DE60320588T2

DE60320588T2 - Verfahren und system zum drucken eines dreidimensionalen gegenstandes

Info

Publication number: DE60320588T2
Application number: DE60320588T
Authority: DE
Inventors: Guy Menchik; Hanan Gothait; Eliahu M. Kritchman
Original assignee: Object Geometries Ltd
Current assignee: Object Geometries Ltd
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2023-11-13
Also published as: EP1581902A1; US20140339720A1; HK1156280A1; EP1581902B1; US20110289791A1; EP1581902A4; US7996101B2; EP1938952A3; AU2003279508A1; US10632679B2; US20200254693A1; WO2004044816A1; EP1938952A2; US20170355144A1; US11179881B2; EP2298539B1; EP2298539A1; DE60320588D1; US20100208016A1; US8798780B2

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren, die beim Drucken dreidimensionaler Objekte nutzbar sind. Genauer beziehen sich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf Systeme, Verfahren und Vorrichtungen für das Management der Zufuhr von Modelliermaterialien zur Verwendung beim Drucken dreidimensionaler Objekte.
STAND DER TECHNIK
Das dreidimensionale Drucken (3D-Drucken) ist ein Prozess, der zum Drucken dreidimensionaler Objekte, insbesondere durch Drucken oder Aufbauen von Teilen solcher Modelle in Schichten, nutzbar ist. Solche 3D-Modelle können z. B. für die Herstellung von Prototypteilen und/oder Werkzeugen zur Verwendung bei der Herstellung von 3D-Produkten oder -Modellen verwendet werden.
Für das computergestützte dreidimensionale Drucken sind verschiedene Systeme entwickelt worden, wobei das Material für das Objektdrucken gemäß einer vorgegebenen Konfiguration in aufeinanderfolgenden Schichten oder in ausgewählten Anordnungen, wie es z. B. durch ein mit den Drucksystemen verbundenes System für die computergestützte Entwicklung (CAD-System) definiert wird, abgelagert wird. Solche Materialien können Materialien zum Konstruieren eines Objekts und Materialien, die zum Konstruieren von Stützstrukturen für ein Objekt verwendet werden, enthalten.
US 6 405 095 offenbart einen Prozess und eine Vorrichtung zur Fertigung fester Freiformen zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts. Der Prozess umfasst die folgenden Schritte: (1) Betreiben eines Materialablagerungs-Teilsystems zum Abgeben von Tröpfchen verfestigbarer Flüssigkeitszusammensetzungen bei Bedarf auf ausgewählte Stellen einer Objektarbeitsoberfläche zur Verwendung einer fokussierten Wärmequelle zum Aufrechterhalten einer von Wärme beeinflussten Zone auf der Arbeitsfläche und zum Erzeugen eines Schmelz-Pools geschmolzener Materialien auf dieser Arbeitsoberfläche durch Injizieren ausgewählter Pulverpartikel in diese von Wärme beeinflusste Zone und (2) während des Materialablagerungsprozesses, Bewegen des Ablagerungsteilsystems und der Arbeitsoberfläche relativ zueinander in einer durch die erste und durch die zweite Richtung definierten X-Y-Ebene und in einer zu der X-Y-Ebene orthogonalen Z-Richtung, sodass die Materialien so abgelagert werden, dass sie eine erste Schicht des Objekts bilden. Nachdem sich die von Wärme beeinflusste Zone wegbewegt hat, erstarrt dieses Material in dem Schweiß-Pool, um Abschnitte einer Schicht abzubauen. Diese Schritte werden wiederholt, um mehrere Schichten abzulagern, um eine dreidimensionale Form aufzubauen.
Einige dreidimensionale Drucker nutzen einen Druckkopf, z. B. einen Druckkopf vom Tintenstrahltyp, durch den Material zum Drucken dreidimensionaler Objekte ausgestoßen wird. Der Druckkopf kann Material aus einem Vorratsbehälter ziehen, der das Material enthält. Der Vorratsbehälter kann mit dem Druckkopf verbunden sein und kann dem Druckkopf das Material über ein Rohr oder über Rohre zuführen. Ein üblicher Typ eines Vorratsbehälters kann aus einem Behälter wie etwa einer Kartusche bestehen, der Aufbaumaterial enthält. Es können weitere Typen von Vorratsbehältern und Zufuhrsystemen verwendet werden.
Das Drucken eines gegebenen dreidimensionalen Objekts kann eine endliche und berechenbare Menge an Aufbaumaterial für die Fertigstellung erfordern. Es kann vorteilhaft sein, ein System für das effiziente Management der Zufuhr von Materialien zur Verwendung während eines Druckprozesses zu haben.
WO-A-9728955 offenbart ein System in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff von Anspruch 11, US-A-6165406 offenbart ein Verfahren in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff von Anspruch 1.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Management und für die Steuerung der Zufuhr von Aufbaumaterialien in Vorrichtungen zum Drucken dreidimensionaler Objekte. Ein Drucksystem gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Steuereinheit, eine Druckvorrichtung und eine Kartusche, einen Behälter oder ein Zufuhrsystem, die/der/das einen Sensor zum Messen des Status des Aufbaumaterials in der Kartusche enthalten kann, enthalten. In anderen Ausführungsformen kann die 3D-Druckvorrichtung ein System wie etwa eine Menge von Ventilen oder eine Ventilmatrix zum Steuern der Zufuhr von Aufbaumaterialien von wenigstens einer Kartuschenvorrichtung oder einem Zufuhrsystem zu der Druckvorrichtung enthalten.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können das Management und die Steuerung von Materialien durch das Messen von Daten über den Status des Aufbaumaterials in wenigstens einem Druckkartuschen- oder Zufuhrsystem und durch das Verarbeiten der Aufbaumaterial-Statusdaten zum Bestimmen von Parameter des Aufbaumaterials erzielt werden. Ferner kann die Drucksteuereinheit Zufuhrparameter des Aufbaumaterials bestimmen und die Zufuhr des Aufbaumaterials von zwei oder mehr Kartuschen gemäß den Zufuhrparametern steuern. In einigen Ausführungsformen kann die Drucksteuereinheit Nachrichten an einen Betreiber senden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Prinzipien und der Betrieb des Systems, der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung können besser verstanden werden anhand der Zeichnungen und der folgenden Beschreibung, wobei diese Zeichnungen selbstverständlich nur für Veranschaulichungszwecke dargestellt und nicht zur Beschränkung vorgesehen sind, wobei:
1 ein Blockschaltplan eines 3D-Druckersystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine schematische Darstellung einer Kartuschenvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine graphische Darstellung eines Kartuscheninnenbeutels gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Kartuschen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
5 eine schematische Darstellung eines Kartuschengehäuses und zugeordneter Komponenten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
6 eine Ablaufplandarstellung eines beispielhaften Verfahrens zum Steuern der Materialzufuhr zu einer 3D-Druckvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Es ist klar, dass die in den Zeichnungen gezeigten Elemente zur Einfachheit und Klarheit der Darstellung nicht notwendig maßstäblich gezeichnet sind. Zum Beispiel können die Abmessungen einiger der Elemente im Verhältnis zu anderen Elementen der Klarheit halber überhöht sein. Ferner können dort, wo es für geeignet gehalten wird, Bezugszeichen zwischen den Zeichnungen wiederholt sein, um über die aufeinanderfolgenden Ansichten entsprechende oder analoge Elemente zu bezeichnen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung wird dargestellt, um zu ermöglichen, dass der Durchschnittsfachmann die Erfindung, wie sie im Kontext einer besonderen Anwendung und ihrer Anforderungen dargestellt wird, herstellt und verwendet. Für den Fachmann sind verschiedene Änderungen an den beschriebenen Ausführungsformen offensichtlich, wobei die hier definierten allgemeinen Prinzipien auf andere Ausführungsformen angewendet werden können. Somit soll die vorliegende Erfindung nicht auf die besonderen gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern den weitesten Anwendungsbereich erhalten, der mit den hier offenbarten Prinzipien und neuen Merkmalen vereinbar ist. In anderen Fällen sind gut bekannte Verfahren, Prozeduren und Komponenten nicht detailliert beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht zu verdecken.
Es wird angemerkt, dass der Begriff "Aufbaumaterial", wie er hier verwendet wird, Modell- oder "Modellier-"material, Stützmaterial und/oder irgendeine geeignete Kombination von Modellmaterial und/oder Stützmaterial enthalten kann, das beim Aufbauen, Bilden, Modellieren, Drucken oder einer anderen Konstruktion dreidimensionaler Objekte (3D-Objekte) oder dreidimensionaler Modelle (3D-Modelle) verwendet wird. Das Aufbaumaterial kann Material, das zum Erzeugen von Modellen verwendet wird, Material, das zum Ändern solcher Materialien verwendet wird (z. B. Farbstoffe, Füllstoffe usw.), Stützmaterial oder anderes Material, das bei der Erzeugung der Objekte verwendet wird, gleich, ob es in dem Endobjekt verwendet wird oder nicht, enthalten.
In einigen 3D-Drucksystemen kann die Fertigstellung eines 3D-Objekts z. B. eine Anzahl von Stunden dauern, wobei das Aufbaumaterial von einer oder mehreren Zufuhrquellen (z. B. Kartuschen, Vorratsbehälter, Beuteln usw.) während dieser Zeit austrocknen oder sich erschöpfen kann. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die für das Objektdrucken erforderlichen Aufbaumaterialquellen, z. B. ein oder mehrere dreidimensionale Aufbaumaterial-Lagerbehälter wie etwa Druckerkartuschen oder andere geeignete Quellen, überwacht werden, wobei z. B. die Zufuhr von Materialien so gesteuert werden kann, dass Aufbaumaterialien bei Bedarf bereitgestellt werden. Außerdem kann die Zufuhr von Aufbaumaterialien mehrerer Farben oder Typen, die für das Drucken eines gegebenen Objekts erforderlich ist, überwacht und wahlweise gesteuert werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Vorrichtungen und Verfahren für das Management und die Steuerung der Zufuhr von Material oder Materialien schaffen, die für das Drucken dreidimensionaler Prototypobjekte wie etwa Modelle in dreidimensionalen Drucksystemen erforderlich sind. In einigen Ausführungsformen können solche Steuervorrichtungen und -verfahren die kontinuierliche und unterbrochene Zufuhr von erforderlichem Material (erforderlichen Materialien) zu einer 3D-Druckvorrichtung sicherstellen helfen und die Notwendigkeit der manuellen Überwachung von Materialien und des manuellen Ersatzes von Behältern von Hand während des Druckens beseitigen.
Das Drucksystem und die Drucksystemkomponenten gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können ähnlich Ausführungsformen sein, die in den Patenten der Vereinigten Staaten mit den Nummern 6.259.962, erteilt am 1. März 1999, mit dem Titel "APPARATUS AND METHOD FOR THREE DIMENSIONAL MODEL PRINTING"; und 6.569.373, erteilt am 27. Mai 2003, mit dem Titel "COMPOSITIONS AND METHODS FOR USE IN THREE DIMENSIONAL MODEL PRINTING", sowie in den Patentanmeldungen der Vereinigten Staaten mit den Nummern 09/412.618, eingereicht am 6. Oktober 1999, mit dem Titel "SYSTEM AND METHOD FOR THREE DIMENSIONAL MODEL PRINTING"; 10/424.732, eingereicht am 29. April 2003, mit dem Titel "COMPOSITIONS AND METHODS FOR USE IN THREE DIMENSIONAL MODEL PRINTING"; 10/101.089, eingereicht am 20. März 2002, mit dem Titel "SYSTEM AND METHOD FOR PRINTING AND SUPPORTING THREE DIMENSIONAL OBJECTS"; 09/484.272, eingereicht am 18. Januar 2000, mit dem Titel "SYSTEM AND METHOD FOR THREE DIMENSIONAL MODE"; und/oder 10/336.032, eingereicht am 3. Januar 2003, mit dem Titel "DEVICE, SYSTEM AND METHOD FOR ACCURATE PRINTING OF THREE DEVIENSIONAL OBJECTS" beschrieben sind, und diese verwenden oder auf ihnen beruhen. Allerdings kann das Druckersystem gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch andere Konfigurationen und/oder andere Betriebsverfahren aufweisen. Zum Beispiel kann das Druckersystem gemäß der vorliegenden Erfindung mehr als einen Druckkopf und/oder mehr als eine Materialausgabeeinrichtung, mehr als einen Positionierer, mehr als einen Trockner, mehr als eine Abbildungseinrichtung, mehr als eine Beleuchtungseinrichtung, mehr als eine Einebnungseinrichtung, mehr als einen Sensor, mehr als eine Kartusche, mehr als ein Kartuschenventil usw. enthalten. In anderen Ausführungsformen braucht die schichtweise Ablagerung nicht verwendet zu werden und können andere Trocknungs- oder Erstarrungsverfahren verwendet werden.
1 ist ein Blockschaltplan eines 3D-Druckersystems 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das 3D-Druckersystem 100 kann z. B. eine Steuereinheit 105, eine Druckvorrichtung 140 und eine oder mehrere Zufuhrquellen für dreidimensionales Modelliermaterial wie etwa Kartuschenvorrichtungen 180 oder Kartuschenanordnungen 190 enthalten. In einer typischen Konfiguration wird keine Menge von Kartuschenvorrichtungen außerhalb der Kartuschenanordnungen mit einer getrennten Kartuschenanordnung verwendet, wobei aber eine solche Konfiguration im Anwendungsbereich der Erfindung liegt.
Die Steuereinheit 105 kann z. B. einen Prozessor 110, eine Speichereinheit 115, Software-Code 120 und eine Kommunikationseinheit 125 enthalten. Für eine Steuereinheit oder einen Controller können andere Konfigurationen verwendet werden. Die Steuerfunktionalität kann über die Einheiten verteilt sein und es braucht nicht die gesamte Steuerfunktionalität innerhalb des Systems 100 zu sein. Zum Beispiel kann eine getrennte Einheit wie etwa ein Personal Computer oder eine Workstation oder eine Verarbeitungseinheit innerhalb einer Zufuhrquelle wie etwa einer Kartusche eine gewisse Steuer- oder Datenspeicherfähigkeit bereitstellen. Zum Beispiel kann die Kommunikationseinheit 125 die Übertragung von Daten und Anweisungen zwischen der Steuereinheit 105 und der Druckvorrichtung 140 und/oder zwischen der Steuereinheit 105 und einer oder mehreren Kartuschenvorrichtungen 180 oder Kartuschenanordnungen 190 freigeben.
Die Druckvorrichtung 140 kann z. B. einen Druckkopf 145, eine Materialausgabeeinrichtung 150, einen Positionierer 155, ein Drucktablett 170, Menge von Ventilen (wobei die Menge ein Element enthalten kann) wie etwa eine Ventilmatrix 175, eine Einebnungseinrichtung 157 und einen Trockner 159 sowie irgendwelche anderen geeigneten Komponenten enthalten. Die Druckvorrichtung 140 kann andere geeignete Kombinationen von Komponenten enthalten.
Den Materialzufuhrquellen wie etwa die Kartuschenvorrichtung 180 können sich innerhalb der Druckvorrichtung 140 oder außerhalb der Druckvorrichtung 140 befinden und können sich in einer getrennten Einheit befinden, die mit der Druckvorrichtung 140 verbunden ist. Eine oder mehrere Kartuschenanordnungen 190 können sich in einer oder in mehreren unabhängigen Einheiten befinden, die mit der Druckvorrichtung 140 verbunden werden können. Eine oder mehrere Kartuschenvorrichtungen 180 und/oder Kartuschenanordnungen 190 können z. B. über Rohre, die Aufbaumaterial führen, mit der Ventilmatrix 175 oder mit einer anderen Menge von Ventilen verbunden sein. Um den Status des Modelliermaterials in einer oder mehreren Kartuschen zu bestimmen, können die Kartuschenvorrichtungen 180 und/oder die Kartuschenanordnungen 190 für jede Kartusche einen oder mehrere Sensoren 185 enthalten. Die Kartuschenvorrichtung 180 kann z. B. Modellmaterial und/oder Stützmaterial zur Verwendung durch die Druckvorrichtung 140 zum Drucken von 3D-Objekten bereitstellen. Es können andere geeignete Materialzufuhreinheiten als Kartuschen verwendet werden; z. B. Lagertanks, interne nachfüllbare Tanks, Beutel oder andere Einheiten ohne externe Gehäuse usw. Der eine Sensor oder die mehreren Sensoren 185 können Teil der Kartuschenvorrichtung 180 sein.
Die Steuereinheit 105 kann Computerobjektdaten (COD), die ein Objekt oder ein Modell repräsentieren, wie etwa CAD-Daten im Stereolithographieformat (STL-Format) nutzen. Es können andere Datentypen oder -formate verwendet werden. Um ein 3D-Objekt zu drucken, kann die Steuereinheit 105 solche Daten in Anweisungen für die verschiedenen Einheiten im 3D-Druckersystem 100 umsetzen. Die Steuereinheit 105 kann sich innerhalb der Druckvorrichtung 140 oder außerhalb der Druckvorrichtung 100 befinden. Die Steuereinheit 105 kann sich außerhalb des Drucksystems 100 befinden und z. B. über einen Draht und/oder unter Verwendung drahtloser Kommunikation mit dem Drucksystem 100 kommunizieren. In einigen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 105 ein CAD-System enthalten. In alternativen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 105 teilweise extern gegenüber dem 3D-Druckersystem 100 sein. Zum Beispiel kann eine externe Steuer- oder Verarbeitungseinheit (z. B. ein Personal Computer, eine Workstation, eine Computerplattform oder eine andere Verarbeitungsvorrichtung) einige oder die gesamte Drucksystem-Steuerfähigkeit bereitstellen.
In einigen Ausführungsformen kann eine Druckdatei oder eine andere Sammlung von Druckdaten z. B. durch eine mit dem 3D-Druckersystem 100 verbundene Computerplattform vorbereitet und/oder bereitgestellt und/oder programmiert werden. Die Druckdatei kann verwendet werden, um z. B. über die Bewegung und Aktivierung und/oder Nichtaktivierung einer oder mehreren Düsen 147 des Druckkopfs 145 gemäß dem aufzubauenden 3D-Objekt z. B. die Reihenfolge und die Konfiguration der Ablagerung von Aufbaumaterial zu bestimmen.
Die Steuereinheit 105 kann unter Verwendung irgendeiner geeigneten Kombination von Hardware und/oder Software realisiert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 105 z. B. einen Prozessor 110, einen Speicher 115 und Software oder Betriebsanweisungen 120 enthalten. Der Prozessor 110 kann herkömmliche Vorrichtungen wie etwa eine Zentraleinheit (CPU), einen Mikroprozessor, einen "Einchipcomputer", einen Mikrocontroller usw. enthalten. Der Speicher 115 kann herkömmliche Vorrichtungen wie etwa Schreib-Lese-Speicher (RAM), Nur-Lese-Speicher (ROM) oder andere Speichervorrichtungen enthalten und kann Massenspeicher wie etwa eine CD-ROM oder eine Festplatte enthalten. Die Steuereinheit 105 kann in einer Computervorrichtung wie etwa in einem Personal Computer, in einem Desktop-Computer, in einem mobilen Computer, in einem Laptop-Computer, in einem Server-Computer oder in einer Workstation enthalten sein (sodass ein Teil der Funktionalität der Steuereinheit 105 oder ihre gesamte Funktionalität gegenüber dem 3D-Druckersystem 100 extern sein) oder sie enthalten. Die Steuereinheit 105 kann andere Konfigurationen aufweisen und andere Komponenten enthalten.
Die Steuereinheit 105 kann Daten von einer oder von mehreren Materialzufuhrquellen empfangen und die Zufuhr von Aufbaumaterial zur Druckvorrichtung 140 z. B. durch Steuern der Entnahme oder des Flusses von Materialien von den Druckmaterialquellen wie etwa von den Druckkartuschen steuern. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 105 Software-Code 120 verwenden, um Daten in Bezug auf den Status von Aufbaumaterial in einer oder in mehreren Zufuhrquellen zum Berechnen von Materialparametern für Aufbaumaterial bzw. Aufbaumaterialien, das zum Konstruieren eines oder mehrerer Objekte erforderliche Material und Zufuhrparameter für Materialien in einer oder in mehreren Kartuschen zu verarbeiten. Die Materialstatusdaten können z. B. Typen, Volumina, Massen oder andere Maße, Menge, Status usw. von Aufbaumaterial in einer oder in mehreren Zufuhrquellen angeben. Die Materialparameter können z. B. potentielle Ausbeuten während der Druckverwendung usw. angeben. Zum Beispiel können die Berechnungen des erforderlichen Materials angeben, wie viel Material von einer oder von mehreren Materialzufuhrquellen beim Konstruieren eines oder mehrerer Objekte verwendet werden kann. Zum Beispiel können die Zufuhrparameter gemäß den Anforderungen der Druckvorrichtung 140 für ein bestimmtes Objekt, das gerade gedruckt wird, angeben oder durch die Steuereinheit 105 und/oder durch einen oder mehrere Betreiber bestimmen helfen, ob Aufbaumaterial aus wenigstens einer ausgewählten Kartusche oder anderen Quelle verwendet werden soll (um z. B. die Notwendigkeit eines Quellenumschaltens während eines Objektaufbaus zu verhindern), wann Aufbaumaterial aus einer oder aus mehreren Kartuschen entnommen werden soll und wie viel Aufbaumaterial aus einer oder aus mehreren Kartuschen zu irgendeiner gegebenen Zeit entnommen werden soll. Die Steuereinheit 105 kann mit verschiedenen Komponenten der Druckvorrichtung 140, mit einer oder mit mehreren Kartuschenvorrichtungen 180 und mit einer oder mit mehreren Kartuschenanordnungen 190 geeignet gekoppelt und/oder verbunden sein. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 105 Ventile, Pumpen, Schalter, Kompressions- oder Aufblasvorrichtungen, Positionierungseinheiten, Abgabeeinheiten, Einebnungsvorrichtungen, Trocknungsvorrichtungen oder irgendwelche anderen Systemkomponenten steuern.
Es wird nun Bezug genommen auf 2, die eine schematische Darstellung einer beispielhaften Materialzufuhrquelle wie etwa z. B. einer Kartuschenvorrichtung 200 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist. Die Kartuschenvorrichtung 200, die in das Drucksystem 100 integriert sein kann, kann ein Kartuschengehäuse oder einen Kartuschenhalter 210 zum Unterbringen einer Kartusche 250, die üblicherweise ein Einwegartikel ist, die von der Druckvorrichtung 140 benötigtes Aufbaumaterial aufbewahren kann, enthalten. Die Kartuschen oder Zufuhreinheiten brauchen keine Einwegartikel zu sein. Das Aufbaumaterial kann irgendeine geeignete Art von Objektaufbaumaterial wie etwa z. B. Photopolymere, Wachs, Pulver, Kunststoffe, Metalle sein und kann Modellmaterial oder Stützmaterial oder irgendeine Kombination von Modell- und Stützmaterial oder andere geeignete 3D-Objektdruckmaterialien umfassen. Das Aufbaumaterial kann in die Kartusche 250 eingeführt werden und/oder aus der Kartusche 250 entnommen werden. In anderen Ausführungsformen kann eine Kartuschenvorrichtung eine andere Vorrichtung zum Halten, Aufbewahren oder Verbinden mit anderen Zufuhreinheiten als Kartuschen sein. Es können Kartuschengehäuse oder Aufnahmeeinheiten mit anderen Formen verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die für die Konstruktion des 3D-Objekts verwendeten Modell- und Stützmaterialien in einer flüssigen Form. Solche Materialien können ähnlich denen sein, die in Ausführungsformen des US-Patents Nr. 6.569.373 und der US-Patentanmeldungen Nr. 09/412.618 und 10/424.732, alle vom selben Anmelder und hiermit durch Literaturhinweis eingefügt, beschrieben sind. In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die verwendeten Modell- und/oder Stützmaterialien Photopolymere, die Material enthalten können, das durch elektromagnetische Strahlung und/oder Elektronenstrahlen usw. getrocknet werden kann.
Die Materialien können in verschiedenen Formen, Texturen, Farben usw. auftreten. Es können andere Materialien verwendet werden.
Der Kartuschenhalter oder das Kartuschengehäuse 210 kann so konstruiert sein, dass darin die Kartusche 250 untergebracht ist. Die Kartusche 250 kann an einem Ende einen Griff 265 zur leichten manuellen Handhabung und an einer oder an mehreren Seiten eine oder mehrere Öffnungen (nicht gezeigt), durch die Rohre oder andere Komponenten herausstehen oder eingesteckt sein können, enthalten. Das Kartuschengehäuse 210 kann eine Schnittstelleneinheit oder einen Speichervorrichtungsleser wie etwa einen Speicherchipleser 225, der mit der Drucksteuereinheit 105 verbunden sein kann, enthalten, um Daten von einer oder von mehreren Speichervorrichtungen wie etwa Speicherchips oder von anderen der Kartusche 250 zugeordneten Datenspeichereinheiten zu lesen und die Daten an die Steuereinheit 105 zu übertragen. Es können andere geeignete Datenschnittstellenkarten oder Datenspeichereinheiten verwendet werden. Zum Beispiel brauchen keine Chips verwendet zu werden. Das Kartuschengehäuse 210 kann eine Verbindungseinheit, z. B. eine Wägezelle 230, enthalten, die z. B. einen oder mehrere Sensoren (z. B. einen Sensor 185) zum Messen mechanischer Lasteigenschaften enthalten kann. Die Wägezelle 230 kann z. B. das Kartuschengehäuse 210 am Drucksystem 100 befestigen, die mechanische Last der Kartusche 250 in eine Spannung übersetzen, Signale an die Steuereinheit 105 senden und/oder andere geeignete Funktionen ausführen. Die Steuereinheit 105 kann z. B. ein von der Wägezelle 230 gesendetes Signal in Gewichtsstatusdaten (Massestatusdaten) oder andere geeignete Daten übersetzen und somit z. B. den Status von Aufbaumaterial in einer Kartusche zu irgendeiner gegebenen Zeit bestimmen helfen. In der Wägezelle 230 können sich eine oder mehrere Sensoren, z. B. Gewichtssensoren, befinden, wobei sich aber in der Wägezelle 230 keine Sensoren zu befinden brauchen. Es können andere geeignete Sensoren wie etwa Volumensensoren verwendet werden.
Das Kartuschengehäuse 210 kann z. B. über einen Verbindungsmechanismus 245 oder über irgendeinen anderen geeigneten Verbindungsmechanismus mit der Druckvorrichtung 140 verbunden sein. Das Kartuschengehäuse 210 kann eine Kartuschenabfühleinheit (z. B. 550 in 5) enthalten, die z. B. abfühlen kann, ob eine Kartusche 250 im Kartuschengehäuse 210 an ihrer Stelle ist, und die diese Daten an die Steuereinheit 105 senden kann. Die Sensoren (z. B. die Sensoren 185 in 1), die sich innerhalb der Wägezelle 230 befinden können, können den Status des Materials innerhalb der Kartusche 250 oder der Kartusche 250 ununterbrochen oder periodisch messen. Die Sensoren 185 können die Masse der Kartusche 250 oder eines Teils der Kartusche 250 messen und dadurch die Masse des Aufbaumaterials in der Kartusche 250 angeben. Die Daten von den Sensoren 185 können, optional durch die Wägezelle 230, zum Prozessor 110 übertragen werden. Die Wägezelle 230 kann sich irgendwo im Kartuschengehäuse 210, z. B. auf dem Kartuschengehäuse 210, unter dem Gehäuse 210 oder in irgendeinem anderen Teil des Gehäuses befinden, um das Messen und/oder Übersetzen der mechanischen Lasteigenschaften einer im Kartuschenhalter 210 untergebrachten Kartusche 250 in elektrische Signale, z. B zur Sendung an die Steuereinheit 105, zu ermöglichen. Der Kartuschenhalter 210 kann durchsichtig, undurchsichtig oder optisch dicht sein. Die Wägezelle 230 kann z. B. durch eine Kabelverbindung oder durch irgendeine andere geeignete Verbindung mit der Steuereinheit 105 verbunden sein. Zum Erfassen von Daten über die Materialien können andere geeignete Vorrichtungen und Verfahren verwendet werden.
Die Kartusche 250 kann z. B. biegsam, ein Einwegartikel und austauschbar sein. Wieder verwendbare Zufuhrquellen können ebenfalls verwendet werden. Die Kartusche 250 kann z. B. ein starres und/oder unbiegsames Außengehäuse oder eine starre und/oder unbiegsame Außenkapsel 255 und einen inneren Materialhalter wie etwa einen Beutel aufweisen. Das Außengehäuse braucht nicht unbiegsam zu sein und es können andere Anzahlen und Kombinationen von Kapseln oder Gehäusen/Haltern verwendet werden. Ein Beispiel eines Innenbeutels der Kartusche 250 ist anhand von 3 zu sehen, die eine graphische Darstellung eines Kartuscheninnenbeutels 300 in einem aufgeblasenen Zustand ist, der Aufbaumaterial, z. B. Modell- und/oder Stützmaterial, enthalten kann, das von der Druckvorrichtung 140 zu verwenden ist. Der Kartuschenbeutel 300 kann z. B. aus einem biegsamen und üblicherweise undurchlässigen Material wie etwa aus einem biegsamen und undurchlässigen Metallmaterial oder aus irgendeinem anderen geeigneten biegsamen und undurchlässigen Material konstruiert sein und durchsichtig, undurchsichtig oder lichtundurchlässig sein. Der Innenbeutel 300 kann ein Innenrohr 310 enthalten, das z. B. ein mit Gummi abgedichtetes vorstehendes Rohr sein kann, durch das das Aufbaumaterial entnommen oder kanalisiert werden kann. Das Rohr 310 kann zur Verbindung mit einem Schlauch der Druckvorrichtung 140 außerhalb des Beutels 300 vorstehen. Das vorstehende Ende des Innenrohrs 310 kann durch eine Öffnung/durch Öffnungen (nicht gezeigt) in der äußeren Kartuschenkapsel 255 der Kartusche 250 verlaufen. Zum Beispiel kann das Innenrohr 310 eine geneigte Form aufweisen, die so angeordnet sein kann, dass ein Ende von dem tiefsten Punkt des Innenbeutels 300 ausgeht und das andere Ende durch ein anderes Ende 315 des Beutels 300 vorsteht. Für die Kartuschen oder für die Materialzufuhrsysteme können andere Konfigurationen verwendet werden. Zum Beispiel brauchen die Kartuscheneinheiten oder Materialzufuhreinheiten keine Innenhalter oder -beutel zu verwenden. In den Aufbewahrungsvorrichtungen brauchen keine Rohre enthalten zu sein.
Wenn die Kartusche 250 in das Kartuschengehäuse 210 eingeführt wird, kann das Rohr 310 z. B. durch eine Nadel oder durch eine andere mit dem Kartuschengehäuse 210 verbundene Stanz- oder Schneideeinheit durchlocht werden, wodurch ermöglicht wird, dass Material durch das Rohr 310 strömt oder bewegt wird, um durch den Schlauch in der Druckvorrichtung 140 zu strömen oder bewegt zu werden und dadurch zu ermöglichen, dass die Druckvorrichtung 140 durch den somit verlängerten und verbundenen Schlauch Aufbaumaterial aus der Kartusche 250 entnimmt. In einer Ausführungsform kann der Kartuschenbeutel 300 allgemein quadratisch oder länglich geformt sein oder eine 'abfallende' Basis aufweisen, die ermöglichen kann, dass sich Aufbaumaterial am tiefsten Punkt des 'abfallenden' Beutels, wo der Innenschlauch 310 das Aufbaumaterial absaugen kann, konzentriert. Alternativ kann die Kartuschenkapsel 255 das Aufbaumaterial und das Innenrohr 310 enthalten, ohne den Innenbeutel 300 zu erfordern. In diesem Fall kann das Rohr 310 aus dem Kartuschengehäuse 255 z. B. zur Verbindung mit der Druckvorrichtung 140 nach außen vorstehen. Es können andere geeignete Formen und Konfigurationen verwendet werden. Es können andere Verbindungs- und Transporteinheiten als Rohre verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann sich an einem tiefen Punkt der Kartuschenkapsel 255 oder des Innenbeutels 300 eine Öffnung 270 befinden. In die Kartusche 250 oder in den Innenbeutel 300 kann von der Druckvorrichtung 140 durch die Öffnung, z. B. über ein Rohr 275, eine Nadel oder eine andere geeignete Vorrichtung Luft oder ein anderes geeignetes Fluid oder Gas, z. B. Luft oder ein anderes Gas unter Druck, eingeleitet werden.
Das Material in der Kartusche 250 oder im Innenbeutel 300 kann z. B. wegen der Einleitung von Luftdruck aus der Kartusche 250 oder aus dem Innenbeutel 300 in die zur Druckvorrichtung 140 führenden Rohre gedrückt werden. Wie im Folgenden detailliert beschrieben wird, kann dieser Luftdruck z. B. durch eine Ventilmatrix 175 oder durch eine andere Menge von Ventilen in der Druckvorrichtung 140 gesteuert werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Kartusche 250 eine Speichervorrichtung wie etwa ein Speicherchip 260 oder eine andere geeignete Datenspeichervorrichtung zugeordnet sein. Der Speicherchip 260 kann z. B. Informationen in Bezug auf das in der Kartusche 250 aufbewahrte Material, z. B. in Bezug auf den Typ des Aufbaumaterials in dem Kartuschenbeutel 300, auf die Materialfarbe, auf das Herstellungsdatum, auf die optimalen Betriebsparameter (z. B. die empfohlene Ausstoßtemperatur), auf die optimalen Aufbauparameter (z. B. zum Aufbauen oder Unterstützen) und auf Materialparameter (z. B. Viskosität und Oberflächenspannung bei der empfohlenen Temperatur usw.) usw., speichern und/oder aufzeichnen. Es können andere geeignete Daten gespeichert werden. Die Aufbaumaterialinformationen können z. B. die Materialdichte, die Materialmasse pro Volumen und andere geeignete Daten enthalten, aus denen der Materialstatus berechnet werden kann.
In einigen Ausführungsformen können Informationen in Bezug auf das in der Kartusche 250 aufbewahrte Material auf einem Speicherchip, z. B. auf dem Chip 260, vorprogrammiert sein. Diese Informationen können z. B. die Materialmasse pro Volumen enthalten. Diese Informationen können während des Druckens ununterbrochen aktualisiert werden, sodass der Kartuschenspeicherchip 260 dementsprechend gekennzeichnet werden kann, wenn die Kartusche 250 geleert oder wesentlich erschöpft ist. Der Speicherchip 260 kann z. B. die Wiederverwendung einer Kartusche 250 dadurch verhindern helfen, dass z. B. ein Kartuschengehäuse 255 oder ein anderer Teil der Kartusche 250 als bereits verwendet gekennzeichnet wird. Zum Beispiel kann der Chip 260 durch eine "0" (null) für die Masse null oder für einen Wert relativ nahe einer vorgegebenen minimalen Masse und durch "1" (eins) für eine Masse, die eine volle oder im Wesentlichen volle Kartusche angibt, gekennzeichnet werden usw. Auf diese Weise wird der Kartuschenhalter 210 z. B. als bereits verwendet erkannt, wenn dasselbe Kartuschengehäuse 255 in einen oder mehrere Kartuschenhalter 210 eingesetzt wird. Außerdem oder alternativ kann der Chip 260 gekennzeichnet werden, um den Grad der Aufbaumaterialfüllung oder -erschöpfung anzugeben, indem z. B. eine Klassifizierung von 1–10 oder einem Prozentpunkt usw. bereitgestellt wird, um den Pegel des Aufbaumaterials in einer Kartusche anzugeben. Der Chip 260 kann in irgendeiner anderen Weise gekennzeichnet werden. Es können andere geeignete Speichervorrichtungen oder Datenablagevorrichtungen verwendet werden. Zum Kennzeichnen des Status einer Materialzufuhr können andere geeignete Daten oder Codierungssysteme verwendet werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann dem Kartuschengehäuse 210 ein Speicherchipleser 225 zum Lesen der im Speicherchip 260 gespeicherten Daten zugeordnet sein. Mit der Steuereinheit 105 kann ein Speichervorrichtungsleser wie etwa ein Speicherchipleser 225 verbunden sein und z. B. unter Verwendung einer Kabelverbindung Daten zur Steuereinheit 105 übertragen. Wie im Folgenden detailliert beschrieben wird, kann die Steuereinheit 105 die empfangenen Daten, z. B. Daten vom Speicherchipleser 225, Daten von der Wägezelle 230 und andere Daten, verwenden, um Druckparameter einschließlich z. B. Richtlinien dafür, welche Kartuschen zu verwenden sind, wie viele zu verwenden sind, ob und wann irgendwelche Ersetzungen notwendig sind usw., zu berechnen.
In einer Ausführungsform kann das Druckersystem 100 oder eine andere Komponente wie etwa eine Materialquelle, eine Kartusche, ein Kartuschenhalter, usw. die Fähigkeit enthalten, Restmaterial in einer Materialquelle zu trocknen, zu erstarren oder auf andere Weise wirkungslos oder nutzlos zu machen. In einer Ausführungsform kann das Kartuschengehäuse 210 wenigstens eine Quelle elektromagnetischer Strahlung 215, z. B. eine Glühlampe oder eine andere geeignete Vorrichtung, enthalten, die ähnliche Wellenlängen wie die Trocknungsvorrichtung 159 erzeugen kann. Die Quelle elektromagnetischer Strahlung kann durch die Steuereinheit 105 oder durch andere geeignete Steuereinheiten oder z. B. durch einen Anwenderbefehl aktiviert werden, um Restmaterialien in einer verwendeten Kartusche z. B. zur leichten Entsorgung von Restmaterialien nach der Verwendung zu trocknen. Zum Beispiel kann eine elektromagnetische Glühlampe z. B. über das Kartuschengehäuse 210 mit einer Energiequelle verbunden werden, wenn eine Kartusche 250 in dem Kartuschengehäuse 210 angeordnet wird. Wenn sich die Kartusche 250 leert oder auf einem bestimmten niedrigen Pegel ist, kann die Steuereinheit 105 z. B. die Aktivierung der elektromagnetischen Quelle in der Kartusche 250 beginnen oder kann die erzeugte elektromagnetische Strahlung in die Kartusche 250 kanalisiert werden. Das in der Einwegkartusche 250 verbleibende Material kann innerhalb der Kartusche 250 getrocknet werden und daraufhin leichter entsorgt werden. Die Quelle der elektromagnetischen Strahlung kann sich an einem anderen Ort befinden; z. B. im Innenbeutel 300 der Kartusche 250, und kann z. B. durch elektrische Impulse oder Funkquellen usw. aktiviert werden. Eine solche innen angeordnete Quelle elektromagnetischer Strahlung kann z. B. durch eine elektrische Verdrahtung oder durch Hochfrequenzstrahlung von einer Energiequelle mit dem Äußeren des Beutels 300, mit der Kartuschenkapsel 255 oder mit dem Kartuschengehäuse 210 verbunden sein, wodurch eine Emission der elektromagnetischen Trocknungsstrahlung erzeugt wird. Beispiele solcher Energiequellen können LEDs, Antennen und irgendwelche anderen geeigneten Energiequellen enthalten. In anderen Ausführungsformen können andere Trocknungs- oder Erstarrungssysteme verwendet werden und können andere Systeme verwendet werden, um zu ermöglichen, dass das Material in einer Zufuhreinheit fest, wirkungslos, nutzlos zur Verwendung usw. gemacht wird.
In einer Ausführungsform kann die Quelle der elektromagnetischen Strahlung innen, z. B. innerhalb der Kartuschenkapsel 255, angeordnet sein. In diesem Fall kann der Beutel oder andere Behälter vor Aktivierung der Strahlung mit Luft oder einem anderen Gas oder Fluid, das z. B. vom Drucksystem 100 in ihn gepumpt wird, aufgeblasen werden, um die anfangs offene Form des Beutels wiederzugewinnen oder das Volumen des Beutels oder Behälters auf andere Weise zu erhöhen und dadurch zu ermöglichen, dass die elektromagnetische Strahlung im Wesentlichen alle Teile des Innenbeutels 300 erreicht.
In anderen Ausführungsformen kann sich die Quelle der elektromagnetischen Strahlung in der Außenkapsel 255 der Einwegkartusche 250 befinden und über eine Öffnung in der Kapsel 255 über das Kartuschengehäuse 210 mit der Energiequelle in der Druckvorrichtung 140 verbunden sein. In diesem Fall kann das Gehäuse 255 z. B. aus einem Material hergestellt sein, das optisch dicht ist, und kann der Innenbeutel 300 aus einem durchsichtigen Material hergestellt sein, das das Trocknen der Restmaterialien in der verwendeten Kartusche ermöglicht. In anderen Ausführungsformen können andere Behälter vollständig oder teilweise durchsichtig sein, um das Trocknen oder andere Erstarren oder Nutzlosmachen oder Wirkungslosmachen des Materials zu ermöglichen.
In anderen Ausführungsformen kann sich die Quelle elektromagnetischer Strahlung oder anderer Trocknungsenergie innerhalb des Kartuschengehäuses 210 befinden und das Einweggehäuse 255 z. B. durch eine Öffnung durchdringen. Bevor das Trocknen, das Erstarren oder die andere Materialumwandlung ausgeführt wird, kann ein Loch erzeugt werden. Die Quelle der elektromagnetischen Strahlung kann den Einweg-Innenbeutel z. B. durch eine Nadel durchdringen, die den Innenbeutel 300 durchlochen kann und somit das Durchdringen der Quelle des elektromagnetischen Lichts in den Beutel 300 ermöglichen kann.
Es wird nun auf 4 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung einer Anordnung 400 von Kartuschen 410 ist, von denen jede Aufbaumaterial gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten kann. In der Anordnung 400 können sich mehrere Kartuschen 410 befinden. Die Anordnung 400 kann sich innerhalb der Druckvorrichtung 140 oder außerhalb der Druckvorrichtung 140, z. B. in einer getrennten Einheit, befinden. Die Kartuschen 410 können irgendein geeignetes Materialzufuhr- oder Materialaufbewahrungssystem sein und einen Kartuschenbeutel 415 enthalten, der z. B. Aufbaumaterial 420 und/oder Stützmaterial 425 enthalten kann. Es können andere Materialtypen und andere Materialanzahlen (z. B. eins) enthalten sein. Das Aufbaumaterial kann z. B. in einer flüssigen Form aufbewahrt sein und verschiedene Formen, Farben, Zusammensetzungen usw. aufweisen. Jeder Typ und/oder jede Farbe oder jede geeignete Kombination usw. von Aufbaumaterial kann getrennt in einer oder in mehreren Kartuschen enthalten sein. Jede Kartusche 410 kann z. B. über eine Ventilmatrix 175 oder über eine andere geeignete Menge von Ventilen oder Schaltvorrichtungen getrennt und einzeln mit der Druckvorrichtung 140 verbunden sein. Falls die Matrix 400 Kartuschen mit gleichem Material aufweist, können die Kartuschen 410 gemeinsam mit der Druckvorrichtung 140 verbunden sein. Gemäß den Anforderungen eines oder mehrerer zu druckender 3D-Objekte kann irgendeine Anzahl oder irgendein Verhältnis von Modelliermaterial und/oder Stützmaterial enthaltenden Kartuschen 410 in die Anordnung 400 eingefügt oder aus ihr entnommen werden. Es können andere Schalt- oder Ventilsysteme oder Mengen von Ventilen als eine Ventilmatrix verwendet werden.
Jede Kartusche 410 kann z. B. mit einem Sensor 430, z. B. mit einem Gewichtssensor, verbunden sein, um den Status des Aufbaumaterials 415 in der Kartusche, z. B. die Masse des Materials in einem Kartuschenbeutel, zu messen oder auf andere Weise zu bestimmen. Der Sensor 430 kann mit der Steuereinheit 105 verbunden sein und kann aufgezeichnete Daten an die Steuereinheit 105 senden. Wie hier detailliert beschrieben wird, kann jeder Kartusche 410 eine Speicher- oder Ablagevorrichtung wie etwa ein Speicherchip 260 und eine Leser- oder Datenübertragungsvorrichtung wie etwa ein Speicherchipleser 225 zugeordnet sein. Die Steuereinheit 105 kann z. B. anhand von Daten, die von dem Sensor 430 bzw. von den Sensoren 430, von dem Speicherchipleser 225 bzw. von den Speicherchiplesern 225, von dem Kartuschensensor 550 oder von anderen geeigneten Sensorelementen empfangen werden, auswählen, welche Kartuschen 410 für das Objektdrucken verwendet werden sollen. Zum Beispiel können die Verfügbarkeit, das Gewicht, die Materialtypen, die Materialfarbe oder irgendwelche anderen Parameter der Kartusche 250 in eine solche Auswahl einbezogen werden. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 105 während des Druckens zunächst eine Kartusche mit dem niedrigsten gemessenen Gewicht auswählen. Wenn die Kartusche geleert wird oder auf einem bestimmten niedrigen Pegel ist, kann die Steuereinheit 105 z. B. ein mit dem Rohr verbundenes Ventil von der geleerten Kartusche abschalten und ein Ventil für eine verfügbare Kartusche 250 öffnen, die denselben Materialtyp enthält. Zum Anhalten der Materialströmung können andere Verfahren verwendet werden.
In einer Ausführungsform kann das Drucksystem 100, wenn die Konstruktion irgendeines gegebenen dreidimensionalen Objekts z. B. über eine Dauer von vielen Stunden fortfahren kann, durch kontinuierliches Entnehmen von Materialien aus den ausgewählten Kartuschen 410 unter Verwendung von automatischem Umschalten von Materialzufuhrquellen, das durch die computergesteuerte Ventilauswahl freigegeben wird, eine im Wesentlichen kontinuierliche und ununterbrochene Strömung von Aufbaumaterialien zu einem oder zu mehreren Druckköpfen 185 bereitstellen. Zum Beispiel kann das System zur Verwendung einer anderen Materialquelle umschalten, wenn eine Materialquelle wie etwa eine Kartusche erschöpft ist oder eine vorgegebene niedrige Materialmenge erreicht. Dieses Umschalten kann automatisiert sein, was keinen Anwendereingriff erfordert. Dieses Umschalten kann das Ergebnis einer Anforderung oder Warnung an einen Anwender sein.
Es wird nun Bezug genommen auf 5, die eine schematische Darstellung der Rückseite des Kartuschengehäuses 510 mit zugeordneten Komponenten ist. Von der Kartusche 250 können eine oder mehrere Übertragungseinheiten wie etwa Rohre 520 ausgehen und durch das Kartuschengehäuse 510, durch das Aufbaumaterial zur Druckvorrichtung 140 strömen kann, vorstehen. Jedes Rohr 520 kann z. B. ein Ventil 525 enthalten, das sich in der Ventilmatrix 175 befinden kann, durch die die Materialströmung durch die jeweiligen Innenrohre 530 in den Druckkopf 145 gesteuert werden kann. Die Ventilmatrix 175 kann das Leiten des jeweiligen ankommenden Rohrs bzw. der jeweiligen ankommenden Rohre 520 freigeben und die wahlweise Steuerung der Nutzung der verfügbaren Aufbaumaterialien von den jeweiligen Kartuschen 250 freigeben. Die Ventile in der Ventilmatrix 175 können z. B. offene und geschlossene Zustände aufweisen. Wie durch die Steuereinheit bestimmt wird, kann der Zustand jedes getrennten Ventils entweder offen oder geschlossen sein. Die Steuereinheit 105 kann z. B. wie relevant Ventile von offen zu geschlossen oder von geschlossen zu offen umschalten. Es können andere Ventilzustände verwendet werden. Die Innenrohre 530 können zu einer oder zu mehreren Pumpen 540 führen, um Aufbaumaterial nach Bedarf gemäß den Anweisungen der Drucksteuereinheit 105 in die Druckvorrichtung 140 zu ziehen. Die Pumpe 540 kann z. B. eine Schlauchpumpe sein, wobei aber andere Typen von Flüssigkeitspumpen verwendet werden können. Wenn z. B. eine oder mehrere Kartuschen wie etwa 250 aus 2 in einen oder in mehrere jeweilige Kartuschenhalter 510 eingeführt werden, können die Rohre 520 über die Ventilmatrix 175 mit einem oder mit mehreren jeweiligen Innenrohren 530 der Druckervorrichtung 140 verbinden. In einer Ausführungsform können von der Ventilmatrix 175 wenigstens zwei Rohre ausgehen und zum Druckkopf 145 geleitet sein, wobei wenigstens ein Rohr Modelliermaterial oder -materialien führt und wenigstens ein weiteres Rohr Stützmaterial oder -materialien führt. Die Steuereinheit 105 kann das Öffnen oder Schließen spezifischer Ventile 525 umschalten und somit bestimmen, von welcher Kartusche 250 Material in das Modelliermaterialrohr (die Modelliermaterialrohre) bzw. in das Stützmaterialrohr (die Stützmaterialrohre) gezogen werden kann. Es können andere Rohrtypen oder Anzahlen von Rohren genutzt werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Überwachen und Berechnen der Menge des zum Drucken eines bestimmten Objekts oder einer bestimmten Reihe von Objekten erforderlichen Aufbaumaterials geschaffen. In anderen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Bereitstellen von gefordertem Aufbaumaterial zur Druckvorrichtung 140 gemäß dem Objekt, das gedruckt wird, oder den Objekten, die gedruckt werden, geschaffen. Nochmals andere Ausführungsformen schaffen ein Verfahren zum Warnen eines Systembetreibers, wenn z. B. zusätzliche Aufbaumaterialien erforderlich sind.
6 ist ein Ablaufplandiagramm eines Verfahrens zum Überwachen, Berechnen und Steuern der Aufbaumaterialzufuhr in einem 3D-Drucksystem gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren aus 6 kann z. B. mit dem 3D-Druckersystem 100 aus 1 und/oder mit anderen geeigneten 3D-Druckern verwendet werden. Wie im Block 600 angegeben ist, kann der Status des Aufbaumaterials in einer oder in mehreren Kartuschen durch jeweilige Sensoren, die z. B. Wägen, oder durch andere den einzelnen Kartuschen zugeordnete Sensoren gemessen werden. Es können andere Zufuhreinheiten als Kartuschen verwendet werden. Im Block 605 können diese Daten sowie andere Daten z. B. von einem einer Kartusche zugeordneten Speicherchip an eine Druckersteuereinheit gesendet werden. Im Block 610 können, z. B. unter Nutzung der durch die jeweiligen Sensoren und durch die jeweiligen an den jeweiligen Kartuschen befestigten Speicherchips gelieferten Daten, verschiedene Parameter der Materialien innerhalb der verschiedenen Kartuschen, z. B. die Menge des Materials jedes Typs und/oder die derzeit in jeder Kartusche verfügbare Farbe, berechnet werden. Die Speichervorrichtungen oder -chips können z. B. Daten in Bezug auf den Materialtyp, die Materialeigenschaften usw. speichern. Der Sensor kann das Material in der Kartusche wägen. Die Steuereinheit kann die Menge des Materials in der Kartusche berechnen, indem sie z. B. das gegenwärtige Gewicht der Kartusche von dem bekannten Gewicht einer vollen Kartusche subtrahiert. Die Steuereinheit kann außerdem die Anwesenheit einer oder mehrerer leerer Kartuschen erfassen. Die Steuereinheit kann Daten in Bezug auf das zu druckende Objekt wie etwa Druckdaten, CAD-Daten, Steuerdaten usw. nutzen.
Im Block 615 kann die Druckersteuereinheit z. B. die Menge des Modelliermaterials, der Stützflüssigkeit oder einer zum Drucken eines gegebenen dreidimensionalen Objekts erforderlichen Kombination aus Modellier- und Stützmaterialien berechnen. Außerdem kann die Druckersteuereinheit die erwartete Reihenfolge und Menge der Aufnahme und Ablagerung jedes Materialtyps in der Druckvorrichtung zum Drucken oder zur Konstruktion eines gegebenen Objekts berechnen.
Im Block 620 kann die Druckersteuereinheit anhand der zum Drucken eines gegebenen Objekts erforderlichen Materialien Zufuhrparameter für das Material in jeder Kartusche berechnen. Zum Beispiel kann die Steuereinheit bestimmen, ob die Menge des Modellier- und/oder Stützmaterials in den verfügbaren Kartuschen zur Fertigstellung eines aufzubauenden oder zu druckenden dreidimensionalen Objekts ausreicht, und die Reihenfolge der Nutzung der verfügbaren Kartuschen zum Erfüllen dieser Anforderungen bestimmen. Außerdem kann die Steuereinheit z. B. anhand der erwarteten Nutzung des Materials und der tatsächlichen Verfügbarkeit der Materialien z. B. die verbleibende Zeitdauer, bis zu erwarten ist, dass eine oder mehrere Kartuschen leer sind und somit ersetzt werden sollten, berechnen. Die relevanten Informationen können z. B. auf einem Computerbildschirm angezeigt werden.
Während des Druckprozesses kann die Steuereinheit z. B. den Status des in dem einen oder in den mehreren jeweiligen Kartuschenbeuteln verbleibenden Aufbaumaterials (der darin verbleibenden Aufbaumaterialien), die Gesamtmenge des Aufbaumaterials jedes Typs, das für die Fertigstellung der Konstruktion eines oder mehrerer dreidimensionaler Objekte noch erforderlich ist, und die verbleibende Zeitdauer, bevor jede jeweilige Kartusche möglicherweise durch eine weitere Kartusche in der Reihe ersetzt werden muss usw., weiter überwachen.
Im Block 625 kann die Druckersteuereinheit die Übertragung von Materialien von den verschiedenen Kartuschen zu der Druckvorrichtung steuern. Zum Beispiel kann die Steuereinheit Anweisungen zum Schließen eines Ventils einer leeren Kartusche oder einer Kartusche oder Quelle, wo z. B. nicht genug Material vorhanden ist, um es weiter zu entnehmen, z. B. über das Ventilmatrixsystem, und zum Übertragen der Aufnahme oder Entnahme von erforderlichem Modelliermaterial zu einer oder zu mehreren zusätzlichen Kartuschen, die relevante Aufbaumaterialien enthalten, durch Öffnen eines oder mehrerer relevanter Ventile bereitstellen. Diese zusätzlichen Kartuschen können z. B. in einer Linie oder in einer Anordnung usw. angeordnet sein, um als Reservematerialquellen zur Verwendung durch die Druckvorrichtung verwendet zu werden. Es können andere geeignete Verfahren zum Umschalten der Materialquelle als Ventile verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Druckersteuereinheit im Block 630 z. B. das wie hier detailliert beschriebene Trocknen, Erstarren, Nutzlosmachen usw. von Restmaterial in einer oder in mehreren verwendeten Kartuschen auslösen.
Falls die Steuereinheit 105 im Block 635 bestimmt, dass die Menge und/oder der Typ des Materials in einer oder in mehreren Kartuschen 250 einen Ersatz erfordert, kann die Steuereinheit 105 gemäß einigen Ausführungsformen z. B. eine Warnmeldung an einen oder an mehrere Systembetreiber senden. Eine solche Warnmeldung kann z. B. die Form einer E-Mail-Nachricht und/oder einer SMS-Nachricht an eine oder an mehrere Computer- oder Kommunikationsvorrichtungen haben. Solche Nachrichten können einen Inhalt oder Angaben z. B. der Menge und/oder des Typs des in einer oder in mehreren Kartuschen verbliebenen Materials, der Zeitdauer, die verbleibt, bis eine oder mehrere Kartuschen leer sein können, und/oder einer geschätzten Zeit, zu der oder bis zu der eine oder mehrere Kartuschen ersetzt werden sollten, enthalten. Außerdem kann die Steuereinheit z. B. unter Verwendung von E-Mail, SMS usw. Erinnerungsnachrichten oder Nachrichten mit alternativem Inhalt in Bezug auf einen Druckprozess an einen oder mehrere Betreiber senden. Diese Nachrichten können z. B. die geschätzte Zeit für die Fertigstellung des Gesamtauftrags (Druckauftrags), interne Aktenzeichen oder andere relevante Informationen über den Druckauftrag oder die Druckaufträge beschreiben. Es können andere Verfahren des Sendens von Nachrichten verwendet werden. Die Übermittlung der Nachrichten kann z. B. über eine externe Schnittstelle erfolgen. Die Steuereinheit kann z. B. mit einem Computer- und/oder Kommunikationsnetz verbindbar sein und Nachrichten oder andere Daten über ein E-Mail-Konto oder einen Server, einen Zellenbetreiber, einen Web-Server oder irgendwelche anderen geeigneten Kommunikationsmedien an einen Betreiber oder an ein alternatives Ziel übermitteln.
Es kann irgendeine Kombination der obigen Schritte realisiert werden. Ferner können andere Schritte oder Reihen von Schritten verwendet werden. Zum Beispiel kann das Trocknen des verwendeten Materials in einer Ausführungsform in einem Zufuhrbehälter ohne die anderen offenbarten Operationen wie etwa ohne Berechnen von Restmaterial usw. ausgeführt werden. Es können Warnungen ohne die offenbarten anderen Operationen oder Rechenschritte gesendet werden. Es können andere Ausführungsformen oder Kombinationen verwendet werden.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung ist zur Veranschaulichung und Beschreibung dargestellt worden. Sie soll die Erfindung nicht ausschöpfen oder auf die genaue offenbarte Form einschränken. Für den Fachmann sollte klar sein, dass im Licht der obigen Lehre viele Änderungen, Abwandlungen, Ersetzungen, Veränderungen oder Äquivalente möglich sind. Selbstverständlich sollen die beigefügten Ansprüche somit alle solchen Änderungen und Abwandlungen, die im Anwendungsbereich der Erfindung liegen, enthalten.

Claims

Dreidimensionales Drucksystem (100) zum Drucken dreidimensionaler Objekte, wobei das Drucksystem umfasst: einen oder mehrere Druckköpfe (145); zwei oder mehr Kartuschen (250, 410) zum Bereitstellen von Aufbaumaterialien zum Drucken der genannten dreidimensionalen Objekte; gekennzeichnet durch zwei oder mehr Sensoren (185, 430) zum Bestimmen des Status des Aufbaumaterials in den genannten Kartuschen (250, 410); und eine Steuereinheit (105) zum Empfangen von Daten von den genannten Sensoren (185) und zum Steuern des Umschaltens der Aufbaumaterialzufuhr von einer Kartusche zur anderen.
System gemäß Anspruch 1, bei dem jeder der genannten Sensoren (185, 430) jeweils einer der genannten Kartuschen (250, 410) zugeordnet ist.
System gemäß Anspruch 1, bei dem die Sensoren (185, 430) aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Materialtypsensoren, Materialfarbsensoren, Kartuschenverfügbarkeitssensoren, Materialgewichtssensoren und Massesensoren besteht.
System gemäß Anspruch 1, bei dem die genannten zwei oder mehr Kartuschen (410) als Teil einer Kartuschenanordnung (190, 400) angeordnet sind.
System gemäß Anspruch 1, bei dem wenigstens eine der genannten Kartuschen (250) mit einer Speichervorrichtung (225) gekoppelt ist, um Daten aufzuzeichnen, die sich auf Aufbaumaterial in der Kartusche (250) beziehen.
System gemäß Anspruch 1, bei dem wenigstens eine der genannten Kartuschen (250) einen Beutel (300) zum Aufbewahren des genannten Aufbaumaterials umfasst.
System gemäß Anspruch 1, das ferner eine Ventilmatrix (175) umfasst, die mit den genannten zwei oder mehr Kartuschen (250, 410) gekoppelt ist, um die Zufuhr von Aufbaumaterialien aus den genannten Kartuschen (250, 410) zu den genannten Druckköpfen (145) zu steuern.
System gemäß Anspruch 1, bei dem die genannte Steuereinheit (105) zum Berechnen von Materialparametern für Aufbaumaterialien in einer oder in mehreren der genannten Kartuschen (250, 410) dient.
System gemäß Anspruch 1, das ferner eine Trocknungseinheit (159) umfasst, die Restmodelliermaterial in einer oder in mehreren der genannten Kartuschen (250, 410) trocknen kann.
System gemäß Anspruch 9, bei dem die Trocknungseinheit (159) eine Quelle elektromagnetischer Strahlung (215) umfasst.
Druckverfahren, das umfasst: Messen von Daten über den Status von dreidimensionalem Modelliermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Messen in zwei oder mehr Kartuschen (250, 410) ausgeführt wird; Bestimmen von Parameter des genannten Aufbaumaterials; und Steuern einer Zufuhr des genannten Aufbaumaterials aus irgendeiner der genannten Kartuschen (250, 410) gemäß den genannten Parameter.
Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das genannte Steuern der Materialzufuhr durch Steuern einer Ventilmatrix (175) freigegeben wird.
Verfahren gemäß Anspruch 11, das das Berechnen einer Zeitdauer, die verbleibt, bevor irgendeine der genannten zwei oder mehr Kartuschen (250, 410) einen Ersatz erfordert, umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 11, das das Warnen des Betreibers, falls eine der genannten Kartuschen (250, 410) einen Ersatz erfordert, umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 11, das das automatische Umschalten der Kartuschen, falls eine der genannten Kartuschen (250, 410) einen Ersatz erfordert, umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 11, das ferner Folgendes umfasst: Erzeugen elektromagnetischer Strahlung; und Kanalisieren der genannten elektromagnetischen Strahlung in eine der genannte Kartuschen (250, 410) zum Trocknen von in der genannten Kartusche enthaltenem Restaufbaumaterial.