Title:
Austauschbarer Fertigungsbehälter für dreidimensionalen Drucker
Kind Code:
T5


Abstract:

Ein entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker, umfassend:
eine Fertigungsbehälterwanne, die eine Fertigungskammer zur Teileherstellung definiert, wobei die Fertigungskammer untere Kolbenanschläge aufweist;
einen Fertigungskammerkolben, der mit der Fertigungskammer gleitfähig in Eingriff steht und wahlweise mit den Kolbenanschlägen der Fertigungskammer an einer untersten Position des Kolbens in Eingriff bringbar ist; und
eine Schnellverbindungskupplung zwischen dem Fertigungskammerkolben und einem Fertigungskammer-z-Achsen-Aktuator, der konfiguriert ist, um den Fertigungskammerkolben zu bewegen, wenn er damit verbunden ist, wodurch die Fertigungsbehälterwanne von dem dreidimensionalen Drucker leicht entfernt werden kann.




Inventors:
Bolt, Joseph (Irwin, Pa., US)
Application Number:
DE112008000475
Publication Date:
07/08/2010
Filing Date:
02/25/2008
Assignee:
The Ex One Company (Irwin, Pa., US)
International Classes:



Foreign References:
52040551993-04-20
53873801995-02-07
60367772000-03-14
53406561994-08-23
Attorney, Agent or Firm:
BOEHMERT & BOEHMERT (Bremen, 28209)
Claims:
1. Ein entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker, umfassend:
eine Fertigungsbehälterwanne, die eine Fertigungskammer zur Teileherstellung definiert, wobei die Fertigungskammer untere Kolbenanschläge aufweist;
einen Fertigungskammerkolben, der mit der Fertigungskammer gleitfähig in Eingriff steht und wahlweise mit den Kolbenanschlägen der Fertigungskammer an einer untersten Position des Kolbens in Eingriff bringbar ist; und
eine Schnellverbindungskupplung zwischen dem Fertigungskammerkolben und einem Fertigungskammer-z-Achsen-Aktuator, der konfiguriert ist, um den Fertigungskammerkolben zu bewegen, wenn er damit verbunden ist, wodurch die Fertigungsbehälterwanne von dem dreidimensionalen Drucker leicht entfernt werden kann.

2. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellverbindungskupplung zwischen dem Fertigungskammerkolben und einem Fertigungskammer-z-Achsen-Aktuator eine magnetische Verbindung zwischen dem Fertigungskammer-z-Achsen-Aktuator und dem Fertigungskammerkolben aufweist.

3. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Verbindung einen Elektromagneten aufweist.

4. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 1, der ferner Handbefestigungskupplungen auf der Fertigungsbehälterwanne zum Befestigen der Fertigungsbehälterwanne an dem dreidimensionalen Drucker aufweist.

5. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fertigungskammerkolben eine Dichtung aufweist, die mit der Fertigungskammer in Eingriff steht.

6. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fertigungskammerkolben konfiguriert ist, um sich in die und aus der Fertigungskammer durch eine obere Öffnung derselben zu bewegen.

7. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablage eine Materialzuführungskammer zum Versorgen der Fertigungskammer mit Pulvermaterial definiert.

8. Ein entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker, umfassend:
eine Fertigungskammerablage, die eine Materialzuführungskammer zum Versorgen einer Fertigungskammer mit Pulvermaterial definiert, wobei die Zuführungskammer untere Kolbenanschläge aufweist;
einen Zuführungskammerkolben, der mit der Zuführungskammer gleitfähig in Eingriff steht und wahlweise mit den Kolbenanschlägen der Zuführungskammer an einer untersten Position des Kolbens in Eingriff bringbar ist; und
eine Schnellverbindungskupplung zwischen dem Zuführungskammerkolben und einem Zuführungskammer-z-Achsen-Aktuator, der konfiguriert ist, um den Zuführungskammerkolben zu bewegen, wenn er damit verbunden ist, wodurch die Fertigungsbehälterwanne von dem dreidimensionalen Drucker leicht entfernt werden kann.

9. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellverbindungskupplung zwischen dem Zuführungskammerkolben und einem Zuführungskammer-z-Achsen-Aktuator eine magnetische Verbindung zwischen dem Zuführungskammer-z-Achsen-Aktuator und dem Zuführungskammerkolben aufweist.

10. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Verbindung einen Elektromagneten aufweist.

11. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 8, der ferner auf der Fertigungsbehälterwanne Handbefestigungskupplungen zum Befestigen der Fertigungsbehälterwanne an dem dreidimensionalen Drucker aufweist.

12. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführungskammerkolben eine Dichtung für einen Eingriff mit der Zuführungskammer aufweist.

13. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführungskammerkolben konfiguriert ist, um sich in die und aus der Zuführungskammer durch eine obere Öffnung derselben zu bewegen.

14. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablage eine Fertigungskammer neben der Zuführungskammer definiert.

15. Ein entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker, umfassend:
eine Fertigungsbehälterwanne, die eine Fertigungskammer zur Teileherstellung und eine Materialzuführungskammer zum Versorgen der Fertigungskammer mit Pulvermaterial definiert, wobei die Fertigungskammer untere Kolbenanschläge und die Zuführungskammer untere Kolbenanschläge aufweist;
ein Fertigungskammerkolben, der mit der Fertigungskammer gleitfähig in Eingriff steht und wahlweise mit den Kolbenanschlägen der Fertigungskammer an einer untersten Position des Fertigungskammerkolbens in Eingriff bringbar ist;
ein Zuführungskammerkolben, der mit der Zuführungskammer gleitfähig in Eingriff steht und wahlweise mit den Kolbenanschlägen der Zuführungskammer an einer untersten Position des Zuführungskammerkolbens in Eingriff bringbar ist;
eine Schnellverbindungskupplung zwischen dem Fertigungskammerkolben und einem Fertigungskammer-z-Achsen-Aktuator, der konfiguriert ist, um den Fertigungskammerkolben zu bewegen, wenn er damit verbunden ist; und
eine Schnellverbindungskupplung zwischen dem Zuführungskammerkolben und einem Zuführungskammer-z-Achsen-Aktuator, der konfiguriert ist, um den Zuführungskammerkolben zu bewegen, wenn er damit verbunden ist, wobei die Fertigungsbehälterwanne von dem dreidimensionalen Drucker leicht entfernt werden kann.

16. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellverbindungskupplungen zwischen dem Zuführungskammerkolben und dem Zuführungskammer-z-Achsen-Aktuator und zwischen dem Fertigungskammerkolben und dem Fertigungskammer-z-Achsen-Aktuator eine magnetische Verbindung aufweisen.

17. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass jede magnetische Verbindung einen Elektromagneten aufweist.

18. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 15, der ferner an der Fertigungsbehälterwanne Handbefestigungskupplungen zum Befestigen der Fertigungsbehälterwanne an dem dreidimensionalen Drucker aufweist.

19. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführungskammerkolben eine Dichtung aufweist, die mit der Zuführungsbehälterkammer in Eingriff steht, und der Fertigungskammerkolben eine Dichtung für einen Eingriff mit der Fertigungskammer aufweist.

20. Entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführungskammerkolben konfiguriert ist, um sich in die und aus der Zuführungskammer durch eine obere Öffnung derselben zu bewegen, und dass der Fertigungskammerkolben konfiguriert ist, um sich in die und aus der Fertigungskammer durch eine obere Öffnung derselben zu bewegen.

Description:
VERWANDTE ANMELDUNGEN

Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen Patentanmeldung 60/891,352 mit dem Titel „Rapid Build Box for a Three Dimensional Printer”, eingereicht am 23. Februar 2007. Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen Patentanmeldung 60/891,336 mit dem Titel „Replaceable Build Box for a Three Dimensional Printer”, eingereicht am 23. Februar 2007.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen dreidimensionalen Drucker, insbesondere auf einen austauschbaren Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker.

2. HINTERGRUNDINFORMATION

Dreidimensionales Drucken (3D-Drucken) ist ein Teilgebiet der Rapid-Prototyping-Technologie, die teilweise am Massachusetts Institute of Technology (MIT) zur schnellen und flexiblen Herstellung von Prototyp-Teilen, Endbenutzungsteilen und Werkzeugen direkt aus einem CAD-Modell entwickelt wurde. Dreidimensionales Drucken, oder 3D-Drucken, weist eine zuvor ungekannte Flexibilität auf. Es kann Teile jeglicher Geometrie und aus jedem Material, einschließlich Keramik, Metalle, Polymere und Verbundstoffe, erzeugen. Ferner kann es eine lokale Steuerung der Materialzusammensetzung, Mikrostruktur und Oberflächentextur ausüben. 3D-Drucker sind im allgemeinen schneller, günstiger und leichter zu benutzen als andere Rapid-Prototyping-Technologien. Diese Technologie wird kommerziell durch das Unternehmen ExOne Company vermarktet.

Dreidimensionales Drucken funktioniert durch das Fertigen von Teilen in Schichten. Aus einem Computer-(CAD)Modell des gewünschten Teils bezieht ein Slicing-Algorithmus detaillierte Information für jede Schicht. Jede Schicht beginnt mit einer dünnen Verteilung von Pulver, das über die Oberfläche eines Pulverbetts verteilt ist, wie etwa Goldpulver für Zahnkronen. Unter Verwendung einer Technologie analog zum Tintenstrahldrucken fügt ein Bindematerial wahlweise Partikel zusammen, wo das Objekt ausgebildet werden soll. Ein Kolben, der das Pulverbett und das entstehende Teil innerhalb eines Fertigungsbehälters trägt bzw. hält, senkt sich ab, so dass die nächste Pulverschicht verteilt und wahlweise zusammengefügt werden kann. Dieser Schicht-auf-Schicht-Vorgang wiederholt sich, bis das Teil innerhalb des Fertigungsbehälters vervollständigt ist. Nach einer Wärmebehandlung wird ungebundenes Pulver entfernt, wobei das (halb-) erzeugte Bauteil, das innerhalb dieser Anmeldung auch als grünes Teil bezeichnet wird, zurückbleibt. Die Folge von Arbeitsvorgängen ist schematisch in 1 abgebildet.

Der dreidimensionale Druckprozess kombiniert Pulver und Bindemittel mit zuvor ungekannter geometrischer Flexibilität. Die Unterstützung, die von dem Pulverbett gewährt wird, bedeutet, dass Überhänge, Unterschnitte und Hohlräume erzeugt werden können (solange ein Loch existiert, durch dass das lose Pulver austreten kann). Dreidimensionales Drucken kann jedes Material ausbilden, das als Pulver erhältlich ist. Dies umfasst fast jedes Material. Ferner kann 3D-Drucken, weil verschiedene Materialien von verschiedenen Druckköpfen abgegeben werden können, eine Steuerung über lokale Materialzusammensetzungen ausüben. Material kann in einem flüssigen Träger vorliegen oder als geschmolzene Materie angewendet werden. Die richtige Plazierung von Tröpfchen kann verwendet werden, um Oberflächen von gesteuerter Textur zu erzeugen und die interne Mikrostruktur des gedruckten Teils zu steuern.

Der dreidimensionale Druckvorgang übertrifft konventionelle Pulververarbeitung, denn während die dreidimensionalen Druckkomponenten der Leistung von konventionellen Verfahren gleichkommen, bestehen beim dreidimensionalen Drucker keine Werkzeug- oder Geometriebeschränkungen. Wegen seiner großen Flexibilität im Umgang mit einem weiten Bereich von Materialien und wegen der einzigartigen Fähigkeit zur lokalen Anpassung der Materialzusammensetzung bietet dreidimensionales Drucken ein Potential für die direkte Herstellung struktureller Komponenten mit einzigartigen Mikrostrukturen und Eigenschaften. Dreidimensionales Drucken kann auch ohne weiteres in der Produktionsrate skaliert werden, indem Multiple-Nozzle-Technologie verwendet wird, die kommerziell zum Drucken von Bildern auf Papier entwickelt wurde.

Der Rapid-Prototyping-3D-Druckvorgang ist in größerem Detail in den US-Patenten Sachs et al US-Patent Nr. 5,204,055 (erteilt am 20. April 1993), Cima et al. US-Patent Nr. 5,387,380 (erteilt am 7. Februar 2995) und Sachs US-Patent Nr. 6,036,777 (erteilt am 14. März 2000) beschrieben, welche hierin als Referenz aufgenommen werden. Es wird außerdem auf US-Patente Nr. 5,340,656 und 5,387,380 verwiesen, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden.

Abhängig von der beabsichtigten Verwendung des Erzeugnisses, ist das dreidimensionale gedruckte Erzeugnis im allgemeinen eine poröse oder Struktur mit geringer Dichte und kann es anschließend mit einem passenden Infiltrat infiltriert werden, wie etwa einem Polymer oder einem Metall, das eine Liquidustemperatur von weniger als derjenigen des dreidimensionalen gedruckten Erzeugnisses aufweist, welches hineinbewegt werden kann. Das poröse Erzeugnis, das mit anderem Material infiltriert wird, wie etwa einem Metall von geringer Schmelztemperatur, führt zu einem vollständig dichten Erzeugnis mit gewünschten Eigenschaften.

Das Unternehmen ExOne hat den dreidimensionalen Druckvorgang zur schnellen Ausbildung von Zahnkronen verwendet. Zahnkronen sind Strukturen, typischerweise aus Metall, wie z. B. Gold, welche auf den vorbereiteten Zahn des Patienten passen, welcher die Grundlage für eine Brücke oder ähnliche Zahnstruktur bilden kann. Es ist nicht ungewöhnlich, dass das Material in verschiedenen Produktlinien geändert wird. Beispielsweise können verschiedene Benutzer bei Zahnkomponenten ein anderes Material wählen. Das Auswechseln des Materials ist ein arbeitsintensiver Vorgang, da der Fertigungsbehälter gründlich gereinigt werden muss.

Zusätzlich zu den Arbeitskosten und verlorener Produktionszeit besteht ein Materialverlust, der mit dem Rest in Verbindung steht, der während eines Materialwechsels entfernt wird. Mit bestimmten Materialien, wie etwa Goldpulver, ist der Restverlust so kritisch, dass der Stoff, der zum Auswischen des Fertigungsbehälters verwendet wird, in einem Prozess verarbeitet wird, der versucht, den Rest zurückzugewinnen. Dieser Rückgewinnungsschritt kann ökonomisch sein und den Verlust des Restprodukts reduzieren, jedoch stellt er auch zusätzliche Kosten für den Systembetrieb dar.

Zusätzlich zu den oben beschriebenen Kosten besteht ein Sicherheitsproblem an Orten, die nicht kontinuierlich betrieben werden. Gegenwärtig muss der gesamte dreidimensionale Drucker an einem sicheren Ort aufbewahrt werden, um das wertvolle Material zu schützen, das innerhalb des Fertigungsbehälters zurückbleiben kann (beispielsweise mehrere Gramm Goldpulver).

Es besteht ein Bedarf, den Mängeln herkömmlicher dreidimensionaler Drucker zu begegnen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liefert einen entfernbaren Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker, der eine Fertigungsbehälterwanne, die eine Fertigungskammer zum Aufbau von Teilen definiert, wobei die Fertigungskammer untere Kolbenanschläge aufweist, wobei ein Fertigungskammerkolben, der mit der Fertigungskammer gleitfähig in Eingriff steht und wahlweise mit den Kolbenanschlägen der Fertigungskammer an einer untersten Position des Kolbens in Eingriff bringbar ist; und eine Schnellverbindungskupplung zwischen dem Fertigungskammerkolben und einem Fertigungskammer-z-Achsen-Aktuator aufweist, der konfiguriert ist, um den Fertigungskammerkolben zu bewegen, wenn er damit verbunden ist, wobei die Fertigungsbehälterwanne leicht von dem dreidimensionalen Drucker entfernt werden kann.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liefert einen entfernbaren Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker, umfassend eine Fertigungsbehälterwanne, die eine Materialzuführungskammer zur Versorgung einer Fertigungskammer mit Pulvermaterial definiert, wobei die Zuführungskammer untere Kolbenanschläge aufweist, einen Zuführungskammerkolben, der mit der Zuführungskammer gleitfähig in Eingriff steht und wahlweise mit den Kolbenanschlägen der Zuführungskammer an einer niedrigsten Position des Kolbens in Eingriff bringbar ist; und eine Schnellverbindungskupplung zwischen dem Zuführungskammerkolben und einem Zuführungskammer-z-Achsen-Aktuator, der konfiguriert ist, um den Zuführungskammerkolben zu bewegen, wenn er damit verbunden ist, wobei die Fertigungsbehälterwanne von dem dreidimensionalen Drucker leicht entfernt werden kann.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liefert einen entfernbaren Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker, umfassend eine Fertigungsbehälterwanne, die eine Fertigungskammer zur Teilherstellung und eine Materialzuführungskammer zur Versorgung der Fertigungskammer mit Pulvermaterial definiert, wobei die Fertigungskammer untere Kolbenanschläge und die Zuführungskammer untere Kolbenanschläge aufweist, einen Fertigungskammerkolben, der mit der Fertigungskammer gleitfähig in Eingriff steht und wahlweise mit den Kolbenanschlägen der Fertigungskammer an einer niedrigsten Position des Fertigungskammerkolbens in Eingriff bringbar ist, einen Zuführungskammerkolben, der mit der Zuführungskammer gleitfähig in Eingriff steht und wahlweise mit den Kolbenanschlägen der Zuführungskammer an einer niedrigsten Position des Zuführungskammerkolbens in Eingriff bringbar ist, eine Schnellverbindungskupplung zwischen dem Fertigungskammerkolben und einem Fertigungskammer-z-Achsen-Aktuator, der konfiguriert ist, um den Fertigungskammerkolben zu bewegen, wenn er damit verbunden ist, und eine Schnellverbindungskopplung zwischen dem Zuführungskammerkolben und einen Zuführungskammer-z-Achsen-Aktuator, der konfiguriert ist, den Zuführungskammerkolben zu bewegen, wenn er damit verbunden ist, wobei die Fertigungsbehälterwanne von dem dreidimensionalen Drucker leicht entfernt werden kann.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liefert eine Fertigungsbehälterzuführungskammer-schnellfüll- und -lagereinheit zum Bereitstellen und Lager von Material für und von einer Zuführungskammer des Fertigungsbehälters eines dreidimensionalen Druckers. Die Einheit weist ein Zuführungsbehälterelement auf, das eine Lagerkammer, die oben offen und unten offen ist, definiert, wobei das Zuführungsbehälterelement Ausrichtungselemente zum Ausrichten der Lagerkammer vertikal oberhalb der Zuführungskammer aufweist. Die Einheit weist wenigstens einen sich mit einem Kolben verbindenden Riegel auf, der mit dem Zuführungsbehälter gekoppelt und konfiguriert ist, um sich wahlweise innerhalb der Lagerkammer zu erstrecken, um wahlweise mit einem Zuführungskammerkolben in Eingriff zu treten, der innerhalb der Lagerkammer aufnehmbar ist. Die Einheit weist einen Aktuator, der mit jedem Riegel zum Bewegen des Riegels zwischen den Positionen mit Eingriff und ohne Eingriff des Kolbens gekoppelt ist, und einen Deckel auf, der mit dem Zuführungsbehälter entfernbar gekoppelt und konfiguriert ist, um wahlweise die obere Öffnung der Lagerkammer zu bedecken.

Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der kurzen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich, in denen durchgehend gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente repräsentieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Ansicht eines konventionellen 3D-Druckvorgangs;

2 ist eine perspektivische Ansicht eines dreidimensionalen Druckers mit einem entfernbaren Fertigungsbehälter gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;

3 ist eine perspektivische Ansicht des entfernbaren Fertigungsbehälters von 2 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;

4 ist eine Querschnittsansicht des entfernbaren Fertigungsbehälters von 3;

5 ist eine perspektivische Ansicht eines Zuführungsbehälters der Fertigungsbehälterschnellfüll- und -lagereinheit von 2 von oben;

6 ist eine perspektivische Ansicht eines Zuführungsbehälters der Fertigungsbehälterschnellfüll- und -lagereinheit von 2 von unten;

7 ist eine perspektivische Ansicht eines Kolbeneingreifriegels der Fertigungsbehälterzuführungskammerschnellfüll- und -lagereinheit von 2;

8 ist eine perspektivische Ansicht eines Riegeldrehgriffs der Fertigungsbehälterzuführungskammerschnellfüll- und -lagereinheit von 2; und

9 ist eine perspektivische Ansicht eines entfernbaren, abdichtbaren Deckels der Fertigungsbehälterzuführungskammerschnellfüll- und -lagereinheit von 2.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

2 ist eine perspektivische Ansicht eines dreidimensionalen Druckers 5 mit einem entfernbaren Fertigungsbehälter 10 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die Details des dreidimensionalen Druckers 5 außerhalb des hier beschriebenen entfernbaren Fertigungsbehälters 10 sind in der Technik bekannt, und solche Drucker 5 sind von dem Unternehmen ExOne kommerziell erhältlich. Diese Details werden hierin nicht wiederholt.

2 stellt außerdem eine Schnellzuführungskammer dar, und eine Lagereinheit 70 wird in 2 dargestellt, und dies stellt keinen Teil dieser Erfindung dar außer der Darstellung, dass der Fertigungsbehälter 10 sich mit anderen Betriebseinbauten verbinden oder diese beherbergen wird.

3 und 4 sind bessere Darstellungen des entfernbaren Fertigungsbehälters 10 für den dreidimensionalen Drucker 5. Der Fertigungsbehälter 10 weist eine Fertigungsbehälterwanne 12 auf, die eine Fertigungskammer 16 zum Aufbau von Teilen, und eine Materialzuführungskammer 14 zum Versorgen der Fertigungskammer 16 mit Pulvermaterial definiert, wobei die Fertigungskammer wie gezeigt untere Kolbenanschläge 17 aufweist und die Zuführungskammer untere Kolbenanschläge 15 aufweist. Die Ablage 12 kann aus jedem passenden Material gebildet werden, das nicht das Material beeinträchtigt, das bei den Druckvorgängen verwendet wird.

Wie in 3 gezeigt, befinden sich auf der Fertigungsbehälterwanne 12 Handbefestigungskupplungen in der Form von Rändelschrauben 18 zum schnellen Befestigen der Fertigungsbehälterwanne 12 auf einer Basis 20 des dreidimensionalen Druckers 5. Die Basis weist geklebte (taped) oder mit Gewinde versehene Löcher zum Aufnehmen der Schrauben 18 auf. Die Handbefestigungskupplungen können andere von Hand betätigte Anbauteile sein, die eine Schnellbefestigung erlauben, wie etwa Gleitklinken (sliding latches) oder „rotting latches”.

Unter Bezugnahme auf die beiden 3 und 4 ist ein Fertigungskammerkolben 24 mit der Fertigungskammer 16 gleitfähig in Eingriff und wahlweise mit den Kolbenanschlägen 17 der Fertigungskammer 16 an der untersten Position des Fertigungskammerkolbens 16 in Eingriff bringbar. Anders ausgedrückt wird der Fertigungskammerkolben auf den Anschlägen 17 in der untersten Position ruhen. Der Kolben 24 weist Dichtungen auf, die sich wie gezeigt mit der Fertigungskammer 16 in Eingriff stehen, um zu verhindern, dass sich Material an dem Kolben 24 vorbei bewegt. Der Kolben 24 weist an einem untersten Abschnitt desselben ferner eine Eisenplatte auf.

Analog zu dem Fertigungskammerkolben 24 steht ein Zuführungskammerkolben 22 mit der Zuführungskammer 14 gleitfähig in Eingriff und ist er mit den Kolbenanschlägen 15 der Zuführungskammer 14 an einer untersten Position des Zuführungskammerkolbens 22 in Eingriff bringbar. Anders ausgedrückt, wird der Zuführungskammerkolben 22 auf den Anschlägen 15 in der untersten Position ruhen. Der Kolben 22 weist außerdem Dichtungen auf, die, wie gezeigt, mit der Zuführungskammer 14 in Eingriff stehen, um zu verhindern, dass sich Material an dem Kolben 22 vorbei bewegt. Der Kolben 22 weist an einem untersten Abschnitt desselben ferner eine Eisenplatte auf.

Um dem entfernbaren Fertigungsbehälter 12 der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, ist eine Schnellverbindungskupplung zwischen dem Fertigungskammerkolben 24 und einem Fertigungskammer-z-Achsen-Aktuator (der einen linearen Aktuator 26 und eine Antriebsstange 28 aufweist) vorgesehen, der konfiguriert ist, den Fertigungskammerkolben 24 zu bewegen, wenn er mit diesem verbunden wird; und ist eine Schnellverbindungskupplung zwischen dem Zuführungskammerkolben 22 und einem Zuführungskammer-z-Achsen-Aktuator (der ebenfalls einen linearen Aktuator 26 und eine Antriebsstange 28 aufweist) vorgesehen, der konfiguriert ist, um den Zuführungskammerkolben 22 zu bewegen, wenn er mit diesem verbunden wird. Mit dieser Konstruktion kann die Errrichtungsbehälterablage 12 von dem dreidimensionalen Drucker 5 leicht entfernt werden.

Jede Schnellverbindungskupplung ist aus einem Elektromagneten 30 an dem Ende der zugehörigen Stange 28 ausgebildet und gestaltet, um mit der Eisenplatte der Kolben 22 und 24 wahlweise in Eingriff oder außer Eingriff zu treten. Andere Schnellverbindungen sind möglich, jedoch stellt dieser Typ eine Verbindung ohne Erschütterung dar, die von oben ermöglicht werden kann. Angemessene Steuerungen zum Ein- und Abschalten der Elektromagneten können in Griffnähe des Bedieners des Gerätes 5 vorgesehen sein. Mit der Verwendung von Elektromagneten 30 können, wie gezeigt, Kühlkörper zwischen den linearen Aktuatoren und den Elektromagneten 30 vorgesehen sein. Zusätzlich zu Kühlkörpern kann ein Lüfter implementiert werden, um Wärmestau zu vermeiden.

Die gezeigte elektromagnetische Kupplung arbeitet effektiv, wenn nicht-magnetische Materialien für die Druckausbildung verwendet werden. Falls magnetische Materialien verwendet werden, sollte eine andere Kupplungsverbindung für das schnelle Entkoppeln verwendet werden, oder es sollte angemessenes Abschirmen zwischen dem Magneten und dem Material, das von dem Kolben bewegt wird, hinzugefügt werden, wie etwa weit von der gegenüberliegenden Seite der Kolben 22 und 24 entfernt es Beabstanden der Kopplung und Modifizieren der Ablage 12, um eine solche erweiterte Kupplung zu beherbergen (weil die Ablage 12 eine freie Trag- bzw. Haltestruktur ist und nicht auf Elementen der Kolben 22 und 24 gestützt werden kann, oder das Material innerhalb der Kammern 14 und 16 könnte unbeabsichtigt aus den Kammern treten, während die entfernbare Ablage gelagert wird). In Folge dessen wird die gezeigte elektromagnetische Kupplung für nicht-magnetische Materialien, wie etwa Gold, als ausgesprochen gut funktionierend angesehen.

Wie gezeigt, sind der Zuführungskammerkolben 22 und der Fertigungskammerkolben 24 konfiguriert, um sich in die und aus der Zuführungskammer 14 und Fertigungskammer 16 jeweils durch eine obere Öffnung derselben zu bewegen. Für die Fertigungskammer ermöglicht dies ein Verfahren zum Entfernen des ausgebildeten Teils und des Stützmaterials zum anfänglichen Härten. Der Zuführungskammer ermöglicht dies schnellen Materialaustausch unter Verwendung des gleichen Fertigungsbehälters.

Es sollte verständlich sein, dass mehrere Ablagen 12 mit einem einzelnen Drucker 5 verwendet werden können. Die Ablagen 12 können unterschiedliche Materialzusammensetzungen darin aufweisen und schnelles Austauschen von Produkttypen für verschiedene Durchgänge ermöglichen. Zusätzlich zu dem schnellen Austausch kann die Ablage 12 einfach entfernt werden zwischen Verwendungen der Druckmaschine 5 und an einem sicheren Ort (beispielsweise einem entfernten Safe) gelagert werden. Anders ausgedrückt, kann der Bediener am Ende eines Arbeitstages die Fertigungsbehälterwanne 12 schnell entfernen und sichern, um das Material (beispielsweise Gold) zu schützen.

Ein anderer wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass, wenn alle Komponenten des Fertigungsbehälters 12 und der Kolben 22 und 24 wärmeresistent sind (und beim Entwurf der Dichtungen für die Kolben 22, 24 muss aufgepasst werden), der Fertigungsbehälter 12 der vorliegenden Erfindung entfernt und nach Vervollständigen des Teils direkt innerhalb des Härteofens plaziert werden kann, wobei ein gegenwärtiger Teilüberführungsvorgang vermieden wird.

2 und 59 stellen die Fertigungsbehälterzuführungskammerschnellfüll- und -lagereinheit 70 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Fertigungsbehälterzuführungskammerschnellfüll- und -lagereinheit 70 dient zur Versorgung der Zuführungskammer 14 eines Fertigungsbehälters 12 eines dreidimensionalen Druckers 5 und dem Lager von Material aus derselben. Obwohl der Fertigungsbehälter 12 entfernbar sein kann, funktioniert die Einheit 70 auch mit nicht-entfernbaren Fertigungsbehältern, die Zuführungs- und Fertigungskammern aufweisen, wie etwa diejenigen, die von dem Unternehmen ExOne verkauft werden. Tatsächlich ist die Nützlichkeit der Einheit 70 wahrscheinlich am besten für nicht-entfernbare Fertigungsbehälter einsetzbar, da die Einheit 70 schnelles Auffüllen und Lager solcher Zuführungskammern ermöglicht. Ein entfernbarer Fertigungsbehälter 10 verdoppelt einige der Vorteile der Einheit 70. Einheit 70 ermöglicht ein einfaches Verfahren zum Auffüllen des Zuführungsbehälters und Entfernen von Material von dort, um beim Materialaustausch zu assistieren. Ferner kann das Material in dem Zuführungsbehälter am Ende einer Schicht entfernt und an einem sicheren Ort gelagert werden. Ferner ist die Einheit 70 konfiguriert, um sich mit der Fertigungskammer auszurichten, so dass die Einheit 70 auch als Einrichtung zum Entfernen von grünen Produkten dienen kann. Schließlich kann, da die Einheit 70 wärmeresistent ist, dieselbe direkt zum Härteofen bewegt werden, wenn sie grüne Druckerzeugnisse (und das zugehörige Trag- bzw. Stützmaterial) aus dem Fertigungsbehälter hält.

Die Einheit 70 weist ein Zuführungsbehälterelement 72 auf, das eine Lagerkammer 74 definiert, die eine offene Oberseite und offene Unterseite, wie in 5 und 6 gezeigt, aufweist. Das Zuführungsbehälterelement 72 weist Ausrichtungselemente 76 zum Ausrichten der Speicherkammer 74 vertikal oberhalb der Zuführungskammer 14 (oder der Fertigungskammer 16) auf. Das Zuführungsbehälterelement 72 bildet mit der Zuführungskammer 14 (oder der Fertigungskammer 16) eine Dichtung, wie etwa eine Metall-zu-Metall-Dichtung, wodurch Material innerhalb der Zuführungskammer 14 (oder der Fertigungskammer 16) über den Zuführungskammerkolben 22 (oder Kolben 24) in die Speicherkammer 74 vorbewegt werden kann.

Die Einheit 70 weist ein Paar Kolbeneingreifriegeln 78 auf, die zu dem Zuführungsbehälterelement 72 durch Befestigungslöcher 79 schwenkbar gelagert und konfiguriert sind, um sich wahlweise innerhalb der Speicherkammer 74 zu erstrecken, um wahlweise mit einem Zuführungskammerkolben 22 (oder Kolben 24) in Eingriff zu treten, der innerhalb der Speicherkammer 74 aufnehmbar ist. Diese Verbindung ist den Anschlägen 15 und 17 in dem entfernbaren Fertigungsbehälter 10, wie oben diskutiert, ähnlich, außer dass Riegel 78 aus dem Weg schwenken können, um dem Kolben 22 (oder 24) zu ermöglichen, sich in die (und aus der) Kammer 74 zu bewegen.

Ein Aktuator oder Handgriff 80 ist mit jedem Riegel 78 durch eine Befestigungsöffnung 79 gekoppelt und dient zum Bewegen des Riegels 78 zwischen den Positionen mit und ohne Eingriff mit dem Kolben.

Die Einheit 70 weist ferner einen Deckel 82 auf, der mit dem Zuführungsbehälterelement 72 entfernbar gekoppelt ist und konfiguriert ist, um wahlweise die obere Öffnung der Speicherkammer 74 abzudecken. Eine Öffnung 84 ermöglicht eine Schraubbefestigung mit der Gewindebohrung 85, die ein schwenkbares Lager für den Deckel 82 ausbildet, während eine Kerbe 86 konfiguriert ist, um innerhalb einer Gewindesicherungsstange, die in der Gewindebohrung 87 aufgenommen ist, aufgenommen zu werden. Andere Deckelkonfigurationen sind möglich. Diese Konfiguration erlaubt eine Entfernung des Deckels ohne Werkzeug, wo dies nicht benötigt wird, wie etwa beim Verwenden der Einheit auf der Fertigungskammerseite zum Härten.

Es versteht sich, dass mehrere Einheiten 70 mit einem einzelnen Drucker 5 verwendet werden können. Die Einheiten 70 können unterschiedliche Materialzusammensetzungen darin aufweisen und schnellen Austausch von Drucktypen in verschiedenen Durchgängen ermöglichen. Es versteht sich, dass die Lagerkammer 74 zur Schwerkraftzuführung von Material und eines zugehörigen Zuführungskammerkolbens zu der Zuführungskammer durch ein Lösen von Kolbeneingreifriegeln 78 konfiguriert ist, wenn die Einheit vertikal über Zuführungskammer ausgerichtet ist und eine Versorgung von Material über einen Kolben 22 enthält. Zusätzlich zu dem schnellen Austausch von Material können die Einheiten 70 so verwendet werden, dass Material innerhalb der Zuführungskammer einfach entfernt und an einem sichereren Ort (beispielsweise einem entfernten Safe) zwischen Verwendungen der Druckmaschine 5 gelagert werden kann. Anders ausgedrückt, kann der Bediener die Zuführungskammer von der Fertigungsbehälterwanne am Ende eines Arbeitstages schnell entfernen und sichern, um das Material (beispielsweise Gold) zu schützen. Zusätzlich funktioniert die Einheit 70 als ein effizientes Überführungswerkzeug für grüne Produkte der Fertigungskammer zum anfänglichen Härten. Die Einheiten 70 sind außerdem mit existierenden Entwürfen des Druckers 5 kompatibel.

Auch wenn die vorliegende Erfindung hierin mit Besonderheiten beschrieben wurde, ist der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf die spezielle offenbarte Ausführungsform beschränkt. Fachleuten auf dem Gebiet wird ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne sich von dem Geist und Schutzbereich derselben zu entfernen.

Zusammenfassung

Ein entfernbarer Fertigungsbehälter für einen dreidimensionalen Drucker umfasst eine Fertigungsbehälterablage, die eine Fertigungskammer zur Teileherstellung und eine Materialzuführungskammer zum Versorgen der Fertigungskammer mit Pulvermaterial aufweist. Die Fertigungs- und Zuführungskammern weisen untere Kolbenanschläge auf. Ein Fertigungskammerkolben steht mit der Fertigungskammer und mit den Fertigungskammerkolbenanschlägen an der untersten Position in Eingriff. Ein Zuführungskammerkolben steht mit der Zuführungskammer und mit den Zuführungskammerkolbenanschlägen an der untersten Position in Eingriff. Eine Schnellverbindungskupplung ist zwischen dem Fertigungskammerkolben und einem Fertigungskammer-z-Achsen-Aktuator angeordnet und konfiguriert, um den Fertigungskammerkolben zu bewegen, wenn er damit verbunden ist. Eine Schnellverbindungskupplung ist zwischen dem Zuführungskammerkolben und einem Zuführungskammer-z-Achsen-Aktuator angeordnet und konfiguriert, um den Zuführungskammerkolben zu bewegen, wenn er damit verbunden ist. Die Fertigungsbehälterablage kann von dem dreidimensionalen Drucker leicht entfernt werden.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • - US 5204055 [0007]
  • - US 5387380 [0007, 0007]
  • - US 6036777 [0007]
  • - US 5340656 [0007]