FI20176144A1 - Suutin 3d-tulostukseen, sitä käyttävät 3d-tulostin, tulostusjärjestelmä ja ohjausjärjestelmä - Google Patents

Abstract

Keksinnön kohteena on 3d-tulostus järjestelmä kierrätysmateriaalien tulostukseen. Tulostussuutin on asennettu esim. 6-akseliseen teollisuusrobottiin jota ohjataan älylasin ja käsikäyttöisen ohjaimen avulla. Tulostusjärjestelmällä voidaan 3d-tulostaa hyvin monipuolisilla materiaalia vaihtoehdoilla.

Description

SUUTIN 3D-TULOSTUKSEEN, SITÄ KÄYTTÄVÄT 3D-TULOSTIN, TULOSTUSJÄRJESTELMÄ JA OHJAUSJÄRJESTELMÄ

KEKSINNÖN ALA

Yleisellä tasolla keksintö liittyy 3d-tulostukseen. Keksintö liittyy erityisemmin itsenäisen 5 patenttivaatimuksen j ohdanto-osan mukaiseen suuttimeen 3D-tulostuksessa. Keksintö liittyy myös itsenäisen patenttivaatimuksen johdanto-osan mukaiseen tulostimeen 3Dtulostuksessa. Keksintö liittyy myös tulostusjärjestelmään ja sellaisen ohjausjärjestelmään.

KEKSINNÖN TAUSTA

Hakemuksen prioriteettipäivämäärän ajankohdan eräs ongelma 3d-tulostuksessa on 10 kierrätysmateriaalien käyttö tulostusmateriaalina, sillä tulostettavien materiaalien ominaisuudet (sulamislämpötila, tiheys, jne.) vaihtelevat paljon ja kuitenkin ne pitäisi tietää etukäteen tulostusohjelmaan/tulostimeen, joten materiaalien on oltava hyvinkin tasalaatuista. Lisäksi ohjelmointi aiheuttaa ongelmia ja vaivaa, mikäli materiaalia haluttaisiin vaihtaa johonkin toiseen. Sama ongelma koskee niin metalli- kuin 15 muovipohjaisiakin materiaaleja. Tästä syystä kierrätysmateriaalien käyttö 3d-tulostuksessa on haastavaa niiden valtavan seostuskirjon vuoksi.

Eräs toinen 3D-tulostuksen ongelma liittyy virheen korjaukseen, tulostuksen aikana tai valmiiksi tulostetussa kappaleessa. Materiaalihävikkiä seuraa siitä, jos ilmenee virhe kesken tulostuksen, jolloin virheellinen/vioittunut kappale on poistettava tulostimesta ja aloitettava 20 uusi tulostus, useimmiten aivan alusta, mistä seurauksena on myös tulostuksen viivästyminen.

Lisäksi voidaan kokea ongelmaksi tulostettavan kappaleen paikoitus. Yleisesti 3dtulostimissa tulostusalue on hyvin tarkkaan rajattu ja tulostettavan kappaleen paikoitus olemassa oleviin rakenteisiin nähden on haastavaa. Erityisesti yksityiskohtien toteutuksessa 25 tulostusmateriaalin ja tulostusvahvuuden sekä kohdan yhteen synkronoiminen voi osoittautua hankalaksi.

KEKSINNÖN TARKOITUS

Keksinnön tarkoituksena on ratkaista uudella tavalla tunnetun tekniikan mukaiset ongelmat, joista esimerkkinä on esitetty muutamia tulostettavan kappaleen laadukkaaseen ja nopeaan

20176144 prh 21 -12- 2017 tulostukseen liittyen. Keksinnön mukaisella suuttimella 3D-tulostimessa saadaan nämä ongelmat ratkaistua, ellei aivan kokonaan niin ainakin lievitettyä niitä. Keksinnön mukaista suurinta 3D-tulostuksessa ohjataan keksinnön mukaisesti älylasien avulla, jolloin älylasien avulla tulostusjäijestelmälle saadaan välitettyä tietoja tulostuksen ajoparametrien mukaisista 5 asetuksista ohjausjärjestelmän välityksellä käyttäjältä tulostimelle. Keksinnön mukaisesti tulostuksen ajoparametrit voidaan välittää on-line materiaalien mitattujen ominaisuuksien perusteella.

KEKSINNÖN SELOSTUS

Keksinnön mukaiselle avautuvalle kaksoiskartiosuuttimelle on tunnusomaista, että siinä on 10 kantajafluidin kokoojakammio, tulostusmateriaalin syöttöputki ja tulostusmateriaalin kiinnityssyötön tuontikanava, tunnettu siitä, että kantajafluidin kokoojakammio on katkaistun karriopinnan rajoittama, jossa on kantajafluidin läpäisykanavat symmetrisesti tulostusmateriaalin syöttöputken ympärillä, suunnattuna kantajafluidin kohdistamiseksi suojavirtauksena fokusoivasti tulostusmateriaalin virtaan tulostuspisteessä.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa kaksoiskartiosuuttimessa on katkaistu kartiopinta, joka on eksponenttifunktion pyörähdyskappaleen muotoisesti modifioitunut suuttimesta poispäin eksponentiaalisesti avautuvan kartiopinnan muodostamiseksi, tulostusmateriaalin vuon nopeuden kiihdyttämiseksi kantajafluidin muodostaman suojavirtauksen sisällä.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa kaksoiskartiosuuttimessa on kokoojakammion kautta kulkevassa kanavassa jäljestetty ainakin erään materiaalivuon kuljetus katkaistun kartiopinnan läpi kantajafluidin ja tulostusmateriaalin voiden välissä mainitun materiaalin tuomiseksi tulostuspisteeseen ja/tai sen ympäristöön tulostettavan kappaleen pinnalla tulostusmateriaalin kiinnittämiseksi ja/tai muokkaamiseksi 25 kiinnittämistä varten tulostuspisteessä tulostettavaa kappaletta.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa kaksoiskartiosuuttimessa on kiinnityssyötön tuontikanavassa valojohde laser valon tuottamiseksi tulostuspisteeseen.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa kaksoiskartiosuuttimessa on kiinnityssyötön tuontikanavassa kanava liiman ja/tai katalyyttikemikaalin ohjaamiseksi tulostuspisteeseen.

20176144 prh 21 -12- 2017

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa kaksoiskartiosuuttimessa on avautuva kaksoiskartiosuutin 3D-tulostusta varten käsittäen suuttimen rakenteessa kanavan tulostusmateriaalivuon syöttämiseksi suuttimelle ja sen läpi viemiseksi pulverimaiselle tulostusmateriaalille kiinnitysainevuossa, jota ympäröimään on järjestetty fokusoivaa 5 suojakaasuvirtausta varten suojakaasuvirtauskanavisto, jossa on joukko kanavaa tulostusainevuon syöttämiseksi rengasmaisesti ympäröiviä alikanavaryhmiä säteittäisillä etäisyyksillä kanavasta tulostusainevuon syöttämiseksi, jolloin suojakaasuvirtauskanavisto on järjestetty kytkettäväksi alikanavaryhmiin kunkin alikanavaryhmän kautta viilaavan suojakaasun virtausarvon asettamiseksi arvojen auki ja kiinni välillä fokusoivan vaikutuksen 10 aikaansaamiseksi tulostusmateriaalivuolle, jonka sisällä on kanava laser-valon ja/tai liiman syöttämiseksi tulostettavaan kappaleseen.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukainen kaksoiskartiosuutin on järjestetty käyttöä varten 3D-tulostuksessa, jossa tulostusmateriaalivuossa on liimaa pulverimaisen tulostusmateriaalin kiinnittämiseksi tulostettavaan kappaleeseen.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukainen kaksoiskartiosuutin on jäijestetty käyttöä varten

3D-tulostuksessa, jossa tulostusmateriaalivuossa on lasersäde pulverimaisen tulostusmateriaalin kiinnittämiseksi tulostettavaan kappaleeseen.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukainen kaksoiskartiosuutin on jäljestetty käyttöä varten 3D-tulostuksessa tulostusjärjestelmässä sen järjestelmäelementtinä, jolloin 20 tulostusjäijestelmässä on lisäksi spektrometria välineet tulostusmateriaalin mukaisen koostumuksen muutosten havaitsemiseksi herätteenä vasteelle, jolla kompensoidaan koostumuksen muutosta tulostettavan kappaleen koostumuksen pitämiseksi ennalta suunnitellun mukaisena, laser-säteen ominaisuuksia muuttamalla takaisinkytkennänä, takaisinkytkentäsääntöjen mukaisesti.

Keksinnön mukaiselle 3D-tulostusjärjestelmälle tulostettavan kappaleen tuottamiseksi, tulostusjärjestelmässä on tulostusmateriaalin syöttämiseksi tulostusmateriaalilähde, laserlähde ja/tai liima-ainelähde keksinnön suoritusmuodon mukaisen kaksoiskartiosuuttimen syöttämiseksi, suojakaasulähde ja kontrolliyksikkö suojakaasuvirtauksen ja/tai tulostusmateriaalin syötön kontrolloimiseksi, sekä liityntä älylaseille kontrollikeskukseen 30 käytettäväksi materiaalivirtoja tulostusmateriaalille, liima-aineelle ohjaavien venttiilien ohjaamiseksi ja/tai laser-valon ohjaamiseksi kontrolliyksikön ohjauksessa sen välityksellä käyttäjän hallinnassa.

20176144 prh 21 -12- 2017

Keksinnön suoritusmuodon mukaisessa jäijestelmässä voi olla lisäksi ainakin erään keksinnön suoritusmuodon mukainen kaksoiskartiosuutin järjestelmäelementtinä.

Älylaseina käytettävät lasit käyttäjän käytettävissä olevassa käyttöliittymässä ovat keksinnön mukaisesti sinänsä tunnettuja VR/AR laseja (Virtual Reality/Augmented Reality 5 -laseja), joista ne kuitenkin erottuvat käyttöliittymänsä puolesta joka hyödyntää neuroniverkkoja soveltuvin osin oppivaan ohjaukseen. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan neuroniverkot voivat olla myös kerrostettuja, jolloin on mahdollista tuottaa oppimista sääteleviä itseohjautuvia rakenteita, niin kerrosten sisällä kuin eri kerrosten neuronien välillä. Erään variantin mukaan parametriavaruuden kuvaamisessa voidaan 10 käyttää SOM-neuroniverkkoja ja/tai niiden variantteja, kuten KSOM-verkkoja ja/tai niiden stabiloituja muotoja verkon itseohjautuvien ominaisuuksien aikaansaamiseksi parametrien säätämiseksi tulostuksessa. Verkot voidaan myös keksinnön erään suoritusmuodon mukaan jakaa ryhmiksi saman tason neuronien kesken, jolloin kukin ryhmä neuroneja voi olla yhteydessä toisen tason neuroneihin ohjausparametrien optimoinnissa tietylle 15 koostumukselle tulostusmateriaalia.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan tulostin tai sellaista käyttävä 3Dtulostusjärjestelmä voidaan asentaa teollisuusrobottiin. Sitä voidaan siten ohjata VirtuaaliVR- (virtual reality) tai lisätyn todellisuuden AR- (augmentedreality) lasien avulla (joihin viitataan myös termillä ”Älylasit”.)

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan järjestelmässä on: Oppiva tekoäly, älylaseihin yhteydessä, tulostus-suutin/konenäkö asetelmasta sekä ohjattavasta koneesta esim, teollisuus robotista, joka voi olla esimerkiksi numeerisesti ohjattava. Tulostusjärjestelmä mahdollistaa monipuolisesti erilaisten materiaalien käytön 3d-tulostuksessa eikä tulostettavalla kappaleella ole koko tai paikkarajoitusta sinänsä, edellyttäen että 25 tulostinyksikkö on asennettu liikkuvalle alustalle.

Keksinnön erään suoritusmuotoesimerkin mukaan jauhemuotoisten materiaalien tulostamiseen voidaan käyttää 6-akseliseen teollisuusrobottiin tulostettavaan materiaaliin asennettavaa sopivaa tulostus-suutinta, pulssilaseria sekä konenäköjärjestelmää, jolloin siinä on ainakin: 3D-skanneri (laserkeilain tai vastaava tomografiayksikkö pinnanmuodostuksen 30 määrittämiseksi ja/tai etäisyyksien mittaamiseksi), lämpökamera ja/tai spektrikamera.

Konenäköjäijesteinään luoma kuva ja mittausdata siirretään älylasille näytettäväksi, jolloin käyttäjällä on käytettävissään tulostuksen ohjausparametrit.

20176144 prh 21 -12- 2017

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan tulostettavan kappaleen virtuaalinen 3d-malli, paikoitetaan älylasien kautta paikkaan, johon kappale halutaan tulostaa. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan käytetään 3D-skanneria tulostusalueen ja älylasien paikan 5 keskinäiseen täsmäyttämiseen suhteessa tulostussuuttimen sijaintiin tulostin järjestelmän tulostimessa tai vastaavassa tulostin yksikössä. Älylasista paikoitustieto siirretään robotin tekoälyn kautta konenäköjärjestelmään, joka neuroniverkon avulla voi suorittaa iterointeja paikan tarkkuustasokohtaiseksi tarkentamiseksi, mikäli jäijestelmässä on useampia tarkkuustasoja käytettävissä. Tarkkuustasolla tarkoitetaan suurennuslasimaista tarkennusta 10 tulostettavan kappaleen tietystä yksityiskohdasta. Käyttöliittymän avulla voidaan älylaseilla esimerkiksi pyörittää kappaleen virtuaalista vastinetta sekä merkitä tiettyjen yksityiskohtien paikat kappaleeseen makron nauhoitustoiminnon avulla, jolloin tulostusjärjestelmä muistaa nauhoituksen perusteella, minkälainen yksityiskohta kuhunkin yksityiskohdan tarkoitettuun paikkaan tulee sijoittaa. Tällöin voidaan myös käyttää tarkkuustasoja yksityiskohdan 15 muodon ja/tai rakenteen tarkemmaksi muotoilemiseksi.

Tällöin voidaan skannata robotin tulostuspäässä olevalla 3d-skannerilla tulostusalue ja paikoittaa tarkasti tulostettavan kappaleen virtuaalimalli olemassa olevien pintojen suhteen tulostuksen ajaksi haluttuun kohtaan.

Tulostettavan kappaleen virtuaalisesta mallista saadaan ns. ”3d-muotti” robotin oppivalle 20 tekoälylle. Kun kappaletta aletaan tulostaa, esimerkiksi puhalletaan jauhemuotoista materiaalia virtauksessa tarvittavan inerttikaasun avulla tulostus-suuttimen läpi, tulostusalueelle, joka vastaa virtuaalisen muotin sisäpuolta vastaavassa sijainnissa ja samalla materiaalia sulatetaan kiinteäksi pulssilaserilla reaalimaailmassa tulostusalueella siihen kohtaan kuin virtuaalimuotin mukaan olisi tulostettava. Laserin muodostamaa 25 materiaalisulaa kuvataan koko tulostuksen ajan kaikilla konenäköjäijesteinään sensoreilla ja/tai kameroilla. 3D-skannerista saatavan paikkatiedon perusteella saadaan parametrit materiaalisulan vuon ”liikutteluun” virtuaalimuotin sisällä samalla tavoin kuin reaalimaailmassa.

Spektrikameran mittausdatan kautta saadaan tietoon materiaalisulan 30 koostumus/alkuainejakauma. Kun tiedetään materiaalisulan koostumus ja lämpökamerasta saatava tulostettavan kappaleen lämpötiladata, voidaan sen tiedon pohjalta ohjata pulssilaserin tehoa reaaliajassa tulostuksen aikana.

20176144 prh 21 -12- 2017

Lisäksi tulostusjärjestelmän käyttäjällä voi olla apuna käsikäyttöinen, esimerkiksi kynän tyyppinen ohjain, jolla käyttäjä voi ottaa tulostin jäijestelmän etäohjaukseen. Tällöin kynässä voi olla kiihtyvyysantureita ja/tai gyroskooppeja MEMS-toteutuksena mukana käytettäväksi asento-antureina, jolloin kynän liikkeitä voidaan hallita ja niillä ohjata etäältä 5 tulostusta. Käyttäjä voi kytkeä esimerkiksi älylaseista valittavissa olevasta kohdasta käyttöliittymää etäohjauksen, joko tilapäisesti tai pitoon, jolloin kynällä voidaan vaikuttaa tulostusmateriaalivuon suuntaamiseen tulostettavassa kappaleessa. Etäohjauksessa tulostussuutin seuraa tällöin tietyin ehdoin kynän liikkeitä, jolloin käyttäjä voi ns. manuaalisesti suorittaa vaikka koko tulostuksen. Ehdot voivat olla etukäteen asetettavia käyttöliittymän 10 valikon kautta. Älylasien näyttökenttään voidaan konenäköjärjestelmästä saatavan data lisäksi, muodostaa virtuaalinen ohjainpaneeli, jossa sijaitsee tarvittavat säätimet tulostusjärjestelmän säätämiseksi.

Esimerkkien avulla kuvataan seuraavassa keksinnön suoritusmuotoja yksityiskohtaisemmin viittaamalla kuviin, joissa

Kuvat IA - 1C havainnollistavat esimerkkejä keksinnön suoritusmuodon mukaisesta suuttimen osasta 3D-tulostukseen eri kuvakulmista tarkasteltuna,

Kuva ID havainnollistaa esimerkkiä vaihtoehtoisesta symmetrisestä suutinpinnan poikkileikkauksesta keksinnön suoritusmuodon mukaan,

Kuvat 2A - 2C havainnollistavat esimerkkejä keksinnön suoritusmuodon mukaisista 20 vaihtoehtoisista tavoista toteuttaa 3D-tulostussuutin,

Kuva 2D havainnollistaa esimerkkiä keksinnön suoritusmuodon mukaisista 3D-suuttimeen syötettävistä materiaalivirroista ja niiden syötöstä kuvien 2A-2C, 2E esimerkeissä,

Kuva2E havainnollistaa esimerkkiä Kuvan 2D keksinnön suoritusmuodon mukaisista 25 suuttimelle tulevista S-IF-R-järjestelyn avulla aikaansaatavien suuttimen materiaalivirtojen havainnollistamiseksi,

Kuvat 3A-3B havainnollistavat esimerkkiä keksinnön suoritusmuodon mukaisesta 3Dtulostusmenetelmästä,

Kuva 4 havainnollistaa esimerkkiä 3D-tulostusjärjestlemästä ja sen eräistä 30 järjestelmäelementeistä,

Kuva 5 havainnollistaa esimerkkiä älylasinäkymästä käyttöliittymällä,

20176144 prh 21 -12- 2017

Kuva 6 havainnollistaa esimerkkiä keksinnön suoritusmuodon mukaisesta yksityiskohdasta ja

Kuva 7 havainnollistaa esimerkkiä keksinnön suoritusmuodon mukaisesta tulostuskynästä.

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS

Kuvioissa esitettyjen objektien mittasuhteet eivät välttämättömästi ole keskenään esimerkin mukaisessa suhteessa toisiinsa, vaan voivat vaihdella. Samalla viitenumerolla on viitattu samankaltaisiin objekteihin eri kuvissa soveltuvin osin, ellei toisin mainita. Alan ammattimies tietää kuitenkin, että viitattujen objektien ei välttämättömästi tarvitse olla 10 identtisiä suoritusmuotovarianttien kesken, vaan sellaisten viitattujen objektien ominaisuudet voivat vaihdella alan ammattilaisen koulutuksensa perusteella ymmärtämässä laajuudessa.

Kuvassa IA havainnollistetaan avautuvaa kaksoiskartiosuutinta. Kuvissa IB ja 1C suutinta on havainnollistettu toisesta suunnasta. Kuvista IB ja 1C käy myös ilmi keksinnön 15 suoritusmuodon mukaisen suuttimen syöttösymmetria suutinkappaleelle S. Numerolla 1 havainnollistetaan avautuvaa kartiosuutinosaa. Tätä osaa käytetään muodostamaan inerttikaasusta keilamaisen virtauskuvion. Kuvassa ID havainnollistetaan kaarevaa kartiopintaa vaihtoehtoisessa keksinnön suoritusmuodossa suuttimen S toteutuksessa. Erityisesti kaareva pinta voi poikkileikkaukseltaan olla matemaattisen funktion avulla 20 muodostetun pyörähdyskappaleen muotoinen, erään suoritusmuotovariantin mukaisesti eksponentti funktion avulla muodostetun pyörähdyskappaleen pinta, jolloin materiaalivuon nopeutta voidaan saada kiihdytettyä eksponenttipinnan avulla.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan osa rei'istä voi olla osastoituja sopivan kemikaalin kuljettamiseksi erillään inertistä kaasusta kemikaalin syöttämiseksi suuttimen reikien kautta 25 tulostuksessa tulostusmateriaalin yhteyteen, jolloin kemikaalin sopivan valinnan kautta sitä voidaan käyttää katalyyttinä ja/tai liimana tai vastaavana primerinä lujittamaan tulostettavan objektin rakenteen materiaalikerroksia. Osastointi esimerkkiä suuttimen S kannalta on havainnollistettu Kuvassa 2E. Tällöin voidaan myös valita useampia kemikaaleja eri suuttimien kautta seostettaviksi inertin kaasuvirran suojassa sekoitettavaksi keskenään 30 esimerkiksi CVD-prosessin aikaansaamiseksi ja siten tietyn tyyppisen kemiallisen yhdisteen tuottamiseksi tulostettavan kappaleen pinnalle kaasufaaseista. Lisäksi voidaan käyttää

20176144 prh 21 -12- 2017 soveltuvin osin myös esimerkiksi kovetteita, jotka kovettuvat laservalon vaikutuksesta, samaan tapaan kuin hammaslääkärin hampaan paikat voidaan kovettaa sopivan valo avulla. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan niiden aineiden syöttökanavan päässä suutinta olevat aineen syöttöreiät on muotoiltu neliskulmaisiksi, jolloin virtauksen sekoittumista 5 voidaan parantaa siten turbulenssia tuottamalla ja siten aineiden keskinäisen sekoittuvuuden parantamiseksi. Keksinnön tästä suori tusmuotoesimerkistä käytetään nimitystä turbulenttisuutin viittaamaan lisääntyneeseen sekoittumisominai suuteen verrattuna normaaliin pyöreä/elliptisin rei'in varustettuun suuttimeen.

Kuvassa IA numero 2 havainnollistaa suojakaasuvirtauksen (esimerkiksi inerttikaasun) 10 kokoojakammiota. Kammion 2 kartion 1 puoleisten seinämän virtaus aukoista 5 (kuvattu ellipsein kartiopinnan reikien avulla) purkautuvalla kaasulla ohjataan tulostettavan materiaalin virtausta. Numero 3 havainnollistaa materiaalisyöttösuutinta, suuttimelle tuleva materiaali puhalletaan ulos esim, inerttikaasun avulla. Tämän inerttikaasun ei välttämättömästi ole oltava kammion 2 suojakaasuvirtauksen kanssa samaa ainetta, vaan 15 materiaalisyötön 3 koostumuksessa voidaan käyttää myös lisänä katalyyttiä ja/tai muuta ainetta, jolla parannetaan tulostettavan materiaalin kiinnittymistä tulostuskohteeseen. Numerolla 4 on havainnollistettu kuitulaserin päätä. Keksinnön sellaisen suoritusmuotovariantin mukaan, jossa kuitulaser on korvattu liimasyötöllä, numero 4 havainnollistaa kuvissa 1A-1C liimansyöttökanavaa.

Kuvissa 2A-2E on havainnollistettu sellaista keksinnön suoritusmuotoa, jossa suutin S on suutinjäijestelyn S-IF-R avulla vaihdettavissa siten, että eri materiaalien vuot suojakaasun Sh sisällä ovat järjestettävissä vaihtoehtoisiin säteittäisiin jäijestyksiin. Tällöin voidaan kiinnikkeiden K avulla suutinjärjestelyn suutin osa S, välikappale IF ja syötön runko-osa R kiinnittää toisiinsa siten, että välikappaleen IF valinnalla voidaan esimerkiksi kuitulaserin L 25 ja materiaalisyötön M järjestys vaihtaa kuvassa 2B toisinpäin kuin kuvassa 2A. Tällöin voidaan saavuttaa etua mahdollisesti sellaisilla materiaaleilla, jotka tarvitsevan esilämmitystä voidakseen sitoutua tulostettavaan kappaleeseen, erityisesti, jos tarkoituksena olisikin vaikuttaa tulostuskohdan tasaiseen materiaalikerroksen muodostukseen.

Kuvassa 2C on havainnollistettu sellaista suutinjärjestelyä, S-IF-R, jossa on käytössä kahta 30 erilaista materiaalia tulostuksessa, materiaalit Ml ja M2. Tällöin alan ammattilainen tietää keksinnön suoritusmuotojen perusteella, että materiaalien lukumäärää ei sinänsä rajoiteta kuvissa 2A-2C esitettyihin esimerkkeihin, vaan materiaaleja voi olla enemmänkin, kunhan suutinjärjestelyssä S-IF-R on kullekin tulostusmateriaalikoostumukselle oma

20176144 prh 21 -12- 2017 syöttökanavansa. LI ja L2 havainnollistavat laseri-valon syöttöjä, jotka voivat olla sinänsä optisen alueen ja/tai sen lähialueiden aallonpituusalueella. Esimerkiksi ultravioletti ja infrapuna-alueet voivat tulla kysymykseen optisen alueen lisäksi laservalon käytössä. Eräs laser syöttö voidaan myös korvata eräässä keksinnön suoritusmuotovariantissa liima5 /sideainesyötöllä, jolloin laseria voidaan käyttää sinänsä lämmittämiseen tulostuskohdassa, mutta samalla myös soveltuvin osin materiaalivirtojen olomuodon muokkaamiseen, mutta soveltuvin osin myös katalyyttisesti kovettumisreaktion aikaansaamiseksi tulostuskohdassa. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan lasereista erästä, L, LI ja/tai L2 voidaan käyttää korjaamaan tulostuskohdalle muodostunutta materiaalikertymää, mikäli se jostain syystä ei 10 olekaan tulostusta ohjaavan käyttäjän mieleinen. Tällöin laser voidaan käyttöliittymän avulla asettaa ablaatio-moodiin, jolla voidaan poistaa materiaalia korjattavasta kohdasta. Erään suoritusmuodon mukaan ablaatio-moodi on kylmäablaatioon perustuva moodi.

Vaihtoehtoisesti erästä materiaalisyöttökanavista Ml, M2, ja/tai kanavista LI, L2 voidaan käyttää liuottimen syöttämiseen tulostuskohtaan, jolloin liuottimella pyritään tasoittamaan 15 tulostuskohdan muotopoikkeamia. Tällöin kuitenkin materiaali syötön mahdollistamiseksi erästä kanavaa LI, L2 pitkin, tulee kanavan siinä tapauksessa olla materiaalisyöttökanavan muodostava kanava, soveltuvin osin.

Kuviossa 2D on havainnollistettu symmetristä suutinjäijestelyn syöttöä viittaamalla kuviin 1A-1C ja kuviin 2A-2E materiaalivirtojen havainnollistamiseksi esimerkillä. Kuvassa 2C 20 on piirtoteknisten syiden vuoksi käytetty koko suutinkanavan poikkileikkausta kanavistojen havainnollistamisessa, vaikka esimerkiksi suuttimen S päässä tilanne olisikin poikkeava kuvan 2C kaavamaisesta esimerkistä kuvan 2E mukaisena.

Tulostamisesimerkissä viitataan kuviin IA ja 2A sekä kuvaan 4, soveltuvin osin. Tulostussuuttimesta S, tarvittavalla inerttikaasulla 2, Sh puhallettavaa jauhemateriaalia 3, M 25 sulatetaan pulssilaserilla L. Materiaali suihkun M ja laserin L polttopisteen yhtymäkohta on tulostuksen kannalta tarkasteltu nollapisteenä (O-piste). Hyperspektrikamera (Kuva 4, spektroskopiavälineet Spe) ja lämpökamera (Kuva 4 spektroskopiavälineet Spe) on kohdistettu 0-pisteeseen tulostettavan kappaleen sijainnissa, jolloin tiedetään kyseisen pisteen alkuainejakauma ja lämpötila tulostettavan kappaleen paikkatietoavaruudessa. 30 Vaihtoehtoisesti ja/tai lisäksi alkuainejakaumalle voidaan myös soveltuvin osin käyttää spektroskooppisesti saatavilla olevassa laajuudessa myös materiaalisidoksista saatavaa tietoa rakenneaineiden sidosten herätteenä käytetyn laser-säteilyn avulla herätetyn sidoksen tarjoaman vasteen perusteella.

20176144 prh 21 -12- 2017

Tulostuksessa pulssilaserin L, LI, L2 tehoa säädetään reaaliajassa, hyperspektrikamerasta HSPK saatavan tulostusmateriaalin alkuainejakauman ja lämpökameran LK tuottaman datan avulla. Tekoäly hakee materiaalitietopankista (Tietokanta) lähimmän vastaavan alkuainejakauman omaavan materiaalin (M, Ml M2) asetukset. Jos tulostus ei täytä tiettyjä 5 ehtoja, voi koneen käyttäjä ottaa tulostimen etäohjaukseen VR-laseja ja ohjainkynää (Kynä) käyttäen ja hakea asetukset manuaalisesti säätämällä laserin L tehoa ja materiaalin M syöttönopeutta, tulostussuuttimen S, S-IF-R asentoa tulostettavaan pintaan nähden sekä muita säätöön vaikuttavia parametreja.

Kyseisellä jäijestelmällä päästään siihen, että tulostettavan materiaalin ominaisuuksista ei 10 välttämättä tarvitse etukäteen tietää kuin jauheen partikkelikoko (ettei tulostus-suutin järjestely tai sen osa tukkeudu) ja materiaaliluokka (ABS, nylon, alumiini, teräs, jne), mistä koostumuksesta kappale halutaan tulostaa. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan periaatteessa kaikki materiaalit, jotka pystytään sulattamaan laserilla ja/tai ablatoimaan pulssilaserin avulla, ovat tulostuskäyttöön kelpoisia ja tietyssä määrin tulostus-suuttimessa 15 tai suoraan lasersulaan voidaan seostaa eri materiaaleja käyttämällä useampaa materiaalisyöttöputkea, vaadittavien ominaisuuksien saavuttamiseksi tulostettavassa kappaleessa. Materiaalisyöttö voidaan toteuttaa myös useamman suuttimen muodostaman suutinryhmän avulla, joissa kussakin on oma suutinjäijestely, jolloin voidaan päästä siihen, ettei tulostussuutinta tarvitse vaihtaa kesken tulostuksen optimaalisen tuloksen 20 saavuttamiseksi.

VR-lasien ja 3d-skannerin avulla voidaan tulostettavan kappaleen virtuaalinen malli asemoida olemassa olevan kappaleen päälle (käyttöliittymässä), alle tai sivulle, ja aloittaa tulostus suoraan siihen. Voidaan myös käyttää tulostuksen alkuun saattamisessa substraattia, joka muodostaa esimerkiksi verkon tai muun vastaavan tukirakenteen, jonka päälle 25 tulostettava objekti tulostetaan, ellei suoraan lähdetä tulostamaan alustalle. Tällöin substraatin avulla joissakin tapauksissa voidaan säästää materiaalia ja/tai nopeuttaa tulostusta. Tulostussuuttimen ja/tai sen mukaisen suutinjärjestelyn voi asentaa myös nykyisiin työstökeskuksiin kuin perinteisiin 3d-tulostimiin. Voidaan myös arvioida, kun 5gverkot ovat käytössä, niitä hyväksikäyttäen voidaan tekoäly sijoittaa palvelimelle (Kuva 4), 30 jolloin kentällä/työmaalla oleva tulostinlaitteisto ei sinänsä tarvitse kovin järeää laskentakapasiteettia ja laitteistoa voidaan ohjata etänä reaaliajassa esim, liikkuvan alustan päällä oleva robottikäsivarsi tai multikopterit ja vastaavat liikkuvat laitteet.

20176144 prh 21 -12- 2017

Kuvassa 3A on havainnollistettu tulostusta sinänsä. Kun tulostusmateriaali M tulee spektroskoopivälineiden Spe lukualueelle spektrin määrittämiseksi, voidaan siitä määrittää alkuainekoostumus antureiden Al ja/tai A2 avulla. Voidaan myös määrittää sidostyypit 5 soveltuvin osin materiaalista, jolloin voidaan tiedon perusteella ohjata laserin L, LI, L2 ajoparametrejä, kuten tehoa, pulssin pituutta suhteessa pulssien väliseen aikaan, pulssin nousuaikaa, ja/tai fluenssia. Komparaattorivälineillä (Kompa) voidaan verrata keskenään syötön eri vaiheissa olevia suureita spektroskooppivälineiden Spe antamista suureista.

Materiaali spektrin perusteella tiedetään myös esimerkiksi materiaalin höyrynpaine ja 10 viskositeetti sulana, sekä mahdollisesti myös onko riskiä sille, että materiaali hajoaisi jossain tietyssä lämpötilassa tulostuksen kannalta epäedullisella tavalla, jolloin tiedon perusteella laserin käyttöasetukset voidaan asettaa tulostettavan materiaalin kannalta optimaalisiksi. Lisäksi voidaan suuttimen tilaa kuvaavia suureita, kuten paine, lämpötila, resonanssitaajuudet, säätää ja siten pitää suurin toiminnassa tukkeutumattomasti 15 mahdollisimman pitkään. Materiaalivuon suuntaa voidaan myös tarvittaessa muuttaa asetetusta, seurannan mukaan. Seurantaa erään suoritusmuotoesimerkin mukaan ohjaa neuroverkko tekoälyn avulla toteutettuna, jolloin parametrien säätäminen voidaan toteuttaa soveltuvin osin tekoälyalgoritmin ominaisuuksien mukaisesti joko ulkoisten ja/tai sisäisten takaisinkytkentöjen avulla tilaa kuvaavien suureiden mittauksen ja vertailun antamaa tietoa 20 hyväksi käyttäen.

Kuvassa 3B on havainnollistettu keksinnön suoritusmuodon mukaista tulostusmenetelmää. Siinä ensin valitaan kappale (KPL), joka halutaan tulostaa. Valinta voi olla skannaus tulostusjärjestelmän muistista, palvelimelta (Kuva 4) tai se voidaan myös skannata esitetyille vaihtoehtoisesti esimerkiksi tomografiavälineillä (Tomo, Kuva 4) reaalikappaleesta saatavan 25 tomografiatiedoston avulla. Tomografia tiedosto voidaan tallettaa tietokantaan, ja/tai lähettää palvelimelle talletettavaksi, jaettavaksi ja/tai muokattavaksi soveltuvin osin.

Tulostusta varten tarkistetaan onko suutinjäijestelyssä S-IF-R sopiva suurin S valittuun materiaaliin M nähden, jolloin tekoäly voi vaihtotarpeen havaitessaan suositella tarvittaessa sopivaan suuttimen vaihtamista, ellei tulostimessa tulostusjärjestelmässä ole soveltuvia 30 suuttimia tulostettavan kappaleen tulostamiseksi sen monimutkaisuusasteen mukaisesti juuri sillä hetkellä tarjolla soveltuvasti materiaalin ja/tai rakenteen tulostamiseksi tarvittavine yksityiskohtineen tulostettavassa kappaleessa.

20176144 prh 21 -12- 2017

Tulostuksessa valitaan myös materiaalit tulostukseen, sekä tarkistetaan tulostuksen tulostusgeometria. Tekoäly voi suositella kappaleen tulostamista tietyssä asennossa, ja/tai tietyn koordinaatiston koordinaattien perusteella, mikäli havaitsee, että tulostus olisi edullista suorittaa mieluummin erään ensimmäisen tulostusgeometrian mukaisesti kuin 5 erään toisen tulostusgeometrian. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan tekoäly voi olla järjestetty siten, että se simuloi rinnakkaisia tulostusgeometrioita, ja antaa käyttäjälle esimerkiksi nopeimman tulostusgeometrian valittavaksi suosituksena. Vaihtoehtoisesti suositus voi olla esimerkiksi tarkinta tulostusjäljen antavaa geometriaa vastaava. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan tulostusjärjestelmässä on myös mahdollisuus suorittaa 10 simulaatioita tulostuksesta, jolloin tarvittavat liikkeet robotiikan (robo, kuva 4) ja sitä ohjaavien takaisinkytkentöjen ja niitä liikuttavien servosysteemin osien kautta niin pyörityksissä kuin etenevissä liikkeissä (x, y, z) voidaan etukäteen arvioida ja siten mahdollisia pullonkauloja voidaan poistaa tulostuksesta. Tällöin esitetyn mukaisen esikatselu toiminnon avulla voidaan säästää materiaalia, laitetta ja aikaa, erityisesti jos on 15 etukäteen odotettavissa mahdollisuus tulostuksen katkeamiseen kesken tulostuksen.

Tulostus sinänsä voi kulkea kuvan 3A mukaisesti, jolloin tekoäly seuraa tulostusta ja tarvittaessa välittää seurantatietoa tulostuksesta käyttäjälle. Tieto voi olla soveltuvin osin esimerkiksi visuaalista, tekstipohjaista, koodattua ja/tai parametrimuotoista, jolloin käyttäjälle esitetään kuvaa tulostuksen etenemisestä älylasien tarjoaman käyttöliittymän 20 näkymän avulla (Kuva 5).

Mikäli käyttäjä ja/tai tekoäly (esimerkiksi tomografiavälinein tulostusta seuratessaan) havaitsee poikkeamia esiasetetuista arvoista tulostettavan kappaleen muodossa tulostuksessa, voi tekoäly ilmoittaa käyttäjälle poikkeamasta, jolloin tämä voi joko hylätä ilmoituksen tai ottaa tulostuksen hallintaansa. Tällöin voidaan käyttöliittymän avulla 25 osoittaa kappaleen korjattavia kohtia, joista materiaalia joko poistetaan tai lisätään korjauksen tarpeen mukaan. Älylaseissa voi olla erään suoritusmuodon mukaan olla kameroita, joilla esimerkiksi käyttäjän käsiä, sormia ja/tai käyttäjän käyttämää kynämäistä osoitinta seurataan ja/tai käyttäjän silmänliikkeitä sekä silmän räpäytyksiä. Tällöin voidaan kohdistaa korjaavat toiminnot esimerkiksi valikkorakenteesta valiten kohdistumaan tiettyyn 30 kohtaan tulostettavaa kappaletta. Toteutus voi olla myös siten interaktiivinen, että parametreista esitetään tietty alue, käyttäjän osoittaman mukaisesti. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan älylasien ainakin erästä sen kameroista käytetään tomografiavälineiden yhteydessä.

20176144 prh 21 -12- 2017

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan tulostus nauhoitetaan kokonaisuudessaan, jolloin jälkeenpäin käyttäjä voi tallettaa tulostustapahtuman sellaisenaan, tai soveltuvin osin korjattuna tietokantaan muistiin myöhempää käyttöä varten. Tällöin tulostus voidaan nauhoitta makrona, jolloin käyttäjä voi antaa sille sopivan nimen esimerkiksi Maljakko 5 XXX. Tällöin kun käyttäjä haluaa tulostaa toisen, seuraavan, kappaleen, esimerkiksi juuri tulostetun kaltaisen maljakon, joka on Maljakon XXX mukainen, käyttäjä voi hakea tietokannasta tulostusmakron, jonka ajamalla käyttäjä saa tulostettua makron sisältämien liikkeiden ja suuttimen ohjaustiedon perusteella vastaavanlaisen maljakon. Makro voi olla soveltuvin osin liikkeiden mukaista dataa käsittävä, mutta sitä voidaan myös erään 10 suoritusmuodon mukaan muuttaa eri materiaalille soveltuvaksi, jolloin tekoäly voi tehdä uuden simulaation tulostuksen kulun optimoimiseksi.

Kuvassa 4 havainnollistetaan keksinnön suoritusmuodon mukaista esimerkkiä tulostusjärjestelmästä. Keksinnön suoritusmuodon mukaisesti tulostusjärjestelmässä on kontrollikeskus, esimerkiksi joukolla mikroprosessoreita toteutettuna μΡ, jolloin ainakin 15 eräällä mikroprosessoreista on käytössään muisti (havainnollistettu laatikolla muisti), jossa voidaan tekoälyn ylläpitämiseksi tarvittavat algoritmit ja ohjausdata pitää muistissa. Muisti voi olla soveltuvin osin lyhytkestoista mikroprosessorin toimintojen tarpeisiin ja/tai soveltuvin osin pitkäkestoista data ja/tai käyttöparametrien säilyttämiseen. Kontrollikeskuksen alaisuudessa toimii käyttöliittymä KL, joka on järjestetty paikallisesti 20 tulostusjäijesteinään erään tulostimen yhteydessä toimivaksi. Käyttöliittymässä on VR/ARvälineet älylasien ohjaamiseksi kontrollikeskuksen ja käyttäjän välisen vuorovaikutuksen toteuttamiseksi tulostuksen ohjaamiseksi. VR/AR-välineet voivat käsittää älylasit, sekä myös sellaisten yhteydessä joukon kameroita käyttäjän silmän liikkeiden ja/tai räpäysten havaitsemiseksi, tulkittaviksi tekoälylle kohdistuskomentoina ja/tai valintaa osoittavina 25 toimintoina älylasien avulla käyttäjälle esitettävässä valikkorakenteessa. Erään suoritusmuotoesimerkin mukaan myös käyttäjän muita kehon osia kuten esimerkiksi sormia, käsiä, käsivarsia voidaan käyttää osoitin- ja/tai valintavälineinä. Voidaan myös käyttää esimerkiksi kynämäistä pointteria osoitin- ja/tai valintavälineenä tulostuksen ohjauksessa.

Kuvassa 4 on myös havainnollistettu sellaisia keksinnön suoritusmuotoja, joissa 30 käyttöliittymä on lähiverkon avulla hajautettu kontrollikeskuksesta kauemmas. Tällöin lähikäyttöinen käyttöliittymä KLL voi soveltuvin osin olla samanlainen kuin käyttöliittymä KL. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan kontrollikeskus on yhteydessä viestintä

20176144 prh 21 -12- 2017 välineiden (Viestintä) kautta palvelimelle, joka voi soveltuvin osin pitää yllä lähiverkkoyhteyksiä lähikäytön aikaansaamiseksi. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan palvelin voi olla myös yhteydessä muuhun tietoverkkoon, josta eräänä esimerkkinä on kuvassa esitetty Internet, mainittuun yksinomaisesti rajoittumatta. Tällöin on myös mahdollista aikaansaada sellainen etäkäyttö etäkäyttöliittymän KLE avulla, jossa tulostusjärjestelmää etäkäytetään. Tällöin käyttäjä voi olla esimerkiksi kotona, ja tulostettava kappale teollisuuslaitoksessa, jopa toisessa kaupungissa, maassa tai maanosassa. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan tällöin voidaan hyödyntää palvelinta ja tietoverkkoja siten, että tulostusjärjestelmässä on itse-diagnostiikkapiiri IDP, jonka avulla 10 tulostusjärjestelmän toimintaa ja sen materiaalivirtoja voidaan tarkkailla, jolloin tulostusmateriaalien ja muiden mahdollisten tarpeiden logistiikan, laitteiston huollon, varaosien ja/tai tilausten hallinnointi voidaan järjestää automaattiseksi. Tällöin tulostusjärjestelmä on mahdollisimman toimintavalmis käytettäväksi tulostukseen. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan tulostusjärjestelmässä on kuvan 4 esimerkin 15 mukaan katkoviivoituksella osoitettu Tulostin. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan palvelin voi käsittää soveltuvin osin kontrollikeskuksen tekoälyn algoritmeja, jolloin voidaan myös käyttää laskennan hajautusta palvelimen ja tulostimen kesken.

Soveltuvin osin voivat esimerkiksi spektroskopiavälineet Spe ja/tai tomografiayksikkö Tomo olla tulostimen sinänsä ulkopuolisia, mutta tulostimeen liitettävissä 20 kontrollikeskuksen ohjauksen alaisuuteen. Todetaan myös käyttöliittymästä KL, että sen ei välttämättömästi tarvitse kuulua tulostimeen, vaan KL voi olla tulostimelle ulkoinen soveltuvin osin. Esimerkiksi älylasit voivat olla käyttäjälle puetut, mutta langallisesti tai langattomasti tulostimen kontrollikeskukselle yhdistetyt, esimerkiksi palvelimen kautta.

Palvelin on piirretty viestintävälineiden kautta yhteyteen kontrollikeskuksen kanssa kuvassa 25 4.

Kuvan 4 esimerkin mukaan kontrollikeskus voi ohjata spektroskopiavälineitä Spe, Tomografiayksikköä Tomo, lähtöaineiden Sh, L, M, annostelua, suutinjärjestelyn S-IF-R asentoa ja/tai tilaa suhteessa tulostuskohtaan, laseria L, LI, L2, servoja (Servo) robotiikan (Robo) ohjaamiseksi tulostettavan kappaleen liikuttelemiseksi tulostuksen aikana 30 mahdollisesti ilmenevän tarpeen mukaan, myös kierrot mukaan lukien. Vaikka tasokuvion perusteella kaarevin viivoin Robo-laatikon yllä olevaa tulostettavan kappaleen silhuettia onkin havainnollistettu voitavan siirtää vaaka- ja/tai pystysuunnassa sekä myös kiertää

20176144 prh 21 -12- 2017 (kaarevien nuolten havainnollistamana) on alan ammattilaiselle selvää, että vastaavat liikkeet voidaan saada aikaan kappaleelle myös paperin tasoa kohtisuorassa suunnassa olevalle koordinaatille.

Kuvassa 5 on havainnollistettu älylasien avulla toteutettua käyttöliittymää, KL, KLL, KLE.

Vasemmanpuoleisessa älylasin linssissä (kuvan 5 vasemmassa yläreunassa) on havainnollistettu kaksi maljakon silhuettia. Nämä on esitetty rinnakkain piirretysti, jolloin oikean puolimmaisen ympärillä on valintaa osoittava raami, sekä myös valintaa osoittava nuoli, joka havainnollistaa, että juuri sen silhuetin ominaisuuksista on kysymys, älylasin oikeanpuoleisen linssin valikoissa, joissa on kuvattu tekstiä ja parametreja vaakaviivoin 10 ruutujen sisällä. Nuolella halutaan havainnollistaa, että tietty parametri on valittuna, joka koskee oikeanpuoleista silhuettia. Tämä voi olla esimerkiksi tulostettavan kappaleen malli, ja vasemman linssin vasemmanpuoleinen silhuetti voi olla tulostuksen sen hetkisen etenemisen mukainen kuva tulostettavasta kappaleesta. Oikean yläkulman kuvassa valinta on vaihtunut, kun valintaa vasemmassa linssissä osoittava nuoli on vasemmanpuoleista 15 silhuettia osoittava. Myös oikean puoleisen linssin valikko rivi on muuttunut toiseen ruutuun, osoittaen toista teksti/parametri riviä.

Vasemmalla alanurkassa valinta kohdistui riville, jonka kautta avautui uusi valikko, jossa havainnollistetaan nyt käyttäjälle tulostettavan kappaleen pyörittämisen ja/tai siirtämisen mahdollisuuksia tulostuksen jossain tietyssä vaiheessa, esimerkiksi makron nauhoitukseen 20 liittyen, mainittuun sinänsä kuitenkaan rajoittumatta.

Oikealla alanurkassa nuolen osoittaman valinnan kautta käyttäjä on siinä päässyt tarkastelemaan tulostettavan kappaleen tulostuskohdan alkuainejakaumaa, jossa (oikealla yläruudussa) on kolme piikkiä kuvattuna havainnollistamaan spektroskopiavälineillä saatavaa tietoa. Alemmassa ruudussa havainnollistetaan esimerkiksi materiaalin kertymistä 25 tulostettavan kappaleen eräälle pinnalle. Siirtämistä havainnollistavin suorin nuolin ja/tai pyöritystä havainnollistavin kaarevin nuolin havainnollistetaan erään suoritusmuodon mukaista mahdollisuutta tarkastella tulostettavan kappaleen spektriä esimerkiksi pyörityksen mukaisesta eräästä kohdasta spektrin muuttuessa kohdan mukaan.

Kuviossa 6 on havainnollistettu spektroskopiavälineitä Spe, jotka käsittävät 30 havainnollistetussa esimerkissä ainakin erään seuraavista: Liityntä kontrollikeskukseen, hyperspektrikamera HSPK, Komparaattorin Kompa spektrien vertaamiseksi, lämpökamera LK. Vaikka kuvassa 4 onkin esitetty vain yhdet spektroskopiavälineet Spe, alan

20176144 prh 21 -12- 2017 ammattilainen tietää keksinnön perusteella, että niitä voi olla myös useampia, jolloin erään suoritusmuodon mukaan spektroskopiavälineet voivat olla soveltuvin osin ulkoisia ja/tai hajautettu useampien välineiden kesken.

Esimerkki 1

Tulostettavaksi tarkoitetusta kappaleesta kuvannetaan 3D-skannerilla työtiedosto keksinnön erään suoritusmuotovariantin mukaan. Skanneri voi olla tomografiaväline, jolla saadaan 3Dskannerin resoluution mukaisesti erottuvat yksityiskohdat kuvannettuna kappaleen muotojen mukaisesti niiden suhteessa muuhun tulostettavan kappaleen rakenteeseen / muotoihin. Tieto voi olla esimerkiksi numeerisessa muodossa, jonka perusteella kontrolliyksikkö varsinaisen 10 tulostuksen yhteydessä lukiessaan työtiedostoa tietokannasta, ohjaa tekoälynsä varassa suuttimelle syötettäviä materiaalivirtoja, niiden voimakkuuksia ja kestoja sekä niitä suuntia, joista materiaalivirrat kohdistuvat tulostettavaan kappaleeseen. Materiaalivirran suunnat voidaan toteuttaa kappaletta pyörittämällä ja/tai siirtämällä robotiikan avulla. Tällöin tulostettavan kappaleen ja suuttimen materiaalivirran keskinäistä suhdetta voidaan muuttaa 15 liikuttelemalla tulostettavaa kappaletta ja/tai suurinta toisiinsa nähden. Pienet kappaleet voidaan tulostaa liikuttelemalla kappaletta, ja/tai pyörittämällä soveltuvin osin, mutta suuret kappaleet voivat edellyttää enemmän suuttimen liikuttelua tulostuksen mukaan kohdistettavien materiaalivirtojen tarkoitettujen sijaintien mukaisesti, kuin mitä pienen tulostettavan kappaleen tapauksessa. Voidaan käyttää myös sellaista joukkoa suuttimia 20 suutinjärjestetyssä, jolloin tulostusta voidaan suorittaa eri suunnista suutinjoukon avulla.

Tulostettava kappale voi olla järjestetty liikutettavaksi esimerkiksi Karteesisen koordinaatiston mukaisesti kolmen suunnan lisäksi myös pyörityssymmetrisesti kunkin koordinaattiakselin suhteen toimivan pitimen avulla. Liikuttelussa voidaan käyttää esimerkiksi 6-akselista teollisuusrobottia. Vaihtoehtoisesti tulostettava kappale voi jossain 25 tapauksessa olla muodoltaan sellainen, että pallokoordinaattisysteemin mukainen tulostettavan kappaleen kohdentaminen tulostusmateriaalivuohon on helpompaa matemaattisesti kuin Karteesisessa koordinaatistossa. Vielä erään variantin mukaan voi olla tarkoituksenmukaista valita tulostuskoordinaatistoksi sylinterikoordinaatisto, esimerkiksi silloin, kun tulostettava kappale on pitkänomainen tai muutoin sylinterikoordinaatistoon 30 muita koordinaatistoja soveltuvampi, kuten esimerkiksi pyörähdyssymmetrisen tulostettavan kappaleen tapauksessa, ja/tai lähes pyörähdyssymmetrisen kappaleen tapauksessa. Varsinkin silloin kun kappale on pitkänomainen.

20176144 prh 21 -12- 2017

Erään suoritusmuotovariantin mukaan käyttäjä voi käyttöliittymästä valita, mitä tulostuskoordinaatistoa aikoo tulostuksessa käyttää. Erään variantin mukaan tekoäly voi antaa valinnan tueksi vaihtoehtoja tulostusaika-arvion muodossa, perustuen simulointiin ja/tai tomografia tiedoston perusteella muodostettuihin tulostettavan kappaleen mittoihin, 5 jolloin käyttäjä voi valita koordinaattijärjestelmän, esimerkiksi nopeimman ja/tai yksityiskohdiltaan tarkimman tulostuksen mahdollistavan koordinaatiston. Yksinkertaisten kappaleiden tapauksessa koordinaatiston valintapiirteellä ei välttämättä ole merkitystä, mutta joissakin tapauksissa valinta voi auttaa päättämään, kuinka optimoida tulostusaika tietyn tyyppiselle erikoisemmalle kappaleelle. Erään suoritusmuotovariantin mukaan 10 käyttäjä voi valita esimerkiksi nopeimman tulostuksen, mutta myös asettaa valintansa automaattisesti valituksi, jolloin tekoäly muodostaa ajoparametreille arvot kyseistä kappaletta varten. Kappaleen tulostustiedosto voidaan tallettaa tietokantaan järjestelmässä tai sen ulkopuoliseen tietokantaan järjestelmän luettavissa olevassa muodossa.

Esimerkki 2

Tulostin muodostuu tulostusjärjestelmästä, jossa on vaihdettavalla suuttimella S varustettu eräs ensimmäinen suutinjärjestely S-IF-R eräänä tulostimen suutinjärjestelyistä. Rajoittamatta keksinnön suoritusmuodoissa suutinjäijestelyjen typpiä ja/tai lukumäärää, mainitussa tulostimessa on lisäksi ainakin eräs toinen, kiinteä suutinjärjestely, jossa suutinosa S ja runko-osa R ovat kiinteästi toisiinsa kytketyt materiaalin syöttökanavalla.

Lisäksi mainitussa toisessa suutinjärjestelyssä on Laser, jota voidaan myös käyttää tulostusmateriaalin sulattamisessa varsinaisen tulostuksen yhteydessä, mutta myös pulssitettuna ablaatiolaserina, materiaalin poistamiseksi tulostettavasta kappaleesta sen korjaamiseksi tarvittaessa, kun älylasien avulla toteutetun käyttöliittymän avulla tulostin vaihdetaan tulostusmoodissa korjausmoodiin havaitun virheen korjaamiseksi. Keksinnön 25 erään suoritusmuodon mukaan käyttäjä voi myös ottaa koko tulostuksen omaan hallintaansa ja tulostaa tulostettavan kappaleen soveltuvin osin, ellei kokonaan, oman ohjauksensa perusteella. Erään suoritusmuodon mukaan älylaseja käytetään kynämäisen ohjaimen ohjauksen tuottamiseksi tulostimelle ja sen materiaalin syötölle, mutta erään variantin mukaan käyttäjän kättä tai sormia voidaan käyttää kynämäisen ohjaimen korvikkeena.

Esimerkki 3

Esimerkin 2 mukaisessa tulostimessa tulostusmateriaalin lämmitykseen/sulatukseen käytettävä laser on soveltuvin osin korvattu liima-aineen syöttökanavalla ja puristimella

20176144 prh 21 -12- 2017 liima-ainevuon tuottamiseksi manituin välinein muodostetun liima-ainevälineen avulla tulostetavalle kappaleelle, jolla liima-aineella varsinainen tulostusmateriaali kiinnitetään tulostettavaan kappaleeseen.

Esimerkki 4

Eräässä tulostimessa jossa on liima-ainevälineet, on myös ablaatiolaser tulostettavan kappaleen korjaamiseksi. Erään suoritusmuotovariantin mukaan tulostimessa on myös laser, jossa tulostimessa tulostuksessa liima-ainetta kovetetaan laservalon avulla tulostuskohdassa tulostuksen yhteydessä.

Esimerkki 5

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa laitteessa on suutinjärjestelyssä sellainen runko-osa R, jossa on vakio liityntä tietyn tyyppisiin suutin S ja välikappale IF yhdistelmiin, välikappaleeseen liitettävästi. Tällöin tietyllä välikappaleella IF voidaan vakiorunko-osaan vaihtaa erilainen suutin S, jolloin samalla tietyllä runko-osalla R voidaan käyttää vakioituja materiaalisyöttöjä runko-osan kautta, mutta suurinta S ja välikappaletta IF vaihtamalla 15 voidaan vaihtaa materiaalien syöttöjärjestystä suuttimessa S ja/tai geometriaa tulostettavan kappaleen tulostuskohtaan kohdistuvan materiaalivirran optimoimiseksi, kuvien 2A-2D mukaisesti. Runko-osa R voi olla erään suoritusmuodon mukaan varustettu tunnistusvälinein, jolloin tunnistusvälineiltä saatavan signaalin perusteella kontrollikeskus saa tunnistetuksi myös suuttimen S ja väliosan IF kun nämä ovat soveltuvin osin varustettu keskenään siten, että runko-osan tunnistusväline saa tunnistustiedon suuttimelta S ja väliosalta IF välitettäväksi runko-osalle R tulostusmateriaalivirtojen valitsemiseksi tulostustapahtumaa, ja/tai sen simulointia varten.

Esimerkki 6

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan älylaseilla ohjattu 3d-tulostuskynän käsittävässä 25 laitteistossa on: Älylasista, tulostuskynästä (Kuva 7), syöttöputket/johdot jotka yhdistävät tulostuskynän ja sen suuttimet soveltuvin osin materiaalinsyöttölaitteistoon. Materiaalinsyöttölaitteistossa on virtalähde, tulostusmateriaalien syöttöjärjestelmä sinänsä, älylasien yhdistämiseen järjestelmään tarvittava elektroniikka sekä kuitulaser- ja/tai liiman tai muun sidosaineen syöttölaitteisto soveltuvin osin keksinnön suoritusmuotoesimerkkien 30 mukaan. Erään variantin mukaan tulostusjäijestelmään voidaan lisäksi lisätä yksi tai

20176144 prh 21 -12- 2017 useampi sähkömoottoriohjattu vaijerikela tulostuskynän toimintoja ajatellen. Vaijerikelalla voi olla esimerkiksi 10 m sopivasti ohutta ja/tai venymätöntä metallipunoslankaa.

Keksinnön suoritusmuotoesimerkin mukaisesti viitataan kuvioon 7, jossa havainnollistetaan tulostuskynää seuraavasti:

701 havainnollistaa esimerkkiä jakotukista, johon voi liittyä materiaalin syöttölaitteesta tulevat putket ja johdot sekä jakotukin keskellä olevaan kannatuslenkkiin 704 vaijerikelan vaijeri kiinnityselimineen.

702 havainnollistaa kahvaosaa, jonka keskellä on vauhtipyöräyksikkö. Tässä esimerkissä on viisi sähkömoottoriohj attua vauhtipyörää, yksinomaisesti mainittuun lukumäärään sinänsä rajoittumatta keksinnön suoritusmuotovarianteissa. Kahvaosan läpi voivat kulkea myös materiaaliputket suuttimelle, soveltuvin osin esimerkin mukaisesti. Vauhtipyöräyksiköllä keksinnön erään suoritusmuotoesimerkin mukaan tarkoitetaan myös sellaista vauhtipyöräyksikköä, jossa on gyroskooppeja tai vastaavia asentoantureita, joka soveltuvin osin voidaan toteuttaa esimerkiksi MEMS-anturin avulla. Tällöin voidaan käyttää yksittäisiä 15 antureita tai useampia kuin yksi tulostuskynän asennon ja/tai liiketilan havaitsemiseksi ja/tai tunnistamiseksi. Voidaan myös käyttää kiihtyvyysantureita (MEMS) kytkettynä tulostuskynään sen liiketilan ja/tai liiketilan muutosten havaitsemiseksi.

703 havainnollistaa suutinosaa, tässä esimerkkitapauksessa avautuva kaksoiskartiosuutinta keksinnön suoritusmuodon mukaan.

Esimerkki 7

Käyttökohde-esimerkkinä esitetään tulostus vapaalla kädellä: Kun keksinnön suoritusmuodon mukaista tulostuskynää käytetään vapaassa tulostuksessa kädessä pitäen, voidaan asemoida tulostettavan kappaleen virtuaalinen malli älylasien kautta haluttuun paikkaan. Kynän kahvaosassa olevilla vauhtipyörillä voidaan antaa haptista palautetta 25 käyttäjälle tulostettavan kappaleen virtuaalisen mallin muotojen mukaan. Tällöin voidaan käyttää älylaseja apuna soveltuvin osin palautteen antamisesi käyttäjälle järjestelmän anturien mittaaman asentotiedon perusteella. Kun kynää kuljetetaan tulostuksen aikana virtuaalisen muotin mukaisesti/sisällä ja lähestytään tulostettavan kappaleen reunaa, niin tällöin voidaan vauhtipyörien kierrosnopeutta ja akselikulmaa muuttamalla alkaa kallistaa 30 tulostuskynää, jotta tuloskynän nollapiste (esimerkiksi 30mm suuttimesta) ei siirtyisi tulostettavan kappaleen ulkopuolelle. Kallistusta voidaan mitata asentoanturein (MEMS).

Erään suoritusmuodon mukaan tulostus yhdellä vaijerikelalla: Tulostuskynää voidaan käyttää erään suoritusmuotoesimerkin mukaan automaattisena 3d-tulostimena, kun siihen liitetään vähintään yksi vaijerikela, tällöin tulostuskynästä ei tarvitse pitää välttämättä 5 ainakaan kokonaan käsin kiinni. Vaijerikelan moottoriosa ripustetaan esimerkiksi tulostuspaikan katossa olevaan koukkuun ja vaijerin toinen pää tulostuskynän jakotukissa olevaan kannatuslenkkiin. Vaijerikelalla säädellään esimerkissä tulostuksen korkeutta (Zakseli) ja vauhtipyörillä voidaan tarvittaessa saada soveltuvin osin tulostinkynä heilurimaiseen liikkeeseen (X, Y-akseli).

Erään suoritusmuotovariantin mukaan tulostus voidaan suorittaa soveltuvin osin neljällä vaijerikelalla: Vaijerikelat asennetaan mahdollisimman etäälle toisistaan, esimerkiksi huoneessa katonrajaan, nurkkiin ja vaijerit esimerkiksi tulostuskynän sivussa oleviin kannatuslenkkeihin. Tällöin tulostusalaksi saadaan lähes koko huoneen koko. Lisäämällä toiset vaijerikelat nurkkiin ja kiinnittämällä samasta nurkasta tulevat vaijerit tulostuskynän 15 sivuilla oleviin ylä- ja alakannatuslenkkeihin, voidaan vaijereiden avulla kallistaa tulostuskynää suhteessa tulostustasoon.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaista ohjausta älylasien avulla 3D-tulostuksen ohjauksessa voidaan soveltuvin osin käyttää myös muunlaisen kuin kaksoiskartiosuuttimen ohjauksessa.

Vaikka esimerkeissä onkin kuvattu tulostuskynän asemointia vaijereiden avulla, voidaan erään suoritusmuodon mukaan käyttää myös palkkeja ja/tai nivellettyjä palkkeja ja/tai teleskooppirakenteita kynän aseman muuttamiseksi suhteessa tulostettavaan kappaleeseen.

Claims (13)

1. Avautuva kaksoiskartiosuutin, jossa on kantajafluidin kokoojakammio (

2), tulostusmateriaalin syöttöputki (

3) ja tulostusmateriaalin kiinnityssyötön tuontikanava 5 (4), tunnettu siitä, että kantajafluidin kokoojakammio on katkaistun kartiopinnan (1) rajoittama, jossa on kantajafluidin läpäisykanavat (5) symmetrisesti tulostusmateriaalin syöttöputken (3) ympärillä, suunnattuna kantajafluidin kohdistamiseksi suojavirtauksena (Sh) fokusoivasti tulostusmateriaalin virtaan (3, M, Ml, M2) tulostuspisteessä.

10 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaksoiskartiosuutin, jossa mainittu katkaistu kartiopinta (1) on eksponenttifunktion pyörähdyskappaleen muotoisesti modifioitunut suuttimesta poispäin eksponentiaalisesti avautuva kartiopinta, tulostusmateriaalin vuon nopeuden kiihdyttämiseksi kantajafluidin muodostaman suojavirtauksen sisällä.

15 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kaksoiskartiosuutin, j ossa on kokooj akammion (2) kautta kulkevassa kanavassa järjestetty ainakin erään materiaalivuon kuljetus katkaistun kartiopinnan läpi kantajafluidin ja tulostusmateriaalin voiden välissä mainitun materiaalin (Ml, M2) tuomiseksi tulostuspisteeseen ja/tai sen ympäristöön tulostettavan kappaleen pinnalla tulostusmateriaalin kiinnittämiseksi ja/tai muokkaamiseksi 20 kiinnittämistä varten tulostuspisteessä tulostettavaa kappaletta.

4. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen kaksoiskartiosuutin, tunnettu siitä, että kiinnityssyötön (L, LI, L2) tuontikanavassa on valojohde laser valon tuottami seksi tul ostuspi stee seen.

5. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen kaksoiskartiosuutin, tunnettu siitä, että siinä on kiinnityssyötön (L, LI, L2) tuontikanavassa kanava liiman ja/tai katalyyttikemikaalin ohjaamiseksi tulostuspisteeseen.

30

6. Vaatimuksen 1 mukainen avautuva kaksoiskartiosuutin 3D-tulostusta varten käsittäen suuttimen rakenteessa kanavan tulostusmateriaalivuon syöttämiseksi suuttimelle ja sen läpi viemiseksi pulverimaiselle tulostusmateriaalille (M) kiinnitysainevuossa (L), jota ympäröimään on järjestetty fokusoivaa suojakaasuvirtausta (Sh) varten

20176144 prh 21 -12- 2017 suojakaasuvirtauskanavisto, jossa on joukko kanavaa tulostusainevuon syöttämiseksi rengasmaisesti ympäröiviä alikanavaryhmiä säteittäisillä etäisyyksillä kanavasta tulostusainevuon syöttämiseksi, jolloin suojakaasuvirtauskanavisto on järjestetty kytkettäväksi alikanavaryhmiin kunkin alikanavaryhmän kautta virtaavan suojakaasun 5 virtausarvon asettamiseksi arvojen auki ja kiinni välillä fokusoivan vaikutuksen aikaansaamiseksi tulostusmateriaalivuolle, jonka sisällä on kanava laser-valon ja/tai liiman syöttämiseksi tulostettavaan kappaleseen.

7. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukaisen suuttimen käyttö tulostuksessa, 10 jossa tulostusmateriaalivuossa on liimaa pulverimaisen tulostusmateriaalin kiinnittämiseksi tulostettavaan kappaleeseen.

8. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukaisen suuttimen käyttö tulostuksessa, jossa tulostusmateriaalivuossa on lasersäde pulverimaisen tulostusmateriaalin

15 kiinnittämiseksi tulostettavaan kappaleeseen.

9. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukaisen suuttimen käyttö tulostusjärjestelmässä sen järjestelmäelementtinä, tunnettu siitä että tulostusjärjestelmässä on lisäksi spektrometria välineet (Spe) tulostusmateriaalin

20 mukaisen koostumuksen muutosten havaitsemiseksi herätteenä vasteelle, jolla kompensoidaan koostumuksen muutosta tulostettavan kappaleen koostumuksen pitämiseksi ennalta suunnitellun mukaisena, laser-säteen ominaisuuksia muuttamalla takaisinkytkennällä, takaisinkytkentäsääntöjen mukaisesti.

25

10.3D-Tulostusjärjestelmä tulostettavan kappaleen tuottamiseksi, jossa tulostusjärjestelmässä on tulostusmateriaalin syöttämiseksi tulostusmateriaalilähde, laser-lähde ja/tai liima-ainelähde, tulostusmateriaalin syöttämiseksi suuttimen kautta, ja kontrolliyksikkö tulostusmateriaalin syötön kontrolloimiseksi, sekä liityntä älylaseille kontrollikeskukseen käytettäväksi materiaalivirtoja tulostusmateriaalille, liima-aineelle 30 ohjaavien venttiilien ohjaamiseksi ja/tai laser-valon ohjaamiseksi kontrolliyksikön ohjauksessa sen välityksellä käyttäjän hallinnassa.

11. Vaatimuksen 9 tai 10 mukainen järjestelmä, jolloin järjestelmässä on lisäksi ainakin jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen kaksoiskartiosuutin järjestelmäelementtinä.

12. Vaatimuksen 9,10 tai 11 mukainen järjestelmä, jolloin järjestelmässä on välineet

5 suojakaasuvirtauksen liittämiseksi tulostukseen

13. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen järjestelmä, jossa on kontrolliyksikössä välineet suojakaasuvirtauksen kontrolloimiseksi.