DE202018006457U1

DE202018006457U1 - Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten

Info

Publication number: DE202018006457U1
Application number: DE202018006457.2U
Authority: DE
Original assignee: Xaar 3D Ltd
Current assignee: Stratasys Powder Production Ltd
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2020-07-14
Anticipated expiration: 2028-11-17
Also published as: GB201719094D0; WO2019097256A1; US20220184887A1; DE202018006458U1; JP3232333U; JP3232579U; IL274471A; CN214290843U; US20200307074A1; GB2569941A

Abstract

Mischeinrichtung für einen Pulverbehälter einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei die Mischeinrichtung angeordnet ist, sich innerhalb des Pulverbehälters um eine Drehachse zu drehen, und weiterhin
mindestens eine Grundplatte; und
mindestens eine Strebe umfasst, wobei die mindestens eine Strebe sich von der mindestens einen Grundplatte erstreckt, und einen der Drehrichtung zugewandten stumpfen Winkel bildet, und wobei die Strebe ferner angeordnet ist dass sie sich in den Pulverbehälter erstreckt.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegenden Verfahren beziehen sich auf Vorrichtungen zur Herstellung dreidimensionaler Objekte. Insbesondere beziehen sich die Verfahren auf ein Rührwerk zur Verwendung in der Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Objekte
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Vorrichtungen zur Herstellung dreidimensionaler Objekte aus einem pulverbasierten Material unter Verwendung eines Verfahrens wie Bindemittelstrahl, Laser Sintering (LS) oder High Speed Sintering (HSS) sind bekannt. Diese Verfahren erfordern das Auftragen einer Schicht aus pulverbasiertem Material. Die LS-Vorrichtung, die Polymer- oder Metallpulver verwenden kann, verwendet dann einen Laser, um den Querschnitt einer Schicht des Objekts in dem pulverförmigen Material abzutasten und das pulverförmige Material zu sintern. Eine weitere Schicht aus pulverförmigem Material wird dann aufgetragen und der Querschnitt der nächsten Schicht des Objekts wird vom Laser abgetastet usw., um ein dreidimensionales Objekt herzustellen. Ein Verfahren unter Verwendung eines Elektronenstrahls kann ferner verwendet werden, um Metallpulver zu schmelzen.
Anstelle LS oder Elektronenstrahl, bei denen die Energiequelle den Querschnitt des Objekts in jeder Schicht aus pulverförmigem Material abtastet, kann ein High Speed Sintering (HSS) oder Bindemittelstrahl-verfahren verwendet werden. Bei HSS wird der Querschnitt des Objekts auf jeder Schicht mit strahlungsabsorbierendem Material (RAM) auf die Pulverschicht gedruckt, typischerweise bei einer Überfahrt eines Druckkopfs oder einer Reihe von Druckköpfen. Dann wird jede bedruckte Schicht mit einer Strahlungsquelle, beispielsweise einem Infrarotlicht, die gesamte Baufläche über bestrahlt, so dass nur das Pulver, auf das RAM aufgedruckt wurde, geschmolzen wird. Bei einem Bindemittelstrahlverfahren wird ein Bindemittel wie ein Klebstoff in einem definierten Muster auf der Pulverschicht, die auf Polymer-, Keramik- oder Metallpulver basiert sein kann, unter Verwendung eines Druckkopfs abgeschieden. Das Bindemittel wirkt als Klebstoff zwischen den Pulverschichten. Optional kann Strahlung verwendet werden, um das Bindemittel zu härten.
Die oben genannten Verfahren erfordern ein Pulverzufuhr- und -auftragesystem.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aspekte der Erfindung sind in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen dargelegt, während Einzelheiten bestimmter Ausführungsformen in den beigefügten abhängigen Ansprüchen dargelegt sind.
Figurenliste
Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:

1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Objekte;
2 eine schematische Darstellung eines Vorratsbehälters der Vorrichtung;
3 eine schematische Darstellung einer Mischeinrichtung der Vorrichtung;
4 ein schematischer Querschnitt von Komponenten der Vorrichtung;
5 ein schematischer weiterer Querschnitt von Komponenten der Vorrichtung;
6 ein schematischer weiterer Querschnitt von Komponenten der Vorrichtung;
7 ein schematischer weiterer Querschnitt von Komponenten der Vorrichtung;
8 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Rührwerks;
9A und 9B einen schematischen Querschnitt des Rührwerks von 8;
10 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Rührwerks;
11 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Rührwerks;
12 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Rührwerks; und
13 und 14 eine schematische Darstellung möglicher Stellen von Pul verauslassöffnungen.

BESCHREIBUNG
Die folgende Offenbarung beschreibt ein Rührwerk zum Rühren von Pulver innerhalb eines Pulverströmungsweges einer Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Objekte, wobei das Rührwerk so konfiguriert ist, sich innerhalb des Pulverströmungsweges zumindest teilweise um eine Drehachse zu drehen, und wobei mindestens ein Vorsprung sich vom Rührwerk nach außen erstreckt; wobei der mindestens eine Vorsprung so angeordnet ist, um mit dem Pulver während der mindestens teilweisen Drehung des Rührwerks in Berührung zu kommen und während der mindestens teilweisen Drehung des Rührwerks auf das Pulver eine Gesamtkraft in Richtung der Drehachse im Wesentlichen von Null auszuüben, wobei die mindestens teilweise Drehung des Rührwerks das Pulver innerhalb des Pulverströmungsweges in einem frei fließenden Zustand hält.
Die folgende Offenbarung beschreibt zusätzlich eine Mischeinrichtung für einen Pulverbehälter einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei die Mischeinrichtung angeordnet ist, sich innerhalb des Pulverbehälter um eine Drehachse zu drehen, und weiter mindestens eine Grundplatte und mindestens eine sich von der mindestens einen Grundplatte hinweg in den Pulverbehälter erstreckende und in einem stumpfen Winkel zur Drehrichtung gewandte Strebe umfasst.
Die folgende Offenbarung beschreibt zusätzlich eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, die ein hier beschriebenes Rührwerk umfasst.
Die folgende Offenbarung beschreibt zusätzlich eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, die eine hier beschriebene Mischeinrichtung umfasst.
Es wird nun detailliert auf die Ausführungsformen Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In der folgenden detaillierten Beschreibung werden anhand von Beispielen zahlreiche spezifische Details aufgeführt, um ein gründliches Verständnis der relevanten Lehren zu ermöglichen. Es ist jedoch für den Fachmann offensichtlich, dass die vorliegenden Lehren ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können.
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zur Herstellung dreidimensionaler Objekte, die High Speed Sintering (HSS) als Verfahren zum Erzeugen dreidimensionaler Objekte aus einem pulverbasierten Material verwendet.
Die Vorrichtung 1 stellt dreidimensionale Objekte aus einem Baupulver her. Das Baupulver kann ein thermoplastisches Polymermaterial wie PA12, PA6, Polyurethan oder andere Polymere sein oder umfassen. Einige Metalle oder Keramiken können je nach verwendetem Verfahren auch mit ähnlichen Geräten kompatibel sein.
Die Vorrichtung 1 umfasst einen Vorratsbehälter 410 zum Speichern des Baupulvers. Das Baupulver wird nach Bedarf im Vorratsbehälter 410 abgelagert. Gemäß einer Ausführungsform wird frisches Neupulver in dem Vorratsbehälter 410 abgelagert. Neupulver wird als Pulver angesehen, das zuvor in der Vorrichtung 1 nicht verwendet wurde. Wie später gemäß einer anderen Ausführungsform ausführlicher erörtert wird, kann überschüssiges Pulver, das während eines Fertigungsprozesses der Vorrichtung 1 nicht gesintert wird, in den Vorratsbehälter 410 zurückgeführt und mit dem Neupulver gemischt werden.
Die Vorrichtung 1 umfasst weiter einen Pulververteilungsschlitten 300 und einen Druckschlitten 350, die auf Lagern 480 auf Schienen 450 angeordnet sind. Die Schienen 450 hängen die Schlitten 300, 350 über einer Arbeitsfläche 170 der Vorrichtung 1 auf. Die Arbeitsfläche 170 umfasst eine Baufläche 190, die zuoberst einer Baukammer 200 angeordnet ist. Wie in 1 dargestellt ist, kann ein obenliegend angeordneter Heizungsstrahler 460, wie beispielsweise eine Keramiklampe, über der Baufläche 190, und ein Überlaufeinlass 210 an einer Seite der Baufläche 190, vorgesehen sein.
Der Vorratsbehälter 410 ist mit einer Mischeinrichtung 420 versehen. Die Mischeinrichtung 420 bewegt das Pulver und hält es frei fließend, wodurch verhindert wird, dass sich das Pulver im Vorratsbehälter 410 verdichtet. Dies führt zu einem, wie später besprochenen, stetigen Pulverfluss zum Zufuhrrohr 428. Zusätzlich mischt die Mischeinrichtung 420 das Neupulver mit jeglichem überschüssigen Pulver, das, falls vorhanden, in den Vorratsbehälter 410 zurückgeführt wird, um ein gleichmäßig gemischtes Baupulver zu erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform wird das Pulver nach dem Einbringen in den Vorratsbehälter 410 kontinuierlich gerührt, um das Pulver in einem frei fließenden Zustand zur Verwendung bereit zu halten. In einer anderen Ausführungsform kann das Pulver in dem Vorratsbehälter 410 periodisch gerührt werden.
2 und 3 veranschaulichen schematisch einen Durchschnitt eines Vorratsbehälters 410. Die Mischeinrichtung 420 dreht sich innerhalb des Vorratsbehälters 410 um dessen Mittelachse A. Die Mischeinrichtung 420 umfasst zwei Grundplatten 422. Die Grundplatten 422 können der inneren Form des Vorratsbehälters 410, oder zumindest der inneren Form in Nähe des Bodens des Vorratsbehälters 410 (in Bezug auf die Schwerkraft), oder die den Boden des Vorratsbehälters 410 umfasst, entsprechen, mit Toleranzen, die es den Grundplatten 422 erlauben, sich innerhalb des Vorratsbehälters 410 frei zu bewegen. Die Grundplatten 422 sind nicht darauf beschränkt, eine kreisförmige Form zu haben, wie in 2 und 3 dargestellt ist. Die Grundplatten 422 können beispielsweise eine elliptische oder sechseckige Form haben, wobei sie mindestens eine Dimension bereitstellen, deren Position vorsieht, dass eine Strebe so montiert werden kann, dass sie dicht an der Innenwandfläche des Behälters 410 entlangstreichen kann. Die Streben 424 erstrecken sich zwischen den Grundplatten 422 und verbinden die Grundplatten 422. Gemäß einer Ausführungsform sind die Streben 424 an oder nahe der Außenkante der Grundplatten 422 vorgesehen. Die Klingen 425 erstrecken sich von den Streben 424 aus in den Vorratsbehälter 410 hinein. Wenn sich die Mischeinrichtung 420 innerhalb des Vorratsbehälters 410 dreht, bewegen und mischen die Klingen 425 das Pulver, so dass das Pulver in einem frei fließenden Zustand gleichmäßiger Dichte gehalten wird.
Die Streben 424 können in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen an den Grundplatten 422 angebracht sein. Zusätzlich kann eine beliebige Anzahl von Streben 424 vorgesehen sein. Gemäß einer Ausführungsform kann alternativ nur eine Grundplatte 422 vorgesehen sein, wobei sich die Streben 424 von dieser einen Grundplatte 422 aus erstrecken. Zusätzlich kann, wie erforderlich, um das Pulver in einem frei fließenden Zustand zu halten, eine beliebige Anzahl von Klingen 425 vorgesehen sein. Die Klingen 425 können in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen an den Streben 424 angebracht sein.
Die Streben 424 haben die Funktion, das Pulver innerhalb des Vorratsbehälters 410 anzuheben, wenn die Mischeinrichtung 420 um eine Drehachse A gedreht wird. Wie in 3 dargestellt ist, können in einer Ausführungsform die Streben 424 ebenflächig sein und einen stumpfen Winkel mit der Aussenkante der Grundplatte 422 bilden. In einer anderen Ausführungsform kann dies erreicht werden, indem die Streben 424 eine Vorderkante 424A parallel zur Drehachse A aufweisen und eine Hinterkante 424B, die einen stumpfen Winkel X zur Vorderkante bildet.
Die Mischeinrichtung dreht sich in die durch den Pfeil in 3 angegebene Richtung. Eine entgegengesetzte Drehungsrichtung wird das Pulver verdichten statt anheben und in einem frei fließenden Zustand halten.
Die Klingen 425 erstrecken sich von den Streben 424 in Richtung der zentralen Drehachse A des Vorratsbehälters 410. Wie in 3 dargestellt wird, sind die Klingen 425 in einem Winkel Y zu den Streben 424 angebracht, so dass die Klingen 425 mit den Streben 424 einen spitzen Winkel bilden. Die Klingen 425 bewirken, dass das Pulver weiter gerührt wird, indem das Pulver gleichzeitig mit dem Anheben durch die Streben 424 in axialer Richtung bewegt wird. Somit bewirkt die Mischeinrichtung 420 zusätzlich, das Pulver in einem frei fließenden Zustand zu halten.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Vorratsbehälter 410 nicht erwärmt, da längere erhöhte Temperaturen die Tendez eines Qualitätsverlust des Baupulvers erzeugen. Beispielsweise oxidiert PA6 beim Erhitzen schneller, was die Haltbarkeit verringert. Folglich ist es bei Verwendung eines Pulvers wie PA6 wünschenswert, dass der Vorratsbehälter 410 nicht erwärmt wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Vorratsbehälter 410 jedoch bei Bedarf erwärmt werden.
Darüber hinaus kann eine aktive Kühlung bei bestimmten pulverförmigen Materialen von Vorteil sein, um einen Qualitätsverlust zu verlangsamen. Dies kann in Form einer Zirkulation gekühlter Flüssigkeit oder gekühltem Gas über die Außenflächen des Vorratsbehälters 410, oder durch an den Außenflächen des Vorratsbehälters 410 angebrachte Kühlkörper, erfolgen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann gekühltes Gas in den Vorratsbehälter 410 eingeführt werden, um das Pulver mit dem Behälter 410 auf eine vorbestimmte Temperatur abzukühlen.
Wie in 2 ersichtlich ist, tritt Pulver durch den Einlass 426 in den Vorratsbehälter 410 ein und durch den Auslass 428 aus dem Vorratsbehälter 410 aus. Beim Austritt aus dem Vorratsbehälter 410 gelangt das Pulver über den Auslass 428 in ein Einlassrohr 430 (gezeigt in 4). Der Auslass 428 kann sich beispielsweise am Boden oder an einer Wand des Vorratsbehälters 410 befinden. 2 bis 4 veranschaulichen einen an einer Wand und über dem Boden des Vorratsbehälters 410 angeordneten Auslass 428. Mit dieser Anordnung wird sichergestellt, dass die Rührvorrichtung 420 innerhalb des Behälters 410 das Pulver unter dem Auslass 428 zur Verwendung bereitstellt und die Verdichtung des Pulvers im Behälter 410 und/ oder in der Nähe des Auslasses 428 verhindert.
Das Pulver fließt durch den Auslass 428 in das Einlassrohr 430. Das Einlassrohr 430 kann ein innerhalb des Einlassrohrs 430 angeordnes Rührwerk umfassen, das den freien Fluss des Pulvers durch Gravitationskraft allein entlang des Einlassrohrs 430 in ein Förderrohr 440 unterstützt. Ein solches Rührwerk kann gemäß einem der nachstehend ausführlicher beschriebenen Rührwerke angeordnet sein. Das Pulver tritt dann am Einlass 100 in das Förderrohr 440 ein.
Das Förderrohr 440 umfasst einen innerhalb des Förderrohrs 440 angeordneten Fördermechanismus, der den Transport des Pulvers entlang des Förderrohrs 440 zu einem Einlass 101 in einen Pulverbehälter 115 unterstützt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Fördermechanismus eine innerhalb des Förderrohrs 440 vorgesehene Förderschnecke 445, die sich entlang mindestens eines Großteils der Länge des Förderrohrs 440 erstreckt. Der Durchmesser der Förderschnecke ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Förderrohrs 440, so dass die Förderschnecke 445 innerhalb des Förderrohrs 440 gedreht werden kann. Wie im Stand der Technik bekannt ist, umfasst eine Förderschnecke 445 eine spiralförmige Klinge, die, wenn sie sich innerhalb des Förderrohrs 440 dreht, das Pulver der Drehachse entlang fördert. Die Förderschnecke 445 kann so angeordnet sein, dass sie das Pulver vom Einlass 100 entlang des Förderrohrs 440 in Richtung des Einlasses 101 zum Pulverbehälter 115 fördert, indem sie eine der Drehachse entlang gerichtete Kraft auf das Pulver ausübt. Gemäß einer Ausführungsform kann das Förderrohr 440 in einem Winkel zur vertikalen Richtung angeordnet sein, so dass das Förderrohr in Bezug auf die Gravitationsrichtung nach oben abgewinkelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform, die in 2 und 4 dargestellt ist, ist das Einlassrohr 430 mit dem Förderrohr 440 am Einlass 100 entlang der Länge des Förderrohrs 440 und der Förderschnecke 445 verbunden. Zum Beispiel kann das Einlassrohr 430 auf ungefähr halber Länge der Förderschnecke 445 mit dem Förderrohr 440 verbunden sein. Die oben beschriebene Anordnung des Vorratsbehälters 410, des Einlassrohrs 430 und des Förderrohrs 440 ermöglicht, dass der Vorratsbehälter 410 unterhalb einer Arbeitsfläche 170 der Vorrichtung 1 angeordnet sein kann, wodurch die vertikale Distanz, gegen die das Pulver zur Arbeitsfläche 170 gefördert werden muss, minimiert werden kann, und wodurch somit Raum unterhalb des Verbindungspunkts 100 zwischen Einlassrohr 430 und Förderrohr 440 bereitgestellt wird, um weitere Rohre mit dem Förderrohr 440 zu verbinden.
Bei einem unbewärmten Vorratsbehälter 410 kann das Einlassrohr 430 über eine Isolierung zwischen dem Einlassrohr 430 und dem Förderrohr 440 thermisch von dem Förderrohr 440 entkoppelt werden.
Wie in 5 und 6 dargestellt wird, ist das Förderrohr 440 am Einlass 101 mit einem im Wesentlichen horizontalen Pulverbehälter 115 verbunden, der beispielsweise die Gesamtform eines länglichen Schlitzes annehmen kann. Die Förderschnecke 445 fördert das Pulver entlang des Förderrohrs 440 über den Einlass 101 in den Pulverbehälter 115. Der Einlass 101 ist eine Einspeisestelle, durch die das Pulver in den Pulverbehälter 115 tritt. Obwohl 5 und 6 ein mit einem Ende des Pulverbehälters 115 verbunden Förderrohr 440 darstellen, kann das Förderrohr 440 an jeder beliebigen Stelle entlang des Pulverbehälters 115 verbunden sein, beispielsweise an oder in Nähe eines Endes, oder ungefähr auf halber Länge, des Pulverbehälters 115. Gemäß einer anderen Ausführungsform können mehr als ein Förderrohr 440 und ein Einlass 101 vorgesehen sein, so dass das Pulver von mehreren Einlässen 101 in den Pulverbehälter 115 gefördert wird.
In dem Pulverbehälter 115 ist ein Rührwerk 110 vorgesehen. Die Bewegung des Rührwerks 110 innerhalb des Pulverbehälter 115 hält das Pulver in einem frei fließenden oder nahezu frei fließenden Zustand, so dass verhindert werden kann, dass das Pulver agglomeriert, und so dass es sich durch Gravitationskraft über die Länge des Rührwerks 110 und des Pulverbehälters 115 hin ausbreitet. Im Gegensatz wie befunden zu einer Förderschnecke, verleiht das Rührwerk 110 dem Pulver entlang der Länge des Pulverbehälters 115 keine signifikante Kraftkomponente, was folglich das Pulver nicht verdichtet. Wenn eine Förderschnecke anstelle des Rührwerks 110 in dem Pulverbehälter 115 vorgesehen ist, um das Pulver entlang des Pulverbehälter 115 zu bewegen, wird das Pulver durch Übertragung einer signifikanten Kraftkomponente entlang der Drehachse verdichtet. Diese Verdichtung hemmt unerwünscht den freien Fluss des Pulvers. Die Verwendung einer Förderschnecke 445 in dem Förderrohr 440 erfordert daher zusätzlich die Verwendung eines Rührwerks 110 im Pulverbehälter, das in unmittelbarer Nähe oder als Kombimationskomponente angeordnet ist, um das Pulver effizient zu rühren und zu verhindern, dass es sich verdichtet, bevor es auf die Arbeitsfläche 170 geliefert wird.
8 bis 12 veranschaulichen mehrere verschiedene Ausführungsformen eines Rührwerks 110. Jedes der dargestellten Rührwerke 110 umfasst eine Welle 135, die eine Drehachse B darstellt, und mindestens einen mit der Welle 135 gekoppelten Vorsprung oder Klinge 120, 122, 124, 126. Der mindestens eine Vorsprung oder die mindestens eine Klinge 120, 122, 124, 126 erstreckt sich von der Welle 135 hinweg nach außen.
Das Rührwerk 110 kann sich innerhalb des Pulverbehälters 115 um die Drehachse B drehen. Gemäß einer Ausführungsform kann sich das Rührwerk 110 innerhalb des Pulverbehälters 115 vollständig drehen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann sich das Rührwerk 110 teilweise (z. B. im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn) innerhalb des Pulverbehälters 115 drehen. Die Bewegung des Rührwerks 110 innerhalb des Pulverbehälters führt nicht dazu, dass eine Gesamtrichtungskraft auf das Pulver innerhalb des Pulverbehälters entlang der Rotationsachse B ausgeübt wird. Stattdessen führt die Bewegung des Rührwerks 110 innerhalb des Pulverbehälters zu einer Bewegung des Pulvers, um das Pulver in einem frei fließenden Zustand innerhalb des Pulverbehälters 115 zu halten. Die Bewegung des Pulvers entlang des Pulverbehälters 115 erfolgt durch die Gravitationskraft.
Das Rührwerk 110 ist so bemessen, dass zwischen dem Rührwerk 110 und den Innenwänden des Pulverbehälters 115 keine Bereiche vorhanden sind, in denen sich Pulver ansammeln und stagnieren könnte. Das Rührwerk 110 kann in der Lage sein, sich innerhalb des Pulverbehälters 115 vollständig zu drehen, wenn das Rührwerk 110 so dimensioniert ist, dass seine maximale Breitenabmessung AWM geringfügig kleiner als die innere Breitenabmessung RWM des Pulverbehälters 115 ist. Dadurch kann sich das Rührwerk 110 ohne Kontakt mit den Innenwänden des Pulverbehälters 115 innerhalb des Pulverbehälters 115 frei drehen. Beispielsweise kann die maximale Breitenabmessung AWM des Rührwerks 110 1 mm bis 2,5 mm kleiner sein als die Innenbreitenabmessung RWM des Pulverbehälters 115. Dieser Abstand kann andere Abmessungen annehmen, abhängig von der Größe des Rührwerks 110, der Größe des Pulverbehälters 115 und der Korngröße des Pulvers.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Rührwerk 110 nur teilweise innerhalb des Pulverbehälters 115 gedreht werden. Das Rührwerk 110 kann über eine Teildrehung um die Drehachse B vor und zurück gedreht werden, beispielsweise um 180° in Vorwärtsrichtung und dann um 180° in Rückwärtsrichtung, entgegen der Vorwärtsrichtung. Diese Anordnung kann nützlich sein, wenn sich der mindestens ein Vorsprung oder die Klinge 120, 122, 124, 126 von nur einer Seite der Welle 135 nach außen erstreckt.
8 zeigt eine Ausführungsform eines Rührwerks 110. Der Rührwerk 110 umfasst mehrere Vorsprünge 120, die auf einer Welle 135 angebracht sind. Die Vorsprünge 120 erstrecken sich von der Welle 135 radial nach außen. Wie in 8 dargestellt ist, sind die Vorsprünge 120 in mehreren Gruppen 140 angeordnet, die entlang der Welle 135 voneinander beabstandet sind, beispielsweise wie gezeigt in einem konstanten Abstand. Zwischen den Vorsprüngen 120 sind Hohlräume 130 vorhanden. Beispielsweise sind, wie in 9A bei Betrachtung entlang der Achse B dargestellt ist, Hohlräume 130 zwischen benachbarten Vorsprüngen 120 ausgebildet. Zusätzlich sind, wie in 9B bei Betrachtung entlang der Länge des Welle 135 dargestellt ist, auch Hohlräume 130 zwischen benachbarten Gruppen 140 von Vorsprüngen 120 ausgebildet.
Jede Gruppe 140 umfasst vier Vorsprünge 120, die in derselben Ebene angeordnet sind. Das Rührwerk 110 ist jedoch nicht auf vier Vorsprünge in jeder Gruppe 140 beschränkt; zum Beispiel kann das Rührwerk 110 mit Gruppen von drei, fünf, sechs usw. Vorsprüngen versehen sein. Ferner sind gemäß der in 8 dargestellten Ausführungsform die Vorsprünge 120 innerhalb jeder Gruppe gleichmäßig um die Welle 135 herum beabstandet, was jedoch nicht erforderlich ist. Weiterhin ist es nicht erforderlich, dass die Gruppen 140 der Vorsprünge 120 entlang der Welle 135 gleichmäßig voneinander beabstandet sind. 8 zeigt siebzehn Gruppen von Vorsprüngen, jedoch ist das Rührwerk 110 nicht auf siebzehn Gruppen von Vorsprüngen beschränkt; eine beliebige Anzahl von Gruppen 140 kann nach Bedarf bereitgestellt werden. Die Anzahl der erforderlichen Gruppen von Vorsprüngen hängt beispielsweise von der Länge der Welle 135 und den Eigenschaften des Pulvers ab.
Die in 8, 9A und 9B dargestellten Vorsprünge 120 sind im Wesentlichen flach, im Gegensatz zu einer Förderschnecke, welche eine gekrümmte, spiralförmige, kontinuierliche Projektion oder Vorsprung umfasst. Ferner sind, im Gegensatz zur Förderschnecke, die Vorsprünge 120 angeordnet, ohne eine Steigung zu bilden: die Vorsprünge erstrecken sich von der Welle im Wesentlichen rechtwinklig ab und neigen sich nicht von der Welle weg. Weiterhin ermöglichen die Hohlräume 130, dass das Pulver bei einer ganzen oder teilweisen Drehung des Rührwerks 110 um das Rührwerk 110 herum fließt. Die Drehung einer Förderschnecke innerhalb des Pulverbehälters 115 würde dazu führen, dass das Pulver aktiv in Richtung der Steigung bewegt wird, indem eine Kraft in Drehrichtung, d.h. auf ein Ende des Pulverbehälters 115 zu, auf das Pulver ausgeübt wird. Dies ist für das Rührwerk, das unter Bezugnahme auf 8 bis 12 beschrieben ist, nicht der Fall.
10 zeigt eine andere Ausführungsform eines Rührwerks 110. Das Rührwerk 110 von 10 umfasst mehrere Vorsprünge 122, die auf einer Welle 135 angebracht sind. Die Vorsprünge 122 erstrecken sich von der Welle 135 nach außen. Wie in 10 dargestellt ist, hat jeder Vorsprung 122 eine wesentlich rechteckige Form und einen Hohlraum 132, der innerhalb des Vorsprungs 122 ausgebildet ist. Zusätzlich werden Hohlräume 133 in Form von Lücken zwischen benachbarten Vorsprüngen 122 erzeugt.
Die mehreren Vorsprünge 122 erstrecken sich von der Welle 135 aus nach außen, und abwechselnd in gegensätzliche Richtungen, entlang der Welle 135. Wie 10 zeigt, sind die mehreren Vorsprünge 122 aus einem einzelnen Stück gebildet, das mit der Welle 135 verbunden ist. 10 zeigt dreiundzwanzig Vorsprünge 122, jedoch kann je nach Bedarf und je nach Länge der Welle 135 eine beliebige Anzahl von Vorsprüngen 122 vorgesehen sein.
Wie bei 8 üben die in 10 dargestellten Vorsprünge 122 keine Kraft auf das Pulver in Drehrichtung aus. Zusätzlich und wie zuvor umfasst das in 10 dargestellte Rührwerk 110 Hohlräume 132, 133, die es dem Pulver ermöglichen, um das Rührwerk 110 herum zu fließen, wenn sich das Rührwerk 110 innerhalb des Pulverbehälters 115 ganz oder teilweise dreht.
11 zeigt eine andere Ausführungsform eines Rührwerks 110. Das Rührwerk 110 von 11 umfasst zwei Vorsprünge 124, die auf einer Welle 135 angebracht sind. Die Vorsprünge 124 erstrecken sich von der Welle 135 aus nach außen. Wie in 11 dargestellt ist, hat jeder Vorsprung 124 eine wesentlich rechteckige Form und einen Hohlraum 134, der innerhalb des Vorsprungs 124 ausgebildet ist. Im Gegensatz zu der in 10 dargestellten Ausführungsform, die mehrere entlang der Länge der Welle angeordnete Vorsprünge 122 umfasst, hat jeder der Vorsprünge 124 im Wesentlichen die gleiche Länge wie die Welle 135.
Die zwei Vorsprünge 124 erstrecken sich von der Welle 135 aus in entgegengesetzte Richtungen nach außen. 11 zeigt zwei Vorsprünge 124, jedoch kann nach Bedarf eine beliebige Anzahl von Vorsprüngen 124 vorgesehen sein. Wenn beispielsweise das Rührwerk 110 innerhalb des Pulverbehälters 115 nur teilweise gedreht wird, könnte nur ein Vorsprung 124 mit einem Hohlraum 134 vorgesehen sein. Das Rührwerk 110 kann durch eine Teildrehung vor und zurück gedreht werden, beispielsweise kann das Rührwerk 110 um die Drehachse B um 180° in Vorwärtsrichtung und dann um 180° in Rückwärtsrichtung entgegen der Vorwärtsrichtung gedreht werden, so dass sich der eine Vorsprung 124 innerhalb des Pulverbehälters 115 vorwärts und rückwärts dreht. Diese Anordnung ist vorteilhaft, da ein Rührwerk 110 mit nur einen Vorsprung biller in der Herstellung sein kann. Das Rührwerk 110 kann auch mit mehr als zwei Vorsprüngen 124 versehen sein, zum Beispiel kann das Rührwerk 110 mit drei Vorsprüngen 124 oder vier Vorsprüngen 124 versehen sein, wobei die Vorsprünge in beabstandeter Anordnung um die Welle 135 herum vorgesehen sind.
Wie bei den Vorsprüngen in 8 üben die in 10 und 11 dargestellten Vorsprünge 122, 124 keine Kraft auf das Pulver in Drehrichtung aus. Zusätzlich und wie zuvor umfasst das in 10 und 11 dargestellte Rührwerk 110 Hohlräume 132, 133, 134, die es dem Pulver ermöglichen, sich um das Rührwerk 110 herum zu bewegen, wenn sich das Rührwerk 110 vollständig oder teilweise innerhalb des Pulverbehälters 115 dreht. In den Ausführungsformen in 10 und 11 sind die Vorsprünge 122, 124 in Form von Rahmen dargestellt, die einen Hohlraum definieren. Die Vorsprünge 122, 124 können jedoch solide sein, ohne Hohlräume 132, 134. Die Kraft, die zur Drehbewegung aufgebracht werden muss, wenn in den Vorsprüngen 122, 124 Hohlräume 132, 134 vorhanden sind, ist wünschenswert niedriger als die Kraft, die nötig ist, wenn keine Hohlräume 132, 134 vorhanden sind.
Die Vorsprünge / Klingen der in 8 bis 11 beschriebenen Rührwerke können die Form von ebenen Klingen annehmen, die durch das Pulver schneiden. Die Klingen können solide sein, oder offen, was bedeutet, dass sie durch einen äußeren Rahmen mit einem Hohlraum innerhalb des Rahmens gebildet werden. Im Vergleich zu soliden Vorsprüngen oder Klingen, die eine nennenswerten Oberfläche in Drehrichtung darstellen, verringert eine solche Anordnung die erforderliche Kraft, die Welle zu drehen. Gemäß einer Ausführungsform beträgt der innerhalb des Vorsprungs gebildete Hohlraum mindestens 50% der durch den Vorsprung abgedeckten Fläche, und bevorzugterweise mindestens 90% der durch den Vorsprung abgedeckten Fläche.
12 zeigt eine andere Ausführungsform eines Rührwerks 110. Das Rührwerk 110 von 12 umfasst zwei Spiralklingen 126, die auf einer Welle 135 angbracht sind. Die Klingen 126 stehen von der Welle 135 nach außen ab und sind mit Stangen 127 an der Welle 135 befestigt In 12 hat jede Klinge 126 eine wesentlich spiralförmige Form. Die zwei Klingen 126 sind mit entgegengesetzter Steigung um die Welle 135 herum angeordnet und erstrecken sich im Wesentlichen entlang der Länge der Welle 135. In den Lücken zwischen den Klingen 126, der Welle 135 und den Stangen 127 sind Hohlräume 136 ausgebildet.
Das Rührwerk ist nicht auf zwei Spiralklingen 126, wie in 12 gezeigt, beschränkt, und eine beliebige gerade Anzahl von Klingen 126 kann nach Bedarf bereitgestellt werden. Wenn eine ungerade Anzahl von Klingen 126 bereitgestellt würde, würde eine kleine Richtungskraft auf das Pulver innerhalb des Pulverbehälters ausgeübt werden, ähnlich der Förderschnecke. Aufgrund der geringen Oberfläche der Klingen 126 bleiben diese Kräfte jedoch im Gegensatz zur Förderschnecke gering und führen nicht zu einer Pulververdichtung. Da ferner eine gerade Anzahl von Klingen 126 vorgesehen ist, die in entgegengesetzter Steigung an der Welle 135 angeordnet sind, wäre die auf das Pulver ausgeübte Gesamtkraft minimal - die zwei kleinen Richtungskräfte heben sich im Wesentlichen gegenseitig auf.
Die Spiralklingen 126 sind nicht darauf beschränkt, sich um 360° um die Welle 135 zu drehen. Wenn beispielsweise das Rührwerk 110 innerhalb des Pulverbehälters 115 teilweise gedreht wird, drehen sich die Spiralklingen 126 nur um 180 ° um die Welle 135, so dass eine teilweise Drehung des Rührwerks 110 innerhalb des Pulverbehälters 115 die Spiralklingen 126 durch das Pulver hin und her dreht. Wie in 8 weist das in 12 dargestellte Rührwerk 110 Hohlräume 136 auf, die es dem Pulver ermöglichen, sich um das Rührwerk 110 herum zu bewegen, wenn sich das Rührwerk 110 innerhalb des Pulverbehälters 115 ganz oder teilweise dreht, wodurch sichergestellt wird, dass das Pulver innerhalb des Pulverbehälters 115 frei fließen kann.
Aus 8 bis 12 ist ersichtlich, dass die Oberfläche der Klingen, auf die das Pulver entlang der Drehrichtung trifft, weniger als 50% der Fläche beträgt, die von den Klingen entlang des Rührwerks über einen Abstand AWM, von einer Außenkante der Klingen bis zur Achse, bei einer Drehung überstrichen wird. Dieser offene Raum lässt Pulver während der Drehung durch das Rührwerk 110 laufen. Folglich bewegt das Rührwerk 110 im Behälter nicht ständig die gesamte Masse des enthaltenen Pulvers. Dies bedeutet, dass der zum Antreiben des Rührwerks erforderliche Motor von kleinerer Größe und / oder geringerem Stromverbrauch sein kann, als der eines Rührwerks bei dem die Vorsprünge eine solide, ebene Form haben. Bevorzugt ist, dass die Oberfläche der Klingen, auf die das Pulver entlang der Drehrichtung trifft, weniger als 75% der Fläche beträgt, die von den Klingen entlang des Rührwerks über einen Abstand AWM bei einer Drehung überstrichen wird, und noch bevorzugter weniger als 85%.
Die Vorsprünge / Klingen 120, 122, 124, 126 können fest an der Welle 135 angebracht sein oder können einstückig mit der Welle 135 ausgebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform kann das Rührwerk 110, oder zumindest die Vorsprünge / Klingen 120, 122, 124 126 des Rührwerks 110, aus einem hitzebeständigen, elektrisch leitenden Material bestehen. Ein elektrisch leitendes Rührwerk 110 minimiert den Aufbau statischer Ladungen, die infolge der Reibung zwischen den der Polymerpulverteilchen mit sich selbst and mit dem Rührwerk und den Rohrwänden erzeugt werden. Gemäß einer Ausführungsform besteht das Rührwerk 110 aus einem antistatischen Polymer, um den Ladungsaufbau zu verringern. Gemäß einer anderen Ausführungsform besteht das Rührwerk 110 aus Stahl. Das Rührwerk 110 ist zumindest gegenüber der Temperatur hitzebeständig, auf die das Pulver erhitzt werden soll.
Die Vorsprünge / Klingen 120, 122, 124, 126 des Rührwerks 110 können beispielsweise 1,5 mm breit sein. Die optimale Breite und Gesamtgröße der Vorsprünge / Klingen variiert jedoch in Abhängigkeit von der Größe des Pulverbehälters 115, von den Eigenschaften des Pulvers, den Umwelteigenschaften wie Feuchtigkeit und Temperatur und von den Prozesseigenschaften wie der Drehzahl.
Wie oben angegeben ist, drehen sich die Vorsprünge / Klingen des Rührwerks 110 infolge der Drehung der Welle 135 innerhalb des Pulverbehälters 115. Die Vorsprünge / Klingen 120, 122, 124, 126 interagieren mit dem Pulver, das aus dem Förderrohr 440 in den Pulverbehälter 115 eintritt, und verhindern somit, dass das Pulver sich verdichtet und stattdessen in einem frei fließenden Zustand vom Einlass, oder von den Einlässen, 101 aus entlang des Pulverbehälters 115 fließen und sich ausbreiten kann. Gemäß einer Ausführungsform ist ein Ende der Welle 135 mit einem Motor (nicht dargestellt) verbunden, der die Welle 135, und damit die Vorsprünge / Klingen 120, 122, 124, 126, innerhalb des Pulverbehälters 115 drehen kann; beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 200 U / min (Umdrehungen pro Minute).
Wie in 4 bis 6 dargestellt ist, umfasst der Pulverbehälter 115 einen Überlaufauslass 102, so dass das Pulver, wenn es ein bestimmtes Niveau innerhalb des Pulverbehälters 115 erreicht, durch den Auslass 102 und entlang eines Umlaufrohrs (Überlaufrohr) 150 fließt. Das Rohr 150 kann so angeordnet sein, dass das Pulver durch Gravitationskraft in das Rohr eintritt und in ihm entlang fliesst.
Gemäß der in 7 dargestellten Ausführungsform kann das Umlaufrohr 150 an einem Punkt stromaufwärts des Einlassrohres 430 mit dem Förderrohr 440 verbunden sein, so dass das zurückgeführte, nicht verwendete aber erhitzte, Pulver am Einlass 103 in das Förderrohr 440 eintritt und mit der Förderschnecke 45 im Förderrohr 440 entlang gefördert wird. Das Überlaufpulver tritt in das Förderrohr 440 ein, wenn das Pulver im Förderrohr 440 einen niedrigen Stand erreicht, und wird, sobald es eingetreten ist, mit dem Neupulver gemischt, das in das Förderrohr 440 vom Einlassrohr 430 durch den Einlass 100 eintritt, und zurück zum Pulverbehälter 115 gefördert. Dementsprechend wird nicht verwendetes Überlaufpulver zur Wiederverwendung in das Förderrohr 440 zurückgeführt.
Gemäß einer Ausführungsform, in 4 dargestellt, kann das Umlaufrohr 150 ein Rührwerk umfassen, beispielsweise eines wie unter Bezugnahme auf 8 bis 12 beschrieben, das über einen Teil oder über die gesamte Länge des Umlaufrohrs 150 angeordnet ist, um einen freien durch die Schwerkraft unterstützten Fluss des Pulvers entlang des Überversorgungsrohrs 150 sicherzustellen.
Das Umlaufrohrs 150 kann wärmeisoliert sein. Alternativ kann das Umlaufrohr 150, wenn das Förderrohr 440 erwärmt wird, auch erwärmt werden, vorzugsweise auf die gleiche Temperatur, wobei das Pulvermaterial die erhöhten Temperaturen ohne Qualitätsverlust tolerieren kann.
In Bezug auf 4 bis 6 wird die Abgabe von Pulver auf die Arbeitsfläche 170 beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine Dosierklinge 160, die an oder nahe der Oberseite des Pulverbehälters 115 vorgesehen ist. Die Dosierklinge 160 kann sich um die entlang der Längenrichtung des Pulverbehälters 115 sich erstrecktende Drehachse C der Welle 165 drehen. Die Dosierklinge 160 ist oberhalb des Rührwerks 110 angeordnet.
Bei einer Umdrehung um 180 Grad kann die Dosierklinge 160 Pulver, das sich nahe der Oberseite des Pulverbehälters 115 angesammelt hat, in Form einer Pulveraufhäufung entlang der Länge der Oberseite des Pulverbehälters 115 auf der Arbeitsfläche 170 auftragen.
Wie in 4 dargestellt ist, wird das Pulver dann durch eine auf einem Pulververteilungsschlitten 300 angeordneten Walze 320 über die Arbeitsfläche 170 verteilt, wobei der Pulververteilungsschlitten nachstehend ausführlicher erörtert wird. Die Walze 320 bedeckt die Arbeitsfläche 170, und somit die Baufläche 190, mit einer dünnen Pulverschicht. Die Dicke der Pulverschicht wird durch den Abstand bestimmt, um den der Boden 205 der Baukammer 200 relativ zur Oberseite der vorherigen Pulverschicht abgesenkt wird.
Das herzustellende dreidimensionale Objekt 500 wird innerhalb der Baufläche 190 der Baukammer 200 gebildet. Eine dünne Pulverschicht wird über den Boden 205 der Baukammer 200 verteilt. Das Pulver wird bedruckt und gesintert, wie im Detail nachfolgend beschrieben wird, wonach der Boden 205 der Baukammer 200 innerhalb der Baukammer 200 abgesenkt wird und die nächste Pulverschicht auf dem bedruckten Pulverbett verteilt wird. Die Pulverschichten werden durch aufeinanderfolgende Verteilungs- / Druck- / Sinterschritte aufgebaut, wobei nach jedem Schritt der Boden 205 der Baukammer 200 innerhalb der Baukammer 200 um eine Schichtdicke abgesenkt wird.
Jegliches überschüssige Pulver am Ende der Überfahrt der Walze 320, das nicht zum Abdecken der Baufläche 190 verwendet wurde, kann zur weiteren Verwendung zurückgewonnen werden. 4 zeigt einen Rückfuhreinlass 210, der auf einer der Dosierklinge 160 gegenüberliegenden Seite der Arbeitsfläche 170 vorgesehen ist. Der Rückfuhreinlass 210 kann so angeordnet sein, dass er überschüssiges Pulver aufnimmt, das von der Walze 320 in den Rückfuhreinlass 210 geschoben wird.
Der Rückfuhreinlass 210 ist an ein Rückfuhrrohr 220 gekoppelt. Das Rückfuhrrohr 220 kann zwei Rohre umfassen, nämlich ein oberes Rückfuhrrohr 220A und ein unteres Rückfuhrrohr 220B. Der Rückfuhreinlass 210 kann ein Rührwerk enthalten, um das Pulver in einem frei fließenden Zustand zu halten, wie bereits unter Bezugnahme auf 8 bis 12 beschrieben wurde. Das überschüssige Pulver fließt das Rückführrohr 220 entlang, welches so angeordnet sein kann, dass das überschüssige Pulver durch Gravitationskraft fliesst.
In 7 ist dargestellt, dass das Rücklaufrohr 220 (das untere Rückfuhrrohr 220B) an einer Stelle stromaufwärts des Einlassrohres 430 mit dem Förderrohr 440 verbunden sein kann. Somit tritt das überschüssige Pulver am Einlass 104 in das Förderrohr 440 ein, wenn das Pulver im Zufuhrrohr einen niedrigen Stand erreicht, und wonach es durch die Förderschnecke 445 im Förderrohr 440 entlang gefördert wird. Das überschüssige Pulver vermischt sich mit dem Neupulver, das am Einlass 100 vom Einlassrohr 430 in das Förderrohr 440 eintritt, und wird erneut dem Pulverbehälter 115 zugeliefert. Dementsprechend wird nicht verwendetes, überschüssiges Pulver im Rückfuhrrohr 220 durch Gravitationskräfte entlang dem Förderrohr 440 zurückgeführt, um wiederverwendet zu werden.
Das Rückfuhrrohr 220 kann wärmeisoliert sein. Bei Verwendung von Pulvermaterialien, die längere erhöhte Temperaturen ohne wesentlichen Qualitätsverlust tolerieren können, kann das Förderrohr 440, und ebenso das Rückführrohr 220, erwärmt werden, vorzugsweise auf die gleiche Temperatur.
Wie in 4 dargestellt ist, kann das Rückfuhrrohr 220 mit dem Umlaufrohr 150 verbunden sein, so dass das überschüssige Pulver und das Überlaufpulver am gleichen Einlass in das Förderrohr 440 eintreten. Es kann vorteilhaft sein, das Rückfuhrrohr 220 mit dem Umlaufrohr 150 zu verbinden, um die Eintrittspunkte in das Förderrohr 440 zu minimieren. Zusätzlich wird durch die Kombination des überschüssigen Pulvers und des Überlaufpulvers vor dem Eintritt in das Förderrohr 440 dem überschüssigen Pulver und dem Überlaufpulver die gleiche Priorität eingeräumt, in das Förderrohr 440 eingeführt zu werden.
Alternativ kann das Umlaufrohr 220 an einem Einlass 104 stromaufwärts des Einlasses 100 vom Einlassrohr 430, und beispielsweise auch stromaufwärts des Einlasses 103 des Umlaufrohrs, mit dem Förderrohr 440 verbunden sein. Dies priorisiert die Verwendung von Pulver aus dem Umlaufrohr gegenüber dem des Rückfuhrrohrs. Diese Anordnung ist in 7 dargestellt.
Es versteht sich, dass Verweise auf das Einlassrohr 430, das Umlaufrohr 150 und das Rückfuhrrohr 220 solche Rohre nicht auf die Form eines zylindrischen Querschnitts beschränken. Stattdessen können die Rohre einen beliebigen geeigneten Querschnitt aufweisen, beispielsweise den eines Halbkreises, eines länglichen oder rechteckigen Querschnitts usw. Ferner können der Pulverbehälter 115, das Einlassrohr 430, das Umlaufrohr 150 und das Rückfuhrrohr 220 als Pulverströmungswege betrachtet werden. Darüber hinaus können der Pulverbehälter 115, das Einlassrohr 430, das Umlaufrohr 150 und / oder das Rückfuhrrohr 220 ein Rührwerk umfassen, dass das Pulver in einem frei fließenden Zustand erhält, während es entlang dieser Pulverströmungswege fliesst.
In Bezug auf den Betrieb des Pulververteilungsschlittens 300 und des Druckschlittens 350 zeigt 1 zwei unabhängig voneinander bedienbare Schlitten 300, 350, die oberhalb der Arbeitsfläche der Vorrichtung vorgesehen sind. Der Pulververteilungsschlitten 300 umfasst eine Walze 320, und der Druckschlitten 350 umfasst eine Sinterquelle 360, wie beispielsweise eine Sinterlampe, und Druckköpfe 370. Der Pulververteilungsschlitten 300 kann auch eine Vorwärmequelle 310 umfassen.
Die Vorwärmequelle 310 und die Sinterquelle 360 sind Infrarotstrahlungsquellen, die Halogenlampen umfassen können, entweder in Form von modularen Quellen oder einer einzelnen Lampe voller Breite; Anordnungen von Leuchtdioden (LEDs) für Infrarotstrahlung (IR); Keramiklampen; oder andere geeignete Infrarotstrahler.
Der eine / die mehreren Druckköpfe zum Drucken des RAM können Standard-Drop-on-Demand-Druckköpfe sein, wie ein Xaar 1003-Druckkopf, die zur Verwendung in einer HSS-Vorrichtung geeignet sind. Der Xaar 1003 Druckkopf kann beispielsweise RAM suspendiert oder löslich in einer Vielzahl von Flüssigkeiten auftragen und verträgt aufgrund seiner hochwirksamen Tintenkreislauftechnologie die herausfordernde heiße und partikelförmige Umgebung eines HSS-Druckers gut.
In Bezug auf 1 können die Schlitten 300, 350 über Motoren, die auf jedem Schlitten vorgesehen sind und den gleichen Antriebsriemen verwenden, über die Arbeitsfläche 170 der Vorrichtung 1 verfahren werden, obwohl andere im Stand der Technik bekannte Verfahren zum Bewegen der Schlitten verwendet werden können. Gemäß einer Ausführungsform sind die zwei Schlitten 300, 350 auf demselben Schienensatz beweglich. Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die beiden Schlitten 300, 350 auf getrennten Schienen beweglich.
Nach der Drehung der Dosierklinge 160, die eine Pulveraufhäufung auf die Arbeitsfläche 170 liefert, faehrt er Pulververteilungsschlitten 300 über die Dosierklinge 160 und verteilt das Pulver über die Arbeitsfläche 170 der Vorrichtung. Die Pulveraufhäufung wird von der Walze 320 über die Arbeitsfläche 170 verteilt, so dass die Baufläche 190 mit einer Pulverschicht bedeckt und überschüssiges Pulver in den Rückfuhreinlass 210 geschoben wird. In Ausführungen, in denen der Pulververteilungsschlitten 300 weiter einen Vorheizquelle 310 umfasst, erwärmt die Vorheizquelle 310 die Pulverschicht sobald sie durch die Walze 320 über die Baufläche 190 verteilt wird. Anstelle der am Pulververteilungsschlitten 300 angeordneten Vorwärmequelle 310 kann die Vorrichtung eine oberhalb der Baufläche 190 angeordnete Strahlungsquelle umfassen.
Der Druckschlitten 350 wird danach über die Arbeitsfläche 170 der Vorrichtung verfahren, und ein Absorber, wie beispielsweise ein strahlungsabsorbierendes Material (RAM), wird gemäß Bilddaten, die das Muster jeder Schicht des endgültigen Objekts, das gebaut wird, definieren, durch die Druckköpfe 370 auf die Pulverschicht innerhalb der Baufläche 190 gedruckt. Die bedruckten Bereiche der Pulverschicht in der Baufläche 190 werden dann gesintert, wenn die Sinterlampe 360 über die gesamte Baufläche 190 verfahren wird, so dass nur das Pulver, das den Absorber erhalten hat, sich ausreichend erwärmt, um zu schmelzen.
Der Boden 205 der Baukammer 200 wird innerhalb der Baukammer 200 abgesenkt, die nächste Pulverschicht wird von der Walze 320 über die Arbeitsfläche 170 verteilt, und der Prozess beginnt erneut. Der Baukammerboden 205 wird um eine Schichtdicke abgesenkt, welche im Bereich von 0,1 mm liegen kann.
Um einen einfachen Zugang zur Baufläche 190 zu ermöglichen, können die Schienen vertikal voneinander versetzt sein. Beispielsweise kann sich die Schiene an der Vorderseite der Maschine unterhalb der Höhe der Arbeitebene befinden, um einen einfachen Zugang zur Kammer zu ermöglichen, während sich die hintere Schiene oberhalb der Höhe der Arbeitebene befinden kann, um den Zugang zur Wartung oder Reinigung der Schiene zu ermöglichen. Die Position der Schlitten 300, 350 relativ zur Baufläche 190 kann durch einen Positionssensor überwacht werden, der an jedem Schlitten 300, 350 vorgesehen ist. Die Positionssensoren können Magnetsensoren mit einer Skala, die an einem statischen Teil der Maschine angebracht ist, ein Drehcodierer, ein optischer Sensor mit einer auf einem statischen Teil der Maschine montierten Skala, Laserpositionierung usw, sein.
Wie vom Stand der Technik bekannt ist, laufen High Speed Sinter-Maschinen bei hohen Temperaturen, insbesondere in Nähe der Baufläche. Beispielsweise kann die Temperatur in Nähe der Baufläche etwa 130°C betragen. Folglich müssen temperaturempfindliche Elemente der Maschine, wie beispielsweise die Druckköpfe 370, möglicherweise vor der Hitze geschützt werden. Beispielsweise kann ein die Druckköpfe umgebendes isoliertes Gehäuse vorgesehen sein, um eine solche Abschirmung bereitzustellen.
Über der Baufläche kann eine Heizung 460 vorgesehen sein, um eine gleichmäßige Temperatur der Baufläche bereitzustellen. Die Heizung 460 kann eine beliebige feste Infrarotstrahlungsquelle sein, wie beispielsweise keramische IR-Lampen oder eine andere geeignete Strahlungsquelle.
Gemäß einer Ausführungsform können Lager auf einer Seite jedes Schlittens 300, 350 vorgesehen sein, wobei die Lager rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Schlitten 300, 350 beweglich sind, damit sich die Schlitten 300, 350 mit Temperaturänderungen ausdehnen oder zusammenziehen können. Wie bekannt ist es vorteilhaft, mehrere unbedruckte Schichten aus Pulver auf den Boden der Baukammer 205 aufzutragen, um eine gleichmäßige Temperatur der Baufläche zu erreichen, was die Auswirkungen einer Ungleichmäßigkeit der Temperaturverteilung über die Oberfläche der Baufläche 190 mildert. Dies kann zusätzlich zu einer Beheizung des Baukammerbodens 205 erfolgen.
Eine Druckkopfreinigungsstation kann vorgesehen sein, die sich am gegenüberliegenden Ende der Arbeitsebene zur Dosierklinge 160 befinden kann. Sobald der Druckschlitten 350 das Ende einer Überfahrt erreicht hat, können die Druckköpfe 370 vor der nächsten Überfahrt gereinigt werden. Die Druckköpfe 370 können nach jeder Überfahrt, nach einer vorbestimmten Anzahl von Überfahrten, oder auf ein Signal eines Überwachungssystems der Druckkopfdüsen hin gereinigt werden.
Obwohl die beschriebenen Erfindung in Bezug auf eine Vorrichtung für High Speed Sintering und ein Sinterverfahren beschrieben wurde, versteht sich, dass die Rührwerke und Mischwerke gleichermaßen in Verbindung mit anderen Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung dreidimensionaler Objekte verwendet werden können, bei denen Pulver auf eine Arbeitsfläche abgegeben wird. Dies kann beispielsweise Lasersintern, Druck- und Bindemittel- oder Elektronenstrahlvorrichtungen und -verfahren unter Verwendung einer Vielzahl von Pulvermaterialien umfassen.
Abwandlungen und alternative Ausführungsformen
Detaillierte Ausführungsformen wurden zusammen mit möglichen Abwandlungen und Alternativen beschrieben. Der Fachmann wird erkennen, dass weitere Verbesserungen, Änderungen und Alternativen zu den vorstehenden beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Verfahren abzuweichen. Einige besondere Änderungen werden nun wie folgt beschrieben:
Behältersensor(en)
Der Vorratsbehälter 410 kann ferner einen oder mehrere Sensoren zum Erfassen oder Messen des Pulverstands in dem Vorratsbehälter 410 umfassen. Dies ist vorteilhaft, um eine Fehlfunktion der Mischeinrichtung 420 sowohl als das Verdichten des Pulvers in dem Vorratsbehälter 410 zu vermeiden. Darüber hinaus ist es durch Erfassen des Pulverstands im Vorratsbehälter 410 möglich, sicherzustellen, dass sich genügend Pulver im Vorratsbehälter 410 befindet, um das dreidimensionale Objekt herzustellen. Der oder jeder Sensor kann ein binärer, digitaler oder analoger Sensor sein. Der Sensortyp ist nicht eingeschränkt. Jede Art von Sensor, die auf dem Fachgebiet allgemein bekannt ist, wie ein optischer Sensor, ein kapazitiver Sensor, ein thermischer Sensor, ein Rotationssensor usw kann zur Ermittlung des Pulverfüllstandes verwendet werden.
Die Vorrichtung kann ferner eine Steuerung umfassen, der der gemessene Pulvergehalt zugeführt werden kann. Sobald der gemessene Pulvergehalt einen Schwellenwert überschreitet, kann die Steuerung die Mischeinrichtung 420 stoppen oder den Benutzer durch Senden von Signalen oder durch Anzeigen auf einem Display warnen.
V orratsbehälterschließsystem
Wie in 13 und 14 dargestellt wird, kann der Vorratsbehälter 410 ferner eine Auslassöffnung (z. B. einen Schlitz oder eine andere Öffnung) zum Entleeren des Inhalts des Vorratsbehälter 410 umfassen, sowie ein Mittel C1, C2 zum Freilegen der Öffnung (wie z.B. Ventil, ein von einem Aktuator betätigter Schalter, ein Gleitmechanismus wie eine Platte, oder ein Bewegungsmechanismus), damit das Pulver herausfließen kann. Das Mittel könnte an einer niegrigsten Stelle des Vorratsbehälter 410 angeordnet sein, so dass das Pulver durch Gravitationskraft herausfließen kann.
Darüber hinaus kann der Vorratsbehälter 410 eine separate Öffnung (nicht gezeigt) zur Wartung aufweisen - zum Beispiel, um den Vorratsbehälter 410 zu entleeren und um auf die internen Komponenten des Pulverumlaufystems zuzugreifen, ohne den Vorratsbehälter oder andere Hauptkomponenten des Pulverumlaufsystems zu entfernen. Auf diese Öffnung kann durch Schrauben und eine Verschlussplatte zugegriffen werden.
Schlussbemerkungen
Ein Rührwerk zum Rühren von Pulver innerhalb eines Pulverströmungsweges einer Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Objekte wird hierin beschrieben. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die zumindest teilweise Drehung des Rührwerks eine vollständige Drehung des Rührwerks um die Drehachse.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt die Oberfläche der Vorsprünge, auf die das Pulver entlang der Drehrichtung trifft, weniger als 50% einer Fläche, die von den Vorsprüngen entlang des Rührwerks von einer Außenkante der Vorsprünge bis zur Rotationsachse (Abstand AWM) überstrichen wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform beträgt die Oberfläche der Vorsprünge, auf die das Pulver entlang der Drehrichtung trifft, weniger als 75% einer Fläche, die von den Vorsprüngen entlang des Rührwerks von einer Außenkante der Vorsprünge bis zur Rotationsachse (Abstand AWM) überstrichen wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform beträgt die Oberfläche der Vorsprünge, auf die das Pulver entlang der Drehrichtung trifft, weniger als 85% einer Fläche, die von den Vorsprüngen entlang des Rührwerks von einer Außenkante der Vorsprünge bis zur Rotationsachse (Abstand AWM) überstrichen wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform erstreckt sich der mindestens eine Vorsprung innerhalb einer Ebene senkrecht zur Drehachse und von der Drehachse aus hinweg.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Vorsprung einen Hohlraum, der innerhalb des Vorsprungs ausgebildet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform liegt der in dem Vorsprung gebildete Hohlraum bei 50% der von dem Vorsprung abgedeckten Fläche, und bevorzugt bei mindestens 90% der von dem Vorsprung abgedeckten Fläche.
Gemäß einer anderen Ausführungsform verlängert der mindestens eine Vorsprung die Reichweite, über die das Rührwerk in Kontakt mit dem Pulver steht.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Vorsprung mehrere Vorsprünge, die in beabstandeter Anordnung bereitgestellt sind.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Vorsprung zwei oder mehr Vorsprünge, die sich in entgegengesetzten Richtungen nach außen erstrecken.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Vorsprung zwei oder mehrere Vorsprünge, und das Rührwerk umfasst ferner mindestens einen Hohlraum, der zwischen den zwei oder mehreren Vorsprüngen ausgebildet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Vorsprung eine gerade Anzahl von Spiralklingen, die sich entlang der Länge des Rührwerks, über die das Rührwerk mit dem Pulver in Kontakt steht, erstrecken, wobei die Spiralklingen eine entgegengesetzte Steigungen aufweisen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Hohlraum innerhalb der geraden Anzahl von Spiralklingen gebildet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Vorsprung ein hitzebeständiges, elektrisch leitendes Material.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Vorsprung ein antistatisches Polymer.
Eine Mischeinrichtung für einen Pulverbehälter einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts ist hierin beschrieben. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Mischeinrichtung ferner: mindestens eine Klinge, die sich von der mindestens einen Strebe in den Baupulverbehälter erstreckt und mit der mindestens einen Strebe einen spitzen Winkel bildet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die mindestens eine Strebe eine Vorderkante, die sich parallel zur Drehachse erstreckt, und eine Hinterkante, die der Drehrichtung zugewendet einen stumpfen Winkel bildet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform erstreckt sich die mindestens eine Strebe von einer Umfangskante der mindestens einen Grundplatte.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die mindestens eine Grundplatte zwei Grundplatten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform mischt die Mischeinrichtung mindestens zwei Pulver zusammen, um eine Mischung mit einer gleichmäßigen Verteilung der mindestens zwei Pulver zu bilden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfassen die mindestens zwei Pulver Neupulver und Pulver, das zuvor in der Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts verwendet, aber nicht gesintert, wurde.

Claims

Mischeinrichtung für einen Pulverbehälter einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei die Mischeinrichtung angeordnet ist, sich innerhalb des Pulverbehälters um eine Drehachse zu drehen, und weiterhin mindestens eine Grundplatte; und mindestens eine Strebe umfasst, wobei die mindestens eine Strebe sich von der mindestens einen Grundplatte erstreckt, und einen der Drehrichtung zugewandten stumpfen Winkel bildet, und wobei die Strebe ferner angeordnet ist dass sie sich in den Pulverbehälter erstreckt.
Die Mischeinrichtung nach Anspruch 1, die weiter mindestens eine Klinge umfasst, die sich von der mindestens einen Strebe in den Pulverbehälter erstreckt und mit der mindestens einen Strebe einen spitzen Winkel bildet.
Die Mischeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Strebe ebenflächig ist und einen stumpfen Winkel mit der Außenkante der Grundplatte bildet.
Die Mischeinrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei mindestens eine Strebe eine sich parallel zur Drehachse erstreckende Vorderkante, und eine Hinterkante, die den in Drehrichtung zugewandten stumpfen Winkel bildet, umfasst.
Die Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich die mindestens eine Strebe von einer Umfangskante der mindestens einen Grundplatte erstreckt.
Die Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mindestens eine Strebe so and der Grundplatte angeordnet ist, dass sie dicht an der Innenwandfläche des Pulverbehälters entlangstreichen kann.
Die Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner eine zweite Grundplatte umfasst, wobei mehrere Streben sich zwischen der ersten und zweiten Grundplatte erstrecken und die Grundplatten verbinden.
Die Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mindestens eine Strebe angeordnet ist, das Pulver anzuheben, wenn die Mischeinrichtung um die Drehachse gedreht wird.
Die Mischeinrichtung nach Anspruch 8, die weiter mindestens eine Klinge umfasst, die sich von der mindestens einen Strebe in den Pulverbehälter erstreckt und mit der mindestens einen Strebe einen spitzen Winkel bildet, wobei die mindestens eine Klinge angeordnet ist, das Pulver in axialer Richtung zu bewegen, wenn die Mischeinrichtung um die Drehachse gedreht wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, die eine Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.