DE112015004226T5

DE112015004226T5 - Materialzufuhrvorrichtung, additive herstellungsvorrichtung, und materialzufuhrverfahren

Info

Publication number: DE112015004226T5
Application number: DE112015004226.1T
Authority: DE
Inventors: Hideshi Nakano; Hiroshi Ohno; Shanying PAN; Kotaro Kobayashi; Masayuki Tanaka
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2017-06-29
Also published as: WO2016042807A1; JP5917636B2; US20170274602A1; US10647104B2; JP2016060093A

Abstract

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Materialzufuhrvorrichtung eine Zufuhreinheit. Die Zufuhreinheit umfasst eine Elektrodeneinheit, die durch Anlegen einer Spannung daran elektrisch aufladbar ist, und eine Isoliereinheit, welche die Elektrodeneinheit abdeckt, wobei die Elektrodeneinheit konfiguriert ist, um ein Material, welchem eine positive oder eine negative Ladung zugeführt wird, zu einer Oberfläche der Isoliereinheit anzuziehen und davon zu trennen, indem ein aufgeladener Zustand der Elektrodeneinheit gesteuert wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Materialzufuhrvorrichtung, eine additive Herstellungsvorrichtung und ein Materialzufuhrverfahren.
Hintergrund der Erfindung
Es ist eine additive Herstellungsvorrichtung bekannt, wie etwa ein dreidimensionaler Drucker, welche Schichten eines pulverisierten Materials ausbildet und das Material für jede der Schichten unter Verwendung eines Bindemittels (Haftmittel) oder eines Laserlichts verfestigt, um eine dreidimensionale Form herzustellen.
Patentschrift

Patentschrift 1: JP 2003-53849 A

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Die Zeit zum Herstellen einer dreidimensionalen Form wird verringert, indem die Zeit zum Ausbilden von Schichten eines Materials verringert wird.
Ein Beispiel des durch die vorliegende Erfindung zu lösenden Problems besteht darin, eine Materialzufuhrvorrichtung, eine additive Herstellungsvorrichtung und ein Materialzufuhrverfahren bereitzustellen, die ermöglichen, dass eine Zufuhrzeit eines pulverisierten Materials verringert wird.
Mittel zum Lösen des Problems
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Materialzufuhrvorrichtung eine Zufuhreinheit. Die Zufuhreinheit umfasst eine Elektrodeneinheit, die durch Anlegen einer Spannung daran elektrisch aufladbar ist, und eine Isoliereinheit, welche die Elektrodeneinheit abdeckt, wobei die Elektrodeneinheit konfiguriert ist, um ein Material zu einer Oberfläche der Isoliereinheit anzuziehen und davon zu trennen, indem ein aufgeladener Zustand der Elektrodeneinheit gesteuert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das einen dreidimensionalen Drucker gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt.
2 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Materialbehälters und einen Teil einer Materialzufuhrvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt.
3 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Herstellungsbehälters und einen Teil der Materialzufuhrvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt.
4 ist eine Schnittansicht, die die Materialzufuhrvorrichtung, welche einem Zufuhrbereich ein Material zuführt, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt.
5 ist eine Schnittansicht, die den Herstellungsbehälter, in welchem dem Material Laserlicht zugeführt wird, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt.
6 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Herstellungsbehälters und einen Teil einer Materialzufuhrvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt.
7 ist eine Schnittansicht, die die Materialzufuhrvorrichtung, welche einem Zufuhrbereich ein zweites Material zuführt, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt.
8 ist eine Schnittansicht, die den Herstellungsbehälter, in welchem den ersten und zweiten Materialien Laserlicht zugeführt wird, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt.
9 ist eine Schnittansicht, die einen Herstellungsbehälter gemäß einer Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels schematisch darstellt.
10 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Materialbehälters und einen Teil einer Materialzufuhrvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt.
11 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Materialbehälters und einen Teil einer Materialzufuhrvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Nachstehend wird ein erstes Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 1 bis 5 beschrieben. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Spezifikation eine vertikal obere Richtung als eine obere Richtung bezeichnet wird, und eine vertikal untere Richtung als eine untere Richtung bezeichnet wird. Eine Vielzahl von Ausdrücken kann für ein Element gemäß einem Ausführungsbeispiel und für die Beschreibung des Elements verwendet werden. Die Verwendung eines anderen Ausdrucks, der für das Element und die Beschreibung nicht beschrieben ist, ist nicht ausgeschlossen. Außerdem ist für ein Element und eine Beschreibung ohne eine Vielzahl von Ausdrücken die Verwendung eines anderen Ausdrucks nicht ausgeschlossen.
1 ist ein Diagramm, das einen dreidimensionalen Drucker 1 schematisch darstellt. Der dreidimensionale Drucker 1 ist ein Beispiel einer additiven Herstellungsvorrichtung. Die additive Herstellungsvorrichtung ist auf einen dreidimensionalen Drucker nicht beschränkt und kann eine andere Vorrichtung sein. Der dreidimensionale Drucker 1 führt eine Ausbildung einer Schicht eines pulverisierten Materials 2 und eine Verfestigung der Schicht des Materials 2 wiederholt durch, um ein hergestelltes Objekt 3 mit einer dreidimensionalen Form auf z. B. einem Herstellungssubstrat 4 herzustellen. 1 stellt das hergestellte Objekt 3 mitten in der Ausbildung dar.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Material 2 z. B. ein pulverisiertes Metallmaterial mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 40 μm. Es ist zu beachten, dass das Material 2 darauf nicht beschränkt ist, und es z. B. Keramik oder synthetisches Harz sein kann. Das hergestellte Objekt 3 und das Herstellungssubstrat 4 sind aus demselben Material wie das pulverisierte Material 2 gemacht, sie sind darauf allerdings nicht beschränkt.
Wie in 1 dargestellt, umfasst der dreidimensionale Drucker 1 einen Verarbeitungsbehälter 11, einen Herstellungsbehälter 12, einen Materialbehälter 13, eine Materialzufuhrvorrichtung 14, eine Bewegungsvorrichtung 15, eine optische Vorrichtung 16 und eine Steuereinheit 17. Der Verarbeitungsbehälter 11 kann auch z. B. Gehäuse genannt werden. Der Herstellungsbehälter 12 kann auch z. B. Basis, Tisch, Herstellungsbereich oder Zufuhrbereich genannt werden. Der Materialbehälter 13 (Gehäuseeinheit) ist z. B. eine Gehäuseeinheit und kann auch z. B. Speichereinheit oder Zufuhreinheit genannt werden. Die Materialzufuhrvorrichtung 14 (Zufuhreinheit) ist ein Beispiel einer Zufuhreinheit und kann auch z. B. Halteeinheit, Abwurfeinheit, Anlegeeinheit oder Ausbreitungseinheit genannt werden. Die Bewegungsvorrichtung 15 ist ein Beispiel einer Bewegungseinheit und kann auch z. B. Transporteinheit genannt werden. Die optische Vorrichtung 16 (Herstellungseinheit) ist ein Beispiel einer Herstellungseinheit und kann auch z. B. Ausbildungseinheit, Verfestigungseinheit oder Bonding-Einheit genannt werden.
In der vorliegenden Spezifikation sind eine X-Achse, eine Y-Achse und eine Z-Achse wie in den Zeichnungen dargestellt definiert. Die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse sind senkrecht zueinander. In der vorliegenden Spezifikation korrespondiert eine X-Achsen-Richtung zu einer Breitenrichtung der Materialzufuhrvorrichtung 14, eine Y-Achsen-Richtung korrespondiert zu einer Tiefen-(Längs-)Richtung der Materialzufuhrvorrichtung 14, und eine Z-Achsen-Richtung korrespondiert zu einer Höhenrichtung der Materialzufuhrvorrichtung 14.
Der Verarbeitungsbehälter 11 ist z. B. in einer versiegelbaren Kastenform ausgebildet. Der Verarbeitungsbehälter 11 umfasst eine Verarbeitungskammer 11a. Die Verarbeitungskammer 11a nimmt den Herstellungsbehälter 12, den Materialbehälter 13, die Materialzufuhrvorrichtung 14, die Bewegungsvorrichtung 15 und die optische Vorrichtung 16 auf. Es ist zu beachten, dass der Herstellungsbehälter 12, der Materialbehälter 13, die Materialzufuhrvorrichtung 14, die Bewegungsvorrichtung 15 und die optische Vorrichtung 16 außerhalb der Verarbeitungskammer 11a vorliegen können.
Die Verarbeitungskammer 11a des Verarbeitungsbehälters 11 ist mit einem Zufuhranschluss 21 und einem Ausstoßanschluss 22 vorgesehen. Beispielsweise führt eine Zufuhrvorrichtung, welche außerhalb des Verarbeitungsbehälters 11 angeordnet ist, der Verarbeitungskammer 11a durch den Zufuhranschluss 21 ein Inertgas, wie etwa Stickstoff oder Argon, zu. Beispielsweise stößt eine Ausstoßvorrichtung, welche außerhalb des Verarbeitungsbehälters 11 angeordnet ist, das Inertgas in der Verarbeitungskammer 11a durch den Ausstoßanschluss 22 aus.
In dem Herstellungsbehälter 12 werden eine Ausbildung einer Schicht des Materials 2 und eine Verfestigung der Schicht des Materials 2 wiederholt durchgeführt. Demgemäß wird das hergestellte Objekt 3 mit einer dreidimensionalen Form im Inneren des Herstellungsbehälters 12 hergestellt. Der Herstellungsbehälter 12 umfasst eine Anbringungsbasis 25 und eine Umgebungswand 26.
Die Anbringungsbasis 25 ist z. B. eine quadratische Platte. Es ist zu beachten, dass die Form der Anbringungsbasis 25 darauf nicht beschränkt ist, und die Anbringungsbasis 25 ein Element mit einer anderen Form, wie etwa ein anderes Viereck, wie etwa ein Rechteck, ein Polygon, ein Kreis oder eine geometrische Form sein kann. Die Anbringungsbasis 25 ist z. B. aus einem Leiter, wie etwa Metall, hergestellt. Die Anbringungsbasis 25 ist geerdet, sie ist darauf aber nicht beschränkt.
Die Anbringungsbasis 25 umfasst eine obere Fläche 25a und eine Endfläche 25b. Die obere Fläche 25a ist z. B. eine viereckige flache Fläche, welche aufwärts zugewandt ist und eine Größe von 250 mm × 250 mm aufweist. Es ist zu beachten, dass die Größe und die Form der oberen Fläche 25a darauf nicht beschränkt sind. Die Endfläche 25b ist senkrecht zu der oberen Fläche 25a.
Die Umfangswand 26 ist z. B. in einer viereckigen Rohrform ausgebildet, welche sich in einer Richtung entlang der Z-Achse erstreckt, und die Anbringungsbasis 25 umgibt. Die Endfläche 25b der Anbringungsbasis 25 steht mit einer Innenfläche der Umfangswand 26 in Kontakt. Die Umfangswand 26 ist in einer viereckigen Rahmenform ausgebildet und umfasst ein offenes oberes Ende 26a.
Das Herstellungssubstrat 4 ist an der oberen Fläche 25a der Anbringungsbasis 25 angebracht und daran befestigt, und das Material 2 wird darauf angesammelt. Außerdem wird das hergestellte Objekt 3 auf dem Herstellungssubstrat 4 hergestellt. Es ist zu beachten, dass das hergestellte Objekt 3 direkt auf der oberen Fläche 25a der Anbringungsbasis 25 hergestellt werden kann, ohne das Herstellungssubstrat 4 auf der oberen Fläche 25a der Anbringungsbasis 25 anzuordnen. In dem Herstellungsbehälter 12 sind das Material 2, das hergestellte Objekt 3 und das Herstellungssubstrat 4 durch die Umfangswand 26 umgeben.
Zumindest eines des Materials 2, des hergestellten Objekts 3 und des Herstellungssubstrats 4 auf der Anbringungsbasis 25 bildet einen Zufuhrbereich R1 aus, welcher von dem oberen Ende 26a der Umfangswand 26 freiliegt. Der Zufuhrbereich R1 ist ein Beispiel eines Bereichs, zu welchem das Material zugeführt wird. Der Zufuhrbereich R1 ist ein ebener Teil, der aufwärts zugewandt ist. Die Größe und die Form des Zufuhrbereichs R1 sind im Wesentlichen gleich zu der Größe und der Form der oberen Fläche 25a der Anbringungsbasis 25.
Die Anbringungsbasis 25 ist in der Richtung entlang der Z-Achse im Inneren der Umfangswand 26 durch verschiedene Vorrichtungen, wie etwa einen hydraulischen Elevator, bewegbar. Der Zufuhrbereich R1, welcher aus zumindest einem des Materials 2, des hergestellten Objekts 3 und des Herstellungssubstrats 4 auf der Anbringungsbasis 25 ausgebildet ist, bewegt sich durch die Bewegung der Anbringungsbasis 25 nach oben und nach unten.
Der Materialbehälter 13 speichert das Material 2 zum Ausbilden einer Schicht in dem Herstellungsbehälter 12. Der Materialbehälter 13 liegt neben dem Herstellungsbehälter 12, kann aber von dem Herstellungsbehälter 12 entfernt angeordnet sein. Der Materialbehälter 13 umfasst eine Halterungsbasis 31, eine Umfangswand 32, eine Aufladeeinheit 33 von 2 und eine Presseinheit 34.
Die Halterungsbasis 31 ist z. B. eine quadratische Platte ähnlich zu der Anbringungsbasis 25 des Herstellungsbehälters 12. Es ist zu beachten, dass die Form der Halterungsbasis 31 darauf nicht beschränkt ist. Die Halterungsbasis 31 ist z. B. aus einem Leiter, wie etwa Metall, hergestellt.
Die Halterungsbasis 31 umfasst eine obere Fläche 31a und eine Endfläche 31b. Die obere Fläche 31a ist z. B. eine flache Fläche, welche dieselbe Größe und Form wie die obere Fläche 25a der Anbringungsbasis 25 aufweist und aufwärts zugewandt ist. Es ist zu beachten, dass die Größe und die Form der oberen Fläche 31a darauf nicht beschränkt sind. Die Endfläche 31b ist senkrecht zu der oberen Fläche 31a.
Die Umfangswand 32 ist z. B. in einer viereckigen Rohrform ausgebildet, welche sich in der Richtung entlang der Z-Achse erstreckt und die Halterungsbasis 31 umgibt. Die Endfläche 31b der Halterungsbasis 31 steht mit einer Innenfläche der Umfangswand 32 in Kontakt. Die Umfangswand 32 ist in einer viereckigen Rahmenform ausgebildet und umfasst ein offenes oberes Ende 32a.
Das Material 2 wird auf der oberen Fläche 31a der Halterungsbasis 31 angesammelt und ist durch die Umfangswand 32 umgeben. Das in dem Materialbehälter 13 gespeicherte Material 2 bildet einen Anziehungsbereich R2 aus, welcher von dem oberen Ende 32a der Umfangswand 32 freiliegt. Der Anziehungsbereich R2 ist ein ebener Teil, der aufwärts zugewandt ist. Die Größe und die Form des Anziehungsbereichs R2 sind im Wesentlichen gleich zu der Größe und der Form der oberen Fläche 31a der Halterungsbasis 31.
Die Halterungsbasis 31 ist in der Richtung entlang der Z-Achse im Inneren der Umfangswand 32 durch verschiedene Vorrichtungen, wie etwa einen hydraulischen Elevator, bewegbar. Der Anziehungsbereich R2, welcher aus dem Material 2 ausgebildet ist, bewegt sich durch die Bewegung der Halterungsbasis 31 nach oben und nach unten.
2 ist eine Schnittansicht, die einen Teil des Materialbehälters 13 und einen Teil der Materialzufuhrvorrichtung 14 schematisch darstellt. Die Aufladeeinheit 33 ist mit der Halterungsbasis 31 verbunden. Die Aufladeeinheit 33 führt z. B. der Halterungsbasis 31 einen Strom zu (legt eine Spannung an), um die Halterungsbasis 31 und das auf der Halterungsbasis 31 gehaltene Material 2 elektrisch aufzuladen. Anders ausgedrückt, die Aufladeeinheit 33 führt dem Material 2 eine Ladung zu. Es ist zu beachten, dass die Aufladeeinheit 33 darauf nicht beschränkt ist, und die Halterungsbasis 31 und das Material 2 durch z. B. Korona-Entladung aufgeladen werden können. Die Aufladeeinheit 33 lädt z. B. das in 2 dargestellte Material 2 negativ (Minus) auf, aber sie kann das Material 2 auch positiv (Plus) aufladen. Das Material 2 in dem Materialbehälter 13 kann unaufgeladen sein und keine Ladung aufweisen.
Die in 1 dargestellte Presseinheit 34 umfasst z. B. eine Walze oder eine flexible Schaufel. Die Presseinheit 34 erstreckt sich in einer Richtung entlang der X-Achse oder der Y-Achse und ist in einer die erstreckende Richtung schneidende Richtung bewegbar. Die Presseinheit 34 bewegt sich, um den aus dem Material 2 ausgebildeten Anziehungsbereich R2 zu glätten. Demgemäß macht die Presseinheit 34 z. B. den Anziehungsbereich R2 des Materials 2 im Wesentlichen bündig mit dem oberen Ende 32a der Umfangswand 32.
Beispielsweise ist eine ausreichende Menge des Materials 2 in dem Materialbehälter 13 im Voraus gespeichert. Wenn das Material 2 in dem Materialbehälter 13 verringert wird und der Anziehungsbereich R2 unter das obere Ende 32a der Umfangswand 32 verringert wird, bewegt sich die Halterungsbasis 31 nach oben. Demgemäß hält die Halterungsbasis 31 den Zufuhrbereich R2 im Wesentlichen bündig mit dem oberen Ende 32a der Umfangswand 32. Das Material 2 in dem Materialbehälter 13 ist darauf nicht beschränkt und kann z. B. von einer anderen Vorrichtung in den Materialbehälter 13 zurückgefüllt werden, wenn das Material 2 verringert wird.
Die Materialzufuhrvorrichtung 14 führt dem Herstellungsbehälter 12 das in dem Materialbehälter 13 gespeicherte Material 2 zu, um eine Schicht des Materials 2 auszubilden. Die Materialzufuhrvorrichtung 14 umfasst ein Anziehungssubstrat 41 (Elektrodeneinheit) und eine Isolierschicht 42 (Isoliereinheit), eine Temperaturerhöhungsvorrichtung 43 und eine Aufladeeinheit 44 von 2. Das Anziehungssubstrat 41 ist ein Beispiel einer Elektrodeneinheit und kann auch z. B. Ansaugeinheit, Anzieheinheit oder Halteeinheit genannt werden. Die Isolierschicht 42 ist ein Beispiel einer Isoliereinheit und kann auch Trennwand, Wand oder Film genannt werden. Die Temperaturerhöhungsvorrichtung 43 ist ein Beispiel einer Temperaturerhöhungseinheit und kann auch z. B. Warneinheit, Erhitzungseinheit oder Heizer genannt werden.
Das Anziehungssubstrat ist z. B. eine quadratische Platte ähnlich zu der Anbringungsbasis 25. Es ist zu beachten, dass die Form des Anziehungssubstrats 41 darauf nicht beschränkt ist. Das Anziehungssubstrat 41 ist z. B. aus einem Leiter, wie etwa Metall, hergestellt. Somit wird das Anziehungssubstrat 41 durch einen von der Aufladeeinheit 44 zugeführten Strom elektrisch aufgeladen. Es ist zu beachten, dass das Anziehungssubstrat 41 darauf nicht beschränkt ist und z. B. aus einem Halbleiter hergestellt sein kann.
Wie in 2 dargestellt, umfasst das Anziehungssubstrat 41 eine untere Fläche 41a. Die untere Fläche 41a ist z. B. eine flache Fläche, welche dieselbe Größe und Form wie die obere Fläche 25a der Anbringungsbasis 25 aufweist und abwärts zugewandt ist. Es ist zu beachten, dass die Größe und die Form der unteren Fläche 41a darauf nicht beschränkt sind.
Die Aufladeeinheit 44 wird durch die Steuereinheit 17 gesteuert und ist in der Lage, dem Anziehungssubstrat 41 einen Strom zuzuführen (eine Spannung anzulegen). Die Aufladeeinheit 44 führt dem Anziehungssubstrat 41 selektiv einen positiven Strom oder einen negativen Strom zu. Es ist zu beachten, dass die Aufladeeinheit 44 darauf nicht beschränkt ist, und dass lediglich entweder ein positiver Strom oder ein negativer Strom dem Anziehungssubstrat 41 zugeführt werden kann.
Die Isolierschicht 42 ist z. B. aus einem Isolator, wie etwa synthetischem Harz oder Keramik, hergestellt. Die Isolierschicht 42 ist auf der unteren Fläche 41a des Anziehungssubstrats 41 ausgebildet und deckt die untere Fläche 41a ab. Es ist zu beachten, dass die Isolierschicht 42 die untere Fläche 41a des Anziehungssubstrats 41 partiell freilegen kann.
Die Isolierschicht 42 umfasst eine Oberfläche 42a, welche abwärts zugewandt ist. Die Oberfläche 42a ist eine flache Fläche, welche dieselbe Größe und Form wie die obere Fläche 25a der Anbringungsbasis 25 aufweist und abwärts zugewandt ist. Es ist zu beachten, dass die Größe und die Form der Oberfläche 42a darauf nicht beschränkt sind.
Wie in 1 dargestellt, ist die Temperaturerhöhungsvorrichtung 43 z. B. im Inneren des Anziehungssubstrats 41 angeordnet. Die Temperaturerhöhungsvorrichtung 43 ist in der Lage, die Temperatur des Anziehungssubstrats 41 und der Isolierschicht 42 zu erhöhen, um auf einer vorbestimmten Temperatur aufrechterhalten zu werden. D. h., die Temperaturerhöhungsvorrichtung 43 ist in der Lage, die Temperatur der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 zu erhöhen. Die Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 wird durch die Erhöhung der Temperatur durch die Temperaturerhöhungsvorrichtung 43 getrocknet.
Die Bewegungsvorrichtung 15 umfasst eine Schiene, welche mit der Materialzufuhrvorrichtung 14, einem Transportarm oder verschiedenen anderen Vorrichtungen gekoppelt ist. Die Bewegungsvorrichtung 15 ist z. B. in der Lage, die Materialzufuhrvorrichtung 14 in Richtungen entlang der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse parallel zu bewegen.
Die Bewegungsvorrichtung 15 bewegt z. B. die Materialzufuhrvorrichtung 14 zwischen einer Anziehungsposition P1 und einer Zufuhrposition P2. In 1 ist die an der Anziehungsposition P1 angeordnete Materialzufuhrvorrichtung 14 durch eine durchgezogene Linie angezeigt, und die an der Zufuhrposition P2 angeordnete Materialzufuhrvorrichtung 14 ist durch eine Doppelpunkt-Strichlinie angezeigt.
Die an der Anziehungsposition P1 vorliegende Materialzufuhrvorrichtung 14 ist über dem Materialbehälter 13 angeordnet. Wie in 2 dargestellt, ist die Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 der Materialzufuhrvorrichtung 14 dem Anziehungsbereich R2, welcher aus dem in dem Materialbehälter 13 gespeicherten Material 2 ausgebildet ist, an der Anziehungsposition P1 zugewandt. Somit ist die untere Fläche 41a des Anziehungssubstrats 41 dem Material 2 in dem Materialbehälter 13 durch die Isolierschicht 42 zugewandt.
Wie in 1 dargestellt, ist die an der Zufuhrposition P2 vorliegende Materialzufuhrvorrichtung 14 über dem Herstellungsbehälter 12 angeordnet. Die Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 der Materialzufuhrvorrichtung 14 ist dem Zufuhrbereich R1, welcher aus zumindest einem des Materials 2, des hergestellten Objekts 3 und des Herstellungssubstrats 4 in dem Herstellungsbehälter 12 ausgebildet ist, an der Zufuhrposition P2 zugewandt. Somit ist die untere Fläche 41a des Anziehungssubstrats 41 dem Zufuhrbereich R1 durch die Isolierschicht 42 zugewandt.
Die Anziehungsposition P1 und die Zufuhrposition P2 sind an voneinander verschiedenen Orten angeordnet. Auf diese Weise ändert die Bewegungsvorrichtung 15 die relative Position der Materialzufuhrvorrichtung 14 mit Bezug auf den Zufuhrbereich R1 und den Anziehungsbereich R2. Anders ausgedrückt, die Materialzufuhrvorrichtung 14 kann sowohl an der Anziehungsposition P1 als auch der Zufuhrposition P2 angeordnet sein. Es ist zu beachten, dass die Bewegungsvorrichtung 15 z. B. den Herstellungsbehälter 12 und den Materialbehälter 13 mit Bezug auf die Materialzufuhrvorrichtung 14 bewegen kann.
Die optische Vorrichtung 16 umfasst verschiedene Komponenten, wie etwa eine Lichtquelle, welche ein Oszillationselement umfasst und Laserlicht L emittiert, eine Konversionslinse, welche das Laserlicht L in paralleles Licht konvertiert, eine konvergente Linse, welche das Laserlicht L konvergiert, und einen Galvanometerspiegel, welcher eine Zufuhrposition des Laserlichts L bewegt. Die optische Vorrichtung 16 ist in der Lage, die Energiedichte des Laserlichts L zu ändern.
Die optische Vorrichtung 16 ist über dem Herstellungsbehälter 12 angeordnet. Es ist zu beachten, dass die optische Vorrichtung 16 an einem anderen Ort angeordnet sein kann. Die optische Vorrichtung 16 konvertiert das von der Lichtquelle emittierte Laserlicht L in paralleles Licht unter Verwendung der Konversionslinse. Die optische Vorrichtung 16 reflektiert das Laserlicht L unter Verwendung des Galvanometerspiegels, dessen Neigungswinkel änderbar ist, und konvergiert das Laserlicht L unter Verwendung der konvergenten Linse, um das Laserlicht L einer gewünschten Position zuzuführen.
Die Steuereinheit 17 ist mit dem Herstellungsbehälter 12, dem Materialbehälter 13, der Materialzufuhrvorrichtung 14, der Bewegungsvorrichtung 15 und der optischen Vorrichtung 16 elektrisch verbunden. Die Steuereinheit 17 umfasst verschiedene elektronische Komponenten, wie etwa eine CPU, ein ROM, und ein RAM. Die Steuereinheit 17 liest ein Programm, welches in dem ROM oder einer anderen Speichervorrichtung gespeichert ist, aus und führt dieses aus, um den Herstellungsbehälter 12, den Materialbehälter 13, die Materialzufuhrvorrichtung 14, die Bewegungsvorrichtung 15 und die optische Vorrichtung 16 zu steuern. Der dreidimensionale Drucker 1 stellt das hergestellte Objekt 3 auf Basis der Steuerung (Programm) der Steuereinheit 17 her.
Nachstehend wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen des hergestellten Objekts 3 aus dem pulverisierten Material 2 durch den dreidimensionalen Drucker 1 beschrieben. Es ist zu beachten, dass ein Verfahren zum Herstellen des hergestellten Objekts 3 durch den dreidimensionalen Drucker 1 auf das nachstehend beschriebene Verfahren nicht beschränkt ist.
Zunächst werden dreidimensionale Formdaten des hergestellten Objekts 3 in die Steuereinheit 17 des dreidimensionalen Druckers 1 aus z. B. einem externen Personalcomputer eingegeben. Die dreidimensionalen Formdaten sind z. B. CAD-Daten, aber sie sind darauf nicht beschränkt.
Die Steuereinheit 17 erzeugt Daten einer Vielzahl von Querschnittsformen aus den dreidimensionalen Formdaten des hergestellten Objekts 3. Beispielsweise teilt die Steuereinheit 17 die dreidimensionale Form des hergestellten Objekts 3 in eine Vielzahl von Schichten einer vorbestimmten Dicke auf und erzeugt Querschnittsformdaten von jeder der Schichten. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erzeugt die Steuereinheit 17 z. B. Daten einer Vielzahl von Querschnittsformen, von welchen jede eine Dicke von 50 μm aufweist, aus den dreidimensionalen Formdaten des hergestellten Objekts 3. Es ist zu beachten, dass die Dicke von jeder Querschnittsform darauf nicht beschränkt ist.
Dann ordnet die Bewegungsvorrichtung 15 die Materialzufuhrvorrichtung 14 an der Anziehungsposition P1 an. An der Anziehungsposition P1 ist die Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 der Materialzufuhrvorrichtung 14 dem Anziehungsbereich R2, welcher aus dem Material 2 in dem Materialbehälter 13 ausgebildet ist, zugewandt. Eine Lücke ist zwischen der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 und dem Anziehungsbereich R2 ausgebildet. Es ist zu beachten, dass die Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 mit dem Material 2 des Anziehungsbereichs R2 in Kontakt stehen kann.
Wie in 2 dargestellt, lädt die Aufladeeinheit 33 des Materialbehälters 13 das Material 2 negativ auf. Andererseits führt die Aufladeeinheit 44 der Materialzufuhrvorrichtung 14 dem Anziehungssubstrat 41 an der Anziehungsposition P1 einen positiven Strom zu. D. h., die Materialzufuhrvorrichtung 14 führt dem Anziehungssubstrat 41 einen Strom mit einer der Polarität des aufgeladenen Materials 2 entgegengesetzten Polarität zu. Demgemäß wird das in dem Materialbehälter 13 gespeicherte Material 2 zu dem Anziehungssubstrat 41 durch die Coulombkraft (eine Anziehungskraft) angezogen. Anders ausgedrückt, das Material 2 bewegt sich zu dem Anziehungssubstrat 41.
Das zu dem Anziehungssubstrat 41 angezogene Material 2 haftet an der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42, welche zwischen dem Anziehungssubstrat 41 und dem Anziehungsbereich R2 eingefügt ist. D. h., die Materialzufuhrvorrichtung 14 zieht das Material 2 in dem Materialbehälter 13 zu der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 an.
Das Material 2, welches negativ aufgeladen ist, und das Anziehungssubstrat 41, durch welches ein positiver Strom fließt, sind durch die Isolierschicht 42 voneinander isoliert. Somit wird das Material 2 durch die Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 gehalten und negativ aufgeladen. Auf diese Weise zieht das Anziehungssubstrat 41 das Material 2 zu der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 durch Steuerung eines aufgeladenen Zustands davon an.
3 ist eine Schnittansicht, die einen Teil des Herstellungsbehälters 12 und einen Teil der Materialzufuhrvorrichtung 14 schematisch darstellt. Wie in 3 dargestellt, wird das Material 2 in dem Materialbehälter 13 zu der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 angezogen, sodass eine Schicht des Materials 2 auf der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 ausgebildet wird. In der Schicht des Materials 2 liegt eine Vielzahl von negativ aufgeladenen Teilchen des Materials 2 nebeneinander. Somit tritt eine elektrostatische Abstoßung zwischen einem Teilchen des Materials 2 und einem anderen Teilchen des Materials 2 auf. Somit weist die Schicht des Materials 2 auf der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke auf.
Außerdem wird die Dicke der Schicht des Materials 2 auf der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 durch den dem Anziehungssubstrat 41 durch die Aufladeeinheit 44 zugeführten Strom bestimmt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet die Materialzufuhrvorrichtung 14 z. B. eine Schicht des Materials 2 mit einer Dicke von 50 μm aus, welche gleich zu der Dicke der vorstehenden Querschnittsformdaten auf der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 sind. Es ist zu beachten, dass die Dicke der Schicht des Materials 2 darauf nicht beschränkt ist.
Dann bewegt die Bewegungsvorrichtung 15 die Materialzufuhrvorrichtung 14 mit dem von der Anziehungsposition P1 angezogenen Material 2 zu der Zufuhrposition P2. In 3 ist die Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 der Materialzufuhrvorrichtung 14, welche die Zufuhrposition P2 erreicht hat, dem Zufuhrbereich R1, welcher aus dem Material 2 und dem hergestellten Objekt 3 ausgebildet ist, zugewandt. D. h., die auf der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 ausgebildete Schicht des Materials 2 ist dem Zufuhrbereich R1 zugewandt.
Der Herstellungsbehälter 12 senkt im Voraus den Zufuhrbereich R1 unter das obere Ende 26a der Umfangswand 26 ab, indem die Anbringungsbasis 25 abwärts bewegt wird. Die Entfernung (Höhendifferenz) zwischen dem Zufuhrbereich R1 und dem oberen Ende 26a der Umfangswand 26 in der Richtung entlang der Z-Achse ist z. B. 50 μm, was gleich zu der Dicke der vorstehenden Querschnittsformdaten ist.
4 ist eine Schnittansicht, welche die Materialzufuhrvorrichtung 14, welche dem Zufuhrbereich R1 das Material 2 zuführt, schematisch darstellt. Wie in 4 dargestellt, führt die Aufladeeinheit 44 dem Anziehungssubstrat 41 an der Zufuhrposition P2 einen negativen Strom zu. D. h., die Aufladeeinheit 44 führt dem Anziehungssubstrat 41 einen Strom mit derselben Polarität wie das aufgeladene Material 2 zu. Demgemäß bewegt sich das zu der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 angezogene Material 2 zu dem Zufuhrbereich R1 durch die Coulombkraft (eine Abstoßkraft). Anders ausgedrückt, das Material 2 wird von der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 getrennt und dem Zufuhrbereich R1 zugeführt. Auf diese Weise trennt das Anziehungssubstrat 41 das Material 2 von der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42, indem ein aufgeladener Zustand davon gesteuert wird.
Die Anbringungsbasis 25 in dem Herstellungsbehälter 12 ist geerdet. Das Material 2, das hergestellte Objekt 3 und das Herstellungssubstrat 4, welche auf der Anbringungsbasis 25 angebracht sind, sind durch die Anbringungsbasis 25 geerdet und weisen keine Ladung auf. Dies verringert die Erzeugung der Coulombkraft zwischen dem Material 2 auf der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 und dem Material 2, dem hergestellten Objekt 3 und dem Herstellungssubstrat 4 in dem Herstellungsbehälter 12, und das Material 2 bewegt sich im Wesentlichen gerade von der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 zu dem Zufuhrbereich R1.
Es ist zu beachten, dass die Materialzufuhrvorrichtung 14 den dem Anziehungssubstrat 41 zugeführten Strom zu Null machen kann. In diesem Fall verschwindet die Coulombkraft (Anziehungskraft) zwischen dem zu der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 angezogenen Material 2 und dem Anziehungssubstrat 41. Demgemäß fällt das zu der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 angezogene Material 2 aufgrund der Schwerkraft herunter und wird dem Zufuhrbereich R1 zugeführt.
Das Material 2, welches die Schicht auf der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 ausbildet, wird dem Zufuhrbereich R1 zugeführt, um eine Schicht des Materials 2 auf dem Zufuhrbereich R1 auszubilden. Die Dicke der Schicht des auf dem Zufuhrbereich R1 ausgebildeten Materials 2 ist im Wesentlichen gleich zu der Dicke der Schicht des auf der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 ausgebildeten Materials 2. Somit ist die obere Fläche der Schicht des auf dem Zufuhrbereich R1 ausgebildeten Materials 2 im Wesentlichen bündig mit dem oberen Ende 26a der Umfangswand 26.
Das dem Zufuhrbereich R1 zugeführte Material 2 ist durch das Material 2 in dem Herstellungsbehälter 12, das hergestellte Objekt 3 und das Herstellungssubstrat 4 mit der geerdeten Anbringungsbasis 25 elektrisch verbunden. Demgemäß wird die dem Zufuhrbereich R1 zugeführte Ladung des Materials 2 zu Null.
Während die Materialzufuhrvorrichtung 14 dem Zufuhrbereich R1 des Herstellungsbehälters 12 das Material 2 zuführt, bewegt sich die Halterungsbasis 31 des Materialbehälters 13 aufwärts. Demgemäß wird die Höhe des Anziehungsbereichs R2, welcher aus dem Material 2 ausgebildet ist, im Wesentlichen gleich zu der Höhe des oberen Endes 32a der Umfangswand 32 des Materialbehälters 13. Die Presseinheit 34 glättet den Anziehungsbereich R2, sodass der Zufuhrbereich R2 flacher wird.
Dann bewegt die Bewegungsvorrichtung 15 die Materialzufuhrvorrichtung 14 zu der Anziehungsposition P1. Anders ausgedrückt, die Bewegungsvorrichtung 15 zieht die zwischen dem Herstellungsbehälter 12 und der optischen Vorrichtung 16 angeordnete Materialzufuhrvorrichtung 14 von der Position über dem Herstellungsbehälter 12 zurück.
Die Bewegungsvorrichtung 15 kann die Materialzufuhrvorrichtung 14 vor dem Zurückziehen der Materialzufuhrvorrichtung 14 nach unten bewegen. Demgemäß drückt die Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 der Materialzufuhrvorrichtung 14 das dem Zufuhrbereich R1 zugeführte Material 2, um das Material 2 zu verdichten.
5 ist eine Schnittansicht, die den Herstellungsbehälter 12, in welchem das Laserlicht L dem Material 2 zugeführt wird, schematisch darstellt. Wie in 5 dargestellt, steuert die Steuereinheit 17 die optische Vorrichtung 16, um das Laserlicht L der optischen Vorrichtung 16 dem Material 2, welches die Schicht ausbildet, zuzuführen. Die Steuereinheit 17 bestimmt die Zufuhrposition des Laserlichts L auf Basis der erzeugten Querschnittsformdaten.
Ein Teil der Schicht des Materials 2, welchem das Laserlicht L zugeführt worden ist, ist geschmolzen. Die optische Vorrichtung 16 schmelzt das Material 2 partiell und verfestigt es dann, indem das Laserlicht L zugeführt wird. Demgemäß ist ein Teil (eine Schicht) des hergestellten Objekts 3 in der Schicht des Materials 2 ausgebildet. In 5 ist der durch das Laserlicht L ausgebildete Teil des hergestellten Objekts 3 durch eine Doppelpunkt-Strichlinie aufgeteilt. Das Material 2 kann gesintert sein.
Nach der Zufuhr des Laserlichts L zu dem Material 2 durch die optische Vorrichtung 16 bewegt sich die Anbringungsbasis 25 z. B. um 50 μm nach unten, was gleich zu der Dicke der vorstehenden Querschnittsformdaten ist. Demgemäß wird die Entfernung (Höhendifferenz) zwischen der oberen Fläche des Materials 2, welches die Schicht ausbildet, und dem oberen Ende 26a der Umfangswand 26 in der Richtung entlang der Z-Achse zu 50 μm.
Die obere Fläche des Materials 2, welches die Schicht ausbildet, und die obere Fläche des Teils des in der Schicht ausgebildeten hergestellten Objekts 3 bilden den nächsten Zufuhrbereich R1 aus. Die Materialzufuhrvorrichtung 14 führt dem Zufuhrbereich R1 dem vorstehenden Verfahren folgend das Material 2 erneut zu.
Die Materialzufuhrvorrichtung 14 laminiert das Material 2 auf dieselbe vorstehend beschriebene Weise, um eine Vielzahl von Schichten des Materials 2 sequentiell auszubilden. Jedes Mal, wenn eine Schicht des Materials 2 ausgebildet wird, schmelzt die optische Vorrichtung 16 das Material 2 partiell, welches die Schicht ausbildet, um einen Teil des hergestellten Objekts 3 auszubilden. Der dreidimensionale Drucker 1 führt die Ausbildung der Schicht des Materials 2 durch die Materialzufuhrvorrichtung 14 und das Schmelzen des Materials 2 durch die optische Vorrichtung 16 wiederholt durch, um das hergestellte Objekt 3 mit einer dreidimensionalen Form herzustellen.
Das im Inneren des Verarbeitungsbehälters 11 hergestellte hergestellte Objekt 3 wird aus der Verarbeitungskammer 11a herausgenommen, indem z. B. eine an dem Verarbeitungsbehälter 11 angebrachte Abdeckung geöffnet wird. Es ist zu beachten, dass das hergestellte Objekt darauf nicht beschränkt ist, und das hergestellte Objekt 3 kann zu der Außenseite der Verarbeitungskammer 11a durch z. B. eine Transportvorrichtung, welche einen Transportarm umfasst, transportiert werden. Das hergestellte Objekt 3 wird zu einer Kammer (Subkammer), welche von der Verarbeitungskammer 11a isoliert ist, durch z. B. eine zu öffnende/zu schließende Tür transportiert.
Teilchen des Materials 2, welchem das Laserlicht L nicht zugeführt worden ist, bleiben pulverisiert. Somit kann das hergestellte Objekt 3 aus dem Material 2 leicht herausgenommen werden. Die verbleibenden pulverisierten Teilchen des Materials 2 werden angesammelt und wiederverwendet.
In dem dreidimensionalen Drucker 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Anziehungssubstrat 41 der Materialzufuhrvorrichtung 14 in der Lage, das Material 2 zu der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 anzuziehen, und das Material 2 von der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 zu trennen, indem ein aufgeladener Zustand davon gesteuert wird. Die Materialzufuhrvorrichtung 14 bildet die Schicht des Materials 2 aus, indem dem Zufuhrbereich R1 an der Zufuhrposition P2 das Material 2 zugeführt wird. D. h., die an der Isolierschicht 42 haftende Schicht des Materials 2 wird dem Zufuhrbereich R1 direkt zugeführt. Demgemäß wird eine Zufuhrzeit des Materials 2 verringert.
Außerdem zieht das Anziehungssubstrat 41 der Materialzufuhrvorrichtung 14 das Material 2 zu der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 durch die Steuerung eines aufgeladenen Zustands davon an. Somit wird die Dicke der Schicht des an der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 haftenden Materials 2 durch elektrostatische Abstoßung im Wesentlichen gleichmäßig. Sogar wenn die Größen von pulverisierten Teilchen des Materials 2 nicht gleichmäßig sind, wird die Dicke der Schicht des Materials 2 auf der Isolierschicht 42 im Wesentlichen gleichmäßig. Somit wird die auf dem Zufuhrbereich R1 ausgebildete Schicht des Materials 2 im Wesentlichen flach, ohne geglättet zu sein, was die Zufuhrzeit des Materials 2 verringert. Die Orientierungen der Teilchen des Materials 2 sind ausgerichtet, wenn sie zu der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 angezogen werden. Somit wird die auf der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 ausgebildete Schicht des Materials 2 dichter. Außerdem ist die Dicke der Schicht des zu der Isolierschicht 42 angezogenen Materials 2 einstellbar, indem der dem Anziehungssubstrat 41 durch die Aufladeeinheit 44 zugeführte Strom eingestellt wird.
Die Temperaturerhöhungsvorrichtung 43 ist in der Lage, die Temperatur der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 zu erhöhen. Wenn die Temperatur der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 erhöht wird, wird die Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 getrocknet. Dies verringert eine Hemmung des Zuführens des Materials 2, die durch das an der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 haftende Material 2 aufgrund z. B. der Viskosität von Feuchtigkeit bewirkt ist. Somit wird die Zufuhrzeit des Materials 2 verringert, und ein Zufuhrfehler des Materials 2 wird verringert. Da außerdem die Temperatur des zu der Isolierschicht 42 angezogenen Materials 2 durch die Temperaturerhöhungsvorrichtung 43 erhöht wird, wird z. B. die Effizienz der Verarbeitung, wie etwa Schmelzen durch das Laserlicht L, verbessert.
Die Aufladeeinheit 33 führt dem Material 2 in dem Materialbehälter 13 eine Ladung zu. Demgemäß kann die Materialzufuhrvorrichtung 14 das Material 2 zu der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 leicht anziehen, indem dem Anziehungssubstrat 41 ein Strom mit einer Polarität zugeführt wird, die der Polarität der dem Material 2 zugeführten Ladung entgegengesetzt ist. Dies ermöglicht, dass die Materialzufuhrvorrichtung 14 das Material 2 schneller anzieht und die Zufuhrzeit des Materials 2 verringert wird.
Die Materialzufuhrvorrichtung 14 trennt das Material 2 von der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42, indem ein Strom mit derselben Polarität wie die dem Material 2 zugeführte Ladung dem Anziehungssubstrat 41 zugeführt wird. Demgemäß kann die Materialzufuhrvorrichtung 14 das an der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 haftende Material 2 dem Zufuhrbereich R1 leicht zuführen und das auf der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 verbleibende Material 2 verringern. Somit wird die Zufuhrzeit des Materials 2 verringert, und der Zufuhrfehler des Materials 2 wird verringert.
Die Presseinheit 34 glättet das Material 2 in dem Materialbehälter 13. Demgemäß wird die Dicke der Schicht des an der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 haftenden Materials 2 gleichmäßiger. Somit wird der Zufuhrfehler des Materials 2 verringert. Außerdem wird eine Erhöhung der Zufuhrzeit des Materials 2 verringert, indem das Material 2 in dem Materialbehälter 13 durch die Presseinheit 34 geglättet wird, während die Materialzufuhrvorrichtung 14 dem Zufuhrbereich R1 das Material 2 zuführt.
In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Anbringungsbasis 25 des Herstellungsbehälters 12 geerdet. Allerdings kann die Anbringungsbasis 25 auf eine solche Weise konfiguriert sein, dass ein Strom hindurchfließen kann. Der Herstellungsbehälter 12 ist in der Lage, das an der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 der Materialzufuhrvorrichtung 14 haftende Material 2 anzuziehen, und das Material 2, das hergestellte Objekt 3 und das Herstellungssubtrat 4 zu befestigen (elektrostatisches Ansaugen), indem ein Strom durch die Anbringungsbasis 25 zugeführt wird. In diesem Fall ist eine Schicht eines Isolators, wie etwa synthetisches Harz oder Keramik, auf der oberen Fläche 25a der Anbringungsbasis 25 ausgebildet.
Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 6 bis 9 beschrieben. In der folgenden Beschreibung für eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen wird ein Element mit einer Funktion ähnlich zu der Funktion eines bereits beschriebenen Elements durch dieselben Bezugszeichen wie das bereits beschriebene Element bezeichnet, und auf eine Beschreibung desselben kann verzichtet werden. Eine Vielzahl von durch dasselbe Bezugszeichen bezeichneten Elementen muss nicht notwendigerweise in allen Funktionen und Eigenschaften Kommunalität aufweisen, und kann unterschiedliche Funktionen und Eigenschaften gemäß jedem der Ausführungsbeispiele aufweisen.
6 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Herstellungsbehälters 12 und einen Teil einer Materialzufuhrvorrichtung 14 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein hergestelltes Objekt 3 aus zwei Arten von Materialien 2 (ein erstes Material 2A und ein zweites Material 2B) hergestellt. Das erste Material 2A und das zweite Material 2B unterscheiden sich z. B. in ihrer Art und Größe.
Ein dreidimensionaler Drucker 1 des zweiten Ausführungsbeispiels umfasst zwei Materialbehälter 13. Einer der Materialbehälter 13 speichert das erste Material 2A. Der andere Materialbehälter 13 speichert das zweite Material 2B. Eine Bewegungsvorrichtung 15 ist in der Lage, die Materialzufuhrvorrichtung 14 zu einer Anziehungsposition P1, welche über dem einem Materialbehälter 13 liegt, und der anderen Anziehungsposition P1, welche über dem anderen Materialbehälter 13 liegt, zu bewegen.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel zieht die Materialzufuhrvorrichtung 14 zunächst das erste Material 2A zu der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 an. Dann führt die Materialzufuhrvorrichtung 14 das erste Material 2A einem Zufuhrbereich R1 zu, um eine Schicht des ersten Materials 2A an einer Zufuhrposition P2 auszubilden.
7 ist eine Schnittansicht, die die Materialzufuhrvorrichtung 14, welche das zweite Material 2B dem Zufuhrbereich R1 zuführt, schematisch darstellt. Dann zieht die Materialzufuhrvorrichtung 14 das zweite Material 2B zu der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 an. Dann führt, wie in 7 dargestellt, die Materialzufuhrvorrichtung 14 das zweite Material 2B der oberen Fläche der Schicht des ersten Materials 2A zu, um eine Schicht des zweiten Materials 2B an der Zufuhrposition P2 auszubilden.
Die Summe der Dicke der Schicht des ersten Materials 2A und der Dicke der Schicht des zweiten Materials 2B beträgt 50 μm, was gleich zu der Dicke der durch eine Steuereinheit 17 erzeugten Querschnittsformdaten ist. D. h., die Dicke der Schicht des ersten Materials 2A, die durch die Materialzufuhrvorrichtung 14 ausgebildet ist, und die Dicke der Schicht des zweiten Materials 2B, die durch die Materialzufuhrvorrichtung 14 ausgebildet ist, sind jeweils kleiner (bzw. dünner) als die Dicke der Querschnittsformdaten.
Wie in 7 dargestellt, sind die Schicht des ersten Materials 2A und die Schicht des zweiten Materials 2B auf dem Zufuhrbereich R1 ausgebildet. Anders ausgedrückt, eine Schicht des ersten Materials 2A und des zweiten Materials 2B sind auf dem Zufuhrbereich R1 ausgebildet. Es ist zu beachten, dass eine lediglich aus dem ersten Material 2A ausgebildete Schicht oder eine lediglich aus dem zweiten Material 2B ausgebildete Schicht auf zumindest einem Teil des Zufuhrbereichs R1 ausgebildet sein kann.
8 ist eine Schnittansicht, die den Herstellungsbehälter 12 schematisch darstellt, in welchem den ersten und zweiten Materialien 2A, 2B Laserlicht L zugeführt wird. Wie in 8 dargestellt, steuert die Steuereinheit 17 eine optische Vorrichtung 16, um den ersten und zweiten Materialien 2A, 2B, welche die Schicht ausbilden, das Laserlicht L der optischen Vorrichtung 16 zuzuführen.
Ein Teil der Schicht der ersten und zweiten Materialien 2A, 2B, welchen das Laserlicht L zugeführt worden ist, ist geschmolzen oder gesintert. Anders ausgedrückt, die zwei Arten von Materialien 2 (das erste Material 2A und das zweite Material 2B) werden partiell geschmolzen und dann verfestigt, oder durch die Zufuhr des Laserlichts L gesintert. Demgemäß ist ein Teil (eine Schicht) des hergestellten Objekts 3, welches aus dem ersten Material 2A und dem zweiten Material 2B hergestellt ist, ausgebildet.
In dem dreidimensionalen Drucker 1 des zweiten Ausführungsbeispiels bildet die Materialzufuhrvorrichtung 14 die Schicht des ersten Materials 2A und des zweiten Materials 2B auf dem Zufuhrbereich R1 aus. Dies ermöglicht, dass der dreidimensionale Drucker 1 das hergestellte Objekt 3 unter Verwendung einer Vielzahl von Arten von Materialien leicht herstellt.
Außerdem wird die Dicke der Schicht der Materialien 2 (das erste Material 2A und das zweite Material 2B), die an der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 haften, eingestellt, indem ein dem Anziehungssubstrat 41 durch die Aufladeeinheit 44 zugeführter Strom eingestellt wird. Somit kann, sogar wenn eine Vielzahl von Arten von Materialien 2 verwendet werden, die Materialzufuhrvorrichtung 14 die Schicht der Materialien 2 (das erste Material 2A und das zweite Material 2B) mit einer vorbestimmten Dicke leicht ausbilden.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich das erste Material 2A und das zweite Material 2B in der Art und der Größe. Allerdings sind das erste Material 2A und das zweite Material 2B darauf nicht beschränkt. Beispielsweise können das erste Material 2A und das zweite Material 2B eine im Wesentlichen gleiche Größe aufweisen und sich lediglich in der Art unterscheiden. Außerdem können das erste Material 2A und das zweite Material 2B von derselben Art sein und sich in ihrer Größe unterscheiden.
9 ist eine Schnittansicht, die einen Herstellungsbehälter 12 gemäß einer Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels schematisch darstellt. Wie in 9 dargestellt, führt die Steuereinheit 17 dem ersten Material 2A, welches eine Schicht ausbildet, und dem zweiten Material 2B, welches eine Schicht ausbildet, Laserlicht L der optischen Vorrichtung 16 individuell zu.
Wenn die Schicht des ersten Materials 2A ausgebildet ist, führt die Steuereinheit 17 dem ersten Material 2A das Laserlicht L der optischen Vorrichtung 16 zu, um das erste Material 2A partiell zu schmelzen, und verfestigt oder sintert dann das erste Material 2A. Demgemäß wird ein Teil 3a des hergestellten Objekts 3 in der Schicht des ersten Materials 2A ausgebildet.
Wenn die Schicht des zweiten Materials 2B auf der partiell verfestigten Schicht des ersten Materials 2A ausgebildet ist, führt die Steuereinheit 17 dem zweiten Material 2B das Laserlicht L der optischen Vorrichtung 16 zu, um das zweite Material 2B partiell zu schmelzen, und verfestigt oder sintert dann das zweite Material 2B. Demgemäß wird ein Teil 3b des hergestellten Objekts 3 in der Schicht des zweiten Materials 2B ausgebildet.
Wie vorstehend beschrieben, verfestigt die Steuereinheit 17 sequentiell den Teil des ersten Materials 2A und den Teil des zweiten Materials 2B durch das Laserlicht L der optischen Vorrichtung 16. Demgemäß werden der Teil des aus dem ersten Material 2A hergestellten hergestellten Objekts 3 und der Teil des aus dem zweiten Material 2B hergestellten hergestellten Objekts 3 laminiert, um das hergestellte Objekt 3 auszubilden.
Nachstehend wird ein drittes Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 10 beschrieben. 10 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Materialbehälters 13 und einen Teil einer Materialzufuhrvorrichtung 14 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt. Wie in 10 dargestellt, ist in dem dritten Ausführungsbeispiel ein Anziehungsbereich R2, welcher aus einem Material 2 in dem Materialbehälter 13 ausgebildet ist, kleiner (bzw. enger) als eine Oberfläche 42a einer Isolierschicht 42 der Materialzufuhrvorrichtung 14. Außerdem ist der Anziehungsbereich R2 kleiner als ein Zufuhrbereich R1.
Die Tiefe (die Dimension in der Y-Achsen-Richtung) des Anziehungsbereichs R2 ist im Wesentlichen gleich zu der Tiefe der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42. Andererseits ist die Breite (die Dimension in der X-Achsen-Richtung) des Anziehungsbereichs R2 kleiner (bzw. enger) als die Breite der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42.
Eine Bewegungsvorrichtung 15 bewegt die Materialzufuhrvorrichtung 14, welche ein Anziehungssubstrat 41 umfasst, welches positiv aufgeladen ist, in der Richtung entlang der X-Achse. Die Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 der sich bewegenden Materialzufuhrvorrichtung 14 verläuft durch eine Position, die dem Material 2, welches den Anziehungsbereich R2 ausbildet, zugewandt ist.
Eine Aufladeeinheit 33 des Materialbehälters 13 lädt das Material 2 negativ auf. Somit wird das Material 2, welches den Anziehungsbereich R2 ausbildet, zu der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42, die durch die Position verläuft, die dem Anziehungsbereich R2 zugewandt ist, durch die Coulombkraft (eine Anziehungskraft) angezogen. Wenn das gesamte Gebiet der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 durch die Position verläuft, die dem Anziehungsbereich R2 zugewandt ist, wird das Material 2 an dem gesamten Gebiet der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 haften.
In einem dreidimensionalen Drucker 1 des dritten Ausführungsbeispiels bewegt sich die Materialzufuhrvorrichtung 14 auf eine solche Weise, dass die Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 durch die Position verläuft, die dem Material 2 zugewandt ist, um dadurch das Material 2 des Anziehungsbereichs R2 zu der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 anzuziehen. Dies verringert die Größe des Materialbehälters 13, und der dreidimensionale Drucker 1 kann verkleinert werden.
Es ist zu beachten, dass die Tiefe des Anziehungsbereichs R2 kleiner sein kann als die Tiefe der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42. In diesem Fall bewegt die Bewegungsvorrichtung 15 die Materialzufuhrvorrichtung 14 in der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung, sodass das gesamte Gebiet der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 durch die Position verläuft, die dem Anziehungsbereich R2 zugewandt ist. Wenn das gesamte Gebiet der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 durch die Position verläuft, die dem Anziehungsbereich R2 zugewandt ist, haftet das Material 2 an dem gesamten Gebiet der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42.
Nachstehend wird ein viertes Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 11 beschrieben. 11 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Materialbehälters 13 und einen Teil einer Materialzufuhrvorrichtung 14 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt. Wie in 11 dargestellt, umfasst ein Anziehungssubtrat 41 des vierten Ausführungsbeispiels eine Vielzahl von Elektrodenbereichen 51. 11 stellt die Elektrodenbereiche 51, die durch Doppelpunkt-Strichlinien aufgeteilt sind, dar.
Die Elektrodenbereiche 51 sind viereckige Bereiche, die mit einem Abstand von mehreren Zehnern μm vorgesehen sind. Das Anziehungssubstrat 41 des vierten Ausführungsbeispiels ist z. B. aus einem Halbleiter hergestellt und in der Lage, den Elektrodenbereichen 51 individuell Strom zuzuführen. D. h., die Elektrodenbereiche 51 können durch Zuführen eines positiven oder negativen Stroms elektrisch aufgeladen werden, oder können ungeladen bleiben.
Die Materialzufuhrvorrichtung 14 führt einigen der Elektrodenbereiche 51 (51A) an einer Anziehungsposition P1 einen positiven Strom zu. Demgemäß wird ein in dem Materialbehälter 13 gespeichertes Material 2 zu einer Oberfläche 42a einer Isolierschicht 42 durch die Coulombkraft (eine Anziehungskraft) an Positionen korrespondierend zu den Elektrodenbereichen 51A, welchen der positive Strom zugeführt worden ist, angezogen. Andererseits wird das Material 2 zu der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 an Positionen korrespondierend zu den Elektrodenbereichen 51 (51B), welchen kein Strom zugeführt worden ist, nicht angezogen. D. h., die Materialzufuhrvorrichtung 14 zieht das Material 2 in dem Materialbehälter 13 zu einem Teil der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 an.
Die Materialzufuhrvorrichtung 14 führt einem Zufuhrbereich R1 an einer Zufuhrposition P2 das Material 2 zu, das an der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 partiell haftet. Demgemäß korrespondiert eine Schicht des Materials 2 zu der Form der Elektrodenbereiche 51A des Anziehungssubstrats 41, welchem der positive Strom auf dem Zufuhrbereich R1 zugeführt worden ist.
Der dreidimensionale Drucker 1 kann die Schicht des Materials 2, die auf dem Zufuhrbereich R1 partiell ausgebildet ist, durch die optische Vorrichtung 16 schmelzen, oder kann ferner dem Zufuhrbereich R1 ein anderes Material zuführen. Beispielsweise führt die Materialzufuhrvorrichtung 14 den Elektrodenbereichen 51B an einer Position, an welcher die Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 einem anderen Material zugewandt ist, einen positiven Strom zu. Demgemäß wird das andere Material der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 durch die Coulombkraft (eine Anziehungskraft) an Positionen korrespondierend zu den Elektrodenbereichen 51B angezogen. Eine Schicht des Materials 2 und des anderen Materials ist auf der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 ausgebildet. Die Materialzufuhrvorrichtung 14 führt dem Zufuhrbereich R1 das Material 2 und das andere Material, die an der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 haften, zu, um eine Schicht des Materials 2 und des anderen Materials auf dem Zufuhrbereich R1 auszubilden.
In dem dreidimensionalen Drucker 1 des vierten Ausführungsbeispiels führt die Materialzufuhrvorrichtung 14 einigen der Elektrodenbereiche 51 Strom zu, um das Material 2 zu einem Teil der Oberfläche 42a der Isolierschicht 42 anzuziehen. Demgemäß kann die Materialzufuhrvorrichtung 14 dem Zufuhrbereich R1 das Material 2 zuführen und die Schicht des Materials 2 durch die Vielzahl von Arten von Teilchen des Materials 2 auf dem Zufuhrbereich R1 ausbilden.
In dem vierten Ausführungsbeispiel sind die Elektrodenbereiche 51 mit einem Abstand von mehreren Zehnern μm vorgesehen. Allerdings sind die Elektrodenbereiche 51 darauf nicht beschränkt, und können z. B. relativ große Bereiche sein, die durch Aufteilen des Anziehungssubstrats 41 in eine Vielzahl von Bereichen ausgebildet sind.
Gemäß zumindest einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele umfasst die Zufuhreinheit die Elektrodeneinheit, welche durch Anlegen einer Spannung daran elektrisch aufladbar ist, und die Isoliereinheit, welche die Elektrodeneinheit abdeckt, und die Elektrodeneinheit ist in der Lage, das pulverisierte Material zu der Oberfläche der Isoliereinheit anzuziehen, oder das Material von der Oberfläche der Isoliereinheit durch Steuerung eines aufgeladenen Zustands davon zu trennen. Demgemäß wird die Zufuhrzeit des pulverisierten Materials verringert.
Während bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsbeispiele lediglich beispielhaft dargestellt worden, und beabsichtigen nicht, den Umfang der Erfindung zu begrenzen. Tatsächlich können die hier beschriebenen neuartigen Ausführungsbeispiele in einer Vielzahl von anderen Formen ausgestaltet sein; außerdem können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele gemacht werden, ohne von dem Geiste der Erfindung abzuweichen. Die begleitenden Patentansprüche und ihre Äquivalente beabsichtigen, solche Formen oder Modifikationen, die in den Umfang und Geiste der Erfindung fallen würden, abzudecken.
Beispielsweise stellt in den vorstehenden Ausführungsbeispielen der dreidimensionale Drucker 1 das durch Schmelzen des Materials 2 unter Verwendung von Laserlicht L hergestellte Objekt 3 her. Allerdings ist der dreidimensionale Drucker 1 darauf nicht beschränkt, und der dreidimensionale Drucker 1 kann das hergestellte Objekt 3 durch z. B. Zuführen eines Haftmittels (Bindemittel) zu dem Material 2 durch einen Tintenstrahl herstellen, um das Material 2 partiell zu verfestigen. In diesem Fall ist das Material 2 nicht auf Metall beschränkt und kann ein anderes Material, wie etwa synthetisches Harz, sein.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen verwendet der dreidimensionale Drucker 1 das Laserlicht L als einen Energiestrahl zum Schmelzen des Materials 2. Allerdings kann der Energiestrahl irgendein Strahl sein, der zum Schmelzen des Materials, wie durch das Laserlicht L durchgeführt, in der Lage ist, und kann ein Elektronenstrahl oder eine elektromagnetische Welle in dem Bereich von einer Mikrowelle zu einer ultravioletten Strahlungswelle sein.

Claims

Materialzufuhrvorrichtung, aufweisend: eine Zufuhreinheit einschließlich einer Elektrodeneinheit, die durch Anlegen einer Spannung daran elektrisch aufladbar ist, und einer Isoliereinheit, welche die Elektrodeneinheit abdeckt, wobei die Elektrodeneinheit konfiguriert ist, um ein Material zu einer Oberfläche der Isoliereinheit anzuziehen und davon zu trennen, indem ein aufgeladener Zustand der Elektrodeneinheit gesteuert wird.
Materialzufuhrvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Temperaturerhöhungseinheit, die in der Lage ist, eine Temperatur der Oberfläche der Isoliereinheit zu erhöhen.
Materialzufuhrvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektrodeneinheit eine Vielzahl von Elektrodenbereichen umfasst, die jeweils durch Anlegen einer Spannung daran elektrisch aufladbar sind, und konfiguriert ist, um das Material zu einem Teil der Oberfläche der Isoliereinheit anzuziehen, indem eine Spannung an einige der Vielzahl von Elektrodenbereichen angelegt wird.
Additive Herstellungsvorrichtung, aufweisend: eine Gehäuseeinheit, die konfiguriert ist, um ein Material zu speichern, eine Zufuhreinheit einschließlich einer Elektrodeneinheit, die durch Anlegen einer Spannung daran elektrisch aufladbar ist, und einer Isoliereinheit, welche die Elektrodeneinheit abdeckt, wobei die Elektrodeneinheit konfiguriert ist, um ein Material zu einer Oberfläche der Isoliereinheit anzuziehen und davon zu trennen, indem ein aufgeladener Zustand der Elektrodeneinheit gesteuert wird, einen Bereich, der konfiguriert ist, um mit dem Material versorgt zu werden, eine Bewegungseinheit, die konfiguriert ist, um eine relative Position zwischen der Zufuhreinheit und dem Bereich zu ändern, und eine Herstellungseinheit, die konfiguriert ist, um das Material partiell zu verfestigen.
Additive Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 4, ferner mit einer Aufladeeinheit, die konfiguriert ist, um dem Material in der Gehäuseeinheit eine Ladung zuzuführen.
Additive Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Zufuhreinheit konfiguriert ist, um das Material von der Oberfläche der Isoliereinheit zu trennen, indem eine Spannung mit derselben Polarität wie die dem Material zugeführte Ladung an der Elektrodeneinheit angelegt wird.
Additive Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 4, ferner mit einer Temperaturerhöhungseinheit, die in der Lage ist, eine Temperatur der Oberfläche der Isoliereinheit zu erhöhen.
Additive Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Bewegungseinheit konfiguriert ist, um zuzulassen, dass die Zufuhreinheit durch eine Position verläuft, die dem in der Gehäuseeinheit freiliegenden Material zugewandt ist, um das Material zu der Oberfläche der Isoliereinheit anzuziehen.
Additive Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Material in der Gehäuseeinheit pulverisiert ist, und die additive Herstellungsvorrichtung ferner eine Presseinheit aufweist, die konfiguriert ist, um das Material zu glätten.
Additive Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Elektrodeneinheit eine Vielzahl von Elektrodenbereichen umfasst, die jeweils durch Anlegen einer Spannung daran elektrisch aufladbar sind, und konfiguriert ist, um das Material zu einem Teil der Oberfläche der Isoliereinheit anzuziehen, indem eine Spannung an einige der Elektrodenbereiche angelegt wird.
Materialzufuhrverfahren, aufweisend: Anlegen einer Spannung an eine Elektrodeneinheit, die mit einer Isoliereinheit abgedeckt ist, um die Elektrodeneinheit elektrisch aufzuladen, und Anziehen eines Materials zu einer Oberfläche der Isoliereinheit, und Trennen des Materials von der Oberfläche der Isoliereinheit, indem ein aufgeladener Zustand der Elektrodeneinheit gesteuert wird.