RU2800276C2 - Блок материала для устройства аддитивного производства - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к блоку материала для устройства аддитивного производства, способу подготовки устройства аддитивного производства, а также к способу кондиционирования смолы. Блок материала для устройства аддитивного производства включает полимерную ванну. Полимерная ванна содержит основание, прозрачное по меньшей мере в секциях. Полимерная ванна соединена с держателем для резервуара. Держатель выполнен так, что смола, выходящая из выпуска резервуара, удерживаемого упомянутым держателем, может втекать в полимерную ванну. Группа изобретений обеспечивает возможность быстрого перевода устройства аддитивного производства на печать с другим материалом для печати. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Изобретение относится к блоку материала для устройства аддитивного производства. Изобретение дополнительно относится к способу подготовки устройства аддитивного производства для использования материала для печати, содержащегося в резервуаре. Кроме того, изобретение относится к способу кондиционирования смолы с использованием такого блока материала.

Известны устройства аддитивного производства, которые включают в себя стереолитографические аппараты и которые содержат, помимо прочего, проекционный блок (например, проектор DLP или лазер), платформу наращивания с регулировкой высоты и полимерную ванну. Полимерная ванна содержит материал, который может отверждаться проекционным блоком посредством облучения в качестве материала для печати. После формирования слоя отверждаемого материала на платформе наращивания, высота платформы наращивания регулируется для формирования нового слоя материала на слое материала, сформированном последним. Таким образом, изготавливаемый компонент формируется послойно, что позволяет изготавливать или производить его.

Классические стереолитографические аппараты работают по принципу "сверху вниз", согласно которому количество отверждаемого материала в полимерной ванне в целом достаточно для производства компонента с максимальным объемом конструкции. Поэтому, в общем случае, аппараты этих типов не нуждаются в дозаправке в ходе производства компонента, т.е. в ходе текущего производственного процесса.

С другой стороны, в частности для так называемых аппаратов со столом, получила признание "верхняя печать", поскольку она требует лишь малого объема заполнения полимерной ванны. В устройствах "вверх дном", используемых с этой целью, полимерная ванна должна заполняться только количеством отверждаемого материала для фактически изготавливаемого компонента или чуть большим количеством. Если количества отверждаемого материала в полимерной ванне не достаточно, отверждаемый материал добавляется в ходе текущего производственного процесса. Дополнительное дозирование осуществляется либо вручную, либо автоматически через дополнительно соединенный резервуар.

Для стоматологического объема применения пользователю доступны, например, различные зависящие от индикации материалы для печати от разных производителей. Можно предположить, что конкретный подходящий отверждаемый материал подлежит использованию для каждой индикации. На практике, для пользователя, который хочет производить компоненты для стоматологического объема применения, это означает, что стереолитографический аппарат может потребоваться переводить на другой материал для печати несколько раз в день в зависимости от применения. Однако смена усложняется, поскольку приходится манипулировать как полимерной ванной, так и резервуаром, содержащим материал для печати. Пользователь также должен иметь возможность хранить повторно используемые материалы для печати в режиме защиты от УФ и непроницаемости для запахов.

Ссылка сделана на EP3330062 A1, где раскрыто устройство подачи материала для стереолитографического устройства.

Ссылка также сделана на US2007/0075461 A1, где раскрыты система и способ быстрого создания прототипа и производства.

Одна задача изобретения состоит в создании блока материала и способа, как указано в начале, что позволяет просто и быстро переводить устройство аддитивного производства на печать с другим материалом для печати. Указанный в начале способ кондиционирования смолы также предназначена для упрощения подготовки устройства аддитивного производства для печати.

С этой целью, изобретение предусматривает блок материала по п. 1, способ по п. 20. Преимущественные варианты осуществления и дополнительные усовершенствования изобретения задаются в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно изобретению, предусмотрен блок материала для устройства аддитивного производства имеющий полимерную ванну, причем полимерная ванна содержит основание (или дно), прозрачное по меньшей мере в секциях, где полимерная ванна соединена с держателем для резервуара, и где держатель выполнен так, что смола выходящая из выпуска резервуара, удерживаемого упомянутым держателем, может втекать в полимерную ванну. Таким образом, блок материала содержит полимерную ванну, которая предназначена для размещения смолы в качестве материала для печати. В рамках этого описания под смолой понимают любой фотореактивно отверждаемый материал, т.е. независимо от его химического состава, его агрегатного состояния и, если применимо, его вязкости. Следовательно, полимерную ванну также можно понимать в смысле ванны материала. Чтобы давать возможность послойного создания изготавливаемого компонента, основание полимерной ванны должно быть прозрачным по меньшей мере в секциях. Таким образом, смола, размещенная в полимерной ванне, может локально облучаться, и, таким образом, отверждаться, источником излучения (например, проектором DLP (цифровой обработки света) или лазером), расположенным под основанием полимерной ванны. Основная конструкция устройства аддитивного производства, в частности стереолитографического аппарата, с основанием, прозрачным по меньшей мере в секциях, известна специалисту в данной области техники, что позволяет не рассматривать здесь дополнительные детали, касающиеся размещения и контроля источника излучения и платформы наращивания с регулировкой высоты. Полимерная ванна соединена с держателем для резервуара. В частности полимерная ванна может соединяться с держателем для резервуара разъемно или неразъемно. Резервуар служит для размещения смолы, из которой формируется или создается в целом изготавливаемый компонент в устройстве аддитивного производства. Держатель выполнен так, что смола, выходящая из выпуска резервуара, удерживаемого на держателе, может втекать в полимерную ванну. Держатель может быть сконструирован, например, как механический держатель и с этой целью содержать зажимное устройство, например фиксатор, для удержания резервуара на месте, или устройство разъемного соединения для вставления резервуара, или вместилище (например, шток, например, в форме скользящей рамы) для резервуара. Альтернативно или дополнительно, держатель может быть сконструирован как магнитный держатель, который действует магнитной силой на аналогично магнитный или магнитно притягивающийся резервуар. По меньшей мере, когда резервуар освобожден от держателя, держатель может быть сконструирован так, чтобы только частично охватывать удерживаемый резервуар, по меньшей мере временно, чтобы выпуск резервуара оставался чистым, или по меньшей мере временно разблокировать упомянутый выпуск. Держатель позволяет по меньшей мере временно соединять полимерную ванну с резервуаром, чтобы двумя частями можно было манипулировать как одним блоком, например, менять как один блок. Это позволяет осуществлять простое и быстрое смена устройства аддитивного производства для печати с разными материалами для печати (в соответствующих отдельных блоках материала). В частности, могут снижаться усилия по очистке устройства аддитивного производства до использования другого материала для печати. В объеме настоящего изобретения, держатель и резервуар также могут быть выполнены как единый компонент, соединенный с полимерной ванной.

Когда термины "выше", "ниже", "над", "под" или другие указания позиции и направления используются в рамках этого изобретения, эти термины или указания относятся к позиции использования блока материала или устройства аддитивного производства. В этой позиции использования, плоскость двух наибольших размеров полимерной ванны располагается по существу горизонтально.

Согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, держатель удерживает резервуар и блок материала совместно с полимерной ванной, и резервуар выполнен с возможностью располагаться с возможностью удаления в устройстве аддитивного производства. Блок материала, который в этом варианте содержит полимерную ванну и резервуар, таким образом можно заменить другим блоком материала, который аналогично содержит полимерную ванну и резервуар, просто путем удаления из устройства аддитивного производства. Для этого, другой блок материала, в частности для производства компонента из другого материала, вставляется в устройство аддитивного производства. Однако таким образом упрощается даже простое удаление блока материала из устройства аддитивного производства для хранения блока материала. Если держатель удерживает резервуар с возможностью освобождения, т.е. замены, пустой резервуар легко заменить другим полным или частично заполненным резервуаром (например, со смолой, имеющей те же свойства, что и прежде в пустом резервуаре) без необходимости заменять весь блок материала. Предпочтительно, чтобы держатель можно было присоединять к резервуару без помощи инструментов и отсоединять от резервуара без помощи инструментов.

Если держатель и/или резервуар выполнен(ы) с возможностью покрытия полимерной ванны, блок материала можно легко и быстро закрывать, когда он не используется. В закрытом состоянии, блок материала также можно использовать для хранения смолы, заключенной в полимерной ванне и, если применимо, в резервуаре. держатель и/или резервуар в частности могут быть выполнены как единое целое с крышкой ванны, например, встроенными в крышку ванны. В этом случае резервуар может вставляться в крышку ванны, которая выполняет функцию держателя и удерживается в ней. Держатель и/или резервуар в необязательном порядке могут предназначаться для покрытия полимерной ванны с обеспечением защиты от распространения запахов и/или защиты от УФ излучения и/или по существу защиты от просачивания жидкости. С этой целью держатель и/или резервуар, например, содержат уплотнитель на стороне, обращенной к полимерной ванне.

Чтобы иметь возможность с пользой позиционировать держатель и/или резервуар относительно полимерной ванны, полезно соединять держатель и/или резервуар со полимерной ванной подвижным образом. В результате, держатель и/или резервуар могут занимать другую позицию в состоянии хранения, т.е. в состоянии неиспользования, блока материала, чем в состоянии использования.

Особенно предпочтительно, чтобы соединение содержало шарнирное сочленение между полимерной ванной и держателем и/или резервуаром. Таким образом, держатель и/или резервуар, размещенный в держателе, может поворачиваться или складываться и раскладываться, относительно полимерной ванны.

В частности можно обеспечить поворот держателя и/или резервуара в диапазоне углов между размещением, по существу параллельным, и по меньшей мере одним размещением, по существу перпендикулярным относительно полимерной ванны. Таким образом, полимерную ванну можно закрывать или покрывать, поворачивая держатель и/или резервуар, размещенный в держателе, в размещение, по существу параллельное полимерной ванне. Если же держатель и/или размещенный в нем резервуар поворачивается в по меньшей мере одно размещение, по существу перпендикулярное полимерной ванне, высоту платформы наращивания над полимерной ванной можно свободно регулировать, и упомянутая платформа наращивания обмакивается в полимерную ванну, для формирования нового слоя материала на платформе наращивания или на слое материала, сформированным последним. Таким образом держатель и/или резервуар предпочтительно выполнены с возможностью поворота в диапазоне углов между 0° (параллельным) и по меньшей мере 90°.

Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения, можно обеспечить внутри резервуара по меньшей мере одно препятствие для потока. С одной стороны, препятствие для потока служит для смешивания смолы, содержащейся в резервуаре, что позволяет компонентам в смоле равномерно распределяться в объеме смолы, содержащейся в резервуаре. С другой стороны, препятствие для потока служит для кондиционирования смолы, т.е. установления по существу однородной температуры смолы, содержащейся в резервуаре. Смешивание и кондиционирование смолы могут существенно влиять на процесс производства изготавливаемого компонента, и, таким образом, свойства изготовленного компонента. Для смешивания и кондиционирования смолы, держатель и/или размещенный в нем резервуар могут двигаться относительно полимерной ванны. Например, держатель и/или резервуар поворачиваются несколько раз относительно полимерной ванны. Препятствие для потока может содержать по меньшей мере одно тело, обеспеченное в резервуаре, например, перекладины, балки или любые выступы, выступающие от внутренней стенки резервуара.

Для надежного и легкого размещения резервуара в держателе, полезно, чтобы держатель содержал шток для размещения сменного картриджа в качестве резервуара. Таким образом, резервуар, выполненный в виде картриджа, можно вставлять в шток держателя и при необходимости вновь удалять из штока. Для надежного удержания картриджа с возможностью освобождения в штоке, шток и картридж предпочтительно содержат взаимодействующие компоненты крепежного устройства, например, соединения типа защелки.

Чтобы смола текла из резервуара в полимерную ванну нужным образом, держатель должен содержать приводное устройство для приведения в действие клапана резервуара, удерживаемого в упомянутом держателе. Приводное устройство может представлять собой кулачок клапана, который, например, выполнен с возможностью действовать на клапан (например, на отсекающий элемент, например, мембрану). Клапан может открываться и закрываться посредством приводного устройства для дозированного удаления смолы из резервуара.

Смолу, содержащуюся в резервуаре особенно легко удалять через клапан, если приводное устройство приводит в действие клапан в ходе поворотного перемещения на предельный угол, где предельный угол соответствует по существу перпендикулярному размещению держателя и/или резервуара относительно полимерной ванны. Таким образом, смолу можно освобождать поворачивая держатель или размещенный в нем резервуар относительно полимерной ванны на предельный угол. Предельный угол превышает 90°, например, предпочтительно по меньшей мере 95°. Приводное устройство, более предпочтительно, выполнено с возможностью снова закрывать клапан резервуара (т.е. активно закрывать и/или позволять клапану самому закрываться) при повороте держателя или размещенного в нем резервуара в обратном направлении на угол, который меньше предельного угла, например, максимум 90°.

Особенно полезно, когда держатель соединен с соединением дозатора, причем поток смолы из резервуара, удерживаемого держателем, в полимерную ванну может регулироваться через соединение. Дозатор может быть соединен с соединением для управления выбросом смолы из резервуара.

В случае особо простой конструкции блока материала, соединение может быть механическим соединением. Механическое соединение может быть сформировано в положении, доступном снаружи блока материала для сопряжения с дозатором. Механическое соединение может, например, быть выполнено с возможностью поворота и содержать зубчатую передачу. В этом случае дозатор может входить в зацепление с механическим соединением и поворачивать его между первой позиций, в которой выброс смолы из резервуара заблокирован, и второй позиций, в которой выброс смолы из резервуара разблокирован. Механическое соединение может обеспечиваться на держателе или, например, быть связано с держателем, что позволяет держателю и/или резервуару поворачиваться посредством соединения.

Наличие в блоке материала по меньшей мере одной направляющей для размещения в устройстве аддитивного производства позволяет точно и быстро встраивать блок материала в устройство аддитивного производства. Целесообразно, чтобы устройство аддитивного производства содержало по меньшей мере одну ответную направляющую, взаимодействующую с направляющей блока материала. Направляющие блока материала и устройства аддитивного производства могут содержать, например, интерфейсы, согласованные по форме, например, направляющие канавки и направляющие рельсы, которые входят в зацепление с упомянутыми направляющими канавками. Окончательное предохранение блока материала от смещения можно реализовать как посредством согласования по форме, так и посредством согласования по силе. Точное и надежное размещение блока материала, например относительно платформы наращивания, способствует оптимальному использованию смолы и помогает предотвращать столкновения в ходе процесса печати.

Для облегчения определения уровня заполнения смолы в полимерной ванне, полимерную ванну можно снабдить датчиком уровня заполнения. Чтобы иметь возможность отображения уровня заполнения оператору устройства аддитивного производства и/или чтобы иметь возможность для выводить дополнительные меры из значения уровня заполнения, определенного датчиком уровня заполнения, датчик уровня заполнения может подключаться к устройству отображения или блоку обработки, содержащему устройство отображения, по кабелю или в беспроводном режиме. Смола из резервуара, в частности, может добавляться в полимерную ванну, если датчик уровня заполнения указывает заданный минимальный уровень заполнения, или указывает, что уровень заполнения ниже минимального уровня заполнения.

Альтернативно, полимерная ванна может содержать зону считывания датчика уровня заполнения для емкостного измерения уровня заполнения. В этом случае, емкостной датчик уровня заполнения, предусмотренный в производственном устройстве, может считывать уровень заполнения полимерной ванны в зоне считывания датчика уровня заполнения. С этой целью, зона считывания датчика уровня заполнения предусмотрена для считывания уровня заполнения емкостным датчиком уровня заполнения. Для емкостного измерения уровня заполнения аналогично пластинчатому конденсатору, например, по меньшей мере два электропроводящих тела (слоя) отделены друг от друга электроизолирующим слоем. Емкость, зарегистрированная емкостным датчиком уровня заполнения, является функцией размера поверхности электропроводящих тел, расстояния и материала между электропроводящими телами. Смола, размещенная в полимерной ванне, предпочтительно образует одно из электропроводящих тел, тогда как по меньшей мере одна электропроводящая пластина или пленка емкостного датчика уровня заполнения образует по меньшей мере еще одно тело. С увеличением высоты смолы в полимерной ванне, электропроводящая поверхность, которая образована смолой и обращена к электропроводящей пластине или пленке, увеличивается. Специалисту в данной области техники известны электрические схемы или измерительные устройства для определения емкости компоновки, состоящей из двух электропроводящих тел (слоев), обращенных друг к другу.

Особенно предпочтительно, чтобы секция стенки полимерной ванны в зоне считывания датчика уровня заполнения была электрически изолирующей и в необязательном порядке имела толщину стенки, уменьшенную относительно прилегающей секции стенки. Таким образом, секция стенки полимерной ванны в зоне считывания датчика уровня заполнения может образовывать электроизолирующий (диэлектрический) слой между смолой и электропроводящей пластиной или пленкой. В этом случае электропроводящая пластина или пленка устанавливается, например, на секции стенки полимерной ванны в зоне считывания датчика уровня заполнения. Толщина стенки секции стенки меньше толщины прилегающей секции стенки, что увеличивает емкость компоновки, состоящей из смолы, емкостного датчика уровня заполнения и секции стенки, и, таким образом, также точность измерения уровня заполнения. В принципе, полимерная ванна также может быть выполнена из электропроводящего материала (например металла). В этом случае зона считывания датчика уровня заполнения может быть образована секцией стенки из электроизолирующего материала, т.е. в виде электроизолирующего окна в оставшейся электропроводящей стенке полимерной ванны.

Согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения, можно предусмотреть, что полимерная ванна и/или резервуар имеют электронную метку (или идентификатор). Полимерная ванна и/или резервуар в частности могут содержать электронный компонент или микросхему для идентификации. Это облегчает назначение резервуару подходящей полимерной ванны. Электронная маркировка (или идентификация) может осуществляться в беспроводном режиме, например, с использованием технологии RFID (радиочастотной идентификации) и/или технологии NFC (ближней бесконтактной связи). Если электронная метка содержит электронную память, текущий уровень заполнения смолы в резервуаре может сохраняться в упомянутой памяти. Для поддержания текущего значение уровня заполнения, значение уровня заполнения в памяти можно обновлять после каждого удаления смолы из резервуара. С этой целью полезно удалять, в каждом процессе удаления смолы из резервуара, заданное количество смолы. Поэтому для обновления значения уровня заполнения обычно требуется отсчет процессов удаления. Поэтому еще до начала производственного процесса оператору устройства аддитивного производства известно, достаточно ли количество смолы в резервуаре для производства запланированного компонента.

Особенно полезно снабжать полимерную ванну смешивающим устройством. Смешивающее устройство в частности может быть встроено в полимерную ванну. Смешивающее устройство гарантирует однородное распределение температуры и частиц в добавленной смоле, т.е. в смоле, размещенной в полимерной ванне. Помимо прочего, смешивающее устройство позволяет однородно распределять наполнители или цветные пигменты смолы.

Для особенно эффективного смешивания смолы, размещенной в полимерной ванне, смешивающее устройство может обладать возможностью совершать поступательное движение. Смешивающее устройство может быть выполнено в виде, например, скребка-лопатки и может перемещаться параллельно основанию ванны между двумя противоположными стенками полимерной ванны.

Чтобы не обеспечивать привод для смешивающего устройства в полимерной ванне, смешивающее устройство может быть магнитно связано с внешним приводом. Таким образом, перемещение смешивающего устройства осуществляется приводом, обеспеченным вне полимерной ванны посредством магнитной силы. Полимерная ванна без встроенного привода для смешивающего устройства недорога в производстве и очень надежна.

Альтернативно смешивающее устройство может быть связано с приводом, встроенным в блок материала, например в полимерную ванну. Встроенный привод содержит перемещаемый стержень, например, соединенный со смешивающим устройством. Встроенный привод в целом позволяет сделать перемещение смешивающего устройства особенно надежным.

Во избежание или сокращение повторов, в контексте нижеследующего описания способа мы также обращаемся к предыдущему описанию блока материала, насколько оно применимо. В контексте описания блока материала, мы аналогично обращаемся к нижеследующему описанию способа.

В отношении способа подготовки устройства аддитивного производства для использования материала для печати, содержащегося в резервуаре, настоящее изобретение предусматривает, что полимерная ванна вставляется в устройство аддитивного производства совместно с резервуаром, в частности во вместилище устройства аддитивного производства, причем полимерная ванна содержит основание, прозрачное по меньшей мере в секциях, и при этом резервуар соединяется с полимерной ванной для формирования блока материала. Устройство аддитивного производства (или его вместилище) и блок материала, таким образом, предназначены и предусмотрены для соединения друг с другом. Таким образом, одно и то же устройство аддитивного производства может быть снабжено по меньшей мере одним из нескольких разных блоков материала. Для разных заданных производственных процессов могут обеспечиваться разные блоки материала. В частности, по меньшей мере один блок материала может содержать резервуар с материалом для печати, который подходит для применений в области стоматологии, например для производства стоматологических протезов. Поскольку резервуар, который содержит заданный материал для печати или по меньшей мере обеспечен для упомянутого материала для печати, соединяется с полимерной ванной для формирования блока материала, полимерная ванна также обеспечена для производства компонента с заданным материалом для печати. Также в контексте способа, материал для печати является фотореактивно отверждаемым материалом, в частности материалом, который может отверждаться путем облучения светом. Следовательно, термины "материал для печати" и "смола" несут по существу одинаковую смысловую нагрузку в настоящем изобретении. Поэтому устройство аддитивного производства можно использовать для производства компонентов, выполненных из материала для печати, размещенного в резервуаре. Для последовательного производства компонентов из другого материала для печати устройство аддитивного производства снабжается соответственно подходящими блоками материала, без необходимости тратить много времени для очистки компонентов блока материала ранее используемого материала для печати. Процедура смены для устройства аддитивного производства может осуществляться особенно быстро, поскольку не приходится по отдельности манипулировать резервуаром и полимерной ванной, но упомянутые полимерная ванна и резервуар соединены с образованием блока материала. Как описано ранее, полимерная ванна с основанием, прозрачным по меньшей мере в секциях, вставляется в устройство аддитивного производства (или во вместилище, предусмотренное с этой целью) как часть блока материала для локального отверждение материала для печати. Таким образом, материал для печати может облучаться источником света, расположенным под блоком материала.

В отношении способа кондиционирования смолы с помощью блока материала согласно вышеприведенному описанию, изобретение предусматривает, что резервуар движется относительно полимерной ванны, предпочтительно, периодически. Для обеспечения этого, держатель, который удерживает резервуар и/или сам резервуар подвижно соединен с полимерной ванной, например, через шарнирное сочленение. Также полезно использовать резервуар, в котором предусмотрено по меньшей мере одно препятствие для потока. Кондиционирование материала для печати или смолы подразумевает смешивание упомянутого материала для печати или смолы, что особенно полезно после долговременного хранения смолы, при котором твердые частицы смолы могут оседать на дно резервуара. Перемещение резервуара относительно полимерной ванны может осуществляться вручную оператором устройства аддитивного производства или автоматически. Предпочтительно периодическое перемещение резервуара относительно полимерной ванны предпочтительно осуществляется по меньшей мере один раз до первого добавления смолы из резервуара в полимерную ванну.

Особенно полезно, чтобы резервуар поворачивался относительно полимерной ванны вокруг оси поворота. В частности, держатель и/или резервуар может поворачиваться в диапазоне углов между размещением, по существу параллельным, и по меньшей мере одним размещением, по существу перпендикулярным относительно полимерной ванны, например в диапазоне углов между 0° и по меньшей мере 90°. Поворотное перемещение предпочтительно осуществлять посредством привода.

Далее изобретение более подробно объяснено на основании предпочтительных, неограничительных вариантов осуществления (в дальнейшем также именуемых примерами) со ссылкой на чертежи. В чертежах:

фиг. 1 - схема устройства аддитивного производства, которое выполнено в виде устройства "вверх дном" для "верхней печати", которое снабжено блоком материала согласно одному варианту осуществления изобретения;

фиг. 2 - блок материала согласно дополнительному варианту осуществления изобретения, имеющий полимерную ванну, которая соединена с держателем для резервуара, в состоянии хранения, и имеющий резервуар, отдельный от блока материала;

фиг. 3 - блок материала на фиг. 2, где держатель удерживает резервуар;

фиг. 4 - два вида блока материала на фиг. 3 с двух противоположных направлений в состоянии использования;

фиг. 5 - две схемы блока материала на фиг. 3 в состоянии использования, где показан резервуар в позиции герметизации и в позиции, допускающей выброс смолы; и

фиг. 6 - схемы полимерной ванны, выполненной с возможностью емкостного измерения уровня заполнения, где на фиг. 6a показана полимерная ванна с емкостным датчиком уровня заполнения, на фиг. 6b показан детальный вид емкостного датчика уровня заполнения, на фиг. 6c показан иллюстративный профиль емкости, которая может регистрироваться емкостным датчиком уровня заполнения, и на фиг. 6d показан вид сбоку полимерной ванны в зоне считывания датчика уровня заполнения с секцией стенки уменьшенной толщины стенки.

На фиг. 1 схематически показано устройство AM аддитивного производства блоком 1 материала. В примере, показанном на фиг. 1, устройство AM аддитивного производства выполнено как устройство "вверх дном" для "верхней печати" и содержит, помимо прочего, источник S света, например, проектор DLP (цифровой обработки света) или лазер, под блоком 1 материала. Прозрачная пластина T, например стеклянная пластина G, располагается над источником S света, предпочтительно вне блока 1 материала. Блок 1 материала располагается над прозрачной пластиной T. Блок 1 материала содержит полимерную ванну 2, причем полимерная ванна 2 содержит основание 3 (т.е. образующее дно ванны), прозрачное по меньшей мере в секциях. Прозрачное основание 3 может, например, представлять собой или содержать прозрачную полипропиленовую пленку или тефлоновую пленку. Полимерная ванна 2 соединена с держателем 4 для резервуара 5. Держатель 4 выполнен так, что смола R, выходящая из выпуска 6 резервуара 5, удерживаемого упомянутым держателем 4, может втекать в полимерную ванну 2. Смола R может вытекать из резервуара 5, например, под действием силы тяжести.

В порядке примера, в полимерной ванне 2, на фиг. 1 дополнительно показан по меньшей мере частично изготовленный компонент C, который формируется послойно путем выборочного облучения (в направлении z) платформы P наращивания с регулировкой высоты.

На фиг. 2 показан блок 1 материала согласно изобретению в состоянии, когда он отсоединен или отделен от остального устройства AM аддитивного производства. Полимерная ванна 2 и присоединенный держатель 4 для резервуара 5 отчетливо различимы. В состоянии, показанном на фиг. 2, резервуар 5 не вставлен в держатель 4. В примере, показанном на фиг. 2, держатель 4 содержит шток 7 для размещения сменного картриджа 5a в качестве резервуара 5.

Напротив, на фиг. 3 показан блок 1 материала в состоянии, когда резервуар 5 вставлен в держатель 4, т.е. держатель 4 удерживает резервуар 5. Блок 1 материала с полимерной ванной 2 и резервуаром 5 выполнен с возможностью размещения и удаления в устройстве AM аддитивного производства. Также можно видеть, что держатель 4 и/или резервуар 5 выполнен(ы) с возможностью покрытия полимерной ванны 2. Таким образом, держатель 4 и/или резервуар 5 образуют крышку ванны, или держатель 4 и/или резервуар 5 выполнены как единое целое с уже существующей крышкой ванны, не показанной на фиг. 3.

На фиг. 2 и 3 также можно видеть, что держатель 4 и/или резервуар 5 соединены со полимерной ванной 2 подвижным образом. Соединение между полимерной ванной 2 и держателем 4 и/или резервуаром 5 содержит шарнирное сочленение 18. Резервуар 5 таким образом может поворачиваться относительно полимерной ванны 2 вокруг оси 18a поворота. Блок 1 материала может дополнительно содержать по меньшей мере одну направляющую 8 для размещения в устройстве AM аддитивного производства. Направляющая 8 может быть выполнен в виде интерфейса согласованного по форме, например, в форме направляющих рельсов или в форме выемок 8a, с которыми входят в зацепление выступы устройства AM аддитивного производства. Полимерную ванну 4 и/или резервуар 5 также можно электронно идентифицировать посредством электронного компонента 9, например, микросхемы 9a RFID.

На фиг. 2 и 3 показан блок 1 материала в закрытом состоянии, т.е. в состоянии покоя или состоянии хранения, в котором полимерная ванна 2, держатель 4 и резервуар 5 соединены друг с другом.

На фиг. 4 показаны два вида блока 1 материала с противоположных направлений в открытом состоянии, т.е. состоянии использования. Сравнение с состоянием хранения, показанным на фиг. 2 и 3, показывает, что держатель 4 и/или резервуар 5 может поворачиваться вокруг ось 18a поворота в диапазоне α углов между размещением, по существу параллельным, и по меньшей мере одним размещением, по существу перпендикулярным относительно полимерной ванны 2. Диапазон α углов предпочтительно составляет от 0° до по меньшей мере 90°.

В правом изображении на фиг. 4, также можно видеть, что держатель 4 соединен с соединением 10 для не изображенного управления дозированием, причем поток смолы R из резервуара 5, удерживаемого держателем 4 в полимерную ванну 2 может регулироваться через соединение 10. В примере, показанном на фиг. 4, соединение 10 является поворотным механическим соединением 10a. Поскольку дозатор приводит в действие соединение 10, например, входит в зацепление с соединением 10 и вращает его и, таким образом, вращает держатель 4, в противном случае закрытый выпуск 6 резервуара 5 может освобождаться, благодаря чему смола R течет из вертикально расположенного резервуара 5 в полимерную ванну 2. Смола R предпочтительно вытекает из выпуска 6 в жидком состоянии под действием силы тяжести.

На фиг. 5 показан блок 1 материала в состоянии использования. В левом изображении, держатель 4 с резервуаром 5 по существу перпендикулярен полимерной ванне 2, т.е. располагается под углом α=90°. В этом состоянии блока 1 материала, выпуск 6 резервуара 5 закрыт. В правом изображении держатель 4 с резервуаром 5 располагается относительно полимерной ванны 2 под предельным углом β, превышающим 90°, например 95°. В этом состоянии блока 1 материала, выпуск 6 резервуара 5 освобождается, чтобы смола R могла выходить. Для выброса смолы R, держатель 4 содержит приводное устройство 11, например, кулачок 11a клапана, для приведения в действие клапана 12 резервуара 5, размещенного в держателе 4. Приводное устройство 11 приводит в действие клапан 12 в ходе поворотного перемещения держателя 4 или резервуара 5 до предельного угла β, где предельный угол β соответствует по существу перпендикулярному размещению держателя 4 и/или резервуара 5 относительно полимерной ванны 2, например от 95°. Выпуск 6 резервуара 5 освобождается приведением в действие клапана 12.

Кроме того, на фиг. 5 можно видеть, что по меньшей мере одно препятствие 13 для потока располагается внутри резервуара 5. Препятствие 13 для потока может быть выполнено в виде выступа и служит для смешивания и кондиционирования смолы R, размещенной в резервуаре 5, путем поворота, т.е. по существу встряхивания, держателя 4 с резервуаром 5, предпочтительно несколько раз. Для поворотного перемещения дозатор может входить в зацепление с соединением 10, показанным на фиг. 4. На фиг. 5 также показан датчик 14 уровня заполнения, которым оборудована полимерная ванна 2. Поэтому в полимерную ванну 2 жидкая смола R должна поступать только в количестве, необходимом для производства компонента.

Фиг. 5 дополнительно показывает, что полимерная ванна 2 снабжена встроенным смешивающим устройством 15, например, скребком-лопаткой 15a. смешивающее устройство 15 обеспечивает однородное распределение температуры и частиц в смоле R, размещенной в полимерной ванне 2. Предпочтительно смешивающее устройство 15 совершает поступательное движение. В частности смешивающее устройство 15 может совершать поступательное движение на основании 3 полимерной ванны 2. Для приведения в действие смешивающего устройства 15, упомянутое смешивающее устройство может быть магнитно связано с внешним приводом 16, пример которого показан в левом изображении на фиг. 5. С этой целью, внешний привод 16 и смешивающее устройство 15 могут быть выполнены магнитными или намагничиваемыми. Альтернативно смешивающее устройство 15 может быть связано с приводом 17, встроенным в блок 1 материала, часть которого в форме приводного стержня показана в порядке примера в правом изображении на фиг. 5.

На фиг. 6 показаны схемы совместно с полимерной ванной 2, предназначенной для емкостного измерения уровня заполнения.

В частности на фиг. 6a показана полимерная ванна 2, которая содержит зону 19 считывания датчика уровня заполнения для емкостного измерения уровня заполнения. В показанном примере зона 19 считывания датчика уровня заполнения предусмотрена на правой боковой стенке полимерной ванны 2. Секция 20 стенки полимерной ванны 2 в зоне 19 считывания датчика уровня заполнения является электрически изолирующей, и толщина ее стенки предпочтительно меньше толщины прилегающей секции 21 стенки (см. фиг. 6d).

Как можно дополнительно видеть на фиг. 6a, емкостной датчик 22 уровня заполнения располагается на внешней поверхности правой боковой стенки полимерной ванны 2, которая электрически подключена к измерительному устройству 23, которое в свою очередь электрически подключено к смоле R, размещенной в полимерной ванне 2 (при необходимости, через общий заданный опорный потенциал). Смола R, размещенная в полимерной ванне 2, представляет электропроводящий слой на внутренней поверхности полимерной ванны 2. Емкостной датчик 22 уровня заполнения содержит монтажную плату, на которой обеспечены, например, по меньшей мере одна пластина или пленка 24, которая является по меньшей мере одним электропроводящим слоем. Секция 20 стенки с уменьшенной толщиной стенки в зоне 19 считывания датчика уровня заполнения полимерной ванны 2 выступает в роли диэлектрического или изоляционного слоя между смолой R и пластинами или пленками 24.

На фиг. 6b показан детальный вид емкостного датчика 22 уровня заполнения. В показанном примере емкостной датчик 22 уровня заполнения содержит три пластины или пленки 24, которые располагаются одна поверх другой и, соответственно, электрически подключены к измерительному устройству 23. С увеличением высоты X смолы R в полимерной ванне 2, электропроводящая поверхность, которая образована смолой и обращена к емкостному датчику 22 уровня заполнения и емкость которой регистрируется емкостным датчиком 22 уровня заполнения и измерительным устройством 23, также увеличивается.

На фиг. 6c показана иллюстративная корреляция между емкостью C, регистрируемой емкостным датчиком 22 уровня заполнения, и высотой X смолы R в полимерной ванне 2. Можно видеть, что емкость C в этом примере увеличивается с увеличением высоты X смолы H, благодаря чему X1 представляет верхний край нижней пластины 24, X2 - верхний край средней пластины 24, и X3 - верхний край верхней пластины 24.

Вместо трех пластин или пленок 24, в не изображенном примере конструкции также может быть обеспечена единая пластина или пленка 24.

На фиг. 6d показан вид сбоку справа полимерной ванны 2, показанной на фиг. 6a. Отчетливо видна зона 19 считывания датчика уровня заполнения, секция 20 стенки которой имеет меньшую толщину по сравнению с прилегающей секцией 21 стенки. Секция 20 стенки образована, например выемкой в стенке полимерной ванны 2.

В частности в стоматологической области применения, оператор сталкивается с необходимостью несколько раз в день менять устройства аддитивного производства, например стереолитографические аппараты, для использования другого материала для печати в зависимости от изготавливаемого компонента. В известных стереолитографических аппаратах, и полимерную ванну, и резервуар приходиться менять для перехода. Оператору также нужно гарантировать хранение защищенный от УФ и непроницаемый для запахов повторно используемых материалов для печати. Если устройство "вверх дном" переходит к другому материалу для печати (смоле), в частности

- полимерную ванну нужно удалить,

- полимерную ванну с остатком смолы нужно хранить с защитой от УФ излучения,

- резервуар нужно удалить и сохранить,

- линии подачи из резервуара в полимерную ванну нужно очистить,

- другую полимерную ванну для нового материала нужно вставить,

- резервуар с желаемым другим материалом может потребоваться встряхивать для повторного смешивания осажденных компонентов смолы,

- резервуар с желаемым другим материалом нужно вставить,

- новую полимерную ванну нужно заполнить и, при необходимости, довести до правильной температуры, и

- смолу в новой полимерной ванне нужно перемешивать для ее смешивания.

В известных стереолитографических аппаратах, поэтому, полимерная ванна и резервуар являются двумя устройствами, которыми нужно манипулировать по отдельности, что вынуждает оператора уделять особое внимание и в конце концов предпринимать значительные усилия в ходе смены.

Напротив, вышеописанный блок материала допускает простой переход устройства аддитивного производства на другой материал для печати а также простое хранение повторно используемых остаточных материалов с защитой от УФ излучения и защитой от распространения запахов. Оператору приходится манипулировать только одним блоком, блок 1 материала, для смены материала. Кондиционирование материала (т.е. смешивание и доведение смолы H в резервуаре 5 до надлежащей температуры) осуществляется в блоке 1 материала. Для осуществления этого этапа оператору не нужны дополнительные процедуры манипулирования. Дополнительное дозирование смолы R в ходе производственного процесса может осуществляться автоматически без прямого участия оператора. В качестве самодостаточного блока, блок 1 материала также можно использовать для хранения заключенного в нем материала для печати (смолы R). Блок 1 материала может облегчать переход к другим материалам для печати и их хранение, и также обеспечивать автоматизацию кондиционирования и дозирования смолы.

Claims (22)

1. Блок (1) материала для устройства (AM) аддитивного производства, имеющего полимерную ванну (2) и резервуар (5), в котором полимерная ванна (2) содержит основание (3), прозрачное по меньшей мере в секциях, причем полимерная ванна (2) соединена с держателем (4) для упомянутого резервуара (5), и где держатель (4) выполнен так, что смола (R), выходящая из выпуска (6, 12) упомянутого резервуара (5), удерживаемого упомянутым держателем (4), может протекать в полимерную ванну (2), отличающийся тем, что держатель (4) содержит приводное устройство (11) для приведения в действие клапана (12) размещенного в нем упомянутого резервуара (5), причем приводное устройство (11) приводит в действие клапан (12) для поворотного перемещения на предельный угол (β), где предельный угол (β) соответствует по существу перпендикулярному размещению держателя (4) и/или резервуара (5) относительно полимерной ванны (2).

2. Блок (1) материала по п. 1, отличающийся тем, что держатель (4) удерживает упомянутый резервуар (5) и блок (1) материала совместно с полимерной ванной (2) и резервуаром (5) выполнен с возможностью размещения и удаления в устройстве (AM) аддитивного производства.

3. Блок (1) материала по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что держатель (4) и/или резервуар (5) выполнен(ы) с возможностью покрытия полимерной ванны (2).

4. Блок (1) материала по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что держатель (4) и/или резервуар (5) соединены с полимерной ванной (2) подвижным образом.

5. Блок (1) материала по п. 4, отличающийся тем, что соединение между полимерной ванной (2) и держателем (4) и/или резервуаром (5) содержит шарнирное сочленение (18).

6. Блок (1) материала по п. 5, отличающийся тем, что держатель (4) и/или резервуар (5) может поворачиваться в диапазоне (α) углов между размещением, по существу параллельным, и по меньшей мере одним размещением, по существу перпендикулярным относительно полимерной ванны (2).

7. Блок (1) материала по п. 2 и любому из пп. 4-6, отличающийся тем, что по меньшей мере одно препятствие (13) для потока располагается внутри резервуара (5).

8. Блок (1) материала по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что держатель (4) содержит шток (7) для размещения сменного картриджа (5a) в качестве резервуара (5).

9. Блок (1) материала по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что держатель (4) соединен с соединением (10) дозатора, причем поток смолы (R) из резервуара (5), удерживаемого держателем (4), в полимерную ванну (2) может регулироваться через соединение (10).

10. Блок (1) материала по п. 9, отличающийся тем, что соединение (10) является механическим соединением (10a).

11. Блок (1) материала по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что блок (1) материала содержит по меньшей мере одну направляющую (8) для размещения в устройстве (AM) аддитивного производства.

12. Блок (1) материала по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что полимерная ванна (2) снабжена датчиком (14) уровня заполнения.

13. Блок (1) материала по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что полимерная ванна (2) содержит зону (19) считывания датчика уровня заполнения для емкостного измерения уровня заполнения.

14. Блок (1) материала по п. 13, отличающийся тем, что секция (20) стенки полимерной ванны (2) является электрически изолирующей в зоне (19) считывания датчика уровня заполнения и предпочтительно имеет толщину стенки, уменьшенную относительно прилегающей секции стенки (21).

15. Блок (1) материала по любому из пп. 1-14, отличающийся тем, что полимерная ванна (2) и/или резервуар (5) имеют электронную метку.

16. Блок (1) материала по любому из пп. 1-15, отличающийся тем, что полимерная ванна (2) снабжена смешивающим устройством (15).

17. Блок (1) материала по п. 16, отличающийся тем, что смешивающее устройство (15) может двигаться поступательно.

18. Блок (1) материала по п. 17, отличающийся тем, что смешивающее устройство (15) магнитно связан с внешним приводом (16).

19. Блок (1) материала по п. 17, отличающийся тем, что смешивающее устройство (15) связано с приводом (17), встроенным в блок (1) материала.

20. Способ подготовки устройства (AM) аддитивного производства для использования материала для печати (R), содержащегося в резервуаре (5), отличающийся тем, что полимерная ванна (2) внедряется в устройство (AM) аддитивного производства совместно с резервуаром (5), в котором полимерная ванна (2) содержит основание (3), прозрачное по меньшей мере в секциях, и при этом резервуар (5) соединяется с полимерной ванной (2) для формирования блока (1) материала по любому из пп. 1-19.

21. Способ кондиционирования смолы (R) с помощью блока (1) материала по любому из пп. 4-7, отличающийся тем, что резервуар (5) перемещается относительно полимерной ванны (2), предпочтительно, периодически.

22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что резервуар (5) поворачивается относительно полимерной ванны (2) вокруг оси поворота (18a).

Images