ermöglichen, dass die Verfahren und Systeme zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstands, wie hier beschrieben, wie beschrieben funktionieren, müssen die Eigenschaften des Baustoffs, des Koaleszenzmittels und des Koaleszenz-Modifizierungsmittels sorgfältig ausgewählt werden.
Beispiele für geeignete Materialien sind nachstehend angegeben.
BAUSTOFF
Gemäß einem Beispiel kann ein geeigneter Baustoff ein pulverisiertes halbkristallines thermoplastisches Material sein. Ein geeignetes Material kann Nylon 12 sein, welches zum Beispiel von Sigma-Aldrich Co. LLC erhältlich ist. Ein weiteres geeignetes Material kann PA 2200 sein, welches von Electro Optical Systems EOS GmbH erhältlich ist.
In anderen Beispielen kann jeder andere geeignete Baustoff verwendet werden. Solche Materialien können zum Beispiel pulverisierte Metallmaterialien, pulverisierte Verbundwerkstoffe, keramische Pulvermaterialien, pulverisierte Glasmaterialien, pulverisiertes Harzmaterial, pulverisierte Polymermaterialien und dergleichen sein.
KOALESZENZMITTEL
Gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel kann ein geeignetes Koaleszenzmittel eine tintenartige Formulierung sein, die Russschwarz enthält, wie zum Beispiel die Tintenformulierung, die im Handel als CM997A bekannt und von der Hewlett-Packard Company erhältlich ist. In einem Beispiel kann eine solche Tinte zusätzlich ein Infrarotlicht-Absorptionsmittel aufweisen. In einem Beispiel kann eine solche Tinte zusätzlich ein nahes Infrarotlicht-Absorptionsmittel aufweisen. In einem Beispiel kann eine solche Tinte zusätzlich ein Absorptionsmittel für sichtbares Licht aufweisen. Beispiele für Tinten, die Verbesserer für sichtbares Licht aufweisen, sind auf Farbstoff basierende gefärbte Tinte und auf Pigment basierende gefärbte Tinte, wie Tinten, die im Handel unter CE039A und CE042A bekannt und von der Hewlett-Packard Company erhältlich sind.
KOALESZENZ-MODIFIZIERMITTEL
Wie vorstehend beschrieben wurde, wirkt ein Koaleszenz-Modifiziermittel dahingehend, die Wirkungen eines Koaleszenzmittels zu modifizieren. Es wurde gezeigt, dass verschiedene physikalische und/oder chemische Wirkungen verwendet werden können, um die Wirkungen eines Koaleszenzmittels zu modifizieren.
Zum Beispiel, und ohne durch irgendeine Theorie gebunden zu sein, kann in einem Beispiel ein Koaleszenz-Modifiziermittel so wirken, dass es eine mechanische Trennung zwischen individuellen Teilchen eines Baustoffs erzeugt, zum Beispiel um zu verhindern, dass sich solche Teilchen miteinander verbinden, und somit zu verhindern, dass sie sich verfestigen, um einen Abschnitt eines erzeugten dreidimensionalen Gegenstands zu bilden. Ein beispielhaftes Koaleszenz-Modifiziermittel kann eine Flüssigkeit aufweisen, die Feststoffe aufweist. Ein solches Mittel kann zum Beispiel eine kolloidale Tinte, eine auf Farbstoff basierende Tinte oder eine auf Polymer basierende Tinte sein.
Ein solches Mittel kann, nachdem es auf eine Schicht von Baustoff abgegeben wurde, bewirken, dass eine dünne Schicht von Feststoffen einen Abschnitt von Baustoff bedeckt oder teilweise bedeckt, zum Beispiel nach der Verdampfung einer Trägerflüssigkeit, und es kann somit als ein Koaleszenz-Modifiziermittel wie hier beschrieben dienen.
In einem Beispiel kann ein solches Koaleszenz-Modifiziermittel feste Teilchen aufweisen, die eine Durchschnittsgröße kleiner als die Durchschnittsgröße von Teilchen des Baustoffs haben, auf den sie abzugeben sind. Des Weiteren sollte die molekulare Masse des Koaleszenz-Modifiziermittels und dessen Oberflächenspannung derart sein, dass ermöglicht wird, dass das Koaleszenz-Modifiziermittel ausreichend in den Baustoff eindringt. In einem Beispiel sollte ein solches Mittel auch eine hohe Löslichkeit aufweisen, so dass jeder Tropfen des Mittels einen hohen Prozentsatz an Feststoffen aufweist.
In einem Beispiel kann eine Salzlösung als ein Koaleszenz-Modifiziermittel verwendet werden.
In einem anderen Beispiel kann eine Tinte, die im Handel als CM996A-Tinte bekannt und von der Hewlett-Packard Company erhältlich ist, als ein Koaleszenz-Modifiziermittel verwendet werden. In einem weiteren Beispiel zeigte sich auch, dass eine Tinte, die im Handel als CN673A-Tinte bekannt und von der Hewlett-Packard Company erhältlich ist, als ein Koaleszenz-Modifiziermittel dienen kann.
In einem weiteren Beispiel, und ohne durch irgendeine Theorie gebunden zu sein, kann ein Koaleszenz-Modifiziermittel dahingehend wirken, die Wirkungen eines Koaleszenzmittels zu modifizieren, indem es verhindert, dass der Baustoff Temperaturen über seinem Schmelzpunkt erreicht. Zum Beispiel wurde gezeigt, dass ein Fluid, welches eine geeignete Kühlwirkung hat, als ein Koaleszenz-Modifiziermittel verwendet werden kann. Wenn zum Beispiel ein solches Mittel an einen Baustoff abgegeben wird, kann die an den Baustoff angelegte Energie von dem Koaleszenz-Modifiziermittel absorbiert werden, was dessen Verdampfung bewirkt, was dazu beitragen kann zu verhindern, dass Baustoff, auf den das Koaleszenz-Modifiziermittel abgegeben wurde oder in den es eingedrungen ist, den Schmelzpunkt des Baustoffs erreicht.
In einem Beispiel wurde gezeigt, dass ein Mittel, das einen hohen Prozentsatz an Wasser enthält, als Koaleszenz-Modifiziermittel geeignet ist.
In anderen Beispielen können andere Arten von Koaleszenz-Modifiziermittel verwendet werden.
Ein Beispiel für ein Koaleszenz-Modifiziermittel, das den Koaleszenzgrad erhöhen kann, kann zum Beispiel einen geeigneten Weichmacher umfassen. Ein weiteres Beispiel für ein Koaleszenz-Modifiziermittel, das den Koaleszenzgrad erhöhen kann, kann zum Beispiel ein Oberflächenspannungs-Modifiziermittel umfassen, um die Benetzbarkeit von Teilchen von Baustoff zu erhöhen.
Es ist ersichtlich, dass hier beschriebene Beispiele in Form von Hardware oder in einer Kombination von Hardware und Software umgesetzt werden können. Eine jede solche Software kann in Form eines flüchtigen oder nichtflüchtigen Speichers gespeichert werden, wie zum Beispiel einer Speichervorrichtung wie ein ROM, löschbar oder wiederbeschreibbar oder auch nicht, oder in Form eines Speichers, wie zum Beispiel RAM, Speicherchips, eine Vorrichtung oder integrierte Schaltungen oder ein auf einem optisch oder magnetisch lesbaren Medium, wie zum Beispiel eine CD, DVD, eine Magnetplatte oder ein Magnetband. Es ist ersichtlich, dass die Speichervorrichtungen und Speichermedien Beispiele für einen maschinenlesbaren Speicher sind, die geeignet sind, ein Programm oder Programme zu speichern, die, wenn sie ausgeführt werden, hier beschriebene Beispiele implementieren. Demgemäß bieten Beispiele ein Programm, aufweisend einen Code zum Implementieren eines Systems oder Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen maschinenlesbaren Speicher, der ein solches Programm speichert.
Alle in dieser Beschreibung (einschließlich aller beigefügten Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen) offenbarten Merkmale und/oder alle Schritte irgendeines so offenbarten Verfahrens oder Prozesses können in jeder Kombination kombiniert werden, außer in Kombinationen, bei denen mindestens einige solcher Merkmale und/oder Schritte sich gegenseitig ausschließen.
Jedes in dieser Beschreibung offenbarte Merkmal (einschließlich in allen beigefügten Ansprüchen, der Zusammenfassung und den Zeichnungen) kann durch alternative Merkmale ersetzt werden, die dem gleichen, einem äquivalenten oder ähnlichen Zweck dienen, wenn es nicht anders angegeben ist. Somit ist, wenn es nicht anders angegeben ist, jedes offenbarte Merkmal nur ein Beispiel für eine gattungsgemäße Serie von äquivalenten oder ähnlichen Merkmalen.

Claims

Einrichtung zum Erzeugen eines dreidimensionalen Gegenstands, umfassend: eine erste Mittelverteileinrichtung zum selektiven Abgeben eines Koaleszenzmittels auf Abschnitte einer Schicht von Baustoff; eine zweite Mittelverteileinrichtung zum selektiven Abgeben eines Koaleszenz-Modifiziermittels auf Abschnitte einer Schicht von Baustoff; und einen Controller zum Steuern der Mittelverteileinrichtungen zum selektiven Abgeben jedes der Mittel auf eine Schicht von Baustoff in jeweiligen Mustern, die hergeleitet sind von Daten, die eine Scheibe eines zu erzeugenden dreidimensionalen Gegenstands darstellen, so dass, wenn Energie an die Schicht angelegt wird, sich der Baustoff vereinigt und verfestigt, um eine Scheibe des dreidimensionalen Gegenstands gemäß den Mustern zu bilden.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung einen dreidimensionalen Gegenstand mit Gegenstandseigenschaften erzeugen soll, die mit den Mustern in Beziehung stehen, mit denen das Koaleszenzmittel und das Koaleszenz-Modifiziermittel an den Baustoff abgegeben werden.
Einrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Baustoff-Verteileinrichtung zum Vorsehen einer ersten Schicht von Baustoff auf einem Baustoffträger und zum Vorsehen von anschließenden Schichten von Baustoff auf einer zuvor vorgesehenen Schicht von Baustoff.
Einrichtung nach Anspruch 3, wobei die erste und die zweite Mittelverteileinrichtung eine Länge aufweisen, die es ihnen ermöglicht, den Träger zu überspannen, und wobei mindestens eines von Träger und Verteileinrichtungen relativ zu dem anderen beweglich ist/sind, um zu ermöglichen, dass das Koaleszenzmittel und das Koaleszenz-Modifiziermittel selektiv auf die Oberfläche irgendeines Abschnitts der Schicht von Baustoff abgebbar sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Mittelverteileinrichtung ein erster Druckkopf ist, und wobei die zweite Mittelverteileinrichtung ein zweiter, anderer Druckkopf ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Mittelverteileinrichtung eine erste Reihe von Düsen eines Druckkopfs aufweist und wobei die zweite Mittelverteileinrichtung eine zweite Reihe von Düsen des Druckkopfes aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller die Mittelverteileinrichtungen so steuern soll, dass sie die Mittel selektiv auf die Oberfläche der Schicht von Baustoff gemäß Steuerdaten abgeben, die hergeleitet sind von einer Kombination von Daten, die eine Scheibe eines zu erzeugenden dreidimensionalen Gegenstands darstellen, und Daten, die mindestens eine gewünschte Gegenstandseigenschaft von mindestens einem Abschnitt des zu erzeugenden dreidimensionalen Gegenstands darstellen.
Einrichtung nach Anspruch 3, wobei die Baustoff-Verteileinrichtung eine Schicht von Baustoff mit einer Schichtdicke im Bereich von etwa 90 bis 110 Mikrometern vorsehen soll, und wobei die Mittelverteileinrichtungen Tropfen von Mittel von etwa 10 Picolitern pro Tropfen vorsehen sollen.
Einrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine dritte Mittelverteileinrichtung zur selektiven Abgabe eines zweiten Koaleszenzmittels auf eine Schicht von Baustoff und/oder eine vierte Mittelverteileinrichtung zum selektiven Abgeben eines zweiten Koaleszenz-Modifiziermittels auf eine Schicht von Baustoff.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller Steuerdaten aus Daten, die einen dreidimensionalen Gegenstand darstellen, und Daten zu Gegenstandseigenschaften erzeugen soll.
Einrichtung nach Anspruch 3, ferner aufweisend einen Wagen, der bidirektional über den Träger beweglich ist und auf dem ein Paar von ersten Mittelverteileinrichtungen zur selektiven Abgabe eines Koaleszenzmittels, ein Paar von zweiten Mittelverteileinrichtungen zur selektiven Abgabe eines Koaleszenz-Modifiziermittels und eine Baustoff-Verteileinrichtung montiert oder montierbar sind, wobei die Mittelverteileinrichtungen und die Baustoff-Verteileinrichtung so angeordnet sind, dass sie eine Abgabe von Baustoff, Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel ermöglichen, während sich der Wagen in jede Richtung bewegt.
Einrichtung nach Anspruch 3, ferner aufweisend einen Wagen, der bidirektional über den Träger beweglich ist, auf dem die erste Mittelverteileinrichtung zur selektiven Abgabe von Koaleszenzmittel, die zweite Mittelverteileinrichtung zur selektiven Abgabe von Koaleszenz-Modifiziermittel und ein Paar von Baustoff-Verteileinrichtungen montiert oder montierbar sind, wobei die Mittelverteileinrichtungen und die Baustoff-Verteileinrichtung so angeordnet sind, dass sie eine Abgabe von Baustoff, des Koaleszenzmittels und des Koaleszenz-Modifiziermittels ermöglichen, während sich der Wagen in jede Richtung bewegt.
Einrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine nicht fokussierte Energiequelle zum Anlegen von Energie an Baustoff, um zu bewirken, dass sich ein Abschnitt des Baustoffs vereinigt und verfestigt, um eine Scheibe des dreidimensionalen Gegenstands dort zu bilden, wo Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel abgegeben wurden.
Verfahren zur Steuerung eines Systems zum Erzeugen eines dreidimensionalen Gegenstands, aufweisend: Erhalten von Steuerdaten, wobei die Steuerdaten von Daten hergeleitet sind, die einen Abschnitt eines zu erzeugenden dreidimensionalen Gegenstands darstellen; Auftragen einer Schicht von Baustoff; selektives Auftragen eines Koaleszenzmittels und eines Koaleszenz-Modifiziermittels auf der Schicht von aufgetragenem Baustoff gemäß den erhaltenen Steuerdaten; und Anlegen von Energie an aufgetragenen Baustoff, um zu bewirken, dass sich Abschnitte des Baustoffs vereinigen und verfestigen, um einen Abschnitt des dreidimensionalen Gegenstands dort zu bilden, wo Koaleszenzmittel und Koaleszenz-Modifiziermittel aufgetragen worden sind.
Einrichtung zum Erzeugen eines dreidimensionalen Gegenstands, aufweisend: eine Schnittstelle zum Empfangen einer ersten abnehmbar einsetzbaren Mittelverteileinrichtung zum selektiven Abgeben eines Koaleszenzmittels an einen ersten Satz von selektierbaren Abschnitten auf einer Schicht von Baustoff; eine Schnittstelle zum Empfangen einer zweiten abnehmbar einsetzbaren Mittelverteileinrichtung zum selektiven Abgeben eines Koaleszenz-Modifiziermittels auf einen zweiten Satz von selektierbaren Abschnitten auf einer Schicht von vorgesehenem Baustoff; und einen Controller zum Steuern der Mittelverteileinrichtungen, wenn sie in ihren jeweiligen Schnittstellen eingesetzt sind, zum selektiven Abgeben der Mittel auf aufeinanderfolgende Schichten von Baustoff an Stellen, die durch Steuerdaten bestimmt sind, die von Daten hergeleitet sind, die einen Abschnitt eines zu erzeugenden dreidimensionalen Gegenstands darstellen; und zum Steuern einer Energiequelle zum Anlegen von Energie an den Baustoff zum Bewirken, dass sich ein Abschnitt des Baustoffs vereinigt und verfestigt, um eine Scheibe des dreidimensionalen Gegenstands dort zu bilden, wo das Koaleszenzmittel und das Koaleszenz-Modifiziermittel abgegeben worden sind.