PL231538B1 - Urządzenie do wytwarzania obiektów trójwymiarowych metodą selektywnego spiekania - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy urządzenia do wytwarzania obiektów trójwymiarowych metodą selektywnego spiekania, a w szczególności dotyczy elementów tego urządzenia wpływających na poprawę jakości wytwarzanych obiektów.

W rozwiązaniu według wynalazku zaproponowano nowy mechanizm powodujący obracanie się wałka w kierunku przeciwnym do jego ruchu liniowego w trakcie przygotowywania do wydruku warstwy roboczej proszku.

Obecnie obserwuje się szybki rozwój w dziedzinie urządzeń do wytwarzania obiektów trójwymiarowych, zwanych również drukarkami 3DP (ang. 3 Dimensional Printing), wykorzystujących metodę selektywnego spiekania SLS (ang. Selective Laser Sintering). W celu poprawy jakości drukowanych obiektów, wciąż wprowadza się modyfikacje i usprawnienia ich konstrukcji.

W stanie techniki istnieje wiele dokumentów opisujących urządzania do wytwarzania obiektów trójwymiarowych, na przykład w amerykańskim opisie patentowym US5597589 opisano konstrukcję urządzenia tego typu, które zawiera typowe elementy, takie jak: laser emitujący selektywną wiązkę laserową, obszar docelowy, gdzie wytwarzane są obiekty trójwymiarowe, środki dozowania proszku do obszaru roboczego, środki do przemieszczania wiązki laserowej i modulacji lasera selektywnego do spiekania proszku w określonych granicach warstwy proszku dostarczanego do wspomnianego obszaru docelowego, a także zespół sterujący dostosowany do przeprowadzania selektywnego spiekania w kolejnych warstwach proszku prowadzący do powstania obiektu trójwymiarowego. W urządzeniu opisanym w tym opisie patentowym proszek przesuwany jest z obszaru roboczego do docelowego obszaru drukowania za pomocą wałka, którego ruch obrotowy jest w przeciwnym kierunku od jego ruchu liniowego, dzięki zastosowaniu paska wprawianego w ruch przez dodatkowy silniczek.

Dodatkowy silnik napędzający ruch wałka w urządzeniach znanych w stanie techniki stanowi dodatkowy element, który podlega konserwacji i może ulec awarii, a tym samym spowodować przestój w działaniu urządzenia.

Podczas pracy lasera, temperatura w obszarze drukowania komory roboczej wzrasta nawet do ponad 180°C, a temperatura przy ściankach komory może być nawet o kilkadziesiąt stopni niższa. Powoduje to niekorzystne ruchy konwekcyjne. W stanie techniki spotyka się także drukarki 3DP, które wyposażone są w grzałki, ale najczęściej umieszczone są one w górnej części urządzenia i grzałki te nie niwelują wystarczająco dobrze ruchów konwekcyjnych powietrza w komorze roboczej urządzenia.

Celem wynalazku było opracowanie nowego sposobu mocowania wałka służącego do wyrównywania warstwy proszku do późniejszego spiekania tak, aby jego ruch - przeciwny do ruchu liniowego wałka - odbywał się bez konieczności stosowania dodatkowego napędu, jak to miało miejsce w stanie techniki.

Przedmiotem zgłoszenia jest urządzenie do wytwarzania obiektów trójwymiarowych zawierającego: laser emitujący selektywną wiązkę laserową, obszar docelowy, gdzie wytwarzane są obiekty, środki dozowania proszku do obszaru roboczego, środki do przemieszczania wiązki laserowej i modulacji lasera selektywnego do spiekania proszku w określonych granicach warstwy proszku dostarczanego do wspomnianego obszaru docelowego, zespół sterujący dostosowany do przeprowadzania selektywnego spiekania w kolejnych warstwach proszku prowadzący do powstania obiektu trójwymiarowego, przy czym proszek z obszaru roboczego do obszaru docelowego drukowania przesuwany jest przez wałek, którego przynajmniej jeden z końców przymocowany jest do prowadnicy, charakteryzujące się tym, że przynajmniej na jednym z końców wałka znajdują się wałki pomocnicze, a pomiędzy nimi przechodzi linka rozciągnięta wzdłuż prowadnicy i przymocowana do przeciwległych ścianek urządzenia, przy czym linka ta umieszczona jest na wałku i jest do niego dociskana przez dwa sąsiadujące wałki pomocnicze, w taki sposób, że przy przesuwaniu wałka z obszaru roboczego do obszaru docelowego powoduje jego obrót w kierunku przeciwnym do ruchu samego wałka.

Korzystnie, gdy linkę stanowi cięgno odporne na pracę w temperaturze do 180°C.

Równie korzystnie, gdy wałek jest przesuwany przy pomocy dołączonej do niego linki wyciągowej. Szczególnie korzystnie, gdy linka wyciągowa napędzana jest przez silnik znajdujący się poza komorą roboczą.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach realizacji nieograniczających zakresu wnioskowanej ochrony oraz na rysunku, na którym:

fig. 1 jest schematyczną ilustracją aksonometryczną urządzenia według wynalazku;

fig. 2 jest widokiem perspektywicznym z góry komory roboczej z uwidocznionym wałkiem wewnątrz osłonki, który jest połączony prowadnicą;

PL 231 538 B1 fig. 3 jest przekrojem poprzecznym przez komorę roboczą;

fig. 4 jest przekrojem podłużnym przez wałek w osi symetrii AA na fig. 3 ilustrującym działanie wałka przy wyrównywaniu warstwy proszku;

fig. 5 jest przekrojem podłużnym przez watek w osi symetrii BB na fig. 3 ilustrującym ułożenie linki powodującej obrót wałka;

W przykładzie wykonania na fig. 1 zilustrowano urządzenie 10 do wytwarzania obiektów trójwymiarowych, będące przedmiotem wynalazku. Urządzenie 10 zawiera typowe elementy dla urządzeń do wytwarzania obiektów trójwymiarowych, takie jak: umieszczony na klapie laser emitujący selektywną wiązkę laserową przez szybkę 11, obszar docelowy 31, gdzie wytwarzane są obiekty, środki dozowania proszku do obszaru roboczego 12 stanowiące komorę ze świeżym proszkiem 30, środki do przemieszczania wiązki laserowej i modulacji lasera selektywnego do spiekania proszku w określonych granicach warstwy proszku dostarczanego 10 do wspomnianego obszaru docelowego 31, zespół sterujący dostosowany do przeprowadzania selektywnego spiekania w kolejnych warstwach proszku prowadzący do powstania obiektu trójwymiarowego. Elementem charakterystycznym dla urządzenia stanowiącego przedmiot wynalazku jest to, że ściany boczne 13 komory roboczej 14 urządzenia 10 są podgrzewane. W przykładzie wykonania wspomniane ściany boczne 13 podgrzewane są za pomocą grzałek 15 rezystancyjnych, ale dla znawcy w tej dziedzinie jest oczywiste, że od ogrzewania ścian bocznych 13 można stosować także grzałki innego typu.

W przykładzie wykonania, jedna ze ścian bocznych 13 komory roboczej 14 urządzenia 10 wyposażona jest w dwa pirometry 16, co zilustrowano na fig. 1 oraz fig. 2. Każdy z dwóch pirometrów 16 umieszczony jest na U-kształtnym profilu 19, uwidocznionym na fig. 3, usytuowanym poza ścianą boczną 13 komory roboczej 14 urządzenia 10, ale dla znawcy w tej dziedzinie jest oczywiste, że pirometry mogą być usytuowane w innych miejscach. Dla bardziej precyzyjnego pomiaru temperatury w ścianie bocznej 13 umieszczono otwór 17 wyposażony w szybkę 18.

W przykładzie wykonania, urządzenie 10 do wytwarzania obiektów 30 trójwymiarowych według wynalazku oprócz wymienionych wyżej typowych elementów tego typu urządzeń, obejmuje także wałek 32 poruszający się po prowadnicy 33 i przesuwający proszek 30 z obszaru roboczego 12 stanowiącego zasobnik świeżego proszku 30 do obszaru docelowego 31 drukowania. Usytuowanie wałka 32 w komorze roboczej 14 zostało zilustrowane na fig. 2 i fig. 3. Charakterystyczne dla rozwiązania będącego przedmiotem wynalazku jest to, że na jednym z końców wałka 32 znajdują się wałki pomocnicze 35, a pomiędzy nimi przechodzi linka 34 - owijająca wałek 32 od góry - rozciągnięta wzdłuż prowadnicy 33 i przymocowana do przeciwległych ścianek urządzenia 10, co zostało pokazane 5 na fig. 4 i fig. 5. Linka 34 umieszczona jest na wałku 32 w taki sposób, że przy przesuwaniu wałka 32 z obszaru roboczego 12 stanowiącego zasobnik świeżego proszku do obszaru docelowego 31 powoduje obrót jego dolnej strony w kierunku przeciwnym do ruchu samego wałka 32. Dzięki obracaniu się wałka 32 w kierunku przeciwnym do ruchu wałka 32, otrzymano lepsze wyrównanie powierzchni proszku 30 i tym samym lepszą jakość powstałego obiektu 10 trójwymiarowego. W przykładzie wykonania drugi koniec wałka 32 położony jest na prowadnicy pomocniczej 38, co zapewnia możliwość odchylania watka w płaszczyźnie prostopadłej do osi prowadnicy 33.

W przykładzie wykonania linkę 34 stanowi sznurek będący cięgnem odpornym na pracę w temperaturze do 180°C, ale dla znawcy w tej dziedzinie jest oczywiste, że jako linkę 34 zamiast sznu rka można stosować innego typu taśmy czy paski. Wałek 32 jest przesuwany przy użyciu dołączonej do niego linki wyciągowej 36. Linka wyciągowa 36 wciągana jest przez nieuwidoczniony silnik umieszczony poza obszarem komory roboczej 14, korzystnie poniżej obszaru roboczego, gdzie nie panuje wysoka temperatura. W przykładzie wykonania wałek 32 znajduje się w osłonce 37.

Urządzenie do wytwarzania obiektów trójwymiarowych według wynalazku cechuje niezawodny układ rotujący wałek do tworzenia warstw proszku do spiekania, który nie wymaga dodatkowego napędu umieszczonego w komorze roboczej.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do wytwarzania obiektów trójwymiarowych zawierające: laser emitujący selektywną wiązkę laserową, obszar docelowy (31), gdzie wytwarzane są obiekty, środki dozowania proszku do obszaru roboczego (12), środki do przemieszczania wiązki laserowej i modu4

   PL 231 538 B1 lacji lasera selektywnego do spiekania proszku w określonych granicach warstwy proszku dostarczanego do wspomnianego obszaru docelowego (31), zespół sterujący dostosowany do przeprowadzania selektywnego spiekania w kolejnych warstwach proszku prowadzący do powstania obiektu trójwymiarowego, przy czym świeży proszek (30) z obszaru roboczego (12) do obszaru docelowego (31) drukowania przesuwany jest przez wałek (32), którego przynajmniej jeden z końców przymocowany jest do prowadnicy (33) znamienne tym, że przynajmniej na jednym z końców wałka (32) znajdują się wałki pomocnicze (35), a pomiędzy nimi przechodzi linka (34) rozciągnięta wzdłuż prowadnicy (33) i przymocowana do przeciwległych ścianek urządzenia (10), przy czym linka (34) ta umieszczona jest na wałku (32) i jest do niego dociskana przez dwa sąsiadujące wałki i pomocnicze (35) w taki sposób, że przy przesuwaniu wałka (32) powoduje jego ruch obrotowy w kierunku przeciwnym od jego ruchu liniowego.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że linkę (34) stanowi cięgno odporne na pracę w temperaturze do 180°C.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wałek (32) jest przesuwany przy pomocy dołączonej do niego linki wyciągowej (36).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że linka wyciągowa (36) napędzana jest przez silnik znajdujący się poza komorą roboczą (14) urządzenia (10).