DE202013012908U1

DE202013012908U1 - Tragbares dreidimensionales Zeichengerät

Info

Publication number: DE202013012908U1
Application number: DE202013012908.5U
Authority: DE
Original assignee: Wobbleworks Inc
Current assignee: Wobbleworks Inc
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2023-09-21
Also published as: IL239093A0; JP2016094006A; JP2017206020A; US11446852B2; CA2893756A1; US11766819B2; AU2013101514C4; US10046498B2; CN103847099B; CN106079443A; EP2928672A1; US20140154347A1; CN103847099A; WO2014088681A1; EP4344850A2; AU2013101514B4; US20160031141A1; US20200398471A1; LT2928672T; ES2911235T3

Abstract

3D-Zeichengerät, umfassend:
ein Gehäuse (110), das so konfiguriert ist, dass der Nutzer es in der Hand halten kann, wobei das Gehäuse ein erstes und zweites Ende aufweist,
wobei das Gerät dadurch gekennzeichnet ist, dass es umfasst
eine Eingangsöffnung (115) so konfiguriert, dass es ein Strang an Ausgangsmaterial (20) in ein internes Volumen (116) des Gehäuses (110) aufnimmt; ein Motor (152), der innerhalb des internen Volumens (116) angeordnet ist,
ein Zahnradgetriebe (150), das mit dem Motor (152) operativ gekoppelt ist, um das Zahnradgetriebe (150), das innerhalb des internen Volumens (116) angeordnet ist, anzutreiben, um den Strang an Ausgangsmaterial (20) aufzunehmen und so konfiguriert, dass es den Strang an Ausgangsmaterial (20) bewegt, wenn er von dem Zahnradgetriebe (150) erfasst wird;
eine Düsenanordnung (130) am ersten Ende des Gehäuses (110) und wenigstens teilweise innerhalb des Gehäuses (110) angeordnet, die Düsenanordnung (130) umfassend
einen Extruder (132), eine Ausgangsdüse (133A), und ein Führungsrohr (134), der Extruder (132) umfassend ein Heizelement, wobei sich ein Isolator (131) über das Heizelement erstreckt, und wobei sich das Führungsrohr (134) zwischen dem Zahnradgetriebe (150) und dem Extruder (132) erstreckt, wobei ein erstes Ende des Führungsrohrs (134) so positioniert ist, dass es den Strang an Ausgangsmaterial (20) von dem Zahnradgetriebe (150) aufnimmt und ein zweites Ende des Führungsrohrs (134) so auf eine Kammer (135) des Extruders (132) ausgerichtet ist, dass der Strang an Ausgangsmaterial (20), welches das Führungsrohr (134) passiert, in die Kammer (135) eintritt, wobei der Extruder (132) zwischen dem Führungsrohr (134) und der Ausgangsdüse (133A) angeordnet ist, und
einen Aktuator, der so konfiguriert ist, dass er den Motor (152) wahlweise zur Rotation in mindestens eine erste Richtung veranlasst, so dass das Ausgangsmaterial (20) aus der Ausgangsdüse extrudiert wird, um ein drei-dimensionales Objekt zu bilden;
wobei das Gerät so konfiguriert ist, dass das Ausgangsmaterial (20) so extrudiert wird, um dreidimensionale (3D) Objekte herzustellen und so konfiguriert ist, dass eine Säule (22) des Ausgangsmaterials (20) von der Düsenanordnung (130) extrudiert wird.

Description

Querverweis auf damit in Zusammenhang stehende Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nummer 61/733,689, die am 5. Dezember 2012 eingereicht wurde und die in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
STAND DER TECHNIK
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Extrusionsgeräte, insbesondere auf ein tragbares Gerät, das für die Extrusion eines Materials konstruiert ist, um dreidimensionale (3D) Objekte herzustellen.
Beschreibung einschlägiger Technik
Dreidimensionale Drucker können zur Herstellung von 3D-Gegenständen aller Art verwendet werden. Bestimmte Drucker arbeiten durch Ablagerung von sequentiellen Schichten aus Plastik, während andere mittels sequentieller Ansammlung oder Verfestigung von Schichten eines Vormaterials funktionieren. Diese Drucker sind häufig groß und kostspielig und benötigen die Bereitstellung des Designs als Computerdatei, das beispielsweise von einem Computer Aided Design (CAD) Programm erstellt wurde.
Das U.S.-Patent 3,665,158 an Froedge offenbart ein konventionelles tragbares Extrusionsgerät. Eine Kammer wird mit granuliertem festem Plastikmaterial gefüllt und dann mit einer Kappe verschlossen. Der Inhalt der Kammer wird erhitzt, damit das Plastik geschmolzen und ein Druck innerhalb der Kammer erzeugt wird. Ein Durchgang führt von einer Kammer zu einer drehbaren Düse, die den Strom in einer ersten Position blockiert und in einer zweiten Position ermöglicht. Ein Auslöser ist so an der Düse befestigt, dass die Düse durch Ziehen des Auslösers in die zweite Position bewegt wird, wobei das geschmolzene Plastik aufgrund des Drucks in der Kammer ausgestoßen werden kann. Durch Loslassen des Auslösers kann die Düse wieder in die erste Position zurückkehren, um dadurch den Plastikstrom zu unterbrechen. Es gibt weder eine Vorkehrung zur Ergänzung des Rohmaterials, ohne das Gerät abzuschalten, noch einen Mechanismus zur mechanischen Speisung der Düse mit Material in einer konstanten Geschwindigkeit. Außerdem bietet das System von Froedge keine Möglichkeit zur Kühlung des extrudierten Materials.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist wünschenswert, ein verlässliches, ein leicht wiederauffüllbares tragbares Gerät zur Gestaltung von 2D- und 3D-Gegenständen zur Verfügung zu stellen, bei dem keine in den Computer eingespeisten Designdateien nötig sind. Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein tragbares Gerät, mit dem der Nutzer eine 3D-Struktur mit einem Ausgangsmaterial „zeichnen“ kann, das nachgefüllt werden kann, während es durchgehend verwendet wird.
Bei bestimmten Ausführungsformen ist ein 3D-Zeichengerät offenbart, das ein Gehäuse umfasst, welches so konfiguriert ist, dass es für die Handhabung durch die Hand eines Nutzers geeignet ist und ein Ausgangsmaterial aufnimmt, eine Düsenanordnung, die zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und über eine Ausgangsdüse verfügt, einen Motor, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und ein Zahnradgetriebe aufweist, das innerhalb des Gehäuses angeordnet und zwischen dem Motor und dem Ausgangsmaterial gekoppelt und so konfiguriert ist, dass die Motorrotation zur Extrusion des Ausgangsmaterials aus der Ausgangsdüse führt, um ein dreidimensionales Objekt zu formen.
Bei bestimmten Ausführungsformen ist ein 3D-Zeichengerät offenbart, welches ein Gehäuse umfasst, das zur Handhabung durch eine Hand eines Nutzers und zur Aufnahme von Ausgangsmaterial konfiguriert ist. Das Gehäuse hat ein internes Volumen und mindestens einen Kühlanschluss in Fluidverbindung mit dem internen Volumen. Das 3D-Zeichengerät umfasst auch eine Düsenanordnung, die mindestens teilweise in dem Gehäuse angeordnet ist und in der Nähe des mindestens einen Kühlanschlusses angeordnet ist, und verfügt über eine Ausgangsdüse, einen Ventilator, der innerhalb des Gehäuses angeordnet und so konfiguriert ist, dass er Luft in das interne Volumen zieht und dann die Luft aus dem mindestens einen Kühlanschluss treibt, einen Motor, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und einen an das Gehäuse gekoppelten Aktuator. Die Betätigung des Aktuators sorgt für die Extrusion des Ausgangsmaterials aus der Ausgangsdüse, um ein dreidimensionales Objekt zu formen.
Figurenliste
Die Zeichnungen in der Anlage, die zum besseren Verständnis beitragen sollen und in diese Beschreibung integriert und ein Teil davon sind, zeigen offenbarte Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der Prinzipien der offenbarten Ausführungsformen. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften 3D-Zeichengeräts gemäß bestimmter Aspekte der vorliegenden Offenbarung.
2 eine Schnittansicht des Geräts von 1 bestimmter Aspekte der vorliegenden Offenbarung, wobei ein Teil des Gehäuses entfernt wurde.
3A - 3B Querschnitte und Schnittansichten des Geräts von 1 gemäß bestimmter Aspekte der vorliegenden Offenbarung.
4A - 4B Draufsichten und perspektivische Ansichten der Zufuhreinrichtung gemäß bestimmter Aspekte der vorliegenden Offenbarung.
5A - 5B perspektivische Ansichten und Schnittansichten einer anderen Ausführungsform eines 3D-Zeichengeräts gemäß bestimmter Aspekte der vorliegenden Offenbarung.

GENAUE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein tragbares Gerät, welches es einem Nutzer erlaubt, eine 2D- oder 3D-Struktur zu „zeichnen“ und das Ausgangsmaterial problemlos nachzufüllen oder auszutauschen.
Die nachstehende genaue Beschreibung dient als Beschreibung verschiedener Konfigurationen der vorliegenden Technologie und soll nicht die einzigen Konfigurationen darstellen, in denen die vorliegende Technologie ausgeführt werden kann. Die beigefügten Zeichnungen sind in diese genaue Beschreibung integriert und sind ein Bestandteil davon. Die genaue Beschreibung umfasst spezifische Details zum eingehenden Verständnis der vorliegenden Technologie. Für Fachleute ist es jedoch offensichtlich, dass die vorliegende Technologie ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden kann. In manchen Fällen werden bekannte Strukturen und Komponenten in Blockdiagrammform gezeigt, um eine Verschleierung der Konzepte der vorliegenden Technologie zu vermeiden. Für ein besseres Verständnis sind gleiche Komponenten mit den gleichen Elementnummern versehen.
Gemäß der Verwendung in dieser Offenbarung bezieht sich der Begriff „Ausgangsmaterial“ auf jegliches in jeglicher Form zur Verfügung gestelltes Material, das zur Verarbeitung innerhalb des 3D-Zeichengeräts geeignet ist, um den gewünschten Ausgabestrom zur Verfügung zu stellen. Bei dem Ausgangsmaterial kann es sich um einen Thermoplast wie beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyvinylchlorid (PVC) oder eine a Polymilchsäure (PLA), ein duroplastisches Material wie beispielsweise Epoxid, ein Metall wie beispielsweise Zinn oder Blei oder eine Metallmischung handeln. Bei dem Ausgangsmaterial kann es sich um ein Einzelmaterial oder eine Mischung aus Materialien handeln, wie beispielsweise einen Stab mit Partikeln eines ersten Materials, das innerhalb einer Matrix eines zweiten Materials verteilt wird.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften 3D-Zeichengeräts 100 gemäß bestimmter Aspekte der vorliegenden Offenbarung. Das Gerät 100 umfasst ein Gehäuse 110, in dem eine Kontrolleinheit 120, eine Düsenanordnung 130 und eine Ventilatoranordnung 140 zur Verfügung gestellt werden. Das Gehäuse 110 kann so ausgelegt und konfiguriert sein, dass es in die Hand eines Nutzers passt, und kann so geformt sein, dass eine Handhabung wie bei einem Kugelschreiber oder Bleistift möglich ist. Ein Aktuator, beispielsweise Tasten 122 und 124 in dieser Ausführungsform, kann so positioniert sein, dass der Nutzer den Aktuator betätigen kann, während er das Gerät 100 hält. In dieser Ausführungsform kann der Nutzer eine oder beide Tasten 122, 124 betätigen, während er das 3D-Zeichengerät 100 handhabt. In dieser Ausführungsform ist das Gerät 100 so konfiguriert, dass ein Ausgangsmaterial 20 in der Form eines Strangs aufgenommen wird, der einen Durchmesser von 3 mm aufweisen kann. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Ausgangsmaterial 20 als Schnittlänge zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise mit einer Länge von 30 cm, oder als kontinuierlicher Strang, der von einer Spule gezogen wird (nicht dargestellt in 1). Das Gerät umfasst einen Eingabeeingang 18 oder ein anderes Eingabeelement, wie beispielsweise einen Trichter, durch den das Gerät 10 mit einem Rohmaterial 19 versorgt wird. Bei dem Ausgangsmaterial 20 kann es sich um ein thermoplastisches Material, zum Beispiel ein PVC, ein ABS oder ein PLA handeln, jedoch können von anderen Geräten andere Materialtypen aufgenommen werden, wie beispielsweise ein duroplastisches Material oder ein Metall oder eine Kombination aus Materialien.
Bei einem Beispiel zur Verwendung einer Ausführungsform des Geräts 100 wählt der Nutzer einen bestimmten Typ und eine bestimmte Farbe eines thermoplastischen Ausgangsmaterials 20 und führt das Ausgangsmaterial 20 in die Eingangsöffnung 115 ein (siehe 2) und schließt ein Netzkabel (nicht dargestellt in 1) an eine Stromquelle wie beispielsweise eine Steckdose an. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das 3D-Zeichengerät 100 eine tragbare Stromquelle beinhalten (nicht dargestellt in 1-2), beispielsweise eine Lithium-Polymer-Batterie, um das Gerät 100 mit Strom zu versorgen. Nach einer Aufwärmperiode kann der Nutzer Taste 122 drücken, während er mit dem Gerät 100 eine Linie auf eine Oberfläche zeichnet, beispielsweise durch Folgen eines Musters auf einem Druckbogen, und zwar auf eine Art und Weise, die dem Zeichnen einer Linie mit einem Bleistift entspricht. Eine Säule 22 des Ausgangsmaterials 20 wird von der Düsenanordnung extrudiert, während Taste 122 gedrückt wird. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Säule 22 einen Durchmesser von 0,3 mm aufweisen. Wenn der Nutzer das Gerät an der Oberfläche mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit wie der Extrusionsgeschwindigkeit der Säule 22 entlang bewegt, erzeugt der Nutzer eine stabile, dreidimensionale „Linie“ auf der Oberfläche. Bei bestimmten Ausführungsformen besteht das Ausgangsmaterial 20 der Düsenanordnung 130 im Wesentlichen in einer festen Form, so dass die extrudierte Säule ihre Form behält. Bei bestimmten Anordnungen wird frisch extrudiertes Ausgangsmaterial 20 so an vorher extrudierte Säulen 22 gebunden, dass eine Struktur durch Zeichnen einer Linie auf eine vorher gezogene Säule 22 gebildet wird.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann Taste 122 zu einer Extrusion des Ausgangsmaterials 122 bei einer ersten Geschwindigkeit führen, zum Beispiel 2,6 mm/s, während die zweite Taste 124 zu einer Extrusion des Ausgangsmaterials bei einer zweiten Geschwindigkeit führen kann, zum Beispiel 5,0 mm/s. Bei bestimmten Ausführungsformen können sich die erste Geschwindigkeit im Bereich von 0,1 -10,0 mm/s. und die zweite Geschwindigkeit im Bereich von 2-50 mm/s bewegen. Bei bestimmten Ausführungsformen werden die erste und die zweite Geschwindigkeit so gewählt, dass sie eine für den vorgesehenen Nutzer angemessene Geschwindigkeit bieten; ein Gerät 100, das für die Verwendung durch ein kleines Kind gedacht ist, kann eine niedrigere Geschwindigkeit aufweisen als ein Gerät 100, das für einen erwachsenen Künstler gedacht ist. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das 3D-Zeichengerät 100 einen Mechanismus zur variablen Geschwindigkeitskontrolle beinhalten (nicht dargestellt in 1-2), so dass der Nutzer eine oder mehrere Extrusionsgeschwindigkeiten einstellen kann. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Mechanismus zur variablen Geschwindigkeitskontrolle eine Wählscheibe umfassen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Loslassen der Tasten 122, 124 dazu führen, dass der interne Mechanismus eine bestimmte Menge an Ausgangsmaterial 20 zurückzieht und dabei die extrudierte Säule 22 abbricht. Auf diese Art und Weise kann der Nutzer mit dem 3D-Zeichengerät 100 ungefähr genauso wie mit einem Kugelschreiber zeichnen mit dem Unterschied, dass hier drei Dimensionen möglich sind, weil das extrudierte Material dreidimensional ist. Der Nutzer kann je nach Wunsch und Form Linien, Figuren und andere Objekte gestalten. Ein Nutzer kann zusätzlich Schablonen oder andere Hilfsmittel zur Erstellung der gewünschten Objekte verwenden wie beispielsweise Skulptur, Schmuck, künstlerische Werke usw. Zusätzlich oder als Alternative kann das 3D-Zeichengerät 100 zur Reparatur oder Verbesserung von bestehenden Objekten oder Strukturen verwendet werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das gleichzeitige Drücken von beiden Tasten 122, 124 eine andere Aktion hervorrufen, so dass der nicht verwendete Teil des Ausgangsmaterials 20 aus der Eingangsöffnung 115 ausgestoßen wird, so dass der Nutzer eine andere Farbe, einen anderen Typ oder ein anderes Ausgangsmaterial 20 wählen kann.
2 eine Schnittansicht des Geräts 100 von 1 gemäß bestimmter Aspekte der vorliegenden Offenbarung, wobei ein Teil des Gehäuses 110 entfernt wurde. Es ist zu erkennen, dass eine Schaltkreisanordnung 126 unter den Schaltern 122, 124 platziert und ein Zufuhrmechanismus 150 auf dem unteren Gehäuse 114 angeordnet ist, wobei das Ausgangsmaterial 20 durch die Eingangsöffnung eintritt und sich über die und zwischen den Elementen des Zufuhrmechanismus 150 bewegt; dies wird genauer in den 4A-4B dargestellt. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Schaltkreisanordnung 126 einen Prozessor umfassen, während die Schaltkreisanordnung 126 bei manchen Anordnungen analoge Schaltkreiselemente wie beispielsweise mechanische Schalter, Widerstände, Kondensatoren und andere elektrische Elemente (nicht sichtbar in 2) enthält, die Fachleuten bekannt sind. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Schaltkreisanordnung 126 eine Leistungsreglerschaltung (nicht dargestellt) umfassen, die Strom aus der Stromquelle in eine andere Form umwandelt wie beispielsweise Gleichstrom (DC) Spannungsversorgung. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Schaltkreisanordnung 126 eine tragbare Stromquelle beinhalten (nicht dargestellt in 2). Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Schaltkreisanordnung 126 mittels eines Netzkabels (nicht dargestellt in 1-2) an eine externe Stromquelle angeschlossen werden. Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst das 3D-Zeichengerät 100 auch eine externe Kontrollschnittstelle 127, die mit der Schaltkreisanordnung 126 verbunden und so konfiguriert ist, dass sie Betätigungsbefehle von einem entfernten System wie beispielsweise einer CNC-Maschine akzeptiert. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Gehäuse 110 zur Montage so an einer Werkzeugschnittstelle einer CNC-Maschine befestigt werden, dass die Maschine das 3D-Zeichengerät 100 handhaben kann, um 3D-Objekte zu erstellen. Beispielsweise kann die externe Kontrollschnittstelle 127 drei elektrische Stifte umfassen, wobei ein Stift 1 ein gewöhnlicher Erdungsstift ist, ein Stift 2 so mit der Taste 122 gekoppelt ist, dass die Bereitstellung einer DC-Spannung über Stift 1 und Stift 2 dem Druck der Taste entspricht, und ein Stift 3 so an die Taste 124 gekoppelt ist, dass die Bereitstellung einer DC Spannung über Stift 1 und Stift 3 dem Druck von Taste 124 entspricht. Bei bestimmten Anordnungen kann die externe Kontrollschnittstelle 127 so konfiguriert werden, dass Signale durch eine Funkfrequenz (RF) oder ein optisches drahtloses System konfiguriert werden können. Bei bestimmten Anordnungen kann die externe Kontrollschnittstelle 127 so konfiguriert werden, dass Signale durch ein Glasfaserkabel konfiguriert werden können.
3A- 3B sind Querschnitte und Schnittansichten des Geräts 100 von 1 gemäß bestimmter Aspekte der vorliegenden Offenbarung. 3A ist eine Seitenansicht des gesamten 3D-Zeichengeräts 100, wobei gezeigt wird, wie das obere Gehäuse 11 und das untere Gehäuse 114 zusammen ein internes Volumen 116 bilden, in dem sich die Zufuhreinrichtung 150 befindet. Am rechten Ende ist zu sehen, dass die Düsenanordnung 130 einen Extruder 132 und ein Führungsrohr 134 umfasst; dies wird genauer in der 3B dargestellt. Die Ventilatoranordnung 140 umfasst eine Ventilatorabdeckung 142, die unbeweglich und an dem oberen Gehäuse 112 befestigt ist, wobei sich unter der Abdeckung 142 ein Antriebsrad 14 befindet und so konfiguriert ist, dass sie Luft in ein internes Volumen 115 durch Öffnungen (nicht sichtbar in 3A) in der Abdeckung 142 ziehen kann. Ein Motor 146 ist befestigt, in diesem Beispiel an dem unteren Gehäuse 114, und treibt das Antriebsrad 14 mit einer konstanten Geschwindigkeit an. Die Luft, die in das interne Volumen gezogen wird, kann bei bestimmten Ausführungsformen durch die Kühlöffnungen 118 in den oberen und unteren Gehäusen 112, 114 strömen. Die Kühlöffnungen 118 sind genauer in 3B dargestellt. 3A ist zu entnehmen, dass das Ausgangsmaterial 20 in dieser Ausführungsform einen direkten Weg durch das Gerät 100 verfolgt.
3B ist eine Nah- und Schnittansicht der Düsenanordnung 130. Der Extruder 132 hat eine erste Kammer 135, die als zylinderförmige Bohrung geformt ist und ungefähr den gleichen Durchmesser wie das Anfangsmaterial 20 und einen Extrusionsdurchgang 133 mit einem kleineren Durchmesser aufweist, der in einer Ausgangsdüse 133A endet. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die erste Kammer 135 einen ersten Durchmesser von 3 mm aufweisen, während der Extrusionsdurchgang 133 einen Durchmesser von 0,3 mm aufweist. Bei bestimmten Ausführungsformen besteht der Extruder 132 aus einem wärmeleitfähigen Material, beispielsweise Metall oder Keramik, mit einem Heizelement, beispielsweise einem Nickelchrom-Draht (nicht sichtbar in 3B), der um den äußeren Umfang gewickelt ist. Wenn das Gerät 100 mit einer Stromquelle verbunden ist, erhöht das Heizelement die Temperatur des Extruders 132 auf eine Temperatur, die über dem Schmelzpunkt des Ausgangsmaterials 20 liegen kann. Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst die Düsenanordnung 130 einen Temperatursensor, der mit der Schaltkreisanordnung 126 verbunden ist, die einen Temperaturregelkreis zur Regelung des Stroms in Bezug auf das Heizelement umfassen kann, um die Temperatur des Extruders 132 innerhalb des gewünschten Sollwertbereichs zu halten. Da Fachleute mit den Systemen und Methoden zur Temperaturregelung vertraut sind, werden hier keine Details zur Verfügung gestellt. Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein Indikator (nicht dargestellt), beispielsweise eine LED, zur Verfügung gestellt werden, um anzuzeigen, dass der Extruder 132 eine Temperatur erreicht hat, die ausreicht, um das Ausgangsmaterial 20 zu schmelzen.
Bei bestimmten Ausführungsformen, beispielsweise mit einem Ausgangsmaterial, das einen Kunststoff umfasst, kann sich die Temperatur des Extruders im Bereich von 20-500 °C befinden. Bei bestimmten Ausführungsformen, beispielsweise mit einem Ausgangsmaterial, das ein Metall beinhaltet, kann sich die Temperatur des Extruders 132 im Bereich von 1000-2.000 °C befinden. Bei bestimmten Ausführungsformen, beispielsweise mit einem Ausgangsmaterial, das ein Metall wie zum Beispiel Blei, Zinn oder entsprechende Mischungen beinhaltet, kann sich die Temperatur des Extruders 132 im Bereich von 100-400 °C befinden. Bei bestimmten Ausführungsformen, beispielsweise mit einem Ausgangsmaterial, das ein Metall wie zum Beispiel Kupfer, Gold, Silber oder entsprechende Mischungen umfasst, kann sich die Temperatur des Extruders 132 im Bereich von 1.000-1.200 °C befinden. Bei bestimmten Ausführungsformen, beispielsweise bei einem Ausgangsmaterial, das ein Metall wie zum Beispiel Platin umfasst, kann sich die Temperatur des Extruders 132 im Bereich von 1.600-2.000 °C befinden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das 3D-Zeichengerät 100 einen variablen Temperaturregler (nicht dargestellt) umfassen, der mit der Schaltkreisanordnung 126 verbunden ist, um es einem Nutzer zu ermöglichen, eine Sollwerttemperatur für den Extruder 132 zu wählen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der variable Temperaturregler es dem Nutzer ermöglichen, einen Materialtyp, beispielsweise „Thermoplast“ zu wählen und die Schaltkreisanordnung 126 passt die Sollwerttemperatur des Extruders 132 an. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der variable Temperaturregler eine Wählscheibe umfassen.
Ein Führungsrohr 134 wird so auf die erste Kammer 135 des Extruders 132 ausgerichtet, dass Ausgangsmaterial, welches das Führungsrohr 134 passiert, in die erste Kammer 135 eintritt. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Führungsrohr 134 aus einem reibungsarmen Material wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) bestehen, so dass das Ausgangsmaterial 20 problemlos gleiten kann, während gleichzeitig der Spalt zwischen dem Führungsrohr 134 und dem Ausgangsmaterial 20 verringert wird. Der Extruder 132 und das Führungsrohr 134 werden durch ein Montagerohr 138 ausgerichtet. Bei bestimmten Ausführungsformen besteht das Montagerohr 138 aus einem Metall, das im Vergleich zu anderen Metallen eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Montagerohr 138 aus Edelstahl bestehen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine Isolierfolie (nicht sichtbar in 3B), beispielsweise ein Polyimid-Band über dem Heizelement und unter dem Montagerohr 138 angebracht werden.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein Isolator 131 über dem Montagerohr zur Verfügung gestellt werden, um die Wärmemenge zu verringern, die von dem Extruder 132 an die oberen und unteren Gehäuse 112, 114 transportiert wird. Bei bestimmten Ausführungsformen kann / können eines oder beide der oberen und unteren Gehäuse 112,114 Kühlöffnungen haben, die so geformt sind, dass Luft durch das innere Volumen 116 an die Umgebungsatmosphäre fließen kann. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Durchgänge, die in den oberen und unteren Gehäusen 112,114, welche zu den Kühlöffnungen 118 führen, gebildet werden, so angewinkelt sein, dass die Luft, welche von den Kühlöffnungen 118 heraustritt, nach innen in Richtung der Spitze 137 geleitet wird. Wenn die Luft also die Kühlöffnungen 118 verlässt, kommt die Luft an der Spitze 137 des Extruders 132 vorbei und kühlt somit sowohl die Spitze 137 als auch das Ausgangsmaterial 20, das von dem Extrusionsdurchgang 133 extrudiert wurde. Diese beiden kühlenden Wirkungen dienen zur Verringerung der Temperatur des Ausgangsmaterials 20, wenn es aus dem Extrusionsdurchgang 133 austritt, so dass das Ausgangsmaterial 20 im Wesentlichen fest sein kann, wenn es aus dem Extrusionsdurchgang 133 austritt. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das frisch extrudierte Ausgangsmaterial 20 sich in verschiedene Formen biegen und formen lassen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Oberfläche des frisch extrudierten Ausgangsmaterials 20 empfindlich gegenüber Haftung, z. B. klebrig sein, so dass das extrudierte Material an dem vorher extrudierten Ausgangsmaterial 20 festklebt.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann es einen Spalt zwischen dem Isolator 131 und dem Montagerohr 138 geben. Bei bestimmten Ausführungsformen kann dieser Spalt eine thermische Trennung darstellen, um die oberen und unteren Gehäuse 112, 114 weiter thermisch von dem Extruder 132 zu isolieren.
Wenn das Ausgangsmaterial 20 durch die Zufuhreinrichtung 150 (nicht dargestellt in 3B) in Richtung Extrusionsdurchgang 133 getrieben wird, wird der Teil des Ausgangsmaterials 20, welcher sich innerhalb des Extruders 132 befindet, von dem Extruder 132 erhitzt, so dass das Ausgangsmaterial 20 innerhalb der ersten Kammer 135 weich wird und schmilzt. Wenn das feste Ausgangsmaterial 20 nach vorne getrieben wird, wird das weich gewordene oder geschmolzene Ausgangsmaterial 20 durch den Extrusionsdurchgang 133 nach außen getrieben und tritt aus der Spitze 137 hervor, wo die Kühlluft, die aus den Kühlöffnungen 118 strömt, über das frisch extrudierte Ausgangsmaterial 20 strömt und dabei das Ausgangsmaterial 20 kühlt und fest werden lässt. Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein Teil des Extruders 132, der sich nach außen über eine Vorderebene 102 erstreckt, durch die aus den Kühlöffnungen strömende Luft auf eine Temperatur abgekühlt werden, die unter der Temperatur des Hauptteils des Extruders 132 liegt. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Temperatur der Spitze 137 unter dem Schmelzpunkt des Ausgangsmaterials 20 liegen.
4A-4B sind Draufsichten und perspektivische Ansichten der Zufuhreinrichtung 150 gemäß bestimmter Aspekte der vorliegenden Offenbarung. 4A zeigt eine Reihe von Zahnradpaaren 53, 154, 155, 156 und 157, die durch den Motor 152 durch ein Stirnrad (nicht sichtbar in 4A) angetrieben werden, das an dem Rotor des Motors 152 befestigt ist. Jedes Zahnradpaar hat ein großes Zahnrad und ein kleines Zahnrad, die fest miteinander verbunden sind und um eine gemeinsame Achse rotieren. Das kleine Zahnrad des Motors 152 treibt das große Zahnrad 153A an, was dafür sorgt, dass das kleine Zahnrad 153B das große Zahnrad 154A antreibt. Bei bestimmten Ausführungsformen können die großen Zahnräder 153A, 154A, 155A, 156A und 157A jeweils über 40 Zähne verfügen, während die kleinen Zahnräder 153B, 154B, 155B und 156B (nicht sichtbar in 4A) und 157B 12 Zähne haben können, die ein Übersetzungsverhältnis von 40:12 zwischen jedem Paar aufweisen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Übersetzungsverhältnis von dem Motor 152 zu dem kleinen Zahnrad 157B bei 5*(40:12) oder ungefähr 17:1 liegen, d.h. siebzehn komplette Rotationen des Motors 152 führen nur zu einer kompletten Rotation des kleinen Zahnrads 157B. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Zahnradpaare 153, 154, 155, 156 und 157 eine unterschiedliche Anzahl an Zähnen bei den großen und / oder kleinen Zahnrädern aufweisen. Bei bestimmten Ausführungsformen dürfen die Zahnradpaare 153, 154, 155, 156 und 157 nicht die gleiche Anzahl an Zähnen bei jedem entsprechenden großen oder kleinen Zahnrad aufweisen.
Beim Gebrauch bietet die Verwendung eines Motors 152 zum Antrieb eines Untersetzungszahnradgetriebes 150 zur Steuerung des Vorschubs des Ausgangsmaterials 20 eine verbesserte Steuerungsgeschwindigkeit hinsichtlich der Extrusionsgeschwindigkeit des Ausgangsmaterials 20. Beispielsweise hat eine konventionelle Klebepistole eine direkte Verbindung zwischen einem Auslöser und dem Klebestift, so dass der Druck auf den Auslöser direkt auf den Stab übertragen wird. Die Vorschubgeschwindigkeit des Klebestifts und somit die Extrusionsgeschwindigkeit hängen von der Viskosität des geschmolzenen Klebers ab und übertragen sich somit auf den Formbereich. Dies führt oft dazu, dass übermäßig viel Kleber dosiert wird. Da das Loslassen des Auslösers den Klebestift außerdem nicht zurückzieht, wird häufig ein „Kleberschwanz“ aus der Klebepistole gezogen, wenn die Düse von der Dosierposition wegbewegt wird. Im Gegensatz dazu bietet das offenbarte 3D-Zeichengerät 100 aufgrund der gesteuerten Bewegung durch den Motor 152 und das Zahnradgetriebe 150 eine konstante Extrusionsgeschwindigkeit, beispielsweise 3 mm/s. Zusätzlich führt die Schaltkreisanordnung 126 dazu, dass der Motor 152 kurzzeitig in umgekehrter Richtung läuft, wenn die Taste 122 losgelassen wird; dabei wird das Ausgangsmaterial 20 leicht zurückgezogen und das geschmolzene Ausgangsmaterial 20, welches sich innerhalb des Extrusionsdurchgangs 133 befindet, wird zurück in den Extruder 132 gezogen, wobei die extrudierte Säule 22 sauber von der Spitze 137 getrennt wird.
4B zeigt, wie die Zähne des abschließenden kleinen Zahnrads 157B mit dem Ausgangsmaterial 20 eingreifen. Bei dieser Ausführungsform passiert das Ausgangsmaterial 20 einen Block 119 des unteren Gehäuses 114, dann ein kleines Zahnrad 157B und dann das Führungsrohr 134. Bei bestimmten Ausführungsformen ist das Zahnrad 157B so positioniert, dass die Zähne gegen das Ausgangsmaterial 20 drücken, welches sich aufgrund des Blocks 119 und des Führungsrohrs 143 nicht mehr seitlich von den Zähnen des Zahnrads 157B wegbewegt, so dass die Rotation des Zahnrads 157B eine Axialkraft, d.h. entlang der Länge gerichtet, auf das Ausgangsmaterial 20 aufbringt. Die Rotation des Zahnradgetriebes 150 in eine Richtung sorgt dafür, dass sich das Ausgangsmaterial 20 linear vorwärts bewegt, d.h. in Richtung der Spitze 137. Da dieser Teil des Ausgangsmaterials 20 nicht durch die Erwärmung innerhalb des Extruders 132 beeinflusst ist, führt die Rotation des Zahnradgetriebes 150 in die umgekehrte Richtung dazu, dass sich das Ausgangsmaterial 20 linear rückwärts bewegt, d.h. weg von der Spitze 137.
Den 4A und 4B kann entnommen werden, dass die Rotation des Motors 152, die durch Drücken einer der Tasten 122, 124 erzeugt wird, dazu führt, dass sich das Ausgangsmaterial 20 vorwärts oder rückwärts bewegt. Die Abwärtsbewegung des Motors 152 zu dem kleinen Zahnrad 157B bietet eine gleichmäßige Bewegungsgeschwindigkeit des Ausgangsmaterials, da sich der Motor 152 mit einer Geschwindigkeit innerhalb eines normalen Bereichs eines gleichmäßigen Betriebs drehen kann, während die Untersetzung dies in eine niedrige Geschwindigkeit einer linearen Bewegung der Ausgangsmaterials 20 umwandelt.
5A-5B sind perspektivische Ansichten und Schnittansichten einer anderen Ausführungsform 200 eines 3D-Zeichengeräts gemäß bestimmter Aspekte der vorliegenden Offenbarung. 5A zeigt ein 3D-Zeichengerät 200, das so konfiguriert ist, dass es ein Ausgangsmaterial in der Form von Pellets 25 akzeptiert, die sich in einem Trichter 250 befinden, der an dem Körper 210 befestigt ist. Ein Netzkabel 270 ist an dem Körper 210 befestigt. Bei 5B handelt es sich um eine Schnittansicht, welche eine Vorschubspindel 260 aufweist, die die Pellets 25 von dem Trichter 250 zu der Düsenanordnung 230 überträgt, die die Pellets 25 schmilzt und unter Druck, der von der Vorschubspindel 260 zur Verfügung gestellt wird, das geschmolzene Ausgangsmaterial 25 ähnlich wie die Düsenanordnung 130 von Ausführungsform 100 extrudiert, was vorher erörtert wurde. Andere Eigenschaften der Ausführungsform 100 wie beispielsweise Kühlöffnungen 118 können auch in Ausführungsform 200 zur Verfügung gestellt werden. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Pellets von dem Trichter 250 durch andere Mechanismen wie beispielsweise einen Hubkolbenzylinder (nicht dargestellt in 5A-5B) auf die Düsenanordnung 130 übertragen werden, die Fachleuten bekannt sind. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Ausgangsmaterial als Flüssigkeit zur Verfügung gestellt werden, wie beispielsweise ein Harz mit Katalysator-Kügelchen, die in einem flüssigen Polymer aufgelöst werden, welches sich in dem Trichter 250 befindet. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Durchgang des flüssigen Ausgangsmaterials durch einen Extrusionsdurchgang 133 von Ausführungsform 100 das flüssige Ausgangsmaterial dahingehend ändern, dass es nach der Extrusion von dem 3D-Zeichengerät 200 schnell aushärtet.
Die offenbarten Beispiele eines 3D-Zeichengeräts veranschaulichen die Prinzipien von dessen Bauweise und Verwendung. Die Bereitstellung eines Stroms von Kühlluft an der Spitze zur schnellen Erhärtung des extrudierten Ausgangsmaterials ermöglicht dem Nutzer das Arbeiten in drei Dimensionen. Dabei muss er sich nicht auf eine Auflagefläche verlassen, um das noch flüssige extrudierte Material an Ort und Stelle zu halten, während es aushärtet. Die Verwendung eines mechanischen Zahnradgetriebes zur Verbesserung des Ausgangsmaterials anstatt einer unter Druck stehenden Versorgung oder einer direkten Verbindung zwischen einem Auslöser und einer Zugspindel ermöglicht eine genaue Steuerung der Extrusionsgeschwindigkeit, wobei gleichzeitig die Einheitlichkeit der extrudierten Materialsäule erhöht und eine genaue Platzierung ohne Überschussmaterial ermöglicht wird.
Diese Anmeldung umfasst eine Beschreibung, welche es einem Durchschnittsfachmann ermöglicht, die verschiedenen hier beschriebenen Aspekte auszuführen. Während im Vorhergehenden die besten Arten bzw. andere Beispiele beschrieben wurden, wird davon ausgegangen, dass verschiedene Änderungen dieser Aspekte den Fachleuten ohne Weiteres ersichtlich sind und die hier definierten allgemeinen Prinzipien auf andere Aspekte angewendet werden können. Es wird davon ausgegangen, dass die spezifische Reihenfolge oder Hierarchie der Schritte oder Blöcke in den offenbarten Prozessen eine Ausführungsform von beispielhaften Ansätzen ist. Auf der Grundlage von Designpräferenzen wird davon ausgegangen, dass die spezifische Reihenfolge oder Hierarchie von Schritten oder Blöcken in den Prozessen neu geordnet werden kann. Das zugehörige Verfahren beansprucht die vorliegenden Elemente der verschiedenen Schritte in einer beispielhaften Reihenfolge und diese sollen nicht auf die spezifische Reihenfolge oder die dargestellte Hierarchie beschränkt sein. Somit sollen die Ansprüche nicht auf die hier gezeigten Aspekte beschränkt sein, sondern dem kompletten Umfang in Übereinstimmung mit den Ansprüchen entsprechen.
Überschriften und Zwischenüberschriften, falls vorhanden, werden nur der Einfachheit halber verwendet und schränken die Erfindung nicht ein.
Wenn ein Element im Singular bezeichnet wird, so soll es nicht „nur ein einziges“ heißen (es sei denn, es wird ausdrücklich darauf hingewiesen), sondern „eines oder mehr“. Die Verwendung der Artikel „ein“ oder „eine“ ist als Entsprechung zu dem Ausdruck „mindestens ein(e)“ zu interpretieren. Falls nicht ausdrücklich anders angegeben, beziehen sich die Ausdrücke „ein Satz“ und „einige“ auf eine(n/s) oder mehr.
Ausdrücke wie „oben“, „unten“, „obere(r/s)“, „untere(r/s)“, „links“, „rechts“, „vorne“, „hinten“ oder ähnliches in dieser Offenbarung sollten als Bezug auf einen beliebigen Bezugsrahmen und nicht auf den gewöhnlichen Gravitationsbezugsrahmen verstanden werden. Deshalb können sich eine Oberseite, eine Unterseite, eine Vorderseite und eine Rückseite nach oben, nach unten, diagonal oder horizontal in einen Gravitationsbezugsrahmen erstrecken.
Obwohl die Beziehung zwischen verschiedenen Komponenten hier als orthogonal oder senkrecht beschrieben bzw. dargestellt werden, können diese Komponenten in anderen Konfigurationen in einigen Ausführungsformen angeordnet werden. Die Winkel zwischen den Komponenten, auf die Bezug genommen wird, können in manchen Ausführungsformen größer oder kleiner als 90 Grad sein.
Obwohl die verschiedenen Komponenten als flach bzw. gerade dargestellt werden, können diese Komponenten bei einigen Ausführungsformen andere Konfigurationen wie beispielsweise gebogen oder konisch aufweisen.
Pronomen im Maskulinen (z. B. sein) umfassen auch den weiblichen und sächlichen Genus (z. B. ihr und sein) und umgekehrt. Alle strukturellen und funktionellen Entsprechungen der Elemente der verschiedenen in dieser Offenbarung beschriebenen Aspekte, die Durchschnittsfachleuten bekannt sind oder später bekannt werden, sind ausdrücklich mittels Referenz in dieser Offenbarung aufgenommen und sollen von den Ansprüchen mit eingeschlossen sein. Außerdem sollen keine hierin gemachten Offenbarungen an die Öffentlichkeit bekannt gegeben werden und zwar ungeachtet der Tatsache, ob eine derartige Offenbarung in den Ansprüchen ausdrücklich wiedergegeben ist oder nicht. Kein Anspruchselement soll unter den Vorschriften von 35 U.S.c. §112, sechster Absatz, interpretiert werden, es sei denn, das Element wird ausdrücklich unter Verwendung des Ausdrucks „Mittel für“ oder im Falle eines Verfahrensanspruchs unter Verwendung des Ausdrucks „Betrieb für“ wiedergegeben.
Ein Ausdruck wie beispielsweise ein „Aspekt“ setzt nicht voraus, dass dieser Aspekt essentiell für die Fachtechnologie ist oder dass ein solcher Aspekt auf alle Konfigurationen der Fachtechnologie zutrifft. Eine Offenbarung in Bezug auf einen Aspekt kann auf alle Konfigurationen oder eine oder mehrere Konfiguration(en) zutreffen. Ein Ausdruck wie beispielsweise ein Aspekt kann sich auf einen oder mehrere Aspekt(e) oder umgekehrt beziehen. Ein Ausdruck wie beispielsweise eine „Ausführungsform“ setzt nicht voraus, dass diese Ausführungsform essentiell für die Fachtechnologie ist oder dass eine solche Ausführungsform auf alle Konfigurationen der Fachtechnologie zutrifft. Eine Offenbarung in Bezug auf eine Ausführungsform kann auf alle Ausführungsformen oder eine oder mehrere Ausführungsform(en) zutreffen. Ein Ausdruck wie beispielsweise eine Ausführungsform kann sich auf eine oder mehrere Ausführungsform(en) oder umgekehrt beziehen.
Das Wort „beispielhaft“ wird in dieser Offenbarung im Sinne von „als Beispiel oder Ausführungsform für ...“ verwendet. Alle in dieser Offenbarung als „beispielhaft“ beschriebenen Aspekte oder Designs müssen nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft in Bezug auf andere Aspekte oder Designs interpretiert werden.
Alle strukturellen und funktionellen Entsprechungen der Elemente der verschiedenen in dieser Entsprechung beschriebenen Aspekte, die Durchschnittsfachleuten bekannt sind oder später bekannt werden, sind ausdrücklich mittels Referenz in dieser Offenbarung aufgenommen und sollen von den Ansprüchen mit eingeschlossen sein. Außerdem sollen keine hierin gemachten Offenbarungen an die Öffentlichkeit bekannt gegeben werden und zwar ungeachtet der Tatsache, ob eine derartige Offenbarung in den Ansprüchen ausdrücklich wiedergegeben ist oder nicht. Kein Anspruchselement soll unter den Vorschriften von 35 U.S.c. §112, sechster Absatz, interpretiert werden, es sei denn, das Element wird ausdrücklich unter Verwendung des Ausdrucks „Mittel für“ oder im Falle eines Verfahrensanspruchs unter Verwendung des Ausdrucks „Schritt für“ wiedergegeben. Außerdem sollen die Ausdrücke „beinhalten,“ „haben,“ oder ähnliches gemäß der Verwendung in der Beschreibung oder den Ansprüchen ähnlich wie der Ausdruck „umfassen“ inbegriffen sein, wenn „umfassen“ bei der Verwendung als vorläufiges Wort in einem Anspruch interpretiert wird.
Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail beschrieben und dargestellt wurden, muss eindeutig nachvollzogen werden, dass sich dies nur auf eine Darstellung und ein Beispiel bezieht und nicht als Einschränkung gesehen werden soll; der Umfang der vorliegenden Erfindung wird nur durch die Bedingungen der angefügten Ansprüche eingeschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3665158 [0004]

Claims

3D-Zeichengerät, umfassend: ein Gehäuse (110), das so konfiguriert ist, dass der Nutzer es in der Hand halten kann, wobei das Gehäuse ein erstes und zweites Ende aufweist, wobei das Gerät dadurch gekennzeichnet ist, dass es umfasst eine Eingangsöffnung (115) so konfiguriert, dass es ein Strang an Ausgangsmaterial (20) in ein internes Volumen (116) des Gehäuses (110) aufnimmt; ein Motor (152), der innerhalb des internen Volumens (116) angeordnet ist, ein Zahnradgetriebe (150), das mit dem Motor (152) operativ gekoppelt ist, um das Zahnradgetriebe (150), das innerhalb des internen Volumens (116) angeordnet ist, anzutreiben, um den Strang an Ausgangsmaterial (20) aufzunehmen und so konfiguriert, dass es den Strang an Ausgangsmaterial (20) bewegt, wenn er von dem Zahnradgetriebe (150) erfasst wird; eine Düsenanordnung (130) am ersten Ende des Gehäuses (110) und wenigstens teilweise innerhalb des Gehäuses (110) angeordnet, die Düsenanordnung (130) umfassend einen Extruder (132), eine Ausgangsdüse (133A), und ein Führungsrohr (134), der Extruder (132) umfassend ein Heizelement, wobei sich ein Isolator (131) über das Heizelement erstreckt, und wobei sich das Führungsrohr (134) zwischen dem Zahnradgetriebe (150) und dem Extruder (132) erstreckt, wobei ein erstes Ende des Führungsrohrs (134) so positioniert ist, dass es den Strang an Ausgangsmaterial (20) von dem Zahnradgetriebe (150) aufnimmt und ein zweites Ende des Führungsrohrs (134) so auf eine Kammer (135) des Extruders (132) ausgerichtet ist, dass der Strang an Ausgangsmaterial (20), welches das Führungsrohr (134) passiert, in die Kammer (135) eintritt, wobei der Extruder (132) zwischen dem Führungsrohr (134) und der Ausgangsdüse (133A) angeordnet ist, und einen Aktuator, der so konfiguriert ist, dass er den Motor (152) wahlweise zur Rotation in mindestens eine erste Richtung veranlasst, so dass das Ausgangsmaterial (20) aus der Ausgangsdüse extrudiert wird, um ein drei-dimensionales Objekt zu bilden; wobei das Gerät so konfiguriert ist, dass das Ausgangsmaterial (20) so extrudiert wird, um dreidimensionale (3D) Objekte herzustellen und so konfiguriert ist, dass eine Säule (22) des Ausgangsmaterials (20) von der Düsenanordnung (130) extrudiert wird.
3D-Zeichengerät, umfassend: ein Gehäuse (110), das so konfiguriert ist, dass der Nutzer es in der Hand halten kann, wobei das Gehäuse ein erstes und zweites Ende aufweist, wobei das Gerät dadurch gekennzeichnet ist, dass es umfasst eine Eingangsöffnung (115) so konfiguriert, dass es ein Strang an Ausgangsmaterial (20) in ein internes Volumen (116) des Gehäuses (110) aufnimmt; ein Motor (152), der innerhalb des internen Volumens (116) angeordnet ist, ein Zahnradgetriebe (150), das mit dem Motor (152) operativ gekoppelt ist, um das Zahnradgetriebe (150), das innerhalb des internen Volumens (116) angeordnet ist, anzutreiben, um den Strang an Ausgangsmaterial (20) aufzunehmen und so konfiguriert, dass es den Strang an Ausgangsmaterial (20) bewegt, wenn er von dem Zahnradgetriebe (150) erfasst wird; eine Düsenanordnung (130) am ersten Ende des Gehäuses (110) und wenigstens teilweise innerhalb des Gehäuses (110) angeordnet, die Düsenanordnung (130) umfassend einen Extruder (132), eine Ausgangsdüse (133A), und ein Führungsrohr (134), der Extruder (132) umfassend ein Heizelement, wobei sich ein Isolator (131) über das Heizelement erstreckt, und wobei sich das Führungsrohr (134) zwischen dem Zahnradgetriebe (150) und dem Extruder (132) erstreckt, wobei ein erstes Ende des Führungsrohrs (134) so positioniert ist, dass es den Strang an Ausgangsmaterial (20) von dem Zahnradgetriebe (150) aufnimmt und ein zweites Ende des Führungsrohrs (134) so auf eine Kammer (135) des Extruders (132) ausgerichtet ist, dass der Strang an Ausgangsmaterial (20), welches das Führungsrohr (134) passiert, in die Kammer (135) eintritt, wobei der Extruder (132) zwischen dem Führungsrohr (134) und der Ausgangsdüse (133A) angeordnet ist, und einen Aktuator, der so konfiguriert ist, dass er den Motor (152) wahlweise zur Rotation in mindestens eine erste Richtung veranlasst, so dass das Ausgangsmaterial (20) aus der Ausgangsdüse extrudiert wird, um ein drei-dimensionales Objekt zu bilden; und wobei der Aktuator auch so konfiguriert ist, dass er den Motor wahlweise zur Rotation in mindestens eine zweite Richtung veranlasst, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.
3D-Zeichengerät, umfassend: ein Gehäuse (110), das so konfiguriert ist, dass der Nutzer es in der Hand halten kann, wobei das Gehäuse ein erstes und zweites Ende aufweist, wobei das Gerät dadurch gekennzeichnet ist, dass es umfasst eine Eingangsöffnung (115) so konfiguriert, dass es ein Strang an Ausgangsmaterial (20) in ein internes Volumen (116) des Gehäuses (110) aufnimmt; ein Motor (152), der innerhalb des internen Volumens (116) angeordnet ist, ein Zahnradgetriebe (150), das mit dem Motor (152) operativ gekoppelt ist, um das Zahnradgetriebe (150), das innerhalb des internen Volumens (116) angeordnet ist, anzutreiben, um den Strang an Ausgangsmaterial (20) aufzunehmen und so konfiguriert, dass es den Strang an Ausgangsmaterial (20) bewegt, wenn er von dem Zahnradgetriebe (150) erfasst wird; eine Düsenanordnung (130) am ersten Ende des Gehäuses (110) und wenigstens teilweise innerhalb des Gehäuses (110) angeordnet, die Düsenanordnung (130) umfassend einen Extruder (132), eine Ausgangsdüse (133A), und ein Führungsrohr (134), der Extruder (132) umfassend ein Heizelement, wobei sich ein Isolator (131) über das Heizelement erstreckt, und wobei sich das Führungsrohr (134) zwischen dem Zahnradgetriebe (150) und dem Extruder (132) erstreckt, wobei ein erstes Ende des Führungsrohrs (134) so positioniert ist, dass es den Strang an Ausgangsmaterial (20) von dem Zahnradgetriebe (150) aufnimmt und ein zweites Ende des Führungsrohrs (134) so auf eine Kammer (135) des Extruders (132) ausgerichtet ist, dass der Strang an Ausgangsmaterial (20), welches das Führungsrohr (134) passiert, in die Kammer (135) eintritt, wobei der Extruder (132) zwischen dem Führungsrohr (134) und der Ausgangsdüse (133A) angeordnet ist, und einen Aktuator, der so konfiguriert ist, dass er den Motor (152) wahlweise zur Rotation in mindestens eine erste Richtung veranlasst, so dass das Ausgangsmaterial (20) aus der Ausgangsdüse extrudiert wird, um ein drei-dimensionales Objekt zu bilden; und wobei das 3D Zeichengerät einen Mechanismus zur variablen Geschwindigkeitskontrolle umfasst, so dass der Nutzer eine oder mehrere Extrusionsgeschwindigkeiten einstellen kann.
Handgehaltenes 3D-Zeichengerät umfassend: ein Gehäuse, das so konfiguriert ist, dass der Nutzer es in der Hand halten kann und so konfiguriert ist, dass es ein Ausgangsmaterial aufnimmt; wobei das Gerät dadurch gekennzeichnet ist, dass es umfasst eine Düsenanordnung, die zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und über eine Ausgangsdüse verfügt; ein Heizelement, das der Ausgangsdüse benachbart angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass das Ausgangsmaterial vor der Extrusion durch die Ausgangsdüse schmilzt; einen Motor, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist; und ein Zahnradgetriebe, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und zwischen Motor und dem Ausgangsmaterial gekoppelt und so konfiguriert ist, dass die Rotation des Motors dazu führt, dass das Ausgangsmaterial aus der Ausgangsdüse extrudiert wird, um ein dreidimensionales Objekt zu bilden.
3D-Zeichengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Aktuator eine Taste (122) umfasst und wobei der Motor (152) kurzzeitig in umgekehrter Richtung läuft, wenn die Taste (122) losgelassen wird.
3D-Zeichengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Gerät des Weiteren ein Montagerohr (138) mit einem ersten und einem zweiten Ende umfasst, wobei sich das zweite Ende des Führungsrohrs (134) in das erste Ende des Montagerohrs (138) erstreckt, und sich ein Ende des Extruders (132) gegenüber der Ausgangsdüse (133A) in das zweite Ende es Montagerohrs (138) erstreckt, wobei das Montagerohr (138) das zweite Ende des Führungsrohrs (134) zu dem Ende des Extruders (132) gegenüber der Ausgangsdüse (133A) ausgerichtet hält.
3D-Zeichengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Heizelement der Ausgangsdüse (133A) benachbart angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass es das Ausgangsmaterial (20) vor der Extrusion durch die Ausgangsdüse (133A) schmilzt.
3D-Zeichengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, des Weiteren umfassend einen Ventilator, der so konfiguriert ist, dass er einen Strom von Kühlluft an der Ausgangsdüse (133A) erzeugt.
3D-Zeichengerät nach Anspruch 8, wobei: das Gehäuse (110) ein internes Volumen (116) und mindestens einen Kühlanschluss (118) in der Nähe der Ausgangsdüse (133A) umfasst, wobei der Kühlanschluss (118) in Fluidverbindung mit dem internen Volumen (116) steht; und der Ventilator innerhalb des Gehäuses (110) angeordnet und so konfiguriert ist, dass er Luft in das interne Volumen (116) zieht.
3D-Zeichengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Gehäuse (110) ein oberes (112) und unteres Gehäuse (114) umfasst, wobei mindestens eines des oberen (112) und unteren (114) Gehäuses Kühlöffnungen (118) umfasst, die benachbart zu der Ausgangsdüse (133A) liegen.
3D-Zeichengerät nach Anspruch 10, wobei sowohl das obere (112) als auch das untere Gehäuse (114) Kühlöffnungen (118) umfassen.
3D-Zeichengerät nach einem der Ansprüche 1-11, wobei der Aktuator eine erste und zweite Taste (122, 124) umfasst.
3D-Zeichengerät nach Anspruch 12, wobei das Gerät so konfiguriert ist, dass ein Drücken einer der Tasten (122, 124) dazu führt, dass sich das Ausgangsmaterial (20) vorwärts oder rückwärts bewegt.
3D-Zeichengerät nach Anspruch 12, wobei der Aktuator mindestens eine Taste umfasst.
3D-Zeichengerät nach Anspruch 14, wobei der Aktuator umfasst: eine erste Taste, die den Motor (152) zur Rotation in die erste Richtung mit einer ersten Geschwindigkeit veranlasst, so dass das Ausgangsmaterial (20) mit einer ersten Geschwindigkeit aus der Ausgangsdüse (133A) extrudiert wird; und eine zweite Taste, die den Motor (152) zur Rotation in die erste Richtung mit einer zweiten Geschwindigkeit veranlasst, so dass das Ausgangsmaterial (20) mit einer zweiten Geschwindigkeit aus der Ausgangsdüse (133A) extrudiert wird, die höher als die erste Geschwindigkeit ist, wobei die gleichzeitige Betätigung der ersten und zweiten Taste dafür sorgt, dass der Motor (152) in die zweite Richtung rotiert.
3D-Zeichengerät nach einem der Ansprüche 1-15, wobei das Zahnradgetriebe (150) ein abschließendes Zahnrad mit Zähnen umfasst, die den Strang des Ausgangsmaterials (20) so erfassen, dass die Rotation des abschließenden Zahnrads zu einer linearen Bewegung des Stranges des Ausgangsmaterials (20) führt.