Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
DEVICE AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF A THREE-DIMENSIONAL OBJECT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/171644
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed are a device and a method for producing a three-dimensional object (50) from hardenable material which is originally in a fluid phase or can be liquefied, by sequentially discharging drops (70) onto an object support (13) for the object (50) to be produced. A discharge unit (12) that has an outlet discharges the drops (70) in the direction of the object support (13) along an axis (s). Control means (80) control the motion of the object support (13) and the object (50) relative to the outlet in space. In order to devise a method and create a device for producing a three-dimensional object having geometrical overhangs and undercuts from hardenable materials, means for orienting the object support (13) and/or the object (50) relative to the outlet (12b) are provided, and said means can be controlled by the control means (80), the axis (s) intersecting a surface of the object support (13, 13') or of the finished object (50) in the oriented state.

Inventors:
KRAIBUEHLER HERBERT (DE)
DUFFNER EBERHARDT (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/002513
Publication Date:
December 20, 2012
Filing Date:
June 14, 2012
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
ARBURG GMBH & CO KG (DE)
KRAIBUEHLER HERBERT (DE)
DUFFNER EBERHARDT (DE)
International Classes:
B29C67/00
Domestic Patent References:
WO2011011818A12011-02-03
Foreign References:
US7168935B12007-01-30
US4665492A1987-05-12
EP1886793A12008-02-13
DE102009030099A12010-12-30
Attorney, Agent or Firm:
REINHARDT, Harry et al. (DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes (50) aus verfestigbarem Material, das entweder im Ausgangszustand in einer fluiden Phase vorliegt oder verflüssigt werden kann, durch sequenzielles Austragen von Tropfen (70) mit

- einem Objektträger (13, 13', 13") für den herzustellenden Gegenstand (50),

- mindestens einer Austragseinheit (12) mit einer Austrittsöffnung (12b) zum

Austragen des verfestigbaren Materials in Form der Tropfen (70) entlang einer Achse (s) in Richtung des Objektträgers (13, 13', 13") zum Aufbau des Gegenstands (50),

- Steuermitteln (80) zur Steuerung der Bewegung des Objektträger (13, 13', 13") und/oder des Gegenstands (50) einerseits und der Austrittsöffnung (12b) andererseits relativ zueinander im Raum,

dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum aufeinander Ausrichten des Objektträgers (13, 13', 13") und/oder des Gegenstands (50) einerseits und der Austrittsöffnung (12b) andererseits vorgesehen sind und durch die Steuermittel (80) ansteuerbar sind, wobei die Achse (s) im aufeinander ausgerichteten Zustand eine Oberfläche des Objektträgers (13, 13', 13") oder des bereits erstellten Gegenstandes (50) schneidet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (s) im aufeinander ausgerichteten Zustand etwa im rechten Winkel zu einer Tangente an die Oberfläche angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (50) in Draufsicht auf den Objektträger Überhänge (50') aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im aufeinander ausgerichteten Zustand die Achse (s) zur Anformung von Überhängen (50') am Objektträger (13, 13', 13") und/oder am Gegenstand (50) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektträger (13, 13") und/oder der Gegenstand (50) auf einer mehrachsigen Vorrichtung angeordnet ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes (50) aus verfestigbarem Material, das entweder im Ausgangszustand als Fluid vorliegt oder verflüssigt werden kann, durch sequenzielles Austragen von Tropfen (70) mit den Schritten

- Zurverfügungstellen oder Plastifizieren des verfestigbaren Materials in der bzw. in die fluide Phase,

- Einbringen dieser fluiden Phase in eine taktbaren Austragseinheit (12),

- Austragen der Tropfen (70) aus einer Austrittsöffnung (12b) der Austragseinheit (12) entlang einer Achse (s) in Richtung auf einen Objektträger (13, 13', 13") für den herzustellenden dreidimensionalen Gegenstand (50), wobei Objektträger (13, 13', 13") und/oder Gegenstand (50) einerseits und Austrittsöffnung (12b) andererseits relativ zueinander im Raum bewegbar sind,

gekennzeichnet durch positionsgesteuertes, aufeinander gerichtetes Ausrichten des Objektträgers (13, 13', 13") und/oder des Gegenstands (50) einerseits und der Austrittsöffnung (12b) andererseits,

wobei die Achse (s) im aufeinander ausgerichteten Zustand eine Oberfläche des Objektträgers (13, 13', 13") oder des bereits erstellten Gegenstandes (50) schneidet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (s) im aufeinander ausgerichteten Zustand etwa im rechten Winkel zu einer Tangente an die Oberfläche angeordnet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (s) so ausgerichtet wird, dass die Tropfen am Objektträger (13, 13', 13") und/oder am Gegenstand (50) als Überhänge (50') angefügt werden.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektträger (13, 13") und/oder der Gegenstand (50) auf einer mehrachsigen Vorrichtung angeordnet wird, die zur Erzeugung von Überhängen (50') am Gegenstand zur Achse (s) ausgerichtet wird.

Description:
Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen

Gegenstandes

Beschreibung

Bezug zu verwandten Anmeldungen

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2011 106 614.8, hinterlegt am 16.06.2011 , deren Offenbarungsgehalt hiermit aus- drücklich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines dreidi- mensionalen Gegenstandes aus verfestigbarem Material nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6.

Stand der Technik In der Kunststoffteileherstellung ist bekannt, durch Spritzgießen oder Extrudieren in großen Losgrößen und Serien Teile unter Verwendung von Formwerkzeugen herzustellen. Der Vorteil des Kunststoff-Spritzgießens beruht insbesondere auf der hochgenauen Herstellung von komplexen Teilgeometrien, wobei die Funktionsvielfalt des Spritzgießverfahrens in optimaler Weise die Anforderungen an eine kostengünstige und wirtschaftli- che Produktion von Kunststoffteilen abdeckt.

Gleichzeitig wächst mehr und mehr ein Bedarf nach Kunststoffteilen für Stückzahl 1 und kleine Losgrößen, wie z.B. Musterteile mit der Anforderung einer sehr kurzzeitigen Bereitstellung sowie Eigenschaften, die denen von spritzgegossenen Teilen ähnlich sind. Zur Herstellung solcher Teile gibt es Fertigungsverfahren, die weitläufig unter dem Begriff Prototyping und Rapid Manufacturing bekannt sind. Die Herstellung solcher Teile beruht werkzeuglos, d.h. ohne Formwerkzeuge, in den meisten Fällen auf der Erzeugung der Geometrie aus 3D-Daten. Diese Geometrien werden in unterschiedlichster Form durch entsprechende Mittel wie Aufschmelzen von Pulverschichten durch Wärme-

BESTÄTIGUNGSKOPIE eintrag, z.B. mit Laser, generative Systeme wie Druckverfahren in unterschiedlicher verbindender Form der Pulverteile oder auch im sogenannten Schmelzstrangverfahren hergestellt. Aus der dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu Grunde liegenden EP 1 886 793 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine in der Spritzgießtechnik bekannte Plastifizierein- heit an einem unter Druck setzbarem Materialspeicher für die fluide Phase eines Materials angekoppelt wird. Zur Erzeugung eines Gegenstandes auf einen Objektträger in einem Bauraum wird dieses Material über eine Austragsöffnung in Form von Tropfen aus- getragen. Aufgrund der Adhäsionskräfte des Materials sind dafür ein hoher Druck und hohe Schmelztemperaturen für das Material erforderlich, zumal der Tropfen eine Größe von 0,01 bis 0,5 mm 3 aufweisen soll. Die Adhäsionskräfte führen im Unterschied zu Verfahren unter Einsatz von Pulvern zu einem Haftvermögen der Tropfen. Bei der dortigen Vorrichtung sind bereits Steuermittel für den Objektträger für Bewegungen in x-, y-, als auch in z-Richtung relativ zur Austragseinheit vorgesehen. Dabei wird der Abstand zwischen Austragseinheit und Objektträger so gewählt, dass die Tropfen auf ihrer Flugbahn einen frei fliegenden Tropfen ausbilden können.

Offenbarung der Erfindung

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes mit geometrischen Überhängen bzw. Hinterschnitten unter Verwendung verfestigbarer Materialien zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 6 gelöst.

In der Praxis hat sich herausgestellt, dass für die Herstellung von räumlichen Teilen wie Rapid-Prototyping-Teilen aus verfestig barem Material, wie z.B. thermoplastischem Material, regelmäßig auch Überhänge bzw. Hinterschnitte abgebildet werden müssen. Unter Verwendung von flüssigen, verfestigbaren Materialien wie verflüssigten Kunststoffen oder dergleichen ist dies grundsätzlich auch ohne Stützstruktur möglich. Hierzu werden der Objektträger zum Aufbau des Gegenstandes und/oder der Gegenstand einerseits und die Austrittsöffnung andererseits so aufeinander ausgerichtet, dass dem Übergang des Materials zwischen flüssiger und fester Phase so Rechnung getragen werden kann, dass sich Stützstrukturen erübrigen, ganz im Gegensatz z.B. zu bekannten Pulverbett- Verfahren. Es kann also eine Bewegung des Bauteils und gegebenenfalls auch der Aus- tragseinheit während des generativen, Form erzeugenden Aufbaus des Gegenstandes im Raum erfolgen, wobei die Achse der Austragseinheit, d.h. die Achse der Tropfenförderrichtung die Oberfläche des Objektträgers oder des bereits erstellten Gegenstandes schneidet. Vorzugsweise erfolgt eine Ausrichtung der Achse der Austragseinheit, entlang der die vorzugsweise diskontinuierlichen Tropfen erzeugt werden, auf in etwa einen rechten Winkel zu einer Tangente an die Oberfläche, an der der Tropfen angefügt werden soll. Da die einzelnen Tropfen auf die bereits aufgebaute Geometrie des Gegenstandes aufgetragen werden und sich mit ihr verbinden und dort verfestigen, kann durch dreidimen- sionale Bewegungen die bestehende Geometrie auf diese Richtung ausgerichtet werden, wobei diese Richtung auch in Richtung der Schwerkraft angeordnet sein kann, aber nicht sein muss. Damit lassen sich aus formtechnischer Sicht beliebige Hinterschnitte herstellen. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Austragseinheit zu verschwenken und dadurch in Kombination der Bewegung der Austragseinheit einerseits und der Bewegung des herzustellenden Gegenstandes andererseits weitere Ausgestaltungen vorzunehmen, wie z.B. eine bessere Eckausformung. Vorzugsweise wird also der bisher bekannte Koordinatentisch durch eine mehrachsige Vorrichtung, wie z.B. einen 6-Achs-Kleinrobotor ersetzt, so dass neben dem kartesi- schen Koordinatensystem einer Basis das darauf angeordnete weitere mitlaufende Koordinatensystem z.B. des Bauteils zur Ansteuerung optimiert wird. Andere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Kurzbeschreibung der Figuren lm Folgenden wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht einer Vorrichtung mit Austragseinheit und einem auf einer mehrachsigen Vorrichtung angeordneten Objektträger,

Fig. 2, 3 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 verschwenkt in verschiedene Stellungen zur Ausgestaltung von Überhängen eines herzustellenden Gegenstands,

Fig. 4 eine Darstellung gemäß Fig. 3 in einer weiteren Ausführungsform der

Erfindung,

Fig. 5 eine Darstellung gemäß Fig. 3 mit schräg gestellter Austragseinheit,

Fig. 6a bis 6d eine schematische Ablaufdarstellung beim Aufbau eines Gegenstands, Fig. 7 bis 9 unterschiedliche Stellungen einer alternativen mehrachsigen Vorrichtung zur Bewegung des Objektträgers.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird jetzt beispielhaft unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Allerdings handelt es sich bei den Ausführungsbeispielen nur um Beispiele, die nicht das erfinderische Konzept auf eine bestimmte Anordnung beschränken sollen. Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht. Die Figuren zeigen eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes 50 aus verfestigbarem Material, das entweder im Ausgangszustand in einer fluiden Phase vorliegt oder verflüssigt werden kann. Die Herstellung erfolgt durch sequen- zielles Austragen von Tropfen durch eine Austragseinheit 12. Die Austragseinheit 12 ist lediglich schematisch dargestellt. Ihr Aufbau ist an sich aus der EP 1 886 793 A1 oder der DE 10 2009 030 099 A1 bekannt und wird hiermit durch Verweisung auf diese Schriften in Bezug genommen. Im Detail zeigen diese Schriften den Aufbau eines dreidimensionalen Gegenstandes 50 durch sequenzielles Austragen von Tropfen 70 aus der taktbaren Austragseinheit 12. Schicht für Schicht wird so der Gegenstand 50 auf dem Objektträger 13 durch die Tropfen 70 erstellt. Die Austragseinheit 12 steht mit einem Materialspeicher in Verbindung, dem über eine Druckerzeugungseinheit von einer Aufbereitungseinheit aufbereitetes Material unter Druck stehend zugeführt wird. Über die taktbare Austrittsöffnung 12 werden die Tropfen erzeugt und in einen Bauraum gefördert, in dem der Gegenstand 50 auf dem Objektträger 13, 13' aufgebaut wird. Vorzugsweise ist die Austragseinheit 12 Teil einer an sich in der Spritzgießtechnik dem Grundsatz nach bekannten Plastifiziereinheit, die zugleich auch den unter Druck setzbarem Materialspeicher zum Einbringen der fluiden Phase in den Materialspeicher umfasst. Der Druck auf die fluide Phase im Materialspeicher erzeugt in direkter Kopplung den Tropfen 70. Da es für die Verwendung der Vorrichtung und auch für das Verfahren wesentlich ist, wird hier auch auf die Eigenschaft des Materials eingegangen. Das verfestigbare Material ist ein plastifiziertes Material wie zum Beispiel Silikon oder ein plastifizierbares Material wie Kunststoff oder auch pulverförmige Materialien, wobei es im Wesentlichen darauf ankommt, dass das verfestigbare Material entweder im Ausgangszustand in einer fluiden Phase vorliegt oder verflüssigt werden kann. Das Material kann auch ein unter Wärme reversibel aufschmelzbares und damit recycelbares Material sein. Beliebige andere Materialien können verwendet werden, sofern diese Materialien durch die Vorrichtung plas- tifizierbar und vor allem durch die wenigstens eine Austragseinheit 12 austragbar sind. Das verfestigbare Material weist in der fluiden Phase einen sogenannten laminaren

Quellfluss auf. In den Quellfluss geht u.a. die Anlagerung der Schmelze an der Wandung ein. Dies wird am deutlichsten bei einem Blick in die Erkenntnisse der Spritzgießtechnik. Bei der Formfüllung eines einfachen, rechteckigen Kanals wird die Schmelze über einen sogenannten Angusspunkt eingespritzt und beginnt sich von diesem Punkt mit ge- schlossenen Fließfronten kreisförmig auszubreiten, bis sie die gesamte Breite der Kavi- tät ausfüllt. Einige Zeit danach kann der Bereich zwischen dem Einlauf und der Fließfront als nahezu ausgebildet betrachtet werden. An der Fließfront selbst herrscht eine besondere Strömungssituation, der "Quellfluss", da die Stromlinien in diesem Bereich wie eine Quelle erscheinen, wenn man sie in Bezug auf ein mitbewegtes Koordinaten- system betrachtet. Zwischen zwei den Kavitätsoberflächen nahe liegenden, rasch erstarrten Masseschichten fließt die Schmelze, wobei sie in der Mitte der Kavität mit größeren Geschwindigkeiten zur Fließfront hin schreitet. Kurz bevor die Schmelze die Fließfront erreicht, reduziert sich ihre Geschwindigkeitskomponente in Fließrichtung, sie fließt schräg zur Wand, bis sie sich an die Wand anlegt.

Der laminare Quellfluss ist für die Erzeugung von wie hier auf einen Bauraum .ausgerichteten' Tropfen 70 auf Grund seiner laminaren Ausbildung einerseits von Vorteil, andererseits bestehen vor allem bei der Ausbildung kleiner Tropfen genau hier auch die Probleme, die eine Umsetzung mit aus der Spritzgießtechnik bekannten Einrichtungen und Materialien erschweren. Die Wandhaftung führt dazu, dass sich die Massen nur schwer zu Tropfen mit gewünschten kleinen Volumen, vorzugsweise im Bereich kleiner gleich 1 mm 3 und gewünschter Fluggeschwindigkeit ausbilden lassen, andererseits ist eine entsprechend hohe Viskosität des Materials gerade für die Ausbildung einer geeig- neten Tropfenform von Bedeutung.

Dies unterscheidet die verwendeten Materialien auch von den vorbekannten Wachsen. Aufgrund ihrer Viskosität lassen sich Wachse im normalen Thermodruck- oder Inkjetverfahren ausbringen, also durch reines kinematisches, druckloses Beschleunigen ohne Druckdifferenz des aufgeschmolzenen Tropfens. Die hier verwendeten Materialien unterscheiden sich hiervon bereits dadurch, dass ihre Viskositätszahl um eine bis mehrere Zehnerpotenzen höher ist. So liegt die dynamische Viskositätszahl des verfestig baren Materials zwischen 100 und 10000 [Pa s], wobei vorzugsweise das verfestigbare Material ein in der Spritzgießtechnik üblicher Kunststoff oder ein Harz ist. Dies macht die Ver- arbeitung aus einem unter Druck setzbaren Materialspeicher erforderlich, da Drücke von mehr als 10 bis 100 MPa (100 bis 1000 bar) ohne weiteres erforderlich sind, insbesondere wenn zur Erzielung kleiner Tropfenvolumen kleine Austragsöffnungen eingesetzt werden. Vorzugsweise liegt das gewünschte Volumen des Tropfens 70 insbesondere im Bereich von 0,01 bis 0,5 mm 3 , vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 0,3 mm 3 und besonders vorzugsweise im Bereich von etwa 0,1 mm 3 . Der Durchmesser der Austrittsöffnung 12b ist insbesondere kleiner gleich 1 mm, vorzugsweise etwa 0,1 mm. Bei einer durchaus üblichen Einspritzgeschwindigkeit von 100 [cm/s], die durch einen sogenannten Punk- tanguss mit 0,1 [mm] Durchmesser die Masse fördert, ergibt sich mit Volumenstrom durch Fläche ein Wert von 10.000 [m/s]. Dies führt für die fluide Phase zu einem laminaren Quellfluss mit Fliessgeschwindigkeiten bis zu 10.000 m/s. Die Vorrichtung hat mit ihrer Austragseinheit 12 die Aufgabe, hochviskose fluide Materialien, wie aufgeschmolzene Kunststoffe, in kleinsten Mengen bis hinunter zu wenigen Mikrogramm aus einem Materialspeicher auszutragen, der unter großem Druck und eventuell hoher Temperatur steht. Die kleinsten Mengen/Tropfen 70 des Materials werden in diskreten einzelnen Portionen ausgebracht, wobei deren Größe von der Vorrich- tung beeinflussbar ist. Die ausgetragenen Portionen besitzen eine so hohe kinetische Energie, dass sie die Adhäsionskräfte überwinden können und von der Vorrichtung abheben und Tropfen 70 bilden, um auf dem Objektträger 13 den Gegenstand 50 aufzubauen. Durch die Adhäsionskräfte des Materials ist es unter diesen Bedingungen möglich, durch geeignete Anordnung von Austragseinheit 12 einerseits und Objektträger 13, 13', 13" bzw. Gegenstand 50 andererseits beliebige Konturen abzubilden. Dazu können Steuermittel 80 gemäß Fig. 1 vorgesehen sein, die zur Steuerung der Bewegung des Objektträgers 13, 13', 13" und/oder des Gegenstandes 50 einerseits und der Austrittsöffnung 12b andererseits geeignet sind. Die Bewegung dieser Elemente kann dann relativ zueinander im Raum erfolgen. Werden diese Elemente so an der Vorrichtung beweglich gelagert, können der Objektträger 13, 13', 13" oder der Gegenstand 50 und die Achse s der Austragseinheit 12 in beliebiger Richtung aufeinander ausgerichtet werden. Der fertige Gegenstand 50 weist in Draufsicht auf den Objektträger 13 Überhänge 50' auf. Die- se entstehen dadurch, dass die Tropfen am Objektträger 13 und/oder am Gegenstand 50 als Hinterschnitte und Überhänge 50' anformbar sind.

Die Fig. 1 bis 4 verdeutlichen, dass die Austragseinheit 12 grundsätzlich vertikal stehend angeordnet wird, während sich der Objektträger 13, gleich ob er als Trägerplatte wie in den Fig. 1 bis 3 oder als Ansatzpunkt als Objektträger 13' in Fig. 4 ausgebildet ist, relativ dazu bewegt. Wesentlich ist, dass durch geeignete Antriebseinheiten für Objektträger 13, 13', 13" und für die die Austrittsöffnung 12b tragende Austragseinheit 12 Mittel zum aufeinander Ausrichten des Objektträgers 13, 13', 13" und/oder des Gegenstands 50 einerseits und der Austrittsöffnung 12b andererseits gebildet werden. In der Regel und im bevorzugten Ausführungsbeispiel bleibt allerdings die Austrittsöffnung 12b vertikal und stationär stehen und der Objektträger 13, 13', 13" wird entsprechend bewegt.

Die Mittel zum Ausrichten sind durch die Steuermittel 80 ansteuerbar sind. Dabei wird die Achse s der Austragseinheit, also die Förderrichtung der Tropfen, relativ zum Objektträger und/oder dem Gegenstand im aufeinander ausgerichteten Zustand so ausgerichtet, dass sie eine Oberfläche des Objektträgers 13, 13', 13" oder des bereits erstellten Gegenstandes 50 schneidet. Vorzugsweise ergibt sich damit eine Anordnung der Achse s, in der diese etwa im rechten Winkel zu einer Tangentenfläche an diese Oberfläche, d.h. mathematisch normal zu dieser Oberfläche angeordnet ist. Diese Richtung der Achse kann parallel zur Schwerkraftrichtung sein, muss es aber nicht, wie dies z.B. Fig. 5 zeigt.

Ein Vergleich zwischen Fig. 1 und Fig. 2 macht deutlich, dass z.B. die Austragseinheit 12 vertikal angeordnet werden kann, d.h. der Gegenstand 50 wird unter der Austragseinheit vorzugsweise relativ zur Austragseinheit 12 bewegt. Der Gegenstand 50 befindet sich auf dem Objektträger 13, der seinerseits auf einem 3D-Aktor 1 13 angeordnet ist, wie er auch für Roboter bekannt ist. Gemäß den Figuren 1 und 2 ist der Objektträger 13 und/oder der Gegenstand 50 auf einer mehrachsigen Vorrichtung, vorzugsweise auf einem 6-Achs-Roboter angeordnet. Faktisch kann ein kartesischer Koordinatentisch durch ein räumliches 6-Achs-System ersetzt werden.

Die Fig. 7, 8, und 9 zeigen eine alternative mehrachsige Vorrichtung für den Objektträger 13" in drei unterschiedlichen Positionen. Auf einem Gestell 200 ist ein Koordinatentisch 210 angeordnet, der eine Bewegung eines den Objektträger 13" tragenden Drehtischs in drei Koordinatenrichtungen gestattet. Die Antriebe für die Bewegung der Schlitten des Koordinatentischs entlang den drei Koordinatenrichtungen sind der Einfachheit halber weggelassen. Am Drehtisch 220 ist an einer vorzugsweise 45°-Schräge 240 ein Winkeltisch 232 ebenfalls mit einer vorzugsweise 45°-Schräge über einen Drehmotor 231 drehbar gelagert. Am Winkeltisch 232 ist der Objektträger 13" über den Drehmotor 230 drehbar gelagert. Durch Überlagerung der durch die Drehmotoren 230, 231 möglichen Bewegungen werden verschiedenste Positionen des Objektträgers 13"ansteuerbar, um Überhänge ohne Stützstruktur herzustellen. Mit dem Drehmotor 230 und dem Objektträger 13" kann der Gegenstand 50 unmittelbar rotieren, was z.B. für die Herstellung eines symmetrischen Hohlkörpers die Mittelachse sein kann. Mit dem Drehmotor 231 wird über die Schräge 240 der Gegenstand 50 mit dem Objektträger, 13" z.B. aus der horizontalen Stellung gemäß Fig. 7 in die vertikale Stellung gemäß Fig. 8 verschwenkt. Um unterschiedliche Winkel realisieren zu können ist jede erdenkliche Zwischenstellung möglich, wie z.B. in Fig. 9 dargestellt. So könnte z.B. am in den Fig. 7 bis 9 dargestellten Gegenstand 50 auf der dem Objektträger gegenüberliegenden Seite im weiteren Verfahrensablauf eine quadratische Fläche angeformt werden, wie sie am Objektträger 13" anliegt.

Somit ist durch die Erweiterung des Koordinatentischs 210 um den Drehtisch mit zwei Antriebseinheiten und der Drehbarkeit unter einem Winkel von z.B. 45° ein nahezu uneingeschränkter dreidimensionaler Gegenstand 50 mit Überhängen ohne Stützstruktur herstellbar.

Eventuell vorhandene Überhänge 50' des Gegenstandes 50 können gemäß Fig. 2 bis 4 durch ein Ausrichten von Austragseinheit und Objektträger 13, 13' dadurch gebildet werden, dass ein Anformen an den Oberflächen von Objektträger oder Gegenstand erfolgt. Sie können aber gemäß Fig. 5 auch durch eine begrenzte Verschwenkung und entspre- chende Ausrichtung der Austragseinheit 12 gebildet werden. Grundsätzlich ist eine Kombination dieser beiden Alternativen möglich, d.h. sowohl der Gegenstand 50 oder Objektträger 13 als auch die Austragseinheit 12 werden verschwenkt.

Die Vorrichtung arbeitet verfahrensgemäß wie folgt. Zunächst wird das verfestigbare Material zur Verfügung gestellt bzw. plastifiziert, damit es in einer fluiden Phase vorliegt, in der es in die taktbare Austragseinheit 12 eingebracht werden kann. Aus der Austrittsöffnung 12b der Austragseinheit 12 werden die Tropfen 70 entlang der Achse s in Richtung auf den Objektträger 13 ausgebracht, um den dreidimensionalen Gegenstand 50 herzustellen (Fig. 6a). Objektträger 13 und/oder Gegenstand 50 einerseits und Austritts- Öffnung 12b andererseits werden dann relativ zueinander im Raum bewegt und aufeinander ausgerichtet. Diese Elemente werden beweglich positionsgesteuert gelagert und durch die Steuermittel 80 in ihre Position verbracht. Dann erfolgt ein Ausrichten von Objektträger 13, 13' und/oder Gegenstand 50 und Achse s aufeinander, wobei vorzugsweise der nächste Tropfen normal, d.h. im rechten Winkel zu einer Tangente an die bereits erstellte oder bestehende Oberfläche angesetzt wird (Fig. 6b). Diese Anordnung normal zur Fläche entspricht in etwa der Baurichtung des Gegenstands. Die Fig. 6a bis 6d machen dies anhand der Herstellung einer Tasse deutlich. Insbesondere die Fig. 6c und 6d zeigen, wie Austragseinheit 12 und Gegenstand 50 relativ aufeinander ausgerichtet wer- den können, um den nächsten Tropfen möglicht effektiv am bereits erstellten Gegenstand 50 anzusetzen, um dadurch die Überhänge 50' zu bilden. Dadurch können Tropfen am Gegenstand 50 als Überhänge 50' angefügt werden.

Es versteht sich von selbst, dass diese Beschreibung verschiedensten Modifikationen, Änderungen und Anpassungen unterworfen werden kann, die sich im Bereich von Äquivalenten zu den anhängenden Ansprüchen bewegen.

Bezugszeichenliste

12 Austragseinheit

12b Austrittsöffnung

13, 13', 13" Objektträger

50 Gegenstand

50" Überhänge am Gegenstand

70 Tropfen

80 Steuermittel

113 3D-Aktor

200 Gestell

210 Koordinatentisch

220 Drehtisch Horizontal / Vertikal

230 Drehmotor Objektträger

231 Drehmotor Winkeltisch

232 Winkeltisch

240 45°- Schräge

s Achse der Austragseinheit