SE531432C2

SE531432C2 - Method and masking device

Info

Publication number: SE531432C2
Application number: SE0701935A
Authority: SE
Inventors: Ralf Larsson
Original assignee: Sintermask Technologies Ab
Priority date: 2007-08-27
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2009-04-07
Also published as: SE0701935L; WO2009027078A1

Description

25 30 35 53'| 432 Fig. 1 visar en schematisk vy av ett möjligt utförande av en anordning enligt uppfinningen i perspektiv, snett från ovan, Fi g. 2 visar ett tvärsnitt av en anordning enligt Fig. 1, Fig. 3 visar en schematisk bild av en del av den anordning som visas i Fig. 2 med tydliggörande av anordningens elektriska koppling, Fig. 4 visar en altemativ koppling enligt uppfinningen, och Fig. 5 visar hur kopplingen enligt Fig. 4 lämpligen kan sammankopplas med en koronaelektrod. i DETALJ BESKRIVNING I enlighet med principerna för en föredragen utiöringsforin enligt uppfinningen gäller att en direktöverföring av koronaladdade, icke smältbara, för strålningen avskännnings- bara pulverpartiklar 4, sker till en i huvudsak plan, transparent skiva l som kan bära datorstyrda laddningar ll, deponerade på en kapacitiv yta tex. hos skrivaren medelst ett jonskrivarhuvud 2. Efter användning av den elektrostatiskt sarnmanhållna pulvermasken 4a, avlägsnas masken och en växelspänning nollställer det kapacitiva lagret och en ny mask kan genereras enligt tidigare sekvens. 25 30 35 53 '| Fig. 1 shows a schematic view of a possible embodiment of a device according to the invention in perspective, obliquely from above, Fig. 2 shows a cross section of a device according to Fig. 1, Fig. 3 shows a schematic view of a part of the device shown in Fig. 2 with clarification of the electrical connection of the device, Fig. 4 shows an alternative connection according to the invention, and Fig. 5 shows how the connection according to Fig. 4 can be suitably connected to a corona electrode. DETAILED DESCRIPTION In accordance with the principles of a preferred embodiment according to the invention, a direct transfer of corona-charged, non-digestible, radiation-detectable powder particles 4 takes place to a substantially flat, transparent disk 1 which can carry computer-controlled charges 11 deposited on a capacitive surface tex. of the printer by means of an ion printer head 2. After using the electrostatically held powder mask 4a, the mask is removed and an alternating voltage resets the capacitive layer and a new mask can be generated according to the previous sequence.

Av Fig. 1, 2 och 3 framgår med större tydlighet uppbyggnaden av en möjlig anordning tör att genomförande av metoden enligt uppﬁnningen, samt framgår vissa föredragna aspekter.Figs. 1, 2 and 3 show with greater clarity the construction of a possible device for carrying out the method according to the invention, and certain preferred aspects appear.

Fig. 1 visar en perspektiv vy från ovan, omfattande en väsentligen horisontellt anordnad transparent skiva l, som är förﬂyttningsbar, fram och åter, företrädesvis i, eller nära, horisontalplanet, Under skivan 1, inuti ett maskinhölje (ej visat, men med fördel är maskin/höljet utformat enligt principer som visas i US 6531086) finns anordnat en pulverkaminare 3. Inuti pulverkarnrnaren finns anordnat elektroder 5 ämnade att kunna ﬂuidisera pulver 4 som finns inuti pulverkainrnaren 3. Längre upp mellan glasskivan l och bottnen av pulverkammaren 3 ﬁnns anordnat en koronaelektrod 6. Med koronaelektrod 6 avses en elektrod, som på i sig känt vis, är utformad på så vis att en koronaurladdning kan erhållas. På sidan av koronaelektroden 6 och än närmre skivan l finns anordnat en skrapa 7. Elektroden 6, skrapan 7 liksom även pulverkammaren 3 utsträcker sig i en riktning som är vinkelrät i förhållande till rörelseriktningen hos glasskivan l. Vid sidan av pulverkammaren 3 och med nära anslutning till glasskivans undersida finns anordnat en skrivaranordning 2 som 'år kopplad till en datorenhet (ej visad). Datorenheten är på i sig känt vis kopplad till skrivaren 2 för att kunna överföra ett visst skrivarmönster till skivan 1, t.ex. ett skrivarmönster som styrs av en CAD- 10 15 20 25 30 35 531 432 ritning. Också nära, intill skivans undre yta, mellan skrivaren 2 och pulverkamrnaren 3, ﬁnns anordnat en s.k. eraser 8.Fig. 1 shows a perspective view from above, comprising a substantially horizontally arranged transparent disc 1, which is removable, back and forth, preferably in, or near, the horizontal plane, Under the disc 1, inside a machine housing (not shown, but advantageously is machine / casing designed according to principles shown in US 6531086) there is arranged a powder chamber 3. Inside the powder core there are arranged electrodes 5 intended to be able to id identify powder 4 which is inside the powder chamber 3. Further up between the glass plate 1 and the bottom of the powder chamber 3 a chord is arranged 6. By corona electrode 6 is meant an electrode which, in a manner known per se, is designed in such a way that a corona discharge can be obtained. A scraper 7 is arranged on the side of the corona electrode 6 and even closer to the disc 1. The electrode 6, the scraper 7 as well as the powder chamber 3 extend in a direction which is perpendicular to the direction of movement of the glass disc 1. to the underside of the glass plate is arranged a printer device 2 which is connected to a computer unit (not shown). The computer unit is connected in a known manner to the printer 2 in order to be able to transfer a certain printer pattern to the disk 1, e.g. a printer pattern controlled by a CAD drawing. Also close to, next to the lower surface of the disc, between the printer 2 and the powder chamber 3, a so-called eraser 8.

Av Fig. 3 framgår att skivan 1 vid dess undre yta är anordnad med ett kapacitivt lager, omfattande två skikt 9, 10, ett ledande skikt 9 samt ett isolerande skikt 10. Vidare framgår att det ﬁnns anordnat en likströmshögspänningskrets 13 anordnat att ladda koronaelektroden 6, samt en växelspänningskrets 14 ämnad att ladda spiraler 5, varvid sistnämnda krets har som syfte att ﬂuidisera pulver 4 i kammaren 3.From Fig. 3 it can be seen that the disc 1 at its lower surface is arranged with a capacitive layer, comprising two layers 9, 10, a conductive layer 9 and an insulating layer 10. Furthermore it appears that a direct current high voltage circuit 13 is arranged to charge the corona electrode 6. , and an alternating voltage circuit 14 intended to charge coils 5, the latter circuit having the purpose of outputting powder 4 in the chamber 3.

I ett föredraget utiöringsexernpel av en metod respektive anordning enligt uppfinningen nyttjas den som en maskeringsanordning till en FFF (fri Forms Fabrikations) maskin, liknande den beskriven i US 6531086, där en för IR (Infraröd) strålning, transparent glasskiva l, ytbelagts med ett elektriskt ledande skikt 9, t.ex. ITO 9, samt ett yttre elektriskt isolerande skikt, tex. glas, aluminiumoxid eller liknande 10. J onskrivar- huvudet 2 deponerar negativa joner ll i det nämnda isolerande skiktet 10 med hjälp av attraktionskraften från det jordade, elektriskt ledande skiktet 9 under skivans l transport över jonhuvudet, i ett mönster (elektrostatisk mask) motsvarande ett givet skikt/ snitt av en S-dimensionell CAD ritning, t.ex. i enlighet med i sig känt förfarande beskrivet i US 6002415. Den uppladdade delen av skivan l förflyttas därefter över pulverkamrnaren 3 där maskeringspulver 4 bringats till svävande tillstånd genom en pâlagd högspänd växelspänning, mellan de spiralformade elektrodema 5. Elektrodema är lämpligen försedda med ett elektriskt isolerande skikt, för att förhindra elektriskt överslag. En fördel med nyttjande av att fluidisera med växelspänning är att det laddade maskerings- pulvret som återförs till pulverkamrnaren, därigenom avladdas på sin elektrostatiska potential, när det kommer i kontakt med spiralelektrodernas fält.In a preferred embodiment of a method and device according to the invention, it is used as a masking device for an FFF (free Forms Manufacturing) machine, similar to that described in US 6531086, where a for IR (Infrared) radiation, transparent glass sheet 1, is coated with an electric conductive layer 9, e.g. ITO 9, and an outer electrically insulating layer, e.g. glass, alumina or the like 10. The ion printer head 2 deposits negative ions II in said insulating layer 10 by means of the attractive force from the grounded, electrically conductive layer 9 during the transport of the disc 1 over the ion head, in a pattern (electrostatic mask) corresponding to a given layer / section of an S-dimensional CAD drawing, e.g. in accordance with a method known per se described in US 6002415. The charged part of the disc 1 is then moved over the powder chamber 3 where masking powder 4 is brought to a floating state by an applied high-voltage alternating voltage, between the helical electrodes 5. The electrodes are suitably provided with an electrically insulating layer, to prevent electric shock. An advantage of using alternating voltage fluidization is that the charged masking powder, which is returned to the powder chamber, is thereby discharged at its electrostatic potential, when it comes into contact with the field of the spiral electrodes.

En likriktad högspännings krets 13 är uppkopplad med korona elektroden 6 och det ledande skiktet 9, vilken bildar ett elektrostatiskt filt som laddar maskeringspulvret 4 negativt, vilket följer kraftlinj erna till det ledande skiktet, t.ex. i enlighet med i sig känt förfarande beskrivet i GB 1400175. I de områden la där de negativa jonema ll applicerats, repelleras pulverpartildarna 4 och en mask med en för IR strålning transparent del skapas i dessa områden la. Till de områden där jonema ll ej applicerats kommer partiklarna av pulvret 4 att attraheras så att en icke transparent beläggning 4a skapas, dvs. så att avskärmande områden skapas. Denna mask nyttjas sedan på i sig känt vis, dvs. för att sintra en yta med IR-absorberande, smältbart plastpulver medelst en pålagd IR strålning, (ej visat), vilket företrädesvis sker efter eller i samband med en förﬂyttning av glasskivan l, varefter genom att föra den transparenta skivan tillbaka, 10 20 25 30 35 531 432 den elektrostatisk fasthållna pulvermasken 4a kan skrapas av med den mot undre ytan av skivan 1 verkande vridbara skrapan 7. Maskeringspulvret 4 återförs då till pulver- kammaren 3 och kan återanvändas till nästa mask. Den renskrapade glasskivan 1 avladdas vid passage över erasem 8 som genererar ett högspänt växelströmsfält.A rectified high voltage circuit 13 is connected to the corona electrode 6 and the conductive layer 9, which forms an electrostatic blanket which charges the masking powder 4 negatively, which follows the lines of force to the conductive layer, e.g. in accordance with a method known per se described in GB 1400175. In the areas 1a where the negative ions 11 are applied, the powder batches 4 are repelled and a mask with a part transparent to IR radiation is created in these areas 1a. To the areas where the ions 11 have not been applied, the particles of the powder 4 will be attracted so that a non-transparent coating 4a is created, i.e. so that shielding areas are created. This mask is then used in a manner known per se, ie. for sintering a surface with IR-absorbing, fusible plastic powder by means of an applied IR radiation, (not shown), which preferably takes place after or in connection with a displacement of the glass sheet 1, after which by returning the transparent sheet, The electrostatically held powder mask 4a can be scraped off with the rotatable scraper 7 acting against the lower surface of the disc 1. The masking powder 4 is then returned to the powder chamber 3 and can be reused for the next mask. The clean-scraped glass sheet 1 is discharged when passing over the eraser 8 which generates a high-voltage alternating current field.

Därefter kan nästa snitt från CAD ritningen generera en ny mask, för att smälta ihop ett nytt pulverlager med det föregående, detta upprepas tills alla snitt i CAD ritningen bildar en eller ﬂera färdiga plastdetaljer.Then the next cut from the CAD drawing can generate a new mask, to fuse a new powder layer with the previous one, this is repeated until all cuts in the CAD drawing form one or ﬂ your finished plastic parts.

I Fig. 4 och 5 visas på alternativa kopplingar för att kunna nyttja principerna enligt uppfinningen. Fig. 4 visar att de spiralformade växelströmselektrodema 5 är ihopkopplade med den isolerade skärmen 12 via högspäiiningsaggregatet 14, istället för likströmskretsen 13 (såsom i Fig. 3). Fig. 5 visar att de spiralformade växelströms- elektroderna 5 även kan ihopkopplas med koronaelektroden 6 via högspännings- aggregatet 14. Båda dessa kopplingar har sainma funktion, nämligen att medelst spiralerna 5 frigöra pulvret 4 så att det kan attraheras av koronaelektrodens polära kraftfält, dvs. skapa en effektiv ﬂuidiserande bädd.Figs. 4 and 5 show alternative connections in order to be able to use the principles according to the invention. Fig. 4 shows that the helical alternating current electrodes 5 are connected to the insulated shield 12 via the high voltage assembly 14, instead of the direct current circuit 13 (as in Fig. 3). Fig. 5 shows that the helical AC electrodes 5 can also be connected to the corona electrode 6 via the high voltage assembly 14. Both of these connections have the same function, namely to release the powder 4 by means of the coils 5 so that it can be attracted by the corona electrode's polar force field, i.e. create an effective id uidising bed.

Uppﬁnningen begränsas inte till det ovan visade utan kan varieras inom ramarna för de efterföljande patentkraven. Fackmannen inser att den transparenta skivan 1 kan tillverkas av varierande material, i syfte att erhålla önskade egenskaper för vald elektromagnetisk strålning att kunna transmitteras. Enligt ett föredraget utförande används någon form av glas som bas. Vidare inses att den datastyrda masken på intet vis begränsas till någon viss form av programvara eller ﬁltyper, varvid dock gäller att enligt nutida standard någon form av CAD-program lämpligen nyttjas. Likväl inses att skrivarhuvudet 2 kan utgöras av varierande typ och att teknologin lämpligen baseras på i sig befintlig färdigutvecklad applikation. Också utformningen av pulverkarrnnaren inses kan anta varierande form utan att därigenom harnna utanför basprincipemai enlighet med uppfinningen. Fackmannen inser att sistnämnda konstaterande även gäller utföringen av elektroderna 5, koronaelektroden, den vridbara Skrapan, erasem och andra i anordningen ingående delar. Som exempel kan närrmas att fackmannen inser att flera mekaniska avskrapningsanordningar kan nyttjas, t.ex. förutom den i figurerna visade Skrapan 7 ytterligare en skrapa som är spegelvänd i förhållande till den första 7 och anordnad i den andra ändan av pulverkammaren 3, vilken då rengör glasytan en sista gång alldeles innan nytt maskerings pulver skall läggas på. Materialen i det isolerande respektive elektriskt ledande skiktet inses också kunna utväljas inom vida ramar, beroende av olika tíllämpningars förutsättningar. Med anledning av elektroderna 5 ämnade att skapa ett ﬂuidiserande fält inses att även andra slags principer kan nyttjas för lO 531 432 att skapa ett ﬂuidiserande fält, vilka principer äri sig kända, t.ex. en skakande bädd, luftagitering m.m. l en fördragen form kan nyttjas ett poröst/-luftgenomsläppligt rör (som ex. vis används i akvariet) inuti vilket koronaelektroden placeras vilket rör då kan placeras så att pulvret täcker röret med elektroden, varigenom erhålles effektiv ﬂuidisering i kombination med en ren miljö som förhindrar kontaminering av elektroden, samt att pulvret kan ges en ”startposition” närmre glasskivan.The invention is not limited to what is shown above but can be varied within the scope of the appended claims. Those skilled in the art will appreciate that the transparent disk 1 can be made of various materials, in order to obtain desired properties for selected electromagnetic radiation to be transmitted. According to a preferred embodiment, some form of glass is used as a base. Furthermore, it is understood that the computer-controlled mask is in no way limited to any particular form of software or types, in which case, however, according to current standards, some form of CAD program is suitably used. Nevertheless, it is understood that the printhead 2 can be of varying type and that the technology is suitably based on an existing pre-developed application. It will also be appreciated that the design of the powder core may take various forms without thereby departing from the basic principles in accordance with the invention. Those skilled in the art will appreciate that the latter finding also applies to the design of the electrodes 5, the corona electrode, the rotatable scraper, the erasem and other parts included in the device. As an example, it can be seen that the person skilled in the art realizes that several mechanical scraping devices can be used, e.g. in addition to the scraper 7 shown in the figures, another scraper which is mirror-inverted in relation to the first 7 and arranged at the other end of the powder chamber 3, which then cleans the glass surface one last time just before a new masking powder is to be applied. The materials in the insulating and electrically conductive layers are also understood to be selectable within a wide range, depending on the conditions of different applications. Due to the electrodes 5 intended to create an id uidizing field, it will be appreciated that other kinds of principles can also be used for creating a id uidizing field, which principles are known, e.g. a shaking bed, air agitation m.m. In a preferred form, a porous / air-permeable tube (which is used in the aquarium, for example) can be used inside which the corona electrode is placed, which tube can then be placed so that the powder covers the tube with the electrode, thereby obtaining effective id uidization in combination with a clean environment. contamination of the electrode, and that the powder can be given a "starting position" closer to the glass plate.

Som altemativ till ett yttre jonskrivarhuvud kan en datorstyrd, för IR-strålning transparent matris, appliceras direkt på glaset, framför alternativt istället för det elektriskt ledande skiktet 9. De attraherande, elektrostatiska kraftfalten kan då skapas direkt från datom via tex. skärm-drivers. Ungefär som när en bild byggs upp på en platt dataskärm, men blir inte synlig förrän maskeringspulvret 4 bygger upp masken 4a via koronaelektroden.As an alternative to an external ion printer head, a computer-controlled, transparent matrix for IR radiation can be applied directly to the glass, in front alternatively instead of the electrically conductive layer 9. The attractive electrostatic force fields can then be created directly from the computer via e.g. screen drivers. Much like when an image is built up on a flat computer screen, but does not become visible until the masking powder 4 builds up the mask 4a via the corona electrode.

Claims

10 15 20 25 30 35 531 432 PATENT REQUIREMENTS

A method of creating at least one temporary, computer-controlled mask for selectively controlling transmitting electromagnetic radiation, comprising arranging; - a transparent disc (1) with a capacitive layer (9, 10) arranged on one side thereof, and in connection with said side of the disc (1) arranging; - a powder chamber (3), - id exposing means (5) arranged to be able to bring radiation-shieldable powder particles (4) in said powder chamber (3) to, at least partially, suspended state, - a printer device (2) arranged to deposit negative ions (11 ) in said capacitive layer (9, 10) and, - an application means (6, 13) arranged to form an electrostatic field which charges said powder particles (4), whereby a direct transfer of said charged, powder-separable powder particles (4) takes place to said disc (1), by means of said application means (6, 13).

Method according to claim 1, characterized in that said negative ions (11) are created by an ion printer head (2).

Method according to claim 1 or 2, characterized in that it is applied in equipment for FFF (free form fabrication).

A method according to any one of the preceding claims, characterized in that said means (6, 13) comprises at least one corona electrode (6).

5. A method according to claim 4, characterized in that said oxidizing means consists of one or more electrodes (5) which / which by means of a high-voltage alternating voltage field provide a fluidizing bed with the powder particles (4).

Method according to claim 4, characterized in that the powder particles are released from the powder core (3) to the corona electrode (6) by a flowing bed created by a flowing gas medium.

A method according to claim 3, characterized in that said disc (1) is released from previous powder mask (4a) by a mechanical scraping which recirculates the powder (4) to the powder chamber (3). ), preferably by using a mechanical scraper obtained by moving the disc (1).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the disc (1) is released from previously computer-controlled charges (11) by an applied electrostatic alternating voltage field after the masking powder (4a) has been removed.

A method according to any one of the preceding claims, characterized in that said capacitive layer (9, 10) comprises at least one electrically conductive layer (9) and at least one outer electrically insulating layer arranged on said conductive layer (9), said ions (11) is deposited by attractive force from said electrically conductive layer (9) in the ground state.

Masking device, comprising a transparent disc (1) with a capacitive layer (9, 10) arranged on one side of the disc, a / arranged in connection with said one side of the disc (1); powder chamber (3) arranged with id exposing means (5) arranged to be able to bring to the radiation separable powder particles (4) in said powder chamber (3) to, at least partially, suspended state, - printer device (2) arranged to deposit negative ions (11) in said capacitive layer (9, 10), and, - application means (6, 13) arranged to form an electrostatic field which charges said powder particles (4), said application means (6, 13) being arranged to be able to effect a direct transfer of said charged, for applying the radiation particles (4) which can be sensed to the radiation to the approached disc (1).

Device according to claim 10, characterized in that the powder is charged by at least one corona electrode (6) connected to a high-voltage direct current circuit (13).

Device according to claim 10 or 11, characterized in that said capacitive layer (9, 10) comprises at least one electrically conductive layer (9) and at least one outer electrically insulating layer (9) arranged on top of said conductive layer, both of which are, at least substantially, transparent to the wavelength of said electromagnetic radiation.

Device according to claim 10 or 11, characterized in that said capacitive layer comprises a computer-controlled matrix transparent to IR radiation. 531 432

Device according to claim 10 or 11, characterized in that said ididising means is constituted by one or ﬂ your electrodes (5) arranged to provide by means of a high-voltage alternating voltage field a ﬂ uidising bed with the powder particles (4) -

Device according to claim 10 or 1, characterized in that said indicating means (5) consists of one or more air-permeable device (s), preferably in tubular form containing said corona electrode (6).