DE602004008458T2

DE602004008458T2 - Rapid-prototyping-vorrichtung

Info

Publication number: DE602004008458T2
Application number: DE602004008458T
Authority: DE
Inventors: Igal Zeytoun; Moshe Levi; Eliahu M. Kritchman; David Eshed; Hanan Gothait; Dror Danai; Meir Bar Nathan; Chaim Kleinhendler; Guy Menchik
Original assignee: Object Geometries Ltd
Current assignee: Object Geometries Ltd
Priority date: 2003-05-01
Filing date: 2004-05-02
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2024-05-03
Also published as: US8469692B2; US9576079B2; US8323017B2; US11104074B2; US20070179656A1; US20090148621A1; EP1631439A2; US20090210084A1; EP1631439B1; HK1190669A1; US20180250875A1; US20170106602A1; CN101444959A; WO2004096527A3; US20200361150A1; US9962882B2; US7500846B2; US20130297063A1; US9724879B2; WO2004096527A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen, hierin im Folgenden „Schnellherstellungsvorrichtungen", zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes, indem anhand von das Objekt definierenden Daten der Reihe nach übereinander dünne Schichten von Material ausgebildet werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Schnellherstellungsvorrichtungen bilden Objekte aus, indem anhand von die Objekte definierenden Daten, hierin im Folgenden „Konstruktionsdaten", der Reihe nach übereinander dünne Schichten, hierin im Folgenden „Konstruktionsschichten", aus einem Material ausgebildet werden. Es gibt zahlreiche und verschiedene Typen von Schnellherstellungsvorrichtungen und unterschiedliche Verfahren, mit denen sie die dünnen Konstruktionsschichten ausbilden, die sie zum Aufbauen eines Objektes verwenden.
Ein Typ von Schnellherstellungsvorrichtung, der herkömmlicherweise als „Tintenstrahl-Schnellherstellungsvorrichtung" bezeichnet wird, „druckt" jede Schicht eines Objektes, das von ihm aufgebaut wird. Um eine vorgegebene Schicht auszubilden, steuert die Tintenstrahl-Schnellherstellungsvorrichtung wenigstens eine Abgabevorrichtung, die als „Druckkopf" bezeichnet wird, um anhand von Konstruktionsdaten für das Objekt wenigstens ein Konstruktionsmaterial in flüssiger Form in einem Muster abzugeben, und verfestigt dann das abgegebene Material. Wenigstens ein Konstruktionsmaterial, hierin im Folgenden ein „Baumaterial" (BM), das zum Ausbilden der Schicht abgegeben wird, wird in der Form eines Querschnitts des Objektes gedruckt. Baumaterial in benachbarten Konstruktionsschichten wird in der Form von dünnen Querschnitten des Objektes, die um einen kleinen inkrementellen Abstand entlang einer selben Richtung, hierin im Folgenden als „Schichtungsrichtung" bezeichnet, relativ zueinander versetzt sind, relativ zu dem Objekt gedruckt.
Zur Erleichterung der Darlegung wird bei den Querschnitten des Objektes, in deren Formen die Konstruktionsschichten ausgebildet werden, angenommen, dass sie zu der xy-Ebene eines geeigneten Koordinatensystems parallel sind und die Schichtungsrichtung in der z-Richtung des Koordinatensystems liegt. Wahlweise ist das Baumaterial ein Fotopolymer, das nach dem Auftragen gehärtet wird, indem es geeigneter elektromagnetischer Strahlung, typischerweise UV-Strahlung, ausgesetzt wird.
Bei vielen Konstruktionsobjekten sind auf Grund der Komplexität und/oder Form der Objekte Konstruktionsschichten, die lediglich BM enthalten, das in der Form von Querschnitten der Konstruktionsobjekte gedruckt ist, nicht vollständig selbsttragend und erfordern Stützung während der Konstruktion des Objektes. In diesen Fällen wird wenigstens ein Konstruktionsmaterial, hierin im Folgenden als „Stützmaterial" (SM) bezeichnet, nach Bedarf in geeignete Regionen jeder Schicht gedruckt, um Stützung für das Baumaterial in der Schicht bereitzustellen. Das Stützmaterial und/oder eine Form, in der es ausgebildet ist, ist dergestalt, dass es bei Fertigstellung des Objektes von dem Objekt entfernt werden kann, ohne das Baumaterial im Wesentlichen zu beschädigen. Bei einigen Ausführungen ist das Stützmaterial, wie das Baumaterial, außerdem ein Fotopolymer.
Eine Tintenstrahl-Schnellherstellungsvorrichtung umfasst typischerweise wenigstens einen Tintenstrahl-Druckkopf, der in einem „Druckkopfblock" beinhaltet ist, der an einer „Verfahreinrichtung" befestigt ist. Jeder Druckkopf weist eine Anordnung einer Ausgangsöffnung oder mehrerer Ausgangsöffnungen auf und ist derart steuerbar, dass er Konstruktionsmaterial aus jeder Öffnung unabhängig von dem Abgeben von Konstruktionsmaterial aus den anderen Öffnungen abgibt. Das Konstruktionsmaterial umfasst einen oder mehrere Typen von Fotopolymermaterialien, die typischerweise in wenigstens einer Patrone gespeichert sind, aus der eine geeignete Konfiguration von Rohrleitungen das Material oder die Materialien zu einem Vorratsbehälter oder mehreren Vorratsbehältern in dem Druckkopfblock fördert, von dem/denen der Druckkopf das Material empfängt. Wahlweise steuert, um geeignete Viskosität des wenigstens einen Fotopolymers zu wahren, eine Steuerung wenigstens eine Wärmvorrichtung, die wahlweise an dem Druckblock, dem Druckkopf und/oder dem Vorratsbehälter befestigt ist, um das Fotopolymer auf eine geeignete Betriebstemperatur zu erwärmen. Der eine Typ oder die mehreren Typen von Fotopolymeren kann/können im Allgemeinen in einer Kombination, ge trennt oder gemeinsam, gleichzeitig oder aufeinanderfolgend abgegeben werden.
Während der Konstruktion eines Objektes steuert eine Steuerung die Verfahreinrichtung derart, dass sie sich wiederholt über eine Stützfläche, hierin im Folgenden eine „Konstruktionsplattform", parallel zu der xy-Ebene bewegt. Während sich die Verfahreinrichtung bewegt, steuert die Steuerung jeden Druckkopf derart, dass er anhand von das Objekt definierenden Konstruktionsdaten Konstruktionsmaterial selektiv durch seine Öffnungen abgibt, um die Konstruktionsschichten, aus denen das Objekt hergestellt wird, eine Schicht nach der anderen übereinander auf die Konstruktionsplattform zu drucken. Eine Quelle oder mehrere Quellen elektromagnetischer Strahlung, wahlweise UV-Strahlung, ist/sind an der Verfahreinrichtung an den Druckkopfblock angrenzend befestigt, um das in jeder Konstruktionsschicht gedruckte Fotopolymer-Konstruktionsmaterial auszuhärten. Außerdem ist wahlweise an der Verfahreinrichtung an den wenigstens einen Druckkopfblock angrenzend eine „Nivellierwalze" befestigt, die neu gedruckte Schichten aus Konstruktionsmaterial auf eine vorgegebene Schichthöhe nivelliert, indem sie überschüssiges Material und/oder Materialspitzen in der Schicht entfernt. Das aus der Schicht entfernte überschüssige Material wird von einer „Reinigungs-Wischeinrichtung" von der Walze abgewischt und in einem Abfallbehälter gesammelt, der in der Verfahreinrichtung beinhaltet ist.
Wahlweise steuert die Steuerung beim Bewegen der Verfahreinrichtung über die Stützfläche während der Herstellung einer Konstruktionsschicht die Verfahreinrichtung derart, dass sie sich entlang der x-Richtung hin- und herbewegt. Wahlweise inkrementiert die Steuerung bei einer Umkehr oder mehreren Umkehren der Verfahreinrichtung entlang der x-Richtung das Versetzen der Verfahreinrichtung in der y-Richtung. Im Anschluss an die Herstellung einer vorgegebenen Konstruktionsschicht wird entweder die Konstruktionsplattform gesenkt oder die Verfahreinrichtung angehoben und zwar entlang der Schichtungsrichtung um einen Abstand, der einer Dicke einer nächsten Konstruktionsschicht entspricht, die über der gerade ausgebildeten vorgegebenen Schicht herzustellen ist.
Während der Konstruktion eines Objektes neigt überschüssiges ausgehärtetes Fotopolymer-Konstruktionsmaterial dazu, sich an oder zwischen dem wenigstens einen Druckkopf in dem Druckkopfblock und an der Reinigungs-Wischeinrichtung anzusammeln. Das angesammelte Material kann zu vollständiger oder teilweiser Blockierung von Ausgangsöffnungen führen, wobei Ungenauigkeiten beim Auftragen von Konstruktionsmaterial und/oder Beschädigung einer gedruckten Schicht erzeugt werden können, während sich die Druckköpfe und die Walze über eine gedruckte Schicht bewegen. Oft kann das Funktionieren eines Druckkopfblockes durch angesammelte „Fotopolymer-Rückstände" derart verschlechtert sein, dass der Druckblock ersetzt werden muss. Das Ersetzen eines Druckkopfblockes ist im Allgemeinen teuer, zeitaufwändig und erfordert Neukalibrierung der Schnellherstellungsvorrichtung, damit das Auftragen von Polymer über die Ausgangsöffnungen genau gesteuert werden kann.
Konfigurationen von Tintenstrahl-Schnellherstellungsvorrichtungen werden in dem US-Patent 6.259.962 , dem US-Patent 6.658.314 , dem US-Patent 6.569.373 , dem US-Patent 6.850.334 , dem US-Patent 7.209.797 und der Patentveröffentlichung 20040207124 beschrieben. EP 0 963 824 beschreibt die Vernetzung eines Terpentinharzes durch Strahlung und US-A-2002/008335 offenbart eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt einiger Ausführungen der Erfindung betrifft das Bereitstellen einer Tintenstrahl-Schnellherstellungsvorrichtung mit verbesserten Betriebseigenschaften.
Ein Aspekt einiger Ausführungen der Erfindung betrifft das Bereitstellen einer Schnellherstellungsvorrichtung, die eine Verfahreinrichtung mit einem Druckkopfblock umfasst, bei dem jeder Druckkopf darin unabhängig von den anderen Druckköpfen in dem Block demontiert und ersetzt werden kann.
Nach einer Ausführung der Erfindung sind die Verfahreinrichtung und die Druckköpfe so konfiguriert, dass, wenn ein Druckkopf ersetzt wird, er durch Ausrichtungsstrukturen, die in dem Druckkopfblock und dem Druckkopf beinhaltet sind, automatisch ausgerichtet wird. Nach einer Ausführung der Erfindung ist der Druckkopf mit einem Speicher verbunden, der Profildaten umfasst, welche die Betriebseigenschaften des Druckkopfes spezifizieren, die von einer Steuerung in der Schnellherstellungsvorrichtung zum Steuern des Druckkopfes verwendet werden. Bei einigen Ausführungen der Erfindung ist der Speicher in dem Druckkopf beinhaltet.
Ein Aspekt einiger Ausführungen der Erfindung betrifft das Bereitstellen einer Schnellherstellungsvorrichtung mit einer verbesserten Lampe, die Strahlung zum Aushärten von Fotopolymer-Konstruktionsmaterialien bereitstellt.
Fotopolymer-Konstruktionsmaterial entlang von Kanten von Konstruktionsschichten, die durch eine Schnellherstellungsvorrichtung ausgebildet werden, ist oft schlecht polymerisiert, wobei dies zu Kanten führt, die manchmal relativ schlechte Schärfe aufweisen und weich und klebrig bleiben können. Eine Strahlungslampe nach einer Ausführung der Erfindung stellt einen relativ großen Bereich ihrer Strahlungsenergie derart bereit, dass die Strahlung in relativ großen Winkeln zu einer Normalen zu ihren Ebenen auf Konstruktionsschichten einfällt. Die Strahlung mit großem Einfallswinkel ist beim Polymerisieren von Material entlang von Kanten einer Konstruktionsschicht relativ effizienter als Strahlung, die in relativ kleinen Winkeln einfällt. Ein Aspekt einiger Ausführungen der Erfindung betrifft das Bereitstellen einer Schnellherstellungsvorrichtung mit einer verbesserten Reinigungs-Wischeinrichtung zum Entfernen von Fotopolymer-Rückständen, die sich auf Flächen der Schnellherstellungsvorrichtung ansammeln.
Es wird daher nach einer Ausführung der Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Objektes bereitgestellt, indem anhand von das Objekt definierenden Daten der Reihe nach übereinander dünne Schichten eines Konstruktionsmaterials ausgebildet werden, wobei die Vorrichtung umfasst:
mehrere Druckköpfe, die jeweils eine mit mehreren Ausgangsöffnungen ausgebildete Fläche aufweisen und derart steuerbar sind, dass sie das Konstruktionsmaterial durch jede Öffnung unabhängig von den anderen Öffnungen abgeben;
eine Verfahreinrichtung, an der die Druckköpfe befestigt sind;
eine Stützfläche; und
eine Steuerung, die dazu geeignet ist, die Verfahreinrichtung derart zu steuern, dass sie sich über der Stützfläche hin- und herbewegt, und, wenn sich die Verfahreinrichtung bewegt, die Druckköpfe derart zu steuern, dass sie das Konstruktionsmaterial durch jede ihrer entsprechenden Öffnungen in Abhängigkeit von Daten abgeben, um eine erste Schicht auf der Stützfläche und anschließend der Reihe nach die anderen Schichten auszubilden; wobei
jeder Druckkopf von der Verfahreinrichtung demontiert und unabhängig von den anderen Druckköpfen ersetzt werden kann.
Wahlweise umfasst jeder Druckkopf wenigstens eine Registrierungsstruktur, die zu einer Registrierungsstruktur passt, die in der Verfahreinrichtung beinhaltet ist, und, wenn ein Druckkopf an der Verfahreinrichtung montiert wird, berührt ihre wenigstens eine Registrierungsstruktur die entsprechende Registrierungsstruktur der Verfahreinrichtung und positioniert den Druckkopf ordnungsgemäß in der Verfahreinrichtung. Wahlweise sind die Öffnungen in jedem Druckkopf in einer linearen Anordnung gleichmäßig voneinander beabstandet, die eine erste Öffnung aufweist, die an einem ersten Ende der Anordnung angeordnet ist. Wahlweise positionieren die wenigstens eine Registrierungsstruktur, die in jedem Druckkopf beinhaltet ist, und die dieser zugeordnete Registrierungsstruktur der Verfahreinrichtung die Druckköpfe derart, dass ihre entsprechenden Öffnungslinien parallel sind. Wahlweise sind dabei die Öffnungslinien entlang einer Richtung senkrecht zu den Öffnungslinien angeordnet. Wahlweise positionieren die wenigstens eine Registrierungsstruktur, die in jedem Druckkopf beinhaltet ist, und die dieser zugeordnete Verfahreinrichtungs-Registrierungsstruktur die Druckköpfe derart, dass die erste Öffnung in jedem Druckkopf relativ zu den ersten Öffnungen der anderen Druckköpfe ordnungsgemäß positioniert sind. Wahlweise sind Vorsprünge an der Stützfläche von parallelen Linien durch die Mitten der Öffnungen, die senkrecht zu den Öffnungslinien angeordnet sind, im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet. Wahlweise sind Abstände der ersten Öffnungen von derselben Ebene senkrecht zu den Linien der Öffnungen in Abständen von der Ebene gemäß einer Gleichung der Form y(n) = C + n(d_y/N) angeordnet, wobei y der Abstand von der Ebene ist, C eine Konstante ist, N eine Anzahl von Druckköpfen ist, d_y ein Abstand zwischen benachbarten Öffnungen in demselben Druckkopf ist und n für jeden Druckkopf eine andere ganze Zahl ist, welche die Bedingung 0 ≤ n ≤ (N – 1) erfüllt. Wahlweise steuert die Steuerung die Steuerung die Verfahreinrichtung derart, dass sich diese entlang einer Richtung senkrecht zu den Öffnungslinien bewegt, wenn Konstruktionsmaterial von Öffnungen in den Druckköpfen während der Ausbildung einer Schicht abgegeben wird. Wahlweise sind die Abstände y(n) derart, dass ein Druckkopf Tropfen auf einer vorgegebenen Linie in der Schicht parallel zu den Öffnungslinien an Positionen derart ablagert, dass die Tropfen im Wesentlichen nicht mit Tropfen von Material zusammenhängen, die zuvor auf der vorgegebenen Linie von einem anderen der N Druckköpfe aufgetragen wurden. Wahlweise wird jeder Tropfen, der zwischen zwei am nächsten aneinander angeordneten, zuvor aufgetragenen Tropfen auf der vorgegebenen Linie aufgetragen wird, im gleichen Abstand zu den beiden zuvor aufgetragenen Tropfen positioniert.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung umfasst die wenigstens eine Registrierungsstruktur in jedem Druckkopf wenigstens einen Registrierungsstift, der von dem Druckkopf vorsteht und ein Ende aufweist, das genau relativ zu der Linie von Öffnungen positioniert ist.
Wahlweise ist die entsprechende Verfahreinrichtungs-Registrierungsstruktur eine Fläche, wobei der Registrierungsstift und die Registrierungsfläche derart positioniert sind, dass, wenn der Druckkopf an der Verfahreinrichtung befestigt wird, die Spitze des Stifts gegen die Fläche anschlägt. Alternativ oder zusätzlich umfasst der wenigstens eine Registrierungsstift drei Registrierungsstifte. Wahlweise ist eine Linie zwischen den Spitzen von zwei der Registrierungsstifte genau parallel zu der Linie von Öffnungen angeordnet. Wahlweise ist die Spitze eines dritten Registrierungsstiftes parallel zu der Linie von Öffnungen und weg von sämtlichen der Öffnungen um einen genauen Abstand relativ zu der ersten Öffnung versetzt.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung ist jeder Druckkopf mit einem Speicher verbunden. Wahlweise ist der Speicher in dem Druckkopf beinhaltet. Zusätzlich oder alternativ umfasst der Speicher Profildaten, die Betriebseigenschaften spezifizieren, die dem Druckkopf eigen sind, und welche die Steuerung zum Steuern des Druckkopfes verwendet. Wahlweise werden die Profildaten automatisch für die Steuerung zugänglich, wenn der Druckkopf an der Verfahreinrichtung befestigt wird. Zusätzlich oder alternativ ist jede Öffnung einem eigenen Betätigungselement zugeordnet, das steuerbar ist, um die Ab gabe des Konstruktionsmaterials von der Öffnung zu steuern, und die Profildaten weisen Daten auf, die zum Steuern des Betätigungselementes verwendbar sind.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung weist die Vorrichtung eine Temperaturüberwachungseinrichtung auf, die Signale als Antwort auf die Temperatur des Druckkopfes erzeugt. Wahlweise umfasst der Speicher Kalibrierungsdaten, die eine Kennlinie der Signale mit der Temperatur des Druckkopfes korreliert.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung weist der Druckkopf eine Wärmequelle auf, die steuerbar ist, um den Druckkopf auf einer gewünschten Temperatur zu halten, und wobei der Speicher Daten umfasst, die zum Steuern der Wärmequelle verwendbar sind.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung umfasst der Speicher Daten, die zum Bestimmen der Position der Öffnungen relativ zu den Öffnungen der anderen Druckköpfe, die an der Verfahreinrichtung befestigt sind, verwendbar sind.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung weist das Konstruktionsmaterial ein Fotopolymer auf. Wahlweise weist die Vorrichtung eine Lampe auf, die eine Strahlung zum Polymerisieren des Fotopolymers bereitstellt. Wahlweise stellt die Lampe einen wesentlichen Bereich der Strahlung bereit, so dass sie auf die Schichten in im Wesentlichen nicht-normalen Winkeln zu ihren Ebenen einfällt.
Des Weiteren wird nach einer Ausführung der Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Objektes bereitgestellt, indem anhand von das Objekt definierenden Daten der Reihe nach übereinander dünne Schichten eines Materials ausgebildet werden, wobei die Vorrichtung umfasst:
wenigstens einen Druckkopf, der eine mit wenigstens einer Ausgangsöffnung ausgebildete Fläche aufweist und derart steuerbar ist, dass er ein Fotopolymermaterial in flüssiger Form durch die Öffnung abgibt;
eine Lampe, die Strahlung bereitstellt, die das Fotopolymer polymerisiert; und
eine Steuerung, die dazu geeignet ist, den Druckkopf derart zu steuern, dass er das Fotopolymer abgibt und der Reihe nach die Schichten ausbildet, und die Lampe derart zu steuern, dass sie das abgegebene Fotopolymer bestrahlt und polymerisiert; wobei
ein wesentlicher Bereich einer von der Lampe bereitgestellten Strahlung so gerichtet ist, dass sie in einem im Wesentlichen nicht-normalen Winkel auf die Schichten einfällt.
Wahlweise umfasst die Lampe eine Strahlungsquelle und einen Reflektor, der Licht, das von der Quelle bereitgestellt wird, so reflektiert, dass es in einem im Wesentlichen nicht-normalen Winkel auf die Schichten einfällt. Zusätzlich oder alternativ ist die Größenordnung des Winkels größer als 20° relativ zu der Normalen zu den Schichten. Bei einigen Ausführungen der Erfindung entspricht die Größenordnung des Winkels ungefähr 30° relativ zu der Normalen. Bei einigen Ausführungen der Erfindung entspricht die Größenordnung des Winkels ungefähr 45° relativ zu der Normalen.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung umfasst der Reflektor wenigstens einen Parabel-Reflektor und wenigstens ein Bereich der Lichtquelle ist an dem Fokus des Reflektors angeordnet. Wahlweise ist der Reflektor ein Polygon-Reflektor, der sich einem Parabel-Reflektor annähert. Wahlweise ist der Einfallswinkel für einen Bereich des Lichtes positiv und für einen Bereich des Lichtes negativ.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung ist die Strahlungsquelle eine Entladungs-Glühlampe. Wahlweise ist die Glühlampe eine Hg- oder Xe-Entladungs-Glühlampe.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung umfasst die Lampe LEDs, die steuerbar sind, um die Strahlung bereitzustellen, die das Fotopolymer polymerisiert.
Des Weiteren wird nach einer Ausführung der Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Objektes bereitgestellt, indem anhand von das Objekt definierenden Daten der Reihe nach übereinander dünne Schichten eines Materials ausgebildet werden, wobei die Vorrichtung umfasst:
wenigstens einen Druckkopf, der derart steuerbar ist, dass er ein Fotopolymermaterial in flüssiger Form abgibt;
eine Lampe, die derart steuerbar ist, dass sie Strahlung bereitstellt, die das Fotopolymer polymerisiert; und
eine Steuerung, die dazu geeignet ist, den Druckkopf derart zu steuern, dass er das Fotopolymer abgibt und der Reihe nach die Schichten ausbildet, und die Lampe derart zu steuern, dass sie das abgegebene Fotopolymer bestrahlt und polymerisiert; wobei
die Lampe eine Anordnung von LEDs umfasst, die steuerbar sind, um die Strahlung bereitzustellen, die das Fotopolymer polymerisiert.
Wahlweise umfasst die Vorrichtung eine Mikrolinse, die Licht von der LED zu einem Kegelstrahl von Strahlung mit einem relativ großen Kegelwinkel konfiguriert. Wahlweise ist der Kegelwinkel größer als ungefähr 80°. Wahlweise ist der Kegelwinkel größer als ungefähr 100°.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung ist die Anordnung von LEDs relativ weit entfernt von den Schichten angeordnet und weist einen Strahlungsleiter für jede LED in der Anordnung auf, der Strahlung von der LED zu einer Position relativ nah an den Schichten abzweigt, von der die Strahlung Regionen der Schichten bestrahlt.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung steuert die Steuerung Intensitäten von UV-Licht, die durch LEDs in der Anordnung bereitgestellt werden, unabhängig von Intensitäten, die von anderen LEDs in der Anordnung bereitgestellt werden.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung schaltet die Steuerung LEDs in der Anordnung ein und aus, um Strahlung von der Anordnung zu reduzieren, die beim Polymerisieren von Fotopolymer in den Schichten nicht effektiv ist.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung weist die Vorrichtung eine Wischeinrichtung auf, wobei die Steuerung dazu geeignet ist, wenigstens einen Druckkopf über die Wischeinrichtung zu bewegen, um die Fläche zu reinigen, in der die Öffnungen ausgebildet sind.
Des Weiteren wird nach einer Ausführung der Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Objektes bereitgestellt, indem anhand von das Objekt definierenden Daten der Reihe nach übereinander dünne Schichten eines Materials ausgebildet werden, wobei die Vorrichtung umfasst:
wenigstens einen Druckkopf, der eine mit wenigstens einer Ausgangsöffnung ausgebildete Fläche aufweist und derart steuerbar ist, dass er ein Fotopolymermaterial in flüssiger Form durch die Öffnung abgibt;
eine Wischeinrichtung; und
eine Steuerung, die dazu geeignet ist, den Druckkopf derart zu steuern, dass er das Fotopolymer abgibt und der Reihe nach die Schichten ausbildet, und den Druckkopf über die Wischeinrichtung zu bewegen, um die Fläche, in der die Öffnungen ausgebildet sind, zu reinigen.
Zusätzlich oder alternativ weist die Wischeinrichtung wenigstens ein Reinigungsblatt mit einer Kante auf, die überflüssiges Konstruktionsmaterial von der Fläche abstreift, wenn die Steuerung die Fläche derart steuert, dass sich diese über die Wischeinrichtung bewegt.
Wahlweise berührt die Kante wenigstens eines Reinigungsblattes die Fläche, wenn sich die Flächen über die Wischeinrichtung bewegen.
Wahlweise ist das Reinigungsblatt aus einem elastischen Material ausgebildet, so dass die Kante, welche die Flächen berührt, die Fläche elastisch berührt. Wahlweise umfasst die Kante ein bogenförmiges Muster und ein verschiedenes Bogenmuster entsprechend jedem Druckkopf des wenigstens einen Druckkopfes.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung umfasst der wenigstens eine Druckkopf eine Mehrzahl von Druckköpfen.
Wahlweise ist das Reinigungsblatt mit wenigstens einem Schlitz ausgebildet, der das Reinigungsblatt in eine Mehrzahl von Zähnen unterteilt, die jeweils eine Kante aufwei sen, die eine Öffnungsfläche eines anderen der Mehrzahl von Druckköpfen berührt und überschüssiges Konstruktionsmaterial von der Fläche abstreift.
Zusätzlich oder alternativ umfasst das wenigstens eine Reinigungsblatt wenigstens zwei Reinigungsblätter. Wahlweise weist ein Reinigungsblatt der wenigstens zwei Reinigungsblätter eine Kante auf, welche die Öffnungsfläche eines Druckkopfes nicht berührt, sondern sich entlang und in enger Nähe zu der Fläche bewegt, wenn die Steuerung die Fläche derart steuert, dass sie sich über die Wischeinrichtung bewegt. Wahlweise bewegen sich, wenn sich die Fläche über die Wischeinrichtung bewegt, Regionen der Fläche über die Kante, welche die Fläche nicht berührt, bevor sie die Kante berühren, welche die Flächen berührt.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung weist die Vorrichtung ein Hinderniserfassungssystem auf, das Defekte in einer Schicht erfasst, die von einer Fläche der Schicht vorstehen. Wahlweise weist das Hinderniserfassungssystem auf: einen Laser, der einen Laserstrahl bereitstellt, der die Fläche der Schicht kontaktiert oder der entlang einer Länge des Laserstrahls nahe der Fläche der Schicht angeordnet ist; und einen Detektor, der Licht von dem Laserstrahl empfängt; wobei Licht, das der Detektor von dem Laserstrahl empfängt, zumindest teilweise durch einen Defekt, der von der Fläche vorsteht, gesperrt wird.
Ein Aspekt einiger Ausführungen der Erfindung betrifft das Bereitstellen neuer Konstruktionsmaterialien zur Verwendung bei einer Tintenstrahl-Schnellherstellungsvorrichtung, die bei Verwendung zum Konstruieren eines Objektes dazu führen, dass das Objekt verbesserte strukturelle Festigkeit relativ zu derjenigen aufweist, die es haben würde, wenn es unter Verwendung von Tintenstrahl-Konstruktionsmaterialien nach dem Stand der Technik hergestellt worden wäre.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Nichtbeschränkende Beispiele von Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezugnahme auf hieran angehängte Figuren beschrieben, die im Anschluss an diesen Absatz aufgelistet sind. In den Figuren sind identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, im Allgemeinen in allen Figuren, in denen sie erscheinen, mit einer gleichen Ziffer gekennzeichnet. Die Maße von Bauteilen und Merkmalen, die in den Figuren gezeigt werden, wurden zur Vereinfachung und Verdeutlichung der Darstellung ausgewählt und werden nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeigt.
1 zeigt schematisch eine Schnellherstellungsvorrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
2A zeigt schematisch eine perspektivische Unteransicht einer Verfahreinrichtung, die in der in 1 gezeigten Schnellherstellungsvorrichtung beinhaltet ist und einzeln ersetzbare Druckköpfe aufweist, nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
2B zeigt schematisch eine Unteransicht der in 2A gezeigten Verfahreinrichtung;
2C zeigt schematisch die in den 2A bis 2B gezeigte Verfahreinrichtung, wobei ihre Druckköpfe entfernt sind;
2D zeigt schematisch einen Druckkopf nach einer Ausführung der Erfindung;
2E und 2F zeigen schematisch eine Perspektiv- bzw. eine Querschnittsansicht eines Systems zum Bereitstellen von Konstruktionsmaterial für Druckköpfe in einer Schnellherstellungsvorrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
3A stellt schematisch Linien dar, an denen entlang unterschiedliche Ausgangsöffnungen des Druckkopfes Konstruktionsmaterial abgeben, um eine Konstruktionsschicht eines Objektes auszubilden, nach einer Ausführung der Erfindung;
3B zeigt einen Abschnitt von 3A, der zur Erleichterung der Darstellung vergrößert ist;
4A stellt schematisch ein Verfahren nach dem Stand der Technik zum Abgeben von Konstruktionsmaterial dar, um eine Konstruktionsschicht herzustellen;
4B stellt schematisch ein Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zum Abgeben von Konstruktionsmaterial dar, um eine Konstruktionsschicht herzustellen;
4C zeigt schematisch eine Verfahreinrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, die zum Abgeben von Konstruktionsmaterial konfiguriert ist, wie in 4B dargestellt;
5 zeigt schematisch eine Unteransicht einer anderen Verfahreinrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
6A bis 6C zeigen schematisch eine perspektivische Teilschnittansicht bzw. als Querschnitt ausgeführte Ansichten einer Lampe nach einer Ausführung der Erfindung, die UV-Licht zum Polymerisieren von Konstruktionsmaterial bereitstellt;
6D zeigt eine grafische Darstellung, die relative Intensität von Licht von einer UV-Lampe, das von einer Konstruktionsschicht, die von der in 1 gezeigten Schnellherstellungsvorrichtung ausgebildet wird, reflektiert wird, als eine Funktion von Höhe über der Schicht der Öffnung, durch welche die Lampe das Licht bereitstellt, grafisch darstellt;
7A und 7B zeigen schematische Querschnittansichten anderer UV-Lampen nach Ausführungen der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt schematisch UV-Lampen, die LEDs zum Bereitstellen polymerisierenden UV-Lichts umfassen, nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
9A und 9B zeigen schematisch Perspektivansichten einer Verfahreinrichtung, die UV-Lampen aufweist, die LEDs umfassen, die relativ weit weg von Konstruktionsschichten, zu deren Ausbildung die Verfahreinrichtung gesteuert wird, angeordnet sind, nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
10A und 10B zeigen schematisch eine Perspektivansicht bzw. eine als Querschnitt ausgeführte Ansicht einer Verfahreinrichtung, die wartungsgemäßem Reinigen unterzogen wird, nach einer Ausführung der Erfindung;
10C bis 10D zeigen schematisch Varianten von Reinigungsblättern, die zum Reinigen einer Verfahreinrichtung verwendet werden, nach einer Ausführung der Erfindung;
11A und 11B zeigen schematisch eine Perspektivansicht bzw. eine als Querschnitt ausgeführte Ansicht einer anderen Reinigungsblattkonfiguration nach einer Ausführung der Erfindung;
11C zeigt schematisch eine Perspektivansicht einer Variante des in den 11A und 11B gezeigten Reinigungsblattes nach einer Ausführung der Erfindung;
12A zeigt schematisch ein System zum Erfassen von Protuberanzen auf einer von einer Schnellherstellungsvorrichtung ausgebildeten Konstruktionsschicht nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
12B und 12C zeigen schematische Querschnittansichten des in 12A gezeigten Systems;
12D zeigt schematisch eine Variante des in 12A gezeigten Systems nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
13 zeigt eine schematische grafische Darstellung, die Interdependenz von Parametern darstellt, welche die Leistung einer Schnellherstellungsvorrichtung nach einer Ausführung der Erfindung charakterisieren; und
14 zeigt schematisch ein Verfahren zum Herstellen einer relativ dünnen Konstruktionsschicht mit relativ hoher Druckauflösung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGEN
1 zeigt schematisch eine Tintenstrahl-Schnellherstellungsvorrichtung 20, die ein Objekt 22 auf einer Konstruktionsplattform 24 herstellt, nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Schnellherstellungsvorrichtung 20 umfasst eine Steuerung 26 und eine Verfahreinrichtung 28, die einen Druckkopfblock 50, eine Nivellierwalze 27 und wahlweise zwei Quellen 120 von Strahlung umfasst, die zum Polymerisieren von Fotopolymeren geeignet ist, die von der Schnellherstellungsvorrichtung zum Konstruieren von Objekten verwendet werden, nach einer Ausführung der Erfindung. Wahlweise ist die Konstruktionsplattform 24 an einem Arbeitstisch 25 montiert und ist derart steuerbar, dass sie in Bezug auf den Arbeitstisch gesenkt und angehoben werden kann.
Die Steuerung 26 der Schnellherstellungsvorrichtung 20 bewegt während der Herstellung des Objektes 22 die Verfahreinrichtung 28 periodisch zu einem Wartungsbereich 220 auf dem Arbeitstisch 25, der einen Sumpf 222 und wenigstens ein Reinigungsblatt umfasst. Als Beispiel umfasst der Wartungsbereich 220 zwei Reinigungsblätter, ein erstes Reinigungsblatt 225 und ein zweites Reinigungsblatt 227. In dem Wartungsbereich 220 führt die Steuerung 26 einen Reinigungsvorgang durch, um Konstruktionsmaterialabfälle, „Rückstände", zu entfernen, die sich an Druckköpfen, die in dem Druckkopfblock 50 beinhaltet sind, ansammeln können. Der Wartungsbereich 220 und der Reinigungsvorgang werden im Folgenden besprochen.
Zur Vereinfachung wird angenommen, dass Fotopolymere, die von der Schnellherstellungsvorrichtung 20 verwendet werden, UV-härtbar sind und dass Strahlungsquellen 120 UV-Lampen sind. Die Schnellherstellungsvorrichtung 20 wird sehr schematisch gezeigt und es werden in 1 lediglich Merkmale und Bauteile der Schnellherstellungsvorrichtung gezeigt, die für die Besprechung relevant sind. Ein Koordinatensystem 21 wird verwendet, um auf Orte und Positionen von Merkmalen und Bauteilen der Schnellherstellungsvorrichtung 20 Bezug zu nehmen.
Um das Objekt 22 herzustellen, steuert die Steuerung 26 die Verfahreinrichtung 28 derart, dass sie sich, wahlweise parallel zu der x-Achse in Richtungen, die durch einen Blockpfeil 31 mit doppelter Spitze angezeigt werden, über der Konstruktionsplattform 24 hin- und herbewegt. Nach einer Umkehr oder mehreren Umkehren der Richtung entlang der x-Achse kann die Steuerung die Verfahreinrichtung 28 um einen inkrementellen Ab stand, wahlweise parallel zu der y-Achse entlang einer Richtung, die durch den Blockpfeil 32 angezeigt wird, vorwärts bewegen. Wenn sich die Verfahreinrichtung 28 über die Konstruktionsplattform 24 bewegt, steuert die Steuerung 26 die Druckköpfe anhand von das Objekt 22 definierenden Konstruktionsdaten derart, dass sie Konstruktionsmaterial (Baumaterial, BM, und/oder Stützmaterial, SM, je nach Bedarf) abgeben und Konstruktionsschichten 34 ausbilden, die zum Herstellen des Objektes verwendet werden.
Nachdem Konstruktionsmaterial frisch gedruckt wurde, um eine Region einer vorgegebenen Konstruktionsschicht 34 auszubilden, berührt die Nivellierwalze 27 die Region und schlichtet und glättet sie zu einer gewünschten Dicke, indem ein oberer Abschnitt des gedruckten Materials abgeschält wird. Um die Abschälwirkung zu erreichen, dreht sich die Walze 27 in eine Richtung, in die sie sich drehen würde, wenn sie auf der Konstruktionsschicht in eine Richtung rollen würde, entlang der sich die Verfahreinrichtung 28 vorwärts bewegt, jedoch mit einer Drehgeschwindigkeit, die größer ist als die, die der linearen Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung der Verfahreinrichtung entspricht. Eine geeignete Wisch- und Abfallmaterial-„Auffangeinrichtung” (nicht gezeigt), die in der Verfahreinrichtung 28 montiert ist, wischt Konstruktionsmaterialabfall von der Walze 27.
Die Konstruktionsschichten 34 werden in eine Richtung, d. h. eine Schichtungsrichtung, senkrecht zu der Konstruktionsplattform 24 parallel zu der z-Achse geschichtet. Im Anschluss an die Ausbildung einer vorgegebenen Konstruktionsschicht 34 wird wahlweise die Konstruktionsplattform 24 um einen Abstand gesenkt, der im Wesentlichen einer Dicke einer nächsten Konstruktionsschicht entspricht, die auf der vorgegebenen Konstruktionsschicht auszubilden ist. Zur Vereinfachung der Darstellung ist die Dicke von Konstruktionsschichten 34 in 1 stark übertrieben.
Als Beispiel ist das Objekt 22 eine Kopie einer Vase 36, die in einem Einschub 38 gezeigt wird, und wird auf der Konstruktionsplattform 24 teilweise konstruiert gezeigt. Die Vase 36 wird schematisch derart gezeigt, dass sie aus „Datenquerschnittsschichten" 40 ausgebildet ist, die durch die Konstruktionsdaten der Vase definiert werden. Ein Blockpfeil 42 zeigt schematisch an, dass die Konstruktionsdaten in die Steuerung 26 eingegeben werden und/oder anhand von entsprechenden Eingangsdaten in der Steuerung 26 erzeugt werden und geeignet formatiert werden, um das Herstellen von Konstruktionsschichten 34 zu steuern.
2A zeigt die Verfahreinrichtung 28 schematisch in einer Perspektivansicht aus der Sicht des unteren Teils der Verfahreinrichtung. Aus der Perspektive von 2A sind die x-Achse und die z-Achse des Koordinatensystems 21 in Bezug auf die in 1 gezeigten Richtungen dieser Achsen umgekehrt.
Der Druckkopfblock 50 ist wahlweise mit einer Mehrzahl von Sockeln 51 ausgebildet, wobei jeder von ihnen dazu geeignet ist, einen Druckkopf 52 aufzunehmen, der in den Sockel eingesetzt und aus diesem entfernt werden kann, unabhängig davon, dass ein Druckkopf in andere der Sockel eingesetzt oder aus anderen der Sockel entfernt werden muss. Die Sockel 51 werden deutlicher in den 2B und 2C gezeigt, welche die Verfahreinrichtung 28, von unten gesehen, mit Druckköpfen 52 bzw. ohne Druckköpfe 52 in die Sockel eingesetzt zeigen. 2D zeigt schematisch einen Druckkopf 52 nach einer Ausführung der Erfindung für sich selbst, wobei Einzelheiten des Druckkopfes deutlicher gezeigt werden als in den 2A bis 2C.
Als Beispiel umfasst der Block 50 acht Sockel 51. Wahlweise werden unterschiedliche Druckköpfe 52 oder unterschiedliche Gruppen von Druckköpfen 52 dem Drucken unterschiedlicher Konstruktionsmaterialien zugeordnet. Zum Beispiel können einige der Druckköpfe 52 lediglich dem Drucken von BM oder eines bestimmten Typs von BM zugeordnet sein, während andere Druckköpfe 52 lediglich dem Drucken von SM oder eines bestimmten Typs von SM zugeordnet sein können. Die Druckköpfe 52 können im Wesentlichen auf eine Weise als BM oder SM zugeordnete Druckköpfe ausgewiesen und konfiguriert sein. Zum Beispiel kann sich eine Anzahl von Druckköpfen 52, die dem Drucken von BM zugeordnet sind, von einer Anzahl von Druckköpfen 52 unterscheiden, die dem Drucken von SM zugeordnet sind. Zusätzlich oder alternativ können benachbarte Druckköpfe 52 dem Drucken unterschiedlicher Konstruktionsmaterialien, einer dem Drucken von BM und der andere dem Drucken von SM, zugeordnet sein.
Als Beispiel wird angenommen, dass bei dem Druckkopf 50 eine Gruppe von vier in die Sockel 51 eingesetzten Druckköpfen 52, angezeigt durch die Klammer 54, dem Drucken von BM zugeordnet ist, und bei einer Gruppe von vier in die Sockel 51 eingesetzten Druckköpfen 52, angezeigt durch eine Klammer 53, wird angenommen, dass sie dem Drucken von SM zugeordnet ist. Wo die Vereinfachung dies rechtfertigt, werden die durch die Klammer 53 angezeigten Sockel 51 außerdem als die Sockel 53 bezeichnet und die durch die Klammer 54 angezeigten Sockel 51 werden außerdem als die Sockel 54 bezeichnet.
Der Druckkopfblock 50 und die Druckköpfe 52 sind nach einer Ausführung der Erfindung derart konfiguriert, dass jeder Druckkopf relativ einfach ersetzt werden kann, wie dies zum Beispiel auf Grund von Beschädigung erforderlich oder durch einen Wartungsplan angezeigt sein kann. Wahlweise sind alle Druckköpfe 52 im Wesentlichen gleich.
Jeder Druckkopf 52 umfasst ein Gehäuse 56, das am deutlichsten in 2D gezeigt wird und das mit einer Mehrzahl von kollinearen, wahlweise gleichmäßig voneinander beabstandeten Ausgangsöffnungen 58 ausgebildet ist, durch die Konstruktionsmaterial abgegeben wird. Zur Erleichterung zeigt eine gestrichelte Linie 59, die in 2D gezeigt wird und die für einige Druckköpfe 52 in den 2A und 2B gezeigt wird, eine Linie an, an der entlang kollineare Öffnungen 58 angeordnet sind. Im Folgenden wird in der Besprechung der 2E und 2F eine Beschreibung von Verfahren und Vorrichtungen zum Bereitstellen von Konstruktionsmaterial für Druckköpfe 52 nach einer Ausführung der Erfindung angegeben.
Eine Leiterplatte 55 umfasst Schaltungen 57 zum Steuern piezoelektrischer Betätigungselemente (nicht gezeigt), die in dem Gehäuse 56 beinhaltet sind und die betätigt werden, um Konstruktionsmaterial durch Öffnungen 58 und andere Bauteile des Druckkopfes 52 abzugeben. Verbinder 47 verbinden die Leiterplatte 55 mit Schaltungen in dem Druckkopfblock 28, die mit der Steuerung 26 (1) verbunden sind. Nach einer Ausführung der Erfindung umfasst die Leiterplatte 55 einen Speicher 49, der Daten, „Profildaten", aufweist, die Betriebseigenschaften des Druckkopfes 52 spezifizieren. Profildaten, die wahlweise in dem Speicher 49 beinhaltet sind, werden im Folgenden besprochen.
Die Druckköpfe 52 und der Druckkopfblock 50 umfassen entsprechende Ausrichtungsmerkmale. Einige der Ausrichtungsmerkmale wirken zusammen, um einen Druckkopf 52 automatisch auszurichten, wenn der Druckkopf in einen der Sockel 51 eingesetzt wird, so dass seine Linie 59 von Ausgangsöffnungen 58 parallel zu einer selben Linie ist, die wahlweise die y-Achse ist. Die Linien 59 von Öffnungen 58 in allen Druckköpfen 52, die an dem Druckkopfblock 50 montiert sind, sind daher zu einem relativ hohen Grad von Genauigkeit parallel zueinander. Wahlweise sind die Linien 59 von Öffnungen 58 in den Druckköpfen 52 gleichmäßig voneinander beabstandet.
Einige der entsprechenden Ausrichtungsmerkmale wirken zusammen, um Druckköpfe 52 derart auszurichten, dass wahlweise die y-Koordinaten von Öffnungen in unterschiedlichen Druckköpfen, die dem Drucken eines selben Konstruktionsmaterials zugeordnet sind, unterschiedlich sind. Zum Beispiel sind nach einer Ausführung der Erfindung die y-Koordinaten von Öffnungen 58 in unterschiedlichen Druckköpfen 52, die in die Sockel 53 (d. h. die durch die Klammer 53 angezeigten Sockel 51) eingesetzt sind, unterschiedlich. In ähnlicher Weise sind, während die y-Koordinaten von Öffnungen 58 in einem Druckkopf 52, der in einen Sockel 54 (d. h. ein durch die Klammer 54 angezeigter Sockel 51) eingesetzt ist, dieselben sein können wie die y-Koordinaten von Öffnungen in einem Druckkopf 52, der in einen Sockel 53 eingesetzt ist, die y-Koordinaten von Öffnungen 58 in zwei unterschiedlichen Druckköpfen 52 in den Sockeln 54 unterschiedlich. Wahlweise ist die Konfiguration von Druckköpfen in den Sockeln 54 dieselbe wie die von Druckköpfen in den Sockeln 53 und die Besprechung im Folgenden ist, während sie sich auf Druckköpfe in den Sockeln 54 bezieht, so zu verstehen, dass sie wahlweise für Druckköpfe in Sockeln 53 gilt.
Eine erste Öffnung 58 in jedem Druckkopf 52 sei eine Öffnung, die der xz-Ebene am nächsten ist (2A), und ein Abstand zwischen benachbarten Öffnungen in einem selben Druckkopf sei „d_y". Wahlweise weist die y-Koordinate der ersten Öffnung in jedem Druckkopf 52, der in einem Sockel 54 angeordnet ist, einen Wert auf, der durch eine Gleichung der folgenden Form angegeben wird: y = C + n(dy/N) = C + nΔdy, 1)wobei N eine Anzahl von Sockeln 54 ist, Δd_y = d_y/N und für jeden Sockel n eine andere ganze Zahl ist, welche die Bedingung 0 ≤ n ≤ (N – 1) erfüllt.
Wahlweise umfassen die Ausrichtungsmerkmale für jeden Druckkopf 52 zwei x-Ausrichtungsstifte 60 und einen y-Ausrichtungsstift 62 (am deutlichsten in den 2B und 2D gezeigt). Wahlweise weist jeder x-Stift ein abgerundetes Ende mit einer Spitze 61 auf und jeder y-Stift 62 weist ein abgerundetes Ende mit einer Spitze 63 auf. Die Spitze 61 jedes x-Stiftes 60 ist um einen selben genauen Abstand Δx entlang der x-Achse relativ zu der x-Koordinate der Linie 59 versetzt. Wahlweise ist Δx im Wesentlichen für alle Druckköpfe 52 gleich. Die Spitze 63 des y-Stiftes 62 ist um einen genauen Abstand Δy entlang der y-Achse zu der y-Koordinate der ersten Öffnung des Druckkopfes 52 versetzt. Wahlweise ist Δy im Wesentlichen für alle Druckköpfe 52 gleich.
Jeder Sockel 54 umfasst zwei x-Ausrichtungsknöpfe 64 und einen y-Ausrichtungsknopf 66, die den x-Ausrichtungsstiften 60 bzw. dem y-Ausrichtungsstift 62 entsprechen, die in jedem Druckkopf 52 beinhaltet sind. Die x-Ausrichtungsknöpfe 64 werden in 2A nicht gezeigt, sondern werden schematisch in 2B und am deutlichsten in 2C gezeigt. Jeder x-Ausrichtungsknopf 64 weist eine selbe genau gesteuerte Länge auf und endet in einer planaren „Ausrichtungsfläche" 65. Jeder Sockel 54 umfasst wenigstens ein elastisches Element 68, wie eine Blatt- oder Schraubenfeder. Wenn ein Druckkopf 52 in den Sockel 54 eingesetzt wird, drückt das wenigstens eine elastische Element 56 den Druckkopf derart, dass die Spitzen 61 seiner x-Ausrichtungsstifte 60 die x-Ausrichtungsflächen 65 der Ausrichtungsknöpfe 64 in dem Sockel berühren. Die Konfiguration der x-Ausrichtungsstifte 60 und -knöpfe 64 führt dazu, dass die Linien 59 von Öffnungen 58 der in die Sockel 51 eingesetzten Druckköpfe 52 relativ genau parallel sind.
Jeder y-Knopf 66, der in den Sockeln 54 beinhaltet ist, weist eine unterschiedliche Länge auf, die wahlweise durch Gleichung 1 angegeben wird, und endet in einer planaren Ausrichtungsfläche 67. Ein elastisches Element 69, das in jedem Sockel 54 beinhaltet ist, bringt einen in den Sockel eingesetzten Druckkopf 52 elastisch dazu, dass die y-Ausrichtungsspitze 63 des Druckkopfes gegen die y-Ausrichtungsfläche 67 des in dem Sockel beinhalteten Ausrichtungsknopfes drückt. Die Konfiguration von y-Ausrichtungsstiften 62 und -knöpfen 66 ergibt, dass die erste Öffnung 58 jedes Druckkopfes 52, der in einen anderen der Sockel 54 eingesetzt ist, eine unterschiedliche y-Koordinate aufweist, die wahlweise durch Gleichung 1 angegeben wird. Die Öffnungen 58 jedes Druckkopfes 52 in einem Sockel 54 sind dadurch relativ zu den Öffnungen der anderen Druckköpfe in den Sockeln 54 um ein unterschiedliches Vielfaches von (d_y/N) = Δd_y ver setzt. Projektionen von Öffnungen 58 von allen Druckköpfen 52 in den Sockeln 54 auf einer Linie parallel zu der y-Achse sind entlang der Linie um einen Δd_y entsprechenden Abstand gleichmäßig voneinander beabstandet. Als Beispiel nimmt bei der in 1 gezeigten Konfiguration von Sockeln 54 und y-Ausrichtungsknöpfen 66 die Versetzung von Druckköpfen 54 entlang der y-Achse mit dem Anstieg der x-Koordinate der Druckköpfe relativ zu der x-Koordinate des festen Merkmals des Druckkopfblocks 50 linear ab.
2E zeigt schematisch eine Perspektivansicht des Druckkopfblocks 50 mit der rechten Seite nach oben und den Druckköpfen 52 in dem Block montiert, der mit den in dem Druckkopfblock beinhalteten Vorratsbehältern 401, 402, 403 und 404 verbunden ist, die Konstruktionsmaterial speichern, das den Druckköpfen bereitgestellt wird. Die Druckköpfe und Vorratsbehälter werden durch den in gestrichelten Linien gezeigten Druckkopfblock hindurch gesehen gezeigt. 2F zeigt schematisch eine Querschnittansicht eines in 2E gezeigten Druckkopfes 52.
Die Druckköpfe 52, die in den Sockeln 54 angeordnet sind (2B und 2C) und wahlweise Baumaterial (BM) drucken, werden durch eine Klammer mit der Kennzeichnung „BM" angezeigt und werden als BM-Druckköpfe bezeichnet. Jeder BM-Druckkopf 52 ist mit Vorratsbehältern 401 und 403 verbunden, die BM speichern und den Druckköpfen BM bereitstellen. Eine Zuführleitung 409 verbindet den Vorratsbehälter 401 mit einer „Zuführpumpe" (nicht gezeigt), die BM, wahlweise aus einer BM-Zuführpatrone, die im Allgemeinen in einem Abstand zu dem Druckkopfblock 50 angeordnet ist, zu dem Vorratsbehälter 401 pumpt. Ein Rückflusssperrventil 411 verbindet den Vorratsbehälter 403 wahlweise mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt), die einen geringfügigen Unterdruck in den Vorratsbehältern 401 und 402 hält.
Auf ähnliche Weise zeigt eine mit „SM" gekennzeichnete Klammer Druckköpfe 52 an, die in den Sockeln 53 angeordnet sind und wahlweise Stützmaterial (SM) drucken, und diese werden als SM-Druckköpfe bezeichnet. Jeder SM-Druckkopf 52 ist mit Vorratsbehältern 402 und 404 verbunden, die SM speichern und den SM-Druckköpfen SM bereitstellen. Eine Zuführleitung 410 verbindet den Vorratsbehälter 402 mit einer Pumpe, die SM-Material aus einer BM-Zuführpatrone pumpt. Ein Rückflusssperrventil 412 verbindet den Vorratsbehälter 404 mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt).
Der Betrieb der Vorratsbehälter 401 und 403, die den BM-Druckköpfen 52 BM zuführen, ist wahlweise identisch mit dem Betrieb der Vorratsbehälter 402 und 404, die SM-Druckköpfen 52 SM zuführen, und der Betrieb der Vorratsbehälter wird mit Bezugnahme auf die Vorratsbehälter 401 und 403 und die BM-Druckköpfe 52 beschrieben.
Mit Bezugnahme auf 2F ist das Gehäuse 56 des BM-Druckkopfes 52 mit einem Verteiler 420 ausgebildet, der den Vorratsbehälter 401 und 403 verbindet und ermöglicht, dass BM, das die Zuführpumpe zu dem Vorratsbehälter 401 pumpt, frei in den Vorratsbehälter 403 fließen kann. Ein Sensor (nicht gezeigt) erzeugt Signale als Antwort auf eine Höhe, zu der BM die Vorratsbehälter 401 und 403 füllt. Die Zuführpumpen-Steuerschaltungen (nicht gezeigt) steuern den Betrieb der Zuführpumpe derart, dass ein gewünschter Pegel von BM in den Vorratsbehältern 401 und 403 gehalten wird. 2F zeigt schematisch die Vorratsbehälter 401, 403 und den Verteiler 420 mit BM gefüllt, wie durch die Schattierung 418 angezeigt.
Eine kleine Versorgungsleitung 422, die aus Abschnitten mit wahlweise unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet ist, wie auf dem Gebiet bekannt, verbindet jede Ausgangsöffnung 58 mit dem Verteiler 420 und ist mit einem piezoelektrischen Betätigungselement (nicht gezeigt) verbunden. Die Steuerung 26 (1) steuert das mit jeder Versorgungsleitung 420 verbundene piezoelektrische Betätigungselement derart, dass BM 418 aus dem Verteiler 420 gezogen wird und gewünschte Mengen des BM aus der Ausgangsöffnung 58 ausgetrieben werden, die mit der Versorgungsleitung 58 verbunden ist.
Um ungewolltes Tropfen von BM aus den Öffnungen 58 zu verhindern, hält die wahlweise mit dem Vorratsbehälter 403 verbundene Vakuumpumpe einen geringfügigen Unterdruck in den Vorratsbehältern 401 und 403. Das Rückflusssperrventil 411 verhindert, dass BM in dem Vorratsbehälter 403 unbeabsichtigt in die Vakuumpumpe gezogen wird. Das Rückflusssperrventil 411 kann gemäß einem von verschiedenen Verfahren und einer von verschiedenen Vorrichtungen, die auf dem Gebiet bekannt sind, arbeiten. Wahlweise umfasst das Rückflusssperrventil einen Schwimmer, der steigt, um eine Öffnung in dem Ventil, durch welche die Vakuumpumpe Luft ansaugt, zu schließen, falls und wenn BM in das Ventil eintritt und über einen vorgegebenen Pegel steigt.
Die Erfinder haben festgestellt, dass ein Druck in den Vorratsbehältern 401 und 403 zwischen ungefähr 2 und ungefähr 9 mm H₂O unter dem atmosphärischen Druck vorteilhaft ist, um ungewolltes Tropfen von BM aus den Öffnungen 58 zu verhindern. Das Überwachen von Unterdruck in den Vorratsbehältern 401 und 403 sowie das Steuern der Vakuumpumpe, die den Druck hält, können unter Verwendung verschiedener Verfahren und Vorrichtungen, die auf dem Gebiet bekannt sind, vollzogen werden. Bei einigen Ausführungen der Erfindung arbeitet die Vakuumpumpe kontinuierlich, um Luft aus dem Vorratsbehälter 403 zu ziehen, und Luft strömt durch wenigstens eine Entlüftungsöffnung langsam in den Vorratsbehälter 401 und/oder 403. Geeignete Steuerschaltungen steuern die Vakuumpumpe derart, dass eine Rate, mit der die Pumpe Luft aus dem Vorratsbehälter 403 zieht, und eine Rate, mit der Luft durch die wenigstens eine Entlüftungsöffnung in den Vorratsbehälter 401 und/oder 403 strömt, abgeglichen werden und der gewünschte geringfügige Unterdruck gehalten wird. Bei einigen Ausführungen der Erfindung steuern Steuerschaltungen die Vakuumpumpe derart, dass sie lediglich dann arbeitet, wenn der Druck in dem Vorratsbehälter 403 über einen gewünschten Druck steigt.
Wenn sich die Verfahreinrichtung 28 entlang der x-Achse bewegt und Konstruktionsmaterial abgibt, um eine Konstruktionsschicht 34 zu drucken (1), werden Tropfen von Konstruktionsmaterial nach Bedarf aus jeder Öffnung 58 der Druckköpfe 52 auf die Konstruktionsplattform 24 oder auf eine zuvor ausgebildete Schicht 34 entlang einer Linie, hierin im Folgenden eine „Auftragungslinie", parallel zu der x-Achse, abgegeben. Auftragungslinien für Öffnungen 58 in einem selben Druckkopf 52, die BM abgeben (d. h. Öffnungen in einem Druckkopf 52 in einem Sockel 54), sind um einen Abstand, der Δd_y (Gleichung 1) entspricht, gleichmäßig voneinander beabstandet. Eine räumliche Auflösung, hierin im Folgenden eine „primäre" y-Auflösung PR_y, entlang der y-Achse entspricht daher Δd_y und Konstruktionsmaterial wird wahlweise in Tropfen, die ausreichend Material umfassen, aufgetragen, so dass sich Material, das entlang benachbarten Auftragungslinien aufgetragen wird, mischt, um eine glatte Konstruktionsschicht mit im Wesentlichen einheitlicher Dicke auszubilden.
Die Auftragungslinien werden schematisch durch die Linien 70 in der 3A für einige Öffnungen 58 der Druckköpfe 52 in den Sockeln 54 angezeigt. Auch wenn die Auftragungslinien 70 Linien entlang einer durch die Schnellherstellungsvorrichtung 20 ausgebildeten Konstruktionsfläche sind, werden die Auftragungslinien zur Vereinfa chung der Darstellung so gezeigt, dass sie auf den unteren Teil des Druckkopfblockes 50 projiziert werden, um ihre Beziehung zu den Öffnungen 58 zu zeigen, die ihre Positionen bestimmen. 3B zeigt einen vergrößerten Abschnitt von 3A, in dem die Auftragungslinien 70 und ihre relativen Positionen leichter zu sehen sind als in 3A.
Es ist zweckmäßig, die Druckköpfe 52 in den Sockeln 54 mit indizierten Kennzeichnungen P_k, 1 ≤ k ≤ 4, und die Auftragungslinien 70 mit der indizierten Kennzeichnung DL₁, DL₂, ..., DL_M, die in der 3B gezeigt werden (M entspricht der Anzahl von Öffnungen 58 in einem Druckkopf P_k mal Anzahl von Druckköpfen, d. h. wahlweise vier), zu individualisieren. Jede vierte Auftragungslinie 70 ist mit einer Ausgangsöffnung 58 in einem selben Druckkopf P₁, P₂, P₃ oder P₄ in einem Sockel 54 verbunden. Zum Beispiel sind die Auftragungslinien DL₁, DL₅, DL₉, ... mit dem Druckkopf P₁ verbunden.
Auf Grund des Abstands zwischen benachbarten Linien 59 von Ausgangsöffnungen 58 in dem Druckblock 50 wird, während sich die Verfahreinrichtung 28, zum Beispiel entlang der positiven x-Achse, bewegt, Konstruktionsmaterial für Positionen an einer selben vorgegebenen x-Koordinate in einer Konstruktionsschicht zu unterschiedlichen Zeitpunkten von unterschiedlichen Druckköpfen abgegeben. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Verfahreinrichtung 28 entlang der x-Richtung bewegt, sei V_S und ein Abstand zwischen Öffnungslinien 59 in benachbarten Druckköpfen 52 sei d_X. Dann entspricht eine Zeitverzögerung „t_d" zwischen Zeitpunkten, zu denen Konstruktionsmaterial von benachbarten Druckköpfen 52 an Positionen in einer Konstruktionsschicht mit einer selben vorgegebenen x-Koordinate abgegeben wird, ungefähr d_X/V_S.
Wenn zum Beispiel der Druckkopf P₁ Konstruktionsmaterial an einer vorgegebenen x-Koordinate entlang den Auftragungslinien DL₁, DL₅, DL₉, ... zu einem Zeitpunkt t₁ aufträgt, dann trägt der Druckkopf P₂ Konstruktionsmaterial an derselben vorgegebenen x-Koordinate entlang den Auftragungslinien DL₂, DL₆, DL₁₀, ... zu einem Zeitpunkt t₂, t_d Sekunden später, auf. Die relativen Zeitpunkte t₁, t₂, t₃ und t₄, zu denen die Druckköpfe P₁, P₂, P₃ und P₄ Konstruktionsmaterial aus ihren Ausgangsöffnungen 58 an einer selben vorgegebenen x-Koordinate abgeben, werden in einem Umfang dargestellt, in dem sich ihre jeweiligen Auftragungslinien in den 3A und 3B nach rechts erstrecken. Die Enden der Auftragungslinien 70 und die relativen Zeitpunkte t₁, t₂, t₃ und t₄ werden werden durch Linien angezeigt, die mit den relativen Zeitpunkten in 3B gekennzeichnet sind.
Tropfen flüssigen Konstruktionsmaterials, die in nächster Nähe zueinander aufgetragen werden, haben eine Affinität zueinander und tendieren zum Zusammenwachsen. Diese Tendenz zum Zusammenwachsen kann Unzulänglichkeiten in einer von der Schnellherstellungsvorrichtung 20 gedruckten Konstruktionsschicht, wie einer in 1 gezeigte Konstruktionsschicht 34, erzeugen. Im Besonderen kann die Tendenz zum Zusammenwachsen zu einer Konstruktionsschicht führen, die Streifenbildungen parallel zu Auftragungslinien 70 zeigt, an denen entlang die Schnellherstellungsvorrichtung 20 Konstruktionsmaterial aufträgt. Streifenbildungen tendieren dazu, wenn sie auftreten, in den Nachbarschaften von Auftragungslinien 70 aufzutreten, an denen entlang der Druckkopf P₄ Konstruktionsmaterial aufträgt (d. h. DL₄, DL₈, DL₁₂, ...).
Von 4A wird angenommen, dass sie einen Prozess darstellt, mit dem Streifenbildungen in einer Konstruktionsschicht ausgebildet werden. Die Figur zeigt eine Folge schematischer Zeitverlaufs-Querschnittansichten 81, 82, 83 und 84 durch eine Konstruktionsschicht entlang einer Ebene parallel zu der xz-Ebene an einer vorgegebenen x-Koordinate. Die Zeitverlaufsansichten stellen Auftragung von Tropfen entlang den Auftragungslinien 70 durch die Druckköpfe P₁ bis P₄ zum Ausbilden einer Konstruktionsschicht dar. Bei den Zeitverlaufsansichten 81, 82, 83 bzw. 84 wird angenommen, dass sie zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t₁, t₂, t₃ bzw. t₄ ausgeführt sind, die durch die Übergangsverzögerungszeit t_d zeitlich getrennt werden. Die Auftragungslinien, an denen entlang Tropfen aufgetragen werden, werden durch Kreise mit der Kennzeichnung DL_m angezeigt. Tropfen von Konstruktionsmaterial, welche die Druckköpfe P₁ bis P₄ auftragen, sind jeweils mit Dr₁ bis Dr₄ gekennzeichnet.
Zu dem Zeitpunkt t₁ in der Zeitverlaufsansicht 81 trägt der Druckkopf P₁ Tropfen Dr₁ aus Material entlang den Auftragungslinien DL₁, DL₅, ... an Positionen mit der vorgegebenen x-Koordinate auf. Zu dem Zeitpunkt t₂ in der Zeitverlaufsansicht 82 trägt der Druckkopf P₂ Tropfen Dr₂ an der vorgegebenen x-Koordinate entlang den Auftragungslinien DL₂, DL₆, ... auf. Jeder Tropfen Dr₂ grenzt an einen zuvor aufgetragenen Tropfen Dr₁ an und neigt zum Zusammenwachsen mit dem Tropfen Dr₁. Zu dem Zeitpunkt t₃ in der Zeitverlaufsansicht 83 trägt der Druckkopf P₃ Tropfen Dr₃ an die Tropfen Dr₂ angrenzend ent lang den Auftragungslinien DL₃, DL₈, ... auf. Die Tropfen Dr₃ wachsen mit den zuvor aufgetragenen Tropfen Dr₁ und Dr₂ zusammen, wie in der Zeitverlaufsansicht gezeigt.
Es scheint, dass Material in den zusammengewachsenen Tropfen nicht gut in die in der Zeitverlaufsansicht 83 gezeigten leeren Regionen 86 in der Nachbarschaft der Auftragungslinien DL₄, DL₈, DL₁₂, ... zwischen den zusammengewachsenen Tropfen fließt. Zu dem Zeitpunkt t₄ in der Zeitverlaufsansicht 84 wird, wenn der Druckkopf P₄ Tropfen Dr₄ in leere Regionen 86 aufträgt, Material in jedem Tropfen zu jeder der Gruppen zuvor zusammengewachsener Tropfen auf beiden Seiten des Tropfens weggezogen. Das Wegziehen des Materials erzeugt eine geringfügige Lücke 88 in der Nachbarschaft der Auftragungslinie DL₄, wie in der Zeitverlaufsansicht 84 gezeigt. Lücken 88 geben Anlass zu Streifenbildungen in Konstruktionsschichten, die durch die Schnellherstellungsvorrichtung 20 ausgebildet werden.
Um Streifenbildungen zu vermeiden, sind nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung y-Ausrichtungsknöpfe 66, die in Sockeln 54 beinhaltet sind, derart konfiguriert, dass jeder Tropfen, der im Anschluss an das Auftragen von Material durch einen ersten Druckkopf an der x-Koordinate an einer vorgegebenen x-Koordinate abgegeben wird, in gleichmäßigem Abstand zwischen zuvor aufgetragenen Tropfen aufgetragen wird. Die Erfinder haben bestimmt, dass, wenn ein Verfahren der „gleichmäßig beabstandeter" Tropfenauftragung zum Ausbilden einer Konstruktionsschicht verwendet wird, Streifenbildungen, die in der Konstruktionsschicht dort, wo die Tropfen wie in 4A dargestellt aufgetragen sind, auftreten können, gemildert werden oder im Wesentlichen nicht vorhanden sind. Es ist zu beachten, dass gleichmäßig beabstandetes Auftragen lediglich dann zum Auftragen von Tropfen aus Konstruktionsmaterial in einer Schicht genau und vollständig implementiert werden kann, wenn eine zum Konstruieren der Schicht verwendete Anzahl von Auftragungslinien einer Zweierpotenz entspricht. Ansonsten kann das Verfahren lediglich näherungsweise implementiert werden.
4B stellt schematisch „gleichmäßig beabstandetes" Auftragen von Konstruktionsmaterial zum Ausbilden einer Konstruktionsschicht eines Objektes nach einer Ausführung der Erfindung dar. Die Figur ist 4A ähnlich und zeigt eine Folge schematischer Zeitverlaufs-Querschnittansichten 91, 92, 93 und 94. Die Querschnittansichten sind entlang einer Ebene parallel zu der xz-Ebene an einer vorgegebenen x-Koordinate ausgeführt und stellen das Auftragen von Tropfen aus Konstruktionsmaterial dar, die zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t₁, t₂, t₃ und t₄ entlang von Auftragungslinien gemäß gleichmäßig beabstandeter Auftragung aufgetragen werden.
Zu dem Zeitpunkt t₁ in der Zeitverlaufsansicht 91 werden Tropfen Dr₁ entlang den Auftragungslinien DL₁, DL₅, DL₉, ... aufgetragen. Zu dem Zeitpunkt t₂ in der Zeitverlaufsansicht 92 werden Tropfen Dr₂ auf die Auftragungslinien DL₂, DL₆, ... aufgetragen und zwar nicht an Tropfen Dr1 angrenzend, sondern in gleichmäßigem Abstand zwischen den Tropfen entlang den Auftragungslinien DL₃, DL₅, .... Zu dem Zeitpunkt t₃ in der Zeitverlaufsansicht 93 werden Tropfen Dr₃ wahlweise entlang den Auftragungslinien DL₂, DL₄, ... aufgetragen. Von den Zeitpunkten t1 und t2 zu dem Zeitpunkt t3 breitet sich Material in den Tropfen Dr₁ bzw. Dr₂ aus. Bei dem Ausbreiten der Tropfen Dr₁ und Dr₂ wird angenommen, dass es teilweise die Regionen 96 entlang den Auftragungslinien DL₄, DL₈, DL₁₂ füllt. Als Folge des Füllens werden, wenn in der Zeitverlaufsansicht 94 Tropfen Dr₄ entlang den Auftragungslinien DL₄, DL₈, DL₁₂ aufgetragen werden, Lücken nicht entlang den Auftragungslinien ausgebildet und Streifenbildungen werden nicht ausgebildet.
4C zeigt schematisch eine Unteransicht des Druckkopfblockes 50, der zum Implementieren gleichmäßig beabstandeten Auftragens konfiguriert ist, wie in 4B dargestellt. Die Längen von y-Ausrichtungsknöpfen 66 in Sockeln 54 (und wahlweise Sockeln 53) nehmen nicht linear mit dem Ansteigen ihrer x-Koordinate relativ zu der x-Koordinate eines Merkmals des Druckkopfblockes 50 ab. Als Folge tragen die Druckköpfe P₁, P₂, P₃, P₄ nicht Material entlang den Auftragungslinien DL₁, DL₂, DL₃ bzw. DL₄ auf, wie in den 3B und 4A gezeigt. Stattdessen sind sie derart konfiguriert, dass die Druckköpfe P₁, P₂, P₃, P₄ Material entlang den Auftragungslinien DL₁, DL₃, DL₂ bzw. DL₄ auftragen, wie in den 4B gezeigt.
Während die in dem Druckkopfblock 50 und den Druckköpfen 52 beinhalteten Ausrichtungsmerkmale das Ersetzen eines Druckkopfes 52 in dem Druckkopfblock ermöglichen, ohne dass die Ausrichtung des Druckkopfes eingestellt oder kalibriert werden muss, ist ein vorgegebener Druckkopf im Allgemeinen durch Betriebseigenschaften gekennzeichnet, die dem Druckkopf eigen sind. Um korrekten Betrieb eines vorgegebenen Druckkopfes 52 bereitzustellen, ist es vorteilhaft, dass die Steuerung 26 jeden Druck kopf anhand seiner ihm eigenen Betriebseigenschaften steuert. Nach einer Ausführung der Erfindung wird jeder Druckkopf 52 durch Profildaten profiliert, die Betriebsparameter charakterisiert, die dem Druckkopf eigen sind. Wahlweise werden, wie oben angemerkt, Profildaten in einem Speicher 49 gespeichert, der wahlweise in der Leiterplatte 55 des Druckkopfes beinhaltet ist. Wenn der Druckkopf 52 in einem Sockel 51 montiert ist, werden Datenleitungen zwischen der Steuerung 26 und dem Druckkopf 52, über welche die Steuerung auf die Profildaten des Druckkopfes zugreift, über Verbinder 47 hergestellt, die in der Leiterplatte beinhaltet sind.
Profildaten, die einen Druckkopf 52 charakterisieren, können zum Beispiel Betriebsdaten umfassen, die den Betrieb jedes piezoelektrischen Betätigungselementes spezifiziert, das in dem Druckkopf beinhaltet ist und das Auftragen von Konstruktionsmaterial über eine Ausgangsöffnung 58 des Druckkopfes steuert. Typischerweise spezifizieren Betriebsdaten für das Betätigungselement Betätigungselementleistung als eine Funktion von Spannung, die an das Betätigungselement angelegt wird, Identität und Temperatur des Konstruktionsmaterials, das der Druckkopf 52 abgibt. Die Daten werden im Allgemeinen verwendet, um die Anstiegszeit, Abfallzeit und Amplitude eines Spannungsimpulses zu bestimmen, den die Steuerung 26 an das Betätigungselement anlegt, um Gewicht und/oder Ausstoßgeschwindigkeit eines Tropfens von Konstruktionsmaterial zu steuern, der durch eine Öffnung 58 abgegeben wird, mit der das Betätigungselement kommuniziert. Profildaten umfassen wahlweise Eigenschaften einer Wärmeeinrichtung, die wahlweise in dem Druckkopf 52 beinhaltet ist und welche die Wärmeeinrichtungssteuerung 26 derart steuert, dass sie eine gewünschte Temperatur von Konstruktionsmaterial in dem Druckkopf-Vorratsbehälter hält.
Profildaten können außerdem Abmessungsdaten für einen Druckkopf umfassen. Zum Beispiel können bei einigen Ausführungen der Erfindung Längen von x-Ausrichtungsstiften 60 (2D), während sie derart gesteuert werden, dass die x-Stifte an einem selben Druckkopf 52 mit einem hohen Grad an Genauigkeit eine selbe Länge Δx sind, von einem Druckkopf 52 zu einem anderen um relativ große Beträge variieren. Als Folge könnte eine apriorische Länge von x-Stiften 60 nicht für jeden Druckkopf 52 mit einem Grad an Genauigkeit, der für eine gewünschte Auflösung der Schnellherstellungsvorrichtung 20 erforderlich ist, apriorisch bekannt sein. Bei solchen Ausführungen umfassen Profildaten für einen Druckkopf Daten, welche die Längen seiner x-Ausrichtungsstifte definieren.
Während bei der oben besprochenen beispielhaften Ausführung wahlweise ein Speicher 49, der auf der Leiterplatte 55 eines Druckkopfes (2D) angeordnet ist, Profildaten für den Druckkopf umfasst, sind bei einigen Ausführungen der Erfindung Profildaten für einen Druckkopf 52 in einer von dem Druckkopf getrennten Speichervorrichtung beinhaltet. Zum Beispiel umfasst wahlweise eine Diskette, eine CD oder ein tragbarer Flash-Speicher Profildaten für einen Druckkopf 52. Die Daten werden unter Verwendung verschiedener Verfahren und Vorrichtungen, die auf dem Gebiet bekannt sind, aus der Speichervorrichtung zu der Steuerung 26 heruntergeladen, wenn der Druckkopf in einen Sockel 51 des Druckkopfblockes 50 eingesetzt wird (2A bis 2C).
Bei der oben beschriebenen beispielhaften Ausführung werden die Druckköpfe 52 in einzelne Sockel 51 in dem Druckkopfblock 50 eingesetzt. Bei einigen Ausführungen der Erfindung weist der Druckkopfblock keine Sockel auf. 5 zeigt schematisch eine Unteransicht eines Druckkopfblockes 100, der keine einzelnen Sockel für jeden an den Block montierten Druckkopf umfasst, sondern stattdessen einen einzigen Montagehohlraum 102 zur Aufnahme von Druckköpfen 104 umfasst.
Die Druckköpfe sind wahlweise identisch und jeder ist mit zwei x-Ausrichtungsstiften 60 und einem y-Ausrichtungsstift 62 ausgestattet. Zusätzlich ist jeder Druckkopf 104 mit zwei x-Ausrichtungsknöpfen 106 ausgestattet. Der Montagehohlraum 102 umfasst y-Ausrichtungsknöpfe 108 und damit verbundene elastische Elemente 110, die in den Druckköpfen 104 beinhalteten y-Ausrichtungsstiften 62 entsprechen, für beispielsweise acht Druckköpfe 104. Die Längen von y-Ausrichtungsknöpfen nehmen wahlweise mit dem Anstieg ihrer x-Koordinate relativ zu der x-Koordinate eines Merkmals in dem Druckkopfblock 100 zu. Der Montagehohlraum 102 umfasst außerdem zwei x-Ausrichtungsknöpfe 112 und entsprechende elastische Elemente 114.
Wenn acht Druckköpfe 104 in den Montagehohlraum 102 eingesetzt werden, zwingen die elastischen Elemente 114 die Druckköpfe entlang der x-Richtung aneinander. Als Folge werden die x-Stifte 60 eines Druckkopfes gegen die x-Knöpfe 106 eines nächsten Druckkopfes gedrückt und die x-Stifte eines letzten Druckkopfes drücken gegen die x- Ausrichtungsknöpfe 112 in dem Hohlraum. Die elastischen Elemente 110 bringen die Druckköpfe 104 dazu, dass ihre y-Stifte gegen die y-Knöpfe in dem Montagehohlraum 102 drücken. Die Betätigung der x- und y-Ausrichtungsstifte in den Druckköpfen 104 und der entsprechenden x- und y-Knöpfe und elastischen Elemente in dem Montagehohlraum 102 wirkt so, dass die Druckköpfe ausgerichtet werden.
Jede Strahlungslampe 120 (wie zum Beispiel in 2A gezeigt), die in der Verfahreinrichtung 28 beinhaltet ist, umfasst wahlweise eine UV-Licht-Glühlampe 122, die UV-Licht zum Polymerisieren von Konstruktionsmaterial, das von den Druckköpfen 52 abgegeben wird, bereitstellt, einen Reflektor 124 und ein Gehäuse 126, das den Reflektor und die Glühlampe trägt und enthält. Die UV-Licht-Glühlampe 122 ist wahlweise eine Entladungs-Glühlampe, wie eine Quecksilber- oder Xenon-Entladungslampe. Wahlweise umfasst die Lampe 120 eine schützende Abdeckplatte 128, die für das von der Glühlampe 122 bereitgestellte UV-Licht durchlässig ist und eine Öffnung 129 der Lampe abdeckt, durch die sie Licht bereitstellt.
6A zeigt schematisch eine vergrößerte Ansicht der in 1 gezeigten Verfahreinrichtung 28, bei der Bauteile einer Lampe 120 nach einer Ausführung der Erfindung durch das Gehäuse 126 der Lampe hindurch gesehen gezeigt werden, wobei der Umriss des Gehäuses durch gestrichelte Linien angezeigt wird. In der Figur wird der Reflektor 124 teilweise weggeschnitten gezeigt. Die 6B und 6C zeigen Querschnittansichten der Lampe 120 in Ebenen, die durch die Linien AA und BB angezeigt werden.
Das von der Lampe 120 bereitgestellte UV-Licht, das von einer Konstruktionsschicht, die von der Schnellherstellungsvorrichtung 20 ausgebildet wurde, und/oder Flächen der Konstruktionsplattform 24 (1) zurück zu den Druckköpfen 52 reflektiert wird, kann Konstruktionsmaterial an einem Druckkopf 52 (2A) oder an anderen Teilen der Verfahreinrichtung 28 polymerisieren. Polymerisiertes Konstruktionsmaterial an einem Druckkopf 52 kann eine Ausgangsöffnung 58 oder -öffnungen an dem Kopf sperren. Zusätzlich können Klumpen gehärteten oder teilgehärteten Konstruktionsmaterials an einem Druckkopf 52 oder einer anderen Region der Verfahreinrichtung 28 auf ein Objekt, wie das Objekt 22 (1), das von der Schnellherstellungsvorrichtung aufgebaut wird, fallen oder mit diesem kollidieren und das Objekt beschädigen.
Die Erfinder haben festgestellt, dass eine Menge von Licht, das von einer Konstruktionsschicht zu der Verfahreinrichtung 28 zurück reflektiert wird, eine Funktion einer Höhe über der Konstruktionsschicht und den Flächenregionen der Konstruktionsplattform 24 ist, an denen die Lampe das Licht bereitstellt. Die Form der Abhängigkeit der Menge reflektierten Lichtes, das die Verfahreinrichtung 28 als eine Funktion von Höhe erreicht, ist derjenigen ähnlich, die in 6D in einer grafischen Darstellung 180 gezeigt wird, die grafisch die Menge reflektierten Lichtes „RR" darstellt, das die Verfahreinrichtung als eine Funktion der Höhe „H" erreicht.
Während die Menge reflektierten Lichtes sowohl für relativ große als auch für relativ kleine Werte von H relativ klein ist, ist es selbstverständlich vorteilhaft, H relativ klein statt relativ groß zu machen, um das von der Lampe 120 bereitgestellte Licht effizient zu nutzen. Daher werden nach einer Ausführung der Erfindung Lampen 120 derart an der Verfahreinrichtung 28 montiert, dass sich im Allgemeinen während des Druckens von Konstruktionsschichten durch die Schnellherstellungsvorrichtung 20 ihre jeweiligen Öffnungen 129 relativ nahe an den Konstruktionsschichten befinden. Bei einigen Ausführungen der Erfindung sind die Öffnungen 129 weniger als ungefähr 10 mm von den Konstruktionsschichten entfernt, die von der Schnellherstellungsvorrichtung 20 hergestellt werden. Bei einigen Ausführungen der Erfindung sind die Öffnungen 129 weniger als ungefähr 15 mm von den Konstruktionsschichten entfernt, die von der Schnellherstellungsvorrichtung 20 hergestellt werden. Bei einigen Ausführungen der Erfindung sind die Öffnungen 129 weniger als ungefähr 10 mm von den Konstruktionsschichten entfernt, die von der Schnellherstellungsvorrichtung 20 hergestellt werden. Bei einigen Ausführungen der Erfindung sind die Öffnungen 129 ungefähr 5 mm von den Konstruktionsschichten entfernt, die von der Schnellherstellungsvorrichtung 20 hergestellt werden.
Ein Problem, das oft bei der Herstellung von Objekten durch eine Tintenstrahl-Schnellherstellungsvorrichtung, wie die Schnellherstellungsvorrichtung 20, angetroffen wird, besteht darin, dass es relativ schwierig sein kann, die Objekte mit scharf definierten Kanten und Merkmalen bereitzustellen. Material entlang von Kanten einer Konstruktionsschicht eines von einer Schnellherstellungsvorrichtung hergestellten Objektes neigt dazu, während der Herstellung zu „verlaufen", und als Folge neigen die Kanten dazu, Kanten dazu, sich zu verformen und Schärfe zu verlieren. Die Erfinder haben bestimmt, dass Material entlang von Kantenflächen einer Konstruktionsschicht eines Objektes dazu neigt, relativ langsam und ineffizient polymerisiert zu werden, und dass dieses relativ langsame und ineffiziente Polymerisieren zu der schlechten Schärfe von Kanten und feinen Details bei einem Objekt beiträgt. Zusätzlich kann ineffizientes Polymerisieren bei dem Objekt außerdem ungehärtete und „klebrige" Kanten hinterlassen.
Ineffizientes, langsames oder teilweises Polymerisieren von Material entlang von Kantenflächen, das bei einem Objekt festzustellen ist, das von einer Schnellherstellungsvorrichtung nach dem Stand der Technik hergestellt wird, scheint die Folge davon zu sein, dass Polymerisierungslicht, das von Lampen in der Schnellherstellungsvorrichtung nach dem Stand der Technik bereitgestellt wird, relativ niedrige Intensität aufweist und von Kantenflächen relativ stark reflektiert wird.
Das Erhöhen der Intensität polymerisierenden Lichtes, das von einer UV-Lampe bereitgestellt wird, mindert im Allgemeinen nicht das Problem. Der größte Teil des Materials in dem Körper einer Konstruktionsschicht eines von einer Schnellherstellungsvorrichtung hergestellten Objektes wird relativ schnell bei UV-Lichtintensitäten polymerisiert, die nicht ausreichen, um Konstruktionsmaterial entlang von Kantenflächen der Schicht schnell und effektiv zu polymerisieren. Das Erhöhen der Intensität des UV-Lichtes ist daher Energieverschwendung und der größte Teil der Erhöhung der Intensität geht in das Erwärmen von Material in dem Körper der Schicht, das bereits polymerisiert ist. Das erhöhte Erwärmen erhöht die Wärmespannung in Bauteilen der Schnellherstellungsvorrichtung und in der Schicht, neigt zum Erzeugen von Verzerrungen in den Schichten und verschlechtert die Genauigkeit, mit der das Objekt ausgebildet wird, und die Qualität des Objektes.
Um die Effizienz zu erhöhen, mit der eine UV-Lampe Licht bereitstellt, das Konstruktionsmaterial entlang von Kanten einer Konstruktionsschicht polymerisiert, ohne unangebracht Energie auf unerwünschtes Erwärmen zu verschwenden, stellt die Lampe nach einer Ausführung der Erfindung Licht mit relativ großen Winkeln zu der Normalen zu der Ebene der Konstruktionsschicht bereit. Bei einer vorgegebenen Intensität von Licht, das von der Lampe bereitgestellt wird, erhöht sich mit steigendem Einfallswinkel ein Verhältnis der Intensität von Licht, das auf Kantenflächen der Schicht einfällt, zu dem, das auf dem, das auf Flächen parallel zu der Ebene der Schicht einfällt. Als Folge erhöht sich mit steigendem Einfallswinkel die Effizienz der Polymerisierung von Konstruktionsmaterial entlang den Kanten relativ zu der von Material in dem Körper der Schicht. Ein geeigneter Einfallswinkel und eine geeignete Intensität von UV-Licht können daher nach einer Ausführung der Erfindung derart bestimmt werden, dass das Licht Material in den Kanten sowie in dem Körper einer Konstruktionsschicht ohne unangebrachtes Erwärmen und Verschwenden von Energie effektiv polymerisiert. Material in Kanten von Konstruktionsschichten, die von einer Schnellherstellungsvorrichtung mit einer UV-Lampe nach einer Ausführung der Erfindung hergestellt werden, wird relativ effizient polymerisiert. Als eine Folge sind die Kanten nicht so empfindlich für das Verlaufen und Verformen, wie dies Kanten von Konstruktionsschichten sind, die durch Schnellherstellungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik hergestellt werden, und neigen dazu, verbesserte Schärfe aufzuweisen.
Als Beispiel stellen UV-Lampen 120, die in der Verfahreinrichtung 28 beinhaltet sind, einen großen Teil ihres UV-Lichtausgangs mit Einfallswinkeln bereit, die wahlweise ungefähr 45° entsprechen. Wahlweise weist der Reflektor 124 in den UV-Lampen einen Kantenreflektor 130 und wahlweise Planarreflektoren 132 auf, die wahlweise Flächen des Gehäuses 126 sind, die derart behandelt sind, dass sie von der Glühlampe 122 bereitgestelltes Licht reflektieren. Wahlweise umfasst der Kantenreflektor 130 zwei Spiegelbild-Parabolreflektoren 134, die sich entlang einer gemeinsamen Kante 136 treffen und derart positioniert sind, dass ihre jeweiligen Brennflecke im Wesentlichen übereinstimmen. Die Strahlungs-Glühlampe 122 ist wahlweise durch geeignete Löcher in dem Reflektor an dem Kantenreflektor 130 montiert. Die Kontaktenden 138 der Glühlampe 122 sind an Stromsockeln (nicht gezeigt) montiert, die in dem Gehäuse 126 beinhaltet sind und elektrischen Kontakt der Glühlampe 122 zu einer Leistungsversorgung (nicht gezeigt) bereitstellen. Wahlweise stellen die Sockel Halt für die Glühlampe 122 bereit und halten die Glühlampe in dem Gehäuse 126 in Position.
Die Glühlampe 122 weist einen lokalisierten "intensiven Lichtfleck (Hot-Spot)" 140 auf, von dem der größte Teil des von der Glühlampe bereitgestellten Lichtes ausstrahlt, und ist derart positioniert, dass der intensive Lichtfleck 140 im Wesentlichen an den Brennflecken der Parabolreflektoren 134 angeordnet ist. Jeder Parabolreflektor 134 ist derart positioniert, dass ein relativ großer Bereich des Lichtes, das von dem intensiven Licht fleck 140 ausstrahlt, im Wesentlichen in einem Winkel von ungefähr 45° zu der Abdeckplatte 128, durch die hindurch das Licht die Lampe 120 verlässt, reflektiert wird und auf eine Konstruktionsschicht einfällt, die von der Schnellherstellungsvorrichtung 20 ausgebildet wird.
Die Querschnittansicht der Lampe 120 in 6B zeigt schematisch Parabolreflektoren 134, die Strahlen 150 von UV-Licht derart von dem intensiven Lichtfleck 140 reflektieren, dass das Licht die Lampe durch die Abdeckplatte 128 in ungefähr 45° zu der Ebene der Abdeckplatte verlässt. Das reflektierte Licht fällt auf eine Region einer von der Schnellherstellungsvorrichtung 20 hergestellten Konstruktionsschicht 152 ein. Die Schicht 152 weist Kanten 154 auf, die in Einschüben 156 stark vergrößert gezeigt werden. UV-Licht, das die Lampe 120 nach einer Ausführung der Erfindung in ungefähr 45° zu der Ebene der Konstruktionsschicht 152 verlässt, fällt auf Flächenregionen von Kanten 154 entlang von Richtungen, die relativ nahe an den durch Blockpfeile 158 angezeigten Richtungen von Normalen liegen, auf die Kantenflächen ein. Als Folge wird die relative Intensität von Licht, das auf Flächen von Kanten 154 einfällt, erhöht und ein relativ großer Bereich des einfallenden Lichtes dringt entlang den Kanten in das Konstruktionsmaterial ein und ist beim Polymerisieren des Materials wirksam.
6C zeigt schematisch Planarreflektoren 132, die Strahlen von Licht 159 derart von dem intensiven Lichtfleck 140 reflektieren, dass sie die Abdeckplatte 128 verlassen. Um relativ intensives Licht zum Polymerisieren von Material in einer durch die Schnellherstellungsvorrichtung 20 ausgebildeten Konstruktionsschicht bereitzustellen, sind wahlweise Planarspiegel relativ nah aneinander, so dass von der Glühlampe 122 bereitgestelltes Licht, das die Lampe 120 verlässt, auf einer relativ kleinen Flächenregion der Konstruktionsschicht konzentriert wird. Die Erfinder haben bestimmt, dass die relativ nahen Planarreflektoren dazu beitragen, eine Menge von UV-Licht zu verringern, das durch die Lampe 122 bereitgestellt wird und in Richtung von Öffnungen in Druckköpfen, die in der Verfahreinrichtung 28 beinhaltet sind, reflektiert wird.
Die 7A und 7B zeigen schematisch Querschnittansichten von Varianten der UV-Lampe 120. Die Querschnittansichten befinden sich in der Ebene, die durch die in 6A angezeigte Linie AA angezeigt wird, und sind der in 68 gezeigten ähnlich. In 7A umfasst ein Kantenreflektor 160 nach einer Ausführung der Erfindung und ähnlich wie der Kantenreflektor 124 vier Parabolreflektoren 161, 162, 163 und 164. Die Parabolre flektoren 161 und 163 sind Spiegelbilder voneinander und die Parabolreflektoren 162 und 164 sind Spiegelbilder voneinander. Die Brennflecken aller Parabolspiegel stimmen im Wesentlichen mit dem intensiven Lichtfleck 140 der Glühlampe 122 überein. In 7B umfasst ein Kantenreflektor 170 nach einer Ausführung der Erfindung, ähnlich wie der Kantenreflektor 124, zwei prismatische" Parabolreflektoren 171 und 172 und Planarreflektoren 173 und 174. Die Parabolreflektoren 171 und 172 sind Spiegelbilder voneinander und umfassen jeweils zwei Planarfelder 175. Die Planarreflektoren 172 und 174 sind Spiegelbilder voneinander.
Entladungs-Glühlampen, wie Hg- und Xe-Entladungs-Glühlampen, die herkömmlicherweise zum Bereitstellen von UV-Licht verwendet werden, erfordern im Allgemeinen eine Hochspannungs-Leistungsversorgung und ein aufwändiges Zündsystem für ihren Betrieb, erzeugen relativ große Wärmemengen und können nicht schnell ein- und ausgeschaltet werden.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung umfassen UV-Lampen LEDs, die UV-Licht zum Polymerisieren von Konstruktionsmaterial bereitstellen. UV-LEDs erzeugen im Vergleich zu der von ihnen gelieferten UV-Energie relativ kleine Mengen von Wärmeenergie, können relativ schnell ein- und ausgeschaltet werden und können UV-Strahlung in einer relativ engen Bandbreite gewünschter Strahlung bereitstellen. Die Ausgangsintensitäten von LEDs können relativ leicht gesteuert werden und sie können in Anordnungen gepackt sein, die ausreichend dicht sind, um UV-Licht mit Intensitäten bereitzustellen, die zum schnellen Polymerisieren von Konstruktionsmaterialien, die von Schnellherstellungsvorrichtungen verwendet werden, erforderlich sind.
Das Ein- und Ausschalten der LEDs ist ein unmittelbarer Vorgang, der keine Zeitverzögerungen oder für den Betrieb von Entladungs-Glühlampen typische Hochfrequenz-Interferenzstrahlung beinhaltet. Der Prozess des Aufbaus eines Objektes beginnt rasch und der Prozess selbst ist auf Grund des vorgenannten unmittelbaren Ein-/Ausschaltens der LEDs zuverlässiger.
Des Weiteren würde die Verwendung von LEDs die Verformung des gedruckten Modells aus einer Reihe von Gründen senken, da zum Beispiel ein signifikanter Unterschied bei der Temperatur zwischen dem Objekt (während des Aufbauprozesses) und der Raum temperatur eine Ursache für Verformung bei dem fertigen gedruckten Objekt nach dem Abkühlen ist, im Besonderen dann, wenn das Abkühlen während des Prozesses schnell und nicht gleichmäßig genug durchgeführt wird. Da LEDs lediglich eine kleine Menge von Wärme pro Aushärtungsmenge ableiten, wird das aufgebaute Objekt unter niedrigeren Temperaturbedingungen verarbeitet als bei Verwendung von Entladungslampen, und daher wird die Verformung, die beim Abkühlen des Objektes möglicherweise auftreten könnte, verringert.
8 zeigt schematisch eine Verfahreinrichtung 28, die UV-Lampen 190 umfasst, von denen jede wahlweise eine wahlweise dicht gepackte Anordnung 191 von LEDs 192 umfasst, die UV-Licht bereitstellen. Wahlweise sind die LEDs 192 in DIE-Form (d. h. Halbleiterplättchen und in diesem Fall ungepackte LEDs) und sind mit einem Abstand von ungefähr 1 mm angeordnet. Wahlweise sind die LEDs 192 SMD-LEDs, die in einer Anordnung 191 mit einer Teilung von weniger als 2 mm konfiguriert sein können. Um UV-Strahlung bereitzustellen, die in einem relativ großen Einfallswinkel auf Regionen einer durch die Schnellherstellungsvorrichtung 20 ausgebildeten Konstruktionsschicht einfällt, ist wahlweise jede LED 192 unter Verwendung von Verfahren, die auf dem Gebiet bekannt sind, mit einer Mikrolinse verbunden, die Licht, das durch die LED bereitgestellt wird, zu einem Kegelstrahl von Licht mit einem relativ weiten Kegelwinkel formt. Wahlweise ist der Kegelwinkel größer als ungefähr 80° (voller Kegelwinkel). Wahlweise ist der Kegelwinkel größer als ungefähr 100° (voller Kegelwinkel). Wahlweise steuert die Steuerung 26 die Intensität von Licht, das von einer UV-LED 192 bereitgestellt wird, durch Steuern von Strom oder Spannung, die der LED zugeführt werden. Wahlweise führt die Steuerung 26 einer LED 192 Leistung in der Form einer Folge von Strom oder Spannungsimpulsen zu und die Steuerung steuert einen Arbeitszyklus des Impulses, um die Intensität von UV-Licht von der LED zu steuern.
Nach einer Ausführung der Erfindung steuert die Steuerung 26 (1), welche den Betrieb der Verfahreinrichtung 28 steuert, Intensitäten von UV-Licht, die von den LEDs 192 in der Anordnung 191 bereitgestellt werden, unabhängig von Intensitäten, die von anderen LEDs in der Anordnung bereitgestellt werden. Im Besonderen steuert die Steuerung einzelne LEDs 192 derart, dass von der Lampe 190 bereitgestellte UV-Strahlung auf den Ort und den Zeitpunkt begrenzt wird, an denen sie benötigt wird. Zum Beispiel kann, wenn eine Konstruktionsschicht 34 gedruckt wird, die Schicht unbedruckte Regionen Regionen aufweisen, an denen Konstruktionsmaterial nicht aufgetragen wird. Wahlweise steuert die Steuerung 26 LEDs 192 derart, dass die unbedruckten Regionen relativ wenig oder im Wesentlichen kein UV-Licht empfangen. Während der Herstellung eines Objektes, wie Objekt 22, wie oben angemerkt, initiiert die Steuerung 26 periodisch einen Wartungsvorgang und bewegt die Verfahreinrichtung 28 von der Konstruktionsplattform 24 weg zu Wartungsbereichen 200 zum Reinigen. Für die Dauer des Wartungsvorgangs schaltet die Steuerung 26 wahlweise die LEDs 192 ab.
Während die LEDs 192 relativ geringe Wärme erzeugen, erzeugen sie und/oder die den LEDs zugeordneten Schaltungen Wärme, und in einer dicht gepackten Anordnung kann es vorteilhaft sein, Lampen 190 mit Merkmalen zum Verbessern von Wärmeableitung bereitzustellen. Bei einigen Ausführungen der Erfindung sind LEDs 192 an geeigneten Wärmesenken montiert und/oder mit Peltier-Vorrichtungen verbunden und/oder sind mit geeigneten Gebläsen zum Verbessern von Wärmeableitung versehen.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung umfasst eine der Schnellherstellungsvorrichtung 20 ähnliche Schnellherstellungsvorrichtung nach einer Ausführung der Erfindung eine Verfahreinrichtung, in der LEDs relativ weit weg von Konstruktionsschichten positioniert sind, welche die Schnellherstellungsvorrichtung herstellt. UV-Licht von den LEDs wird durch Lichtleiter oder optische Fasern zu den Konstruktionsschichten geleitet.
Die 9A und 9B zeigen schematisch Perspektivansichten einer Verfahreinrichtung 194, die LEDs 196 umfasst, die relativ weit weg von Konstruktionsschichten positioniert sind, welche die Verfahreinrichtung druckt. 9A zeigt eine Perspektivansicht der Verfahreinrichtung 194 von unten. 9B zeigt eine Perspektivansicht der Verfahreinrichtung „mit der rechten Seite nach oben" und eine Konstruktionsschicht 198. Die LEDs 196 sind mit optischen Fasern oder Lichtleitern 200 verbunden, die Licht von den LEDs zu der Konstruktionsschicht leiten. UV-Licht von den LEDs 196 verlässt die Lichtleiter 200 über Enden 202, die durch eine geeignete Tragstruktur oder ein Gehäuse (nicht gezeigt) in enger Nähe zu der Konstruktionsschicht 198 getragen werden (9B). Wahlweise sind die Enden 202 derart mit einer geeigneten Linse verbunden oder ausgebildet, dass UV-Licht in einem Lichtkegel mit einem relativ grollen Kegelwinkel austritt. Die LEDs 196 und wahlweise Schaltungen, die den LEDs zugeordnet sind, werden in einer relativ offenen" Konfiguration in einem Gehäuse (nicht gezeigt) getragen oder montiert, um die Wärmeableitung zu verbessern.
Wie oben angemerkt, bewegt die Steuerung 26 die Verfahreinrichtung 28 während der Herstellung eines Objektes periodisch zu dem Wartungsbereich 220 (1) und führt einen Reinigungsvorgang durch. Der Reinigungsvorgang umfasst im Allgemeinen einen Spülvorgang, bei dem Konstruktionsmaterial von allen Öffnungen gleichzeitig gelöst wird, um den Materialfluss durch den Druckkopf aufzufrischen. Die Steuerung 26 steuert dann die Verfahreinrichtung 28 derart, dass sie eine Kante von wenigstens einem von dem ersten Reinigungsblatt 225 und dem zweiten Reinigungsblatt 227 berührt und sich in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht derart zu der Kante bewegt, dass das Reinigungsblatt restliche Tropfen von Material, die nach dem Spülen auf der Öffnungsfläche zurückbleiben, sowie „Rückstände" überschüssigen Konstruktionsmaterials und Schmutz, die sich während der Herstellung auf den Flächen von Druckköpfen 52 ansammeln, wegwischt.
Die 10A und 10B zeigen schematisch eine vergrößerte Perspektivansicht bzw. Querschnittansicht des unteren Teils der Verfahreinrichtung 28 während eines Reinigungsvorgangs nach einer Ausführung der Erfindung. Die Figur zeigt Reinigungsblätter 225 und 227, die Konstruktionsmaterialrückstände 229 von Flächen, hierin im Folgenden „Öffnungsflächen" 230, von Druckköpfen 52, in denen Ausgangsöffnungen 58 angeordnet sind, entfernen und diese sauber wischen.
Die Reinigungsblätter 225 und 227 weisen „Reinigungskanten" 226 bzw. 228 auf, die wahlweise zueinander und zu der x-Achse parallel sind. Wahlweise befindet sich die Reinigungskante 226 des ersten Reinigungsblattes 225 eng an den Öffnungsflächen 230, aber ist zu ihnen versetzt und berührt sie nicht. Die Reinigungskante 228 des zweiten Reinigungsblattes 227 berührt die Öffnungsflächen 230. Die Verfahreinrichtung 28 bewegt sich parallel zu der y-Achse in eine durch einen Blockpfeil 232 angezeigte Richtung. Während sich die Verfahreinrichtung 28 bewegt, entfernt die Kante 226 des ersten Reinigungsblattes 225 relativ große Ansammlungen von Rückständen, die im Wesentlichen von Öffnungsflächen 232 vorstehen. Die Kante 228 des zweiten Reinigungsblattes 227 entfernt verbleibende Rückstände und streift die Flächen sauber ab.
Die Rückstände 229, die durch die Reinigungsblätter 225 und 227 von den Flächen der Druckköpfe 52 entfernt werden, fallen oder tropfen in den Sumpf 222, der in gestrichelten Linien gezeigt wird. Ein ausreichender Abstand trennt das erste und das zweite Wischblatt 225 und 227 derart, dass Rückstände, die durch die Reinigungskanten 226 und 228 der Blätter entfernt werden, nicht daran gehindert werden, in den Sumpf 222 zu tropfen und zu fallen. Eine geeignete Vakuumpumpe (nicht gezeigt) entfernt während der Wartungsvorgänge Rückstände, die sich in dem Sumpf 222 angesammelt haben.
Die Erfinder haben festgestellt, dass bei Verwendung von zwei Reinigungsblättern, eine Vorwischeinrichtung, d. h. ein erstes Reinigungsblatt 225, welche die Flächen 230 der Druckköpfe 52 nicht ganz berührt, und ein Abstreifer, d. h. ein zweites Reinigungsblatt 227, das die Flächen berührt und die Flächen abstreift, eine Tendenz des Ansammelns von Rückständen zwischen den Druckköpfen während des Reinigens verringert wird.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung sind die Kanten von Reinigungsblättern nicht gerade, sondern weisen ein zinnenförmiges oder bogenförmiges Muster auf. 10C zeigt schematisch ein Reinigungsblatt 240 mit einer bogenförmigen Kante 242. Eine gerade Reinigungsblattkante neigt dazu, Teile von Rückständen, die das Blatt von den Druckköpfen 52 abstreift, seitlich entlang der Blattkante zu schieben. Rückstände, die an der Kante entlang gedrückt werden, neigen dazu, in Räumen zwischen den Druckköpfen aufgefangen und angesammelt zu werden. Eine bogenförmige Kante neigt dazu, seitliche Bewegung entfernter Rückstände zu verhindern und die Rückstände nach unten zu dem Sumpf 222 hin zu leiten.
Eine bogenförmige Kante ist nicht die einzige geformte Kante, die so wirkt, dass sie seitliche Bewegung von Rückständen entlang der Kante verhindert. 10D zeigt schematisch ein Reinigungsblatt 244 mit einer Kante 246, die wie eine Folge dreieckiger Impulse geformt ist, die zum Beispiel auf ähnliche Weise wirken.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung umfasst der Reinigungsbereich 220 (1) ein einzelnes Reinigungsblatt. Die 11A und 11B zeigen schematisch eine Perspektivansicht bzw. eine Querschnittansicht der Verfahreinrichtung 28, die wartungsgemäßem Reinigen unterzogen wird, während dem wahlweise ein einzelnes Reinigungsblatt 248 Öffnungsflächen 230 von Druckköpfen 52 reinigt.
Das Reinigungsblatt 248 umfasst ein dünnes elastisches Blatt, das wahlweise aus Kunststoff, Gummi oder Metall ausgebildet ist. Wahlweise ist das Reinigungsblatt 248 aus einem dünnen Stahlblech von ungefähr 50 Mikrometer Dicke ausgebildet. Das Reinigungsblatt 248 ist derart über dem Sumpf 222 montiert, dass es sich in einem Winkel in Bezug auf die Flächen 230 der Druckköpfe 52 befindet. Während des Reinigens positioniert die Steuerung 26 (1) die Verfahreinrichtung 28 derart, dass Flächen 230 (11B) auf das Reinigungsblatt 248 herabdrücken und das Blatt zum Berühren der Flächen in einem spitzen Winkel und eine Reinigungskante 250 des Blattes zum elastischen Drücken auf die Flächen veranlassen. Während sich die Verfahreinrichtung 28 in die Richtung des Blockpfeils 232 bewegt, streift die Reinigungskante 250 Rückstände 229 effizient von den Flächen 230 ab, so dass sie in den Sumpf 222 tropfen und/oder fallen.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung ist ein dem Reinigungsblatt 248 ähnliches Reinigungsblatt nach einer Ausführung der Erfindung derart geschlitzt, dass es eine Mehrzahl von einzeln biegsamen Zähnen aufweist. 11C zeigt schematisch ein geschlitztes Reinigungsblatt 260 nach einer Ausführung der Erfindung der Reinigungs-Verfahreinrichtung 28. Das Reinigungsblatt 260 umfasst eine Mehrzahl von Zähnen 262 mit Reinigungskanten 264. Während des Reinigens berührt jeder Zahn 262 eine Fläche 230 eines anderen Druckkopfes 52 in einem spitzen Winkel und eine Kante 264 des Zahnes drückt elastisch auf die Fläche. Da jeder Zahn 262 im Wesentlichen unabhängig von den anderen Zähnen biegsam ist, passt sich jeder Zahn 262 unabhängig von den anderen Zähnen an die Höhe, d. h. die z-Koordinate, der von ihm gereinigten Fläche 230 des Druckkopfes 52 an. Das Reinigungsblatt 260 kann daher effizient geringfügige Unterschiede bei den Höhen der Flächen 230 kompensieren.
Es ist zu beachten, dass die Ausbildung mit Schlitzen nach einer Ausführung der Erfindung nicht nur für Blätter vorteilhaft ist, die wie die Blätter 248 und 260 arbeiten. Reinigungsblätter, die den Blättern 225 und 227 (10A) und den Blättern 242 und 246 ähnlich sind, können außerdem so geschlitzt sein, dass in Wirklichkeit jedes Blatt eine Mehrzahl von kleinen Reinigungsblättern (d. h. Zähne) umfasst, von denen jedes einen anderen Druckkopf 52 reinigt und sich im Wesentlichen unabhängig an Unterschiede bei den Höhen von Flächen 230 der Köpfe anpasst.
Trotz der Implementierung regelmäßiger wartungsgemäßer Reinigung von Druckköpfen 52 während der Konstruktion eines Objektes können Konstruktionsmaterialrückstände auf eine Konstruktionsschicht fallen oder es kann während des Nivellierens einer Konstruktionsschicht die Schicht beschädigt werden, wobei sie in beiden Fällen mit unerwünschten Protuberanzen zurückbleibt. In diesen Situationen können nicht nur Protuberanzen in der Schicht die Qualität einer nächsten Schicht, die auf die beschädigte Schicht aufzutragen ist, beschädigen, sondern die Verfahreinrichtung 28 könnte, während sie sich über die Konstruktionsschicht bewegt, mit der Protuberanz kollidieren und beschädigt werden.
Daher umfasst eine Schnellherstellungsvorrichtung nach einer Ausführung der Erfindung, wie die Schnellherstellungsvorrichtung 20, wahlweise ein Hinderniserfassungssystem. Das Erfassungssystem erzeugt Signale als Antwort auf unerwünschte Protuberanzen, die auf einer Konstruktionsschicht ausgebildet sein können, und sendet die Signale zu der Steuerung 26. Die Steuerung führt entweder eine korrigierende Handlung durch, wie den Versuch, die Schicht unter Verwendung der Nivellierwalze 27 zu nivellieren, oder unterbricht die Herstellung des Objektes und erzeugt einen Alarm, der anzeigt, dass ein Benutzereingriff erforderlich ist.
Die 12A und 12B zeigen schematisch eine Perspektivansicht bzw. Querschnittansicht einer Schnellherstellungsvorrichtung 300, die der Schnellherstellungsvorrichtung 20 ähnlich ist und ein Hinderniserfassungssystem 302 nach einer Ausführung der Erfindung umfasst. In den 12A und 12B werden lediglich Bauteile und Merkmale der Schnellherstellungsvorrichtung 300 gezeigt, die für die Besprechung relevant sind. In den Figuren wird die Schnellherstellungsvorrichtung 300 so gezeigt, dass sie während der Herstellung eines Objektes (nicht gezeigt) Schichten 304 aus Konstruktionsmaterial ausbildet und Protuberanzen in einer oberen Konstruktionsschicht 306 erfasst.
Das Hinderniserfassungssystem 302 umfasst wahlweise einen Laser 308 und damit verbundene Optik nach Bedarf (nicht gezeigt), die durch die Steuerung 26 steuerbar sind, um wahlweise ein Strahlenbündel 310 von Laserlicht bereitzustellen. Das Erfassungssystem umfasst einen optischen Detektor 312 und damit verbundene Optik nach Bedarf (nicht gezeigt) zum Erfassen von Licht, das von dem Laser 308 bereitge stellt wird. Wahlweise sind der Laser 308 und der Detektor 312 an Schlitten 314 bzw. 315 montiert, die in Schlitzen 316 und 317 sitzen, die in dem Arbeitstisch 25 ausgebildet sind. Die Schlitten 314 und 315 sind wahlweise an Gewindewellen 318 und 319 montiert, die in den Schlitzen 316 bzw. 317 angeordnet sind. Die Schlitze sind wahlweise parallel zu der y-Achse. Die Steuerung 26 steuert wenigstens einen Motor (nicht gezeigt) derart, dass er die Wellen 318 und 319 dreht und die Schlitten 314 und 315 an gewünschten Positionen an ihren jeweiligen Schlitzen 316 und 317 entlang und damit an gewünschten y-Koordinaten positioniert. Wahlweise sind der Laser 308 und der Detektor 312 durch die Steuerung 26 derart steuerbar, dass sie in Richtungen senkrecht zu dem Arbeitstisch 25 (d. h. parallel zu der z-Achse) angehoben und gesenkt werden können.
Um Protuberanzen in der oberen Konstruktionsschicht 306 zu erfassen, positioniert die Steuerung 26 den Laserstrahl 10 derart, dass er die Fläche der Schicht entlang einer Länge des Laserstrahls kontaktiert, und bewegt den Schlitten 314 derart entlang dem Schlitz 316, dass, während er sich bewegt, Protuberanzen, die in der Schicht vorhanden sein können, Licht in dem Laserstrahl wenigstens teilweise sperren. Während die Steuerung 26 den Laser 308 bewegt, bewegt sie den Detektor 312 derart, dass er Licht von dem Strahlenbündel 10 erfasst. Signale, die von dem Detektor 312 als Antwort auf Licht in dem Strahl 10 erzeugt werden, zeigen an, ob und wann der Strahl gesperrt ist und zeigen damit das Vorhandensein einer Protuberanz an. 12C zeigt schematisch einen durch eine Protuberanz 320 gesperrten Laserstrahl an. Wahlweise bewegt die Steuerung 26 den Laser 308 und den Detektor 312 derart, dass das Strahlenbündel 10 der Verfahreinrichtung 28 vorausläuft, während sie sich entlang der y-Achse bewegt, und, unmittelbar bevor Druckköpfe in der Verfahreinrichtung die Region mit Konstruktionsmaterial für eine nächste Konstruktionsschicht überdrucken, eine Region der oberen Schicht 306 nach Protuberanzen „abtastet".
Es ist zu beachten, dass bei der Konfiguration des in den 12A und 12B gezeigten Hinderniserfassungssystems 302 die Bewegung des Lasers 308 und des Detektors 312 entlang der z-Achse begrenzt ist. Die Begrenzung beeinflusst nicht die Fähigkeit des Erfassungssystems 302, Protuberanzen in einer oberen Konstruktionsschicht zu erfassen, da bei der Schnellherstellungsvorrichtung 300, wie bei der Schnellherstellungsvorrichtung 20, angenommen wird, dass bei jeder neuen Konstruktionsschicht die Konstruktionsplattform 24 um im Wesentlichen eine Schichtdicke gesenkt wird. Als Folge werden alle von der Schnellherstellungsvorrichtung 300 hergestellten Konstruktionsschichten im Wesentlichen auf einer selben Höhe über dem Arbeitstisch 25, d. h. mit einer selben z-Koordinate, oder auf Höhen über dem Arbeitstisch innerhalb eines selben kleinen Bereichs von Höhen hergestellt.
Bei einigen Schnellherstellungsvorrichtungen nach Ausführungen der Erfindung werden jedoch nicht alle Konstruktionsschichten an einer im Wesentlichen selben z-Koordinate hergestellt. Stattdessen wird die Verfahreinrichtung der Schnellherstellungsvorrichtung bei jeder Konstruktionsschicht von wenigstens einigen neuen Schichten, welche die Schnellherstellungsvorrichtung herstellt, um eine Schichtdicke angehoben. Bei solchen Ausführungen kann es vorteilhaft, wenn nicht notwendig, sein, dass ein Hinderniserfassungssystem einen Dynamikbereich entlang der z-Achse aufweist, der im Wesentlichen größer ist als der von dem Erfassungssystem 302. Ein Hinderniserfassungssystem nach einer Ausführung der Erfindung kann selbstverständlich dann, wenn dies erforderlich oder vorteilhaft ist, derart bereitgestellt werden, dass es einen im Wesentlichen größeren Dynamikbereich entlang der z-Achse aufweist als der des Erfassungssystems 302.
12D zeigt schematisch ein Hinderniserfassungssystem 330 nach einer Ausführung der Erfindung, das eine Variante des Systems 300 ist. Das Hinderniserfassungssystem 330 weist einen Dynamikbereich entlang der z-Achse auf, der im Wesentlichen größer ist als der des Systems 302. Das Erfassungssystem 330 umfasst wahlweise Schlitten 332, die jeweils ein Gleitelement 334 aufweisen, das derart steuerbar ist, dass es angehoben und abgesenkt werden kann. Ein Laser 308 und ein Detektor 312 sind an Gleitelementen 334 in unterschiedlichen Schlitten 332 montiert und sind wahlweise derart steuerbar, dass sie an unterschiedlichen Positionen entlang der Länge des Gleitelementes in der z-Richtung positioniert werden können. Elf Dynamikbereich zum Positionieren des Lasers 308 und des Detektors 312 entspricht im Wesentlichen einem Dynamikbereich der Bewegung der Gleitelemente 334 in der z-Richtung zuzüglich im Wesentlichen eines Umfangs der Gleitelemente in der z-Richtung. Alternativ können, als ein anderes Beispiel, ein Laser und ein Detektor zum Erfassen von Protuberanzen derart an der Verfahreinrichtung 28 montiert sein, dass sie sich parallel zu der z-Achse mit der Verfahreinrichtung bewegen.
Es ist zu beachten, dass Hinderniserfassungssysteme nach Ausführungen der Erfindung, wie zum Beispiel die Erfassungssysteme 302 und 330, nicht nur zum Erfassen von Protuberanzen in Konstruktionsschichten, sondern außerdem zum Erfassen des Vorhandenseins von Hindernissen auf der Konstruktionsplattform 24 verwendet werden können. Solche Hindernisse können zum Beispiel Stücke eines ersten Objektes, das von einer Schnellherstellungsvorrichtung konstruiert wird, umfassen, die auf unvermeidbare Weise auf der Konstruktionsplattform der Schnellherstellungsvorrichtung verblieben sind und die Herstellung eines zweiten nachfolgenden Objektes durch die Schnellherstellungsvorrichtung stören könnten.
Wahlweise umfasst nach einer Ausführung der Erfindung eine Schnellherstellungsvorrichtung ein Kollisionserfassungssystem, um zu erfassen, ob und wann die Verfahreinrichtung der Schnellherstellungsvorrichtung mit einem Hindernis kollidiert. Bei Eintreten einer Kollision unterbricht die Steuerung 26 wahlweise die Herstellung eines Objektes und erzeugt einen Alarm, um einen Benutzer zu alarmieren, dass eine Kollision eingetreten ist und dass sein Eingreifen erforderlich ist.
Als Beispiel wird die in den 12A bis 12D gezeigte Schnellherstellungsvorrichtung 300 so gezeigt, dass sie ein Kollisionserfassungssystems 340 umfasst, das wahlweise an der Verfahreinrichtung 28 montiert ist. Wahlweise umfasst das Kollisionserfassungssystem 340 einen Beschleunigungsmesser (nicht gezeigt), der Signale als Antwort auf die Beschleunigung der Verfahreinrichtung 28 erzeugt. Eine Kollision erzeugt normalerweise eine Kraft, die eine unerwünschte Verfahreinrichtungsbeschleunigung mit einem charakteristischen Profil erzeugt, das zum Identifizieren der Beschleunigung als Resultat einer Kollision verwendet werden kann. Zum Beispiel führt eine Kollision im Allgemeinen zu einem Impuls, der an die Verfahreinrichtung angelegt wird und eine entsprechende identifizierbare Beschleunigung erzeugt.
Während in den 12A bis 12D das Kollisionssystem 340 an der Verfahreinrichtung 28 montiert gezeigt wird, kann ein Kollisionserfassungssystem nach einer Ausführung der Erfindung in oder an anderen Bauteilen einer Schnellherstellungsvorrichtung montiert sein. Zum Beispiel kann ein Kollisionserfassungssystem an einem Bauteil (nicht die Verfahreinrichtung) der Schnellherstellungsvorrichtung montiert sein, um Schwingungen in dem Bauteil zu erfassen, die für diejenigen, die durch eine Kollision erzeugt werden, charakteristisch sind. Bei einigen Ausführungen der Erfindung umfasst ein Kollisionserfassungssystem ein Mikrofon und zugeordnete Algorithmen zum Identifizieren von Tönen, die typischerweise eine Kollision begleiten.
Die Druckauflösung von Tropfen von Konstruktionsschichten, die durch eine Schnellherstellungsvorrichtung aufgetragen werden (d. h. Dichte von Tropfen von Konstruktionsmaterial, das entlang der x- und der y-Richtung gedruckt wird) und andere „Betriebsparameter", die Betriebsspezifikationen einer Schnellherstellungsvorrichtung definieren, sind im Allgemeinen komplexe Funktionen voneinander. Zum Beispiel wird ein „Verschwendungsverhältnis" herkömmlicherweise als ein Verhältnis der Menge von Konstruktionsmaterial, das durch eine Nivellierwalze 27 (1) von einer gedruckten Konstruktionsschicht entfernt wird, zu einer Menge von Material, das zum Ausbilden der Schicht gedruckt wird, definiert. Bei einem Anstieg des Verschwendungsverhältnisses sinkt im Allgemeinen die Dicke einer Schicht, die Qualität der Konstruktion steigt (die Auflösung der Konstruktion in der Schichtungsrichtung, d. h. z-Richtung, steigt), die Herstellungsgeschwindigkeit sinkt und die Kosten steigen. Um einen effektiven Betrieb einer Schnellherstellungsvorrichtung bereitzustellen, werden Werte für ihre Betriebsparameter anhand ihrer Interdependenzen bestimmt. Da Interdependenzen der Betriebsparameter einer Schnellherstellungsvorrichtung im Allgemeinen vielfältig sind, ist es normalerweise kompliziert, einen Satz von Werten für die Betriebsparameter zu bestimmen, die effizienten Betrieb der Schnellherstellungsvorrichtung bereitstellen. Die Auflösung und andere Betriebsparameter einer Schnellherstellungsvorrichtung werden daher normalerweise werkseitig eingestellt und sind nicht durch einen Benutzer einstellbar. Als Folge besitzt ein Benutzer begrenzte Flexibilität beim Bestimmen von Herstellungsspezifikationen, hierin im Folgenden „Objektspezifikationen", die gewünschte Eigenschaften und Charakteristiken eines Objektes, das die Schnellherstellungsvorrichtung herstellt, definieren.
Um Flexibilität und erweiterte Benutzersteuerung von Betriebsparametern einer Schnellherstellungsvorrichtung und damit von Objektspezifikationen bereitzustellen, ist die Steuerung der Schnellherstellungsvorrichtung nach einer Ausführung der Erfindung mit „Schnellherstellungsvorrichtungs"-Betriebsalgorithmen und -daten versehen. Die Schnellherstellungsvorrichtungs-Betriebsalgorithmen und -daten ermöglichen einem Benutzer das Einstellen der Betriebsparameter einer Schnellherstellungsvorrichtung an hand von gewünschten Spezifikationen für ein Objekt, das die Schnellherstellungsvorrichtung herstellt. Der Benutzer gibt in die Schnellherstellungsvorrichtung Informationen ein, die gewünschte Objektspezifikationen definieren, und die Steuerung stellt Betriebsparameter der Schnellherstellungsvorrichtung anhand der Schnellherstellungsvorrichtungs-Daten und -algorithmen ein, um die Objektspezifikationen zu erfüllen. Wenn ein bestimmtes Profil von Objektspezifikationen nicht erfüllt werden kann, teilt die Steuerung dem Benutzer mit, dass sie nicht erfüllt werden können, und weist ihn darauf hin, welche Objektspezifikationsoptionen verfügbar sind und wie weiter zu verfahren ist, um ein annehmbares Objektspezifikationsprofil einzustellen.
Zum Beispiel ist die Steuerung 26 der Schnellherstellungsvorrichtung 20 wahlweise mit Daten versehen, die Werte für Schichtdicke (LT), x- und/oder y-Achsen-Druckauflösung (PR) und Ansteuerspannung (DV) für Druckköpfe 52 korrelieren, die das Volumen von Tropfen von Konstruktionsmaterial steuern, welche die Druckköpfe abgeben. 13 zeigt eine schematische grafische Darstellung 350 von Schnellherstellungsvorrichtungsdaten, die für die Steuerung 26 verfügbar sind. Die grafische Darstellung 350 zeigt eine Fläche 360, die Werte für Schichtdicke LT, Auflösung PR und Betriebsspannung DV für einen Druckkopf 52 in Beziehung setzt. (Betriebsdaten wie diejenigen, die durch die grafische Darstellung 350 dargestellt werden, können für unterschiedliche Druckköpfe unterschiedlich sein. Wie oben angemerkt, werden nach einer Ausführung der Erfindung solche Betriebsdaten der Steuerung 26 für jeden Druckkopf 52 durch den Speicher 49 bereitgestellt, der in der Druckkopf-Leiterplatte 55 beinhaltet ist.) Bei der Auflösung wird angenommen, dass sie zum Herstellen einer Konstruktionsschicht in Einheiten von dpi, Punkte oder Tropfen von Konstruktionsmaterial je Zoll, entlang der z. B. in 1 gezeigten x- oder y-Achse gemessen wird. Die Linien 361 und 362 auf der Fläche 360 helfen beim Visualisieren der Fläche und liegen in Ebenen parallel zu der DV-LT- bzw. der PR-LY-Ebene in der grafischen Darstellung 350. Die Linien 361 und andere Linien in Ebenen parallel zu der DV-LT-Ebene zeigen Schichtdicke LT als Funktion von Ansteuerspannung DV für unterschiedliche Festwerte der Auflösung PR. Die Linien 362 und andere Linien in der Fläche 360, die parallel zu der PR-LT-Ebene sind, zeigen LT als Funktion von PR für unterschiedliche Festwerte von DV. Wenn ein Benutzer eine gewünschte Konstruktionsschicht LT und eine Druckauflösung PR spezifiziert, bestimmt die Steuerung 26 Ansteuerspannung nach einem geeigneten Schnellherstellungsvorrichtungs-Algorithmus anhand der in der grafischen Darstellung 350 dargestellten Daten.
Wenn es keine Ansteuerspannung gibt, welche die spezifizierten LT und PR bereitstellt, alarmiert die Steuerung 26 den Benutzer in Bezug auf diesen Umstand und legt dem Benutzer annehmbare Bereiche für LT und RP vor.
Aus der grafischen Darstellung 350 ist ersichtlich, dass sich bei einer vorgegebenen Ansteuerspannung DV die Schichtdicke LT einer Konstruktionsschicht bei einem von einer Schnellherstellungsvorrichtung hergestellten Objekt erhöht, wenn die Druckauflösung PR steigt. Dies kommt daher, weil bei einer vorgegebenen DV Tropfen von Konstruktionsmaterial, die von einem Druckkopf 52 abgegeben werden, im Wesentlichen ein selbes Volumen von Material umfassen und bei steigender Auflösung die Dichte von Tropfen, die pro Zoll abgegeben werden, d. h. dpi, entlang der x- und/oder y-Achse steigt. Als Folge wird mehr Material pro Flächenbereichseinheit der Konstruktionsschicht abgegeben und die Dicke der Schicht nimmt zu. Wenn jedoch die Dicke von Konstruktionsschichten zunimmt, sinkt die Konstruktionsauflösung entlang der z-Achse und die Wirklichkeitstreue des von der Schnellherstellungsvorrichtung hergestellten Objektes gegenüber einem Artikel, von dem das Objekt eine Kopie ist, wird verringert. Die Wirkungen der Oberflächenspannung von Konstruktionsmaterial, das zum Ausbilden einer Konstruktionsschicht gedruckt wird, verringern außerdem die Wirklichkeitstreue und Qualität des hergestellten Objektes. Die Oberflächenspannung des Konstruktionsmaterials neigt dazu, Kanten einer Konstruktionsschicht zu verformen, und Verformung von Kanten neigt dazu, mit steigender Schichtdicke zuzunehmen.
Nach einer Ausführung der Erfindung wird ein von einer Schnellherstellungsvorrichtung konstruiertes Objekt, das Wirklichkeitstreue und Qualität aufweist, die durch relativ hohe Druckauflösung entlang der x- und/oder y-Achse bereitgestellt werden, aus relativ dünnen Konstruktionsschichten hergestellt.
Die x-Teilung und die y-Teilung einer Konstruktionsschicht seien bei dem Objekt die Abstände zwischen Koordinaten, an denen Konstruktionsmaterialtropfen entlang der x- bzw. y-Achse aufgetragen werden, um die Schicht auszubilden. (Die x-Teilung und y-Teilung seien die Umkehrungen der x- bzw. y-Druckauflösung.) Schichten in dem Objekt werden mit relativ niedriger x- und/oder y-Druckauflösung (nicht notwendigerweise dieselbe) und entsprechender relativ großer x-Teilung und/oder y-Teilung derart gedruckt, dass die Schichten relativ dünn sind und gegenüber Oberflächenspannungswirkungen nicht so empfindlich sind wie dicke Schichten. Nach einer Ausführung der Erfindung werden jedoch die x- und/oder y-Koordinaten, an denen Tropfen von Konstruktionsmaterial in benachbarten Konstruktionsschichten aufgetragen werden, um einen Bruch, einen „Teilungsbruch", voneinander verschoben, der geringer ist als eines von der x-Teilung und/oder y-Teilung der Tropfen. (Der Teilungsbruch ist nicht notwendigerweise für beide x- und y-Koordinaten derselbe.)
Die Erfinder haben festgestellt, dass die Wirklichkeitstreue und Qualität des Objektes im Wesentlichen diejenigen eines Objektes sind, das aus relativ dünnen Schichten mit „effektiven" x- und/oder y-Auflösungen konstruiert ist, die den relativ niedrigen Auflösungen, mit denen die Schichten tatsächlich gedruckt werden, multipliziert mit dem Kehrwert des entsprechenden Teilungsbruchs entsprechen. Da der Teilungsbruch geringer als 1 ist, werden die effektiven Auflösungen im Wesentlichen erhöht.
14 stellt schematisch Druckschichten nach einer Ausführung der Erfindung, wie oben beschrieben, dar. Die Figur zeigt einen schematischen Querschnitt als Beispiel parallel zu der xz-Ebene von Konstruktionsschichten 381, 382, 383, die durch eine Schnellherstellungsvorrichtung ausgebildet werden, nach einer Ausführung der Erfindung. Die Schichten 381, 382 und 383 werden aus Tropfen von Konstruktionsmaterial 391, 392 bzw. 393 ausgebildet. Die Tropfen werden schematisch gezeigt, nachdem sie sich gemischt haben und durch eine Nivellierwalze, wie der Nivellierwalze 27 (1), nivelliert wurden. Die Druckkonfiguration von Konstruktionsschichten 381, 382 und 383 wird danach nach jeweils drei Schichten wiederholt, wobei jede dritte Schicht dieselben x-Koordinaten aufweist.
Die Schichten 381, 382 und 383 werden mit einer relativ niedrigen Auflösung von N dpi, entlang der x-Achse und entsprechender x-Teilung, „Δx" = 1/N Zoll, gedruckt. Der Teilungsbruch sei durch „1/P" dargestellt, wobei „P" eine Zahl größer als 1 ist. Dann sind die x-Koordinaten von Tropfen 391 in einer „n-ten" Reihe von Tropfen, die durch die Schnellherstellungsvorrichtung gedruckt wird, (x₀ + (n – 1)Δx), wobei x₀ die x-Koordinate eines ersten Tropfens entlang der x-Achse in der Schicht 381 ist. Nach einer Ausführung der Erfindung sind entsprechende x-Koordinaten von Tropfen 392 in der Schicht 382 (x₀ + (n – 1)Δx + (1/P)Δx) und entsprechende x-Koordinaten von Tropfen 393 in der Schicht 383 sind wahlweise (x₀ + (n – 1)Δx + Δx).
Die x-Koordinaten von Tropfen in jeder Schicht 381, 382 und 383 entsprechen den x-Koordinaten homologer Voxel, die durch die Konstruktionsdaten eines Objektes definiert werden, anhand derer die Schichten gedruckt werden. Die Konstruktionsdaten-Voxel, die Tropfen in benachbarten Schichten entsprechen, sind um einen Abstand, der (1/P)Δx entspricht, relativ zueinander versetzt.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung entsprechen die Tropfen in jeder Schicht homologen Voxeln in entsprechenden Schichten, die anhand der Konstruktionsdaten definiert werden, die in Voxel mit einer x-Teilung, die Δx entspricht, unterteilt sind und "niedriger" Druckauflösung N entsprechen. Die Schichten sind „dünne Schichten", die eine Dicke aufweisen, die derjenigen der Konstruktionsschichten 381, 382 und 383 entspricht.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung entsprechen Tropfen in allen drei Schichten homologen Voxeln in einer „dicken" Schicht, die anhand der Konstruktionsdaten definiert ist, die eine Dicke aufweisen, die derjenigen der Kombination aller drei Schichten entspricht. Die dicke „Konstruktionsdatenschicht" ist in Voxel mit einer x-Teilung (1/P)Δx unterteilt, die „hocheffektiver" Druckauflösung (P × N) entspricht. Die Tropfen 391 in der Konstruktionsschicht 381 entsprechen den Voxeln in der Konstruktionsdatenschicht mit x-Koordinaten, die (x₀ + (n – 1)Δx) entsprechen. Die Tropfen 392 und 393 in den Schichten 382 und 383 entsprechen den Tropfen in der Konstruktionsdatenschicht mit x-Koordinaten, die (x₀ + (n – 1)Δx + (1/P)Δx) bzw. (x₀ + (n – 1)Δx + Δx) entsprechen.
Die Erfinder haben festgestellt, dass eine effektive Druckauflösung für die Schichten 281, 282 und 283 im Wesentlichen P × N entspricht, wobei dies einer effektiven x-Teilung entspricht, die Δx/P entspricht. Die effektive x-Teilung Δx/P für die Schichten 281, 282 und 283 wird in 14 angezeigt.
Als numerisches Beispiel entspricht P in 14 2 und der Teilungsbruch beträgt 0,5. Wenn niedrige Druckauflösung N entlang der x-Achse 600 dpi entspricht und die entsprechende x-Teilung 1/600 Zoll beträgt, dann ist eine effektive Druckauflösung entlang der x-Achse für die Schicht 2 × 600 = 1200 dpi und eine entsprechende x-Teilung hoher Auflösung entspricht 1/1200 Zoll.
Eine Schnellherstellungsvorrichtungs-Herstellungseinrichtung zum Herstellen von Objekten umfasst eine oder mehrere Schnellherstellungsvorrichtungen, die eine begrenzte Herstellungskapazität definieren und bereitstellen. Wenn Anforderungen zum Herstellen von Objekten von der Einrichtung empfangen werden, muss die Einrichtung bestimmen, wie ihre Herstellungskapazität zuzuteilen und zu planen ist, um die Forderung zu erfüllen. Jede Anforderung von Herstellung definiert wenigstens ein Objekt, das gemäß einem Satz von Objektspezifikationen herzustellen ist, der einen Satz von Schnellherstellungsvorrichtungs-Betriebsparametern (z. B. Auflösung, Schichtdicke, Verschwendungsverhältnis, Herstellungszeit, ...) definiert, der sich oft von dem anderer Herstellungsanforderungen unterscheidet. Das Zuteilen und Planen von Herstellungskapazität ist daher im Allgemeinen kompliziert und erfordert häufig einen Herstellungsverwalter, der durch geeignete Computerprogramme unterstützt wird, um die Auftragsplanung zu überwachen und zu implementieren.
Nach einer Ausführung der Erfindung wird die Zuteilung und Planung von Herstellungskapazität einer Schnellherstellungsvorrichtungs-Einrichtung durch einen Auftragsverwaltungsalgorithmus durchgeführt, der eine direkte Schnittstelle zu einem Benutzer bildet und Herstellungskapazität wahlweise ohne Eingreifen eines Herstellungsverwalters zuteilt und plant.
Wenn ein Benutzer bei der Einrichtung eine Bestellung für einen Herstellungsauftrag abgeben möchte, greift der Benutzer auf den Auftragsverwaltungsalgorithmus zu. Als Antwort legt der Auftragsverwaltungsalgorithmus dem Benutzer, wahlweise auf einem Computerbildschirm unter Verwendung einer geeigneten grafischen Benutzeroberfläche, eine Mehrzahl virtueller Konstruktionsplattformen vor. Jede virtuelle Konstruktionsplattform stellt eine Konstruktionsplattform, wie die in 1 gezeigte Konstruktionsplattform 24, dar, auf der eine Schnellherstellungsvorrichtung der Schnellherstellungsvorrichtungs-Herstellungseinrichtung Objekte konstruiert, die von der Einrichtung bestellt werden.
Jede virtuelle Konstruktionsplattform ist durch eine Mehrzahl von "Plattformparametern" gekennzeichnet. Die Plattformparameter definieren beispielsweise einen geschätzten Zeitpunkt, zu dem die Herstellung von Objekten auf der Plattform planmäßig beginnt und wahlweise endet, verfügbaren Herstellungsraum auf der Plattform und Kosten des Raumes. Wahlweise umfassen die Plattformparameter Schnellherstellungsvorrichtungs-Betriebsparameter, wie Schichtdicke, Auflösung und Verschwendungsverhältnis, anhand derer die Schnellherstellungsvorrichtungs-Einrichtung Objekte auf der Plattform herstellt.
Der Benutzer wählt eine Plattform mit ausreichend verfügbarem Raum für das Objekt, das der Benutzer herstellen möchte, Schnellherstellungsvorrichtungs-Betriebsparameter, die den Objektspezifikationen des Herstellungsauftrages entsprechen und die ihm geeignete Planung und Kosten bieten. Sobald der Benutzer den Prozess des Auswählens einer Plattform abgeschlossen hat, erfüllt der Benutzer administrative Anforderungen, wie das Veranlassen von Bezahlung oder das Bestätigen einer Bestellung, um den von ihm bestellten Herstellungsraum und -zeitpunkt zu finalisieren und zu reservieren.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung kann ein Benutzer wenigstens einige Plattformparameter einer Plattform definieren. Zum Beispiel legt der Auftragsverwaltungsalgorithmus dem Benutzer wahlweise wenigstens eine „leere" Konstruktionsplattform vor, für die der Benutzer Plattformparameter definieren kann. Wahlweise umfasst ein Plattformparameter, den der Benutzer definieren kann, eine Priorität, die, wenn sie hoch genug eingestellt ist, ermöglichen kann, dass der Auftrag des Benutzers außer der Reihe vor anderen zuvor geplanten Aufträgen hergestellt werden kann. Der Auftragsverwaltungsalgorithmus erzeugt anhand der von dem Benutzer definierten Plattformparameter wahlweise entsprechende Kosten von Herstellungsraum auf der Plattform. Wenn der Benutzer zum Beispiel eine sehr hohe Priorität für eine Plattform einstellt, welche der Planung anderer Aufträge zuvorkommt, bestimmt der Auftragsverwaltungsalgorithmus entsprechend Kosten von Raum auf der Plattform.
In vielen Situationen ist der Benutzer nicht in der Lage, Schnellherstellungsvorrichtungs-Betriebsparameter, Plattformraum, Kosten und andere Parameter, hierin im Folgenden „Auftragsdaten", die zum Ausführen des Auftrages des Benutzers benötigt werden, passend zu bestimmen. In solchen Fällen bietet der Auftragsverwaltungsalgorithmus dem Benutzer einen Herstellungs-Wizard, der den Benutzer beim Bestimmen von Auftragsdaten unterstützt. Wahlweise unterstützt der Wizard den Benutzer über eine interaktive Befragungssitzung, bei welcher der Wizard dem Benutzer Fragen vorlegt, deren Antworten zum Bestimmen von Auftragsdaten verwendet werden. Wahlweise sendet der Benutzer Konstruktionsdaten, die das Objekt definieren, das der Benutzer herstellen möchte, und der Wizard bestimmt Auftragsdaten aus den gesendeten Konstruktionsdaten. Sobald Auftragsdaten definiert sind, kann der Wizard markieren oder anderweitig anzeigen, welche einer Mehrzahl von Herstellungsplattformen für den Auftrag des Benutzers geeignet sind.
In der Beschreibung und den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung werden jedes der Verben „umfassen", „enthalten" und „aufweisen" und konjugierte Formen davon verwendet, um anzuzeigen, dass das Objekt oder die Objekte des Verbs nicht notwendigerweise eine vollständige Auflistung von Gliedern, Bauteilen, Elementen oder Teilen des Subjektes oder der Subjekte des Verbs ist/sind.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Verwendung ausführlicher Beschreibungen von Ausführungen davon beschrieben, die als Beispiel bereitgestellt werden und nicht die Absicht verfolgen, den Umfang der Erfindung zu begrenzen. Die beschriebenen Ausführungen umfassen unterschiedliche Merkmale, von denen nicht alle bei allen Ausführungen der Erfindung erforderlich sind. Einige Ausführungen der vorliegenden Erfindung nutzen lediglich einige der Merkmale oder möglichen Kombinationen der Merkmale. Varianten von Ausführungen der vorliegenden Erfindung, die beschrieben werden, und Ausführungen der vorliegenden Erfindung, die unterschiedliche Kombinationen von Merkmalen umfassen, die bei den beschriebenen Ausführungen festzustellen sind, sind für Fachleute erkennbar. Der Umfang der Erfindung wird lediglich durch die folgenden Ansprüche beschränkt.

Claims

Vorrichtung zum Herstellen eines Objektes, indem anhand von das Objekt definierenden Daten der Reihe nach übereinander dünne Schichten eines Konstruktionsmaterials ausgebildet werden, wobei die Vorrichtung aufweist: mehrere Druckköpfe (52), die jeweils eine mit mehreren Ausgangsöffnungen (58) ausgebildete Fläche aufweisen und derart steuerbar sind, dass sie das Konstruktionsmaterial durch jede Öffnung unabhängig von den anderen Öffnungen abgeben; eine Verfahreinrichtung (28), an der die Druckköpfe befestigt sind; eine Stützfläche (24); und eine Steuerung (26), die dazu geeignet ist, die Bewegung der Verfahreinrichtung relativ zu der Stützfläche zu steuern, und, wenn sich die Verfahreinrichtung relativ zu der Stützfläche bewegt, die Druckköpfe derart zu steuern, dass sie das Konstruktionsmaterial durch jede ihrer entsprechenden Öffnungen in Abhängigkeit von Daten abgeben, um eine erste Schicht auf der Stützfläche und anschließend der Reihe nach die anderen Schichten auszubilden; dadurch gekennzeichnet, dass jeder Druckkopf von der Verfahreinrichtung demontiert und unabhängig von den anderen Druckköpfen ersetzt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder Druckkopf (52) wenigstens eine Registrierungsstruktur (60 oder 62) umfasst, die zu einer Registrierungsstruktur passt, die in der Verfahreinrichtung (64 oder 66) beinhaltet ist, und, wenn ein Druckkopf an der Verfahreinrichtung montiert wird, wenigstens eine Registrierungsstruktur des Druckkopfes die entsprechende Registrierungsstruktur der Verfahreinrichtung berührt und den Druckkopf ordnungsgemäß in der Verfahreinrichtung positioniert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, die wenigstens ein elastisches Element (69) aufweist, das die wenigstens eine Registrierungsstruktur (60 oder 62) dazu bringt, gegen die entsprechende Registrierungsstruktur der Verfahreinrichtung (64 oder 66) zu drücken.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Öffnungen (58) in jedem Druckkopf in einer linearen Anordnung gleichmäßig voneinander beabstandet sind, die eine erste Öffnung aufweist, die an einem ersten Ende der Anordnung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die wenigstens eine Registrierungsstruktur (60 oder 62), die in jedem Druckkopf (52) beinhaltet ist, und die dieser zugeordnete Registrierungsstruktur der Verfahreinrichtung (64 oder 66) die Druckköpfe derart positionieren, dass ihre entsprechenden Öffnungslinien parallel sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Öffnungslinien entlang einer Richtung senkrecht zu den Öffnungslinien angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die wenigstens eine Registrierungsstruktur (60 oder 62), die in jedem Druckkopf (52) beinhaltet ist, und die dieser zugeordnete Verfahreinrichtungs-Registrierungsstruktur (64 oder 66) die Druckköpfe derart positionieren, dass die erste Öffnung in jedem Druckkopf relativ zu den ersten Öffnungen der anderen Druckköpfe ordnungsgemäß positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei Vorsprünge an der Stützfläche (24) von parallelen Linien durch die Mitten der Öffnungen, die senkrecht zu den Öffnungslinien angeordnet sind, im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei Abstände der ersten Öffnungen von derselben Ebene senkrecht zu den Linien der Öffnungen in Abständen von der Ebene gemäß einer Gleichung der Form y(n) = C + n(d_y/N) angeordnet sind, wobei N eine Anzahl von Druckköpfen ist, n ein ganzzahliger Index ist, der für jeden Druckkopf einer andere ganze Zahl annimmt, welche die Bedingung 0 ≤ n ≤ (N – 1) erfüllt, y der Abstand von der Ebene ist, C eine Konstante ist und d_y ein Abstand zwischen benachbarten Öffnungen in demselben Druckkopf ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuerung (26) die Verfahreinrichtung derart steuert, dass sich dieser entlang einer Richtung senkrecht zu den Öffnungslinien bewegt, wenn Konstruktionsmaterial von Öffnungen in den Druckköpfen während der Ausbildung einer Schicht abgegeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Abstände y(n) derart sind, dass ein Druckkopf Tropfen auf einer vorgegebenen Linie in der Schicht parallel zu den Öffnungslinien an Positionen derart ablagert, dass die Tropfen im Wesentlichen nicht mit Tropfen von Material zusammenhängen, die zuvor auf eine vorgegebene Linie von einem anderen der N Druckköpfe aufgetragen wurde.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei jeder Tropfen, der zwischen zwei am nächsten aneinander angeordneten, zuvor aufgetragenen Tropfen auf der vorgegebenen Linie aufgetragen wird, im gleichen Abstand zu den beiden zuvor aufgetragenen Tropfen positioniert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei die wenigstens eine Registrierungsstruktur in jedem Druckkopf wenigstens einen Registrierungsstift (61 oder 63) aufweist, der von dem Druckkopf vorsteht und ein Ende aufweist, das genau relativ zu der Linie von Öffnungen positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die entsprechende Verfahreinrichtungs-Registrierungsstruktur eine Fläche ist, und wobei der Registrierungsstift (61 oder 63) und die Registrierungsfläche derart positioniert sind, dass, wenn der Druckkopf an der Verfahreinrichtung befestigt wird, die Spitze des Stifts gegen die Fläche (65 oder 67) anschlägt.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei der wenigstens eine Registrierungsstift drei Registrierungsstifte umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei eine Linie zwischen den Spitzen von zwei der Registrierungsstifte (60) genau parallel zu der Linie von Öffnungen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Spitze eines dritten Registrierungsstiftes (68) parallel zu der Linie von Öffnungen (58) und weg von sämtlichen der Öffnungen um einen genauen Abstand relativ zu der ersten Öffnung versetzt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Druckkopf mit einem Speicher verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Speicher in dem Druckkopf enthalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei der Speicher Profildaten umfasst, welche die Betriebseigenschaften spezifizieren, die dem Druckkopf eigen sind, und welche die Steuerung zum Steuern des Druckkopfes verwendet.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Profildaten automatisch für die Steuerung zugänglich werden, wenn der Druckkopf (52) an der Verfahreinrichtung (28) befestigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, wobei jede Öffnung (58) einem eigenen Betätigungselement zugeordnet ist, das steuerbar ist, um die Abgabe des Konstruktionsmaterials von der Öffnung zu steuern, und wobei die Profildaten Daten aufweisen, die zum Steuern des Betätigungselementes verwendbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, die eine Temperaturüberwachungseinrichtung aufweist, die Signale als Antwort auf die Temperatur des Druckkopfes erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei der Speicher Kalibrierungsdaten umfasst, die eine Kennlinie der Signale mit der Temperatur des Druckkopfes korreliert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei der Druckkopf eine Wärmequelle aufweist, die steuerbar ist, um den Druckkopf auf einer gewünschten Temperatur zu halten, und wobei der Speicher Daten umfasst, die zum Steuern der Wärmequelle verwendbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei der Speicher Daten umfasst, die zum Bestimmen der Position der Öffnungen (58) relativ zu den Öffnungen der anderen Druckköpfe, die an der Verfahreinrichtung befestigt sind, verwendbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konstruktionsmaterial ein Fotopolymer aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, die eine Lampe (120) aufweist, die eine Strahlung zum Polymerisieren des Fotopolymers bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Lampe (120) einen wesentlichen Bereich der Strahlung bereitstellt, so dass sie auf die Schichten in im Wesentlichen nicht-normalen Winkeln zu ihren Ebenen einfällt.
Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei der Einfallwinkel für einen Bereich des Lichtes positiv und für einen Bereich des Lichtes negativ ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 30, wobei die Lampe LEDs (196) umfasst, die steuerbar sind, um die Strahlung bereitzustellen, die das Fotopolymer polymerisiert.
Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die Anordnung von LEDs (196) relativ weit entfernt von den Schichten angeordnet ist und einen Strahlungsleiter (200) für jede LED in der Anordnung aufweist, der Strahlung von der LED zu einer Position rela tiv nah an dem Schichten abzweigt, wobei die Strahlung Regionen der Schichten von dieser Position bestrahlt.
Vorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, wobei die Steuerung Intensitäten von Licht, das durch die LEDs (196) in der Anordnung bereitgestellt wird, unabhängig von Intensitäten, die von anderen LEDs in der Anordnung bereitgestellt werden, steuert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 33, wobei die Steuerung LEDs (196) in der Anordnung ein- und ausschaltet, um die Strahlung von der Anordnung zu reduzieren, die beim Polymerisieren von Fotopolymer in den Schichten nicht effektiv ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, die eine Wischeinrichtung (225 oder 227) aufweist, und wobei die Steuerung dazu geeignet ist, wenigstens einen Druckkopf relativ zu der Wischeinrichtung zu bewegen, um die Fläche zu reinigen, in der die Öffnungen ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die Wischeinrichtung wenigstens ein Reinigungsblatt (225 oder 227) mit einer Kante (226 oder 228) aufweist, die überflüssiges Konstruktionsmaterial von der Fläche (230) abstreift, wenn die Steuerung die Fläche derart steuert, dass sich diese relativ zu der Wischeinrichtung bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei die Kante ein bogenförmiges Muster (242) und ein verschiedenes Bogenmuster entsprechend jedem Druckkopf des wenigstens einen Druckkopfes umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 36 oder 37, wobei das Reinigungsblatt (260) mit wenigstens einem Schlitz ausgebildet ist, der das Reinigungsblatt in eine Mehrzahl von Zähnen (266) unterteilt, die jeweils eine Kante aufweisen, die eine Öffnungsfläche (230) eines anderen der Mehrzahl von Druckköpfen berührt und überschüssiges Konstruktionsmaterial von der Fläche abstreift.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ein Hinderniserfassungssystem (302) umfasst, das unerwünschte Hindernisse auf einer Fläche erfasst, auf der eine Schicht ausgebildet werden soll.
Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei das Hinderniserfassungssystem aufweist: einen Laser (808), der einen Laserstrahl (310) bereitstellt, der die Fläche, auf der die Schicht ausgebildet werden soll, kontaktiert, oder der entlang einer Länge des Laserstrahls nahe der Fläche, auf der die Schicht ausgebildet werden soll, angeordnet ist; und einen Detektor (312), der Licht von dem Laserstrahl empfängt; wobei Licht, das der Detektor von dem Laserstrahl empfängt, zumindest teilweise durch ein unerwünschtes Hindernis auf der Fläche gesperrt wird.