DE69825844T2 - Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Teilen unter Aufwendung eines Opfermetalls - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Teilen unter Aufwendung eines Opfermetalls Download PDF

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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/123Spraying molten metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing

Description

  • Hintergrund
  • Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von komplexen, dreidimensionalen Produkten gerichtet. Einige übliche bekannte Techniken zur Herstellung solcher Produkte schließen Gießen, Extrudieren, Stereolithografie und Pulvermetallurgie ein. Nachdem ein anfängliches Produkt ausgebildet ist, werden im Stand der Technik Formtechniken, extraktive Techniken, chemisches Ätzen und Additive oder Ablagerungstechniken häufig ebenso verwendet, um das Produkt in eine endgültige Form zu bringen.
  • Gießen wird im Allgemeinen dadurch durchgeführt, dass eine Flüssigkeit wie etwa geschmolzenes Metall oder Kunststoff in eine Form gegossen wird und man diese auskühlen und verfestigen lässt. Das Metall nimmt die Form der inneren Flächen der Form an, wenn es sich verfestigt. Beim Extrudieren werden halbgeschmolzene oder geschmolzene Kunststoffe oder heißes Metall durch eine Extrusionsdüse gepresst, welche eine vorbestimmte zweidimensionale Form aufweisen. Das extrudierte Material nimmt die Form der Düse an und die Form der Düse wird auf das Produkt aufgrund von Berührung übertragen. Bei der Pulvermetallurgie wird eine Charge von festen Metallpartikeln oder Pulver in eine Form gegeben, in welcher hohe Temperatur und Druck angewandt wird, um die Partikel zusammen zu schmelzen oder zu sintern. Wie im Fall von Formgießen nimmt das Endprodukt die Form der Innenflächen der Form an. Bei der Stereolithografie wird ein Gegenstand durch das Verfestigen von übereinander gelagerten Schichten von aushärtendem Kunststoffharz hergestellt, bis ein fertiggestellter Gegenstand aufgebaut ist.
  • Nachdem diese anfänglichen Gegenstände hergestellt sind, werden Formungstechniken, extraktive Techniken, chemisches Ätzen und additive oder ablagernde Techniken häufig verwendet, um das Produkt in eine endgültige Form zu bringen. Zusätzliche Herstellungstechniken für die Herstellung derartiger Gegenstände schließen das Erzeugen der Produkte aus vorgeformten Komponentenabschnitten ein, welche nachfolgend durch Schweißen, Löten oder Hartlöten oder Kleben zusammengefügt werden.
  • Viele dieser Techniken weisen jedoch Nachteile auf. Die Formgusstechnik erfordert, dass die Form hergestellt wird, bevor das beabsichtigte Endprodukt erzeugt werden kann. Bei extraktiven Techniken wird ein großer Teil des Materials verworfen, was eine Verschwendung von Produktionsmaterial erzeugt. Die Metallverarbeitung durch Schmelzen, Löten und Hartlöten erfordert, dass die Komponentenabschnitte vor dem endgültigen Zusammenfügungsprozess vorgeformt werden. Bei der Stereolithografie können einzelne Schichten ihr Volumen beim Verfestigen ändern, was Spannungen und Deformationen in dem resultierenden Produkt bewirkt. Zusätzlich sind die spezialisierten Vorrichtungen, welche für die Herstellung benötigt werden, umfangreich und teuer.
  • Ein gerichteter elektrostatischer Ablagerungsprozess unter Anwendung von akustischer Tropfenbildung wurde im US-Patent Nr. 5,520,715 für Oeftering, erteilt am 28. Mai 1996, beschrieben, welcher einige dieser Themen bespricht. Der Prozess verwendet akustisch ausgebildete geladene Tropfen aus geschmolzenen Metall, welche durch eine Beschleunigungselektrode und Ablenkungsplatten gesteuert werden, um ein dreidimensionales Produkt auf einem Zielsubstrat aufzubauen. Das System wird präzise gesteuert durch eine Auslegungsarbeitsstation, welche die Parameter des aufzubauenden Produktes enthält, um die Genauigkeit der Trajektorie von jeden geladenen Tropfen sicherzustellen. Dieser Prozess stellt sicher eine Verbesserung gegenüber den vorher bekannten Prozessen dar, weil er weniger Ausrüstung erfordert, welche nicht angepasst werden muss in Bezug auf Werkzeuge für jedes gewünschte zu erzeugende Produkt, ist jedoch begrenzt in der Komplexität der Produkte, welche dieser Prozess erzeugen kann. Da es sich ausschließlich um einen direkten Ablagerungsprozess handelt, können gewisse komplexe Strukturen schwer oder gar nicht aufgebaut werden.
  • Es wäre daher wünschenswert, eine Herstellungseinrichtung aufzubauen, welche weniger aufwendige Teile benötigt, eine Änderung der Werkzeuge für jedes neue Teil nicht benötigt und welche in der Lage ist, komplexe dreidimensionale Teile aufzubauen.
  • Weitere Vorteile der Erfindung werden in der Folge der nachfolgenden Beschreibung offenbar.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Um das vorstehend erwähnte Ziel zu lösen, wird gemäß der Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bereitgestellt, welches komplexe dreidimensionale Gegenstände unter Verwendung eines Ablagerungsprozesses mit zwei Materialien verwendet, wobei eines der beiden Materialien als ein den Gegenstand bildendes Material wirkt und das andere der beiden Materialien als Opfermaterial dient. Die beiden Materialien werden auf einem Träger aufgebracht unter Verwendung einer düsenlosen akustischen Einrichtung, um kleine Tropfen jedes Materials zu bilden und auszustoßen. Das Opfermaterial wirkt als eine Trägerschicht, um den Aufbau von komplexen Strukturen während des Ablagerungsprozesses zu ermöglichen. Wenn die Ablagerung des gesamten Gegenstandes fertiggestellt ist, wird das Opfermaterial nachfolgend entfernt und hinterlässt nur den komplexen Gegenstand.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Einrichtung, welche Flüssigkeitstropfen unter Verwendung von fokussierter akustischer Energie erzeugt.
  • 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Einrichtung, welche akustisch Tropfen aus zwei unterschiedlichen Flüssigkeiten erzeugt und ausstößt.
  • 3 zeigt eine Vergrößerung eines Abschnittes der 2.
  • 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Einrichtung, welche akustisch Tropfen von zwei unterschiedlichen Flüssigkeiten erzeugt und ausstößt.
  • 5 zeigt eine Vergrößerung eines Abschnitts der 4.
  • 6 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Einrichtung, welche Tropfen von zwei verschiedenen Flüssigkeiten erzeugt und ausstößt.
  • 7 zeigt eine Vergrößerung eines Abschnitts der 6.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • 1 zeigt eine Einrichtung, welche Tropfen unter Verwendung von fokussierter akustischer Energie erzeugt. Derartige Einrichtungen sind im Stand der Technik bekannt zur Verwendung in Druckanwendungen. Eingehende Beschreibungen der akustischen Tropfenausbildung und des akustischen Druckens können in der Offenbarung der folgenden US-Patente gefunden werden: US 4,308,507 , US 4,697,195 , US 5,041,849 ; US 5,121,141 und US 5,608,433 .
  • Das wichtigste Merkmal der Einrichtung gemäß 1 besteht darin, dass keine Düsen verwendet werden und dass diese daher nur unwahrscheinlich verstopfen insbesondere verglichen mit anderen Verfahren zur Ausbildung und zum Auswurf von kleinen gesteuerten Tropfen. Die Einrichtung kann durch die Verwendung von fotolithografischen Techniken hergestellt werden, um Gruppen von dicht gepackten Emittern bereitzustellen, wobei jeder von diesen sorgfältig gesteuerte Tropfen auswerfen kann. Weiterhin ist bekannt, dass derartige Einrichtungen eine große Vielzahl von Materialien ausstoßen können, wobei US-Patent Nr. 5,591,490 ein Verfahren beschreibt für die Verwendung einer Anordnung von derartigen akustischen Tropfenemittern, um eine gleichmäßige Schicht eines Fotolack auszubilden, US-Patent Nr. 5,565,113 feststellt, dass die Prinzipien der AIP geeignet sind für den Auswurf von Materialien, welche nicht Markierungsflüssigkeiten sind, wie etwa Mylar-Katalysatoren, geschmolzenes Lötgut, heiß schmelzende Wachse, Farbfiltermaterialien, Fotolack, chemische Verbindungen, und biologische Verbinden. US-Patent Nr. 5,520,715 beschreibt die Verwendung von fokussierter akustischer Energie, um Tropfen eines flüssigen Metalls auszustoßen.
  • Vor dem Hintergrund der vorstehend genannten Konzepte wird der Betrieb eines beispielhaften akustischen Tropfenemitters nachfolgend beschrieben. Es gibt viele Abwandlungen bei akustischen Tropfenemittern und die Beschreibung eines bestimmten Tropfenemitters soll die Offenbarung nicht beschränken sondern lediglich ein Beispiel bereitstellen, aus welchem die Prinzipien der akustischen Tropfenerzeugung im Zusammenhang mit dieser Erfindung angewandt werden können.
  • 1 zeigt einen akustischen Tropfenemitter 10 kurz nach dem Ausstoßen eines Tropfens 12 einer Flüssigkeit 14 und bevor eine Ausstülpung 16 auf der freien Oberfläche 18 der Flüssigkeit 14 sich entspannt hat. Die Ausbildung der Ausstülpung 16 und der nachfolgende Auswurf des Tropfens 12 ist das Ergebnis von Druck, welcher durch akustische Kräfte ausgeübt wird, welche durch einen ZnO-Wandler 20 erzeugt werden. Um den akustischen Druck zu erzeugen, wird RF-Energie auf den ZnO-Wandler 20 von einer RF-Quelle über eine Bodenelektrode 24 und eine Oberseitenelektrode 26 angewandt. Die akustische Energie von dem Wandler 20 läuft durch eine Basis 28 in eine akustische Linse 30. Die akustische Linse 30 fokussiert ihre empfangene akustische Energie in einen kleinen Fokusbereich, welcher bei oder sehr nahe an der freien Fläche 18 der Flüssigkeit 14 liegt. Vorausgesetzt, dass die Energie des akustischen Strahls ausreichend ist und geeignet fokussiert in Bezug auf die freie Oberfläche 18 der Flüssigkeit 14 ist, wird eine Ausstülpung 16 ausgebildet und ein Tropfen 12 wird nachfolgend auf einer Trajektorie T ausgestoßen.
  • Die Flüssigkeit wird durch eine Oberseitenplatte 34 zurückgehalten, welche eine Öffnung 32 aufweist, in welcher die freie Oberfläche 18 der Flüssigkeit 14 vorhanden ist, und von welcher der Tropfen 12 ausgestoßen wird. Die Flüssigkeit 14 fließt unterhalb der Oberseitenplatte 34 und an der akustischen Linse 30 vorbei, ohne die freie Oberfläche 18 zu stören. Die Öffnung 32 ist vielfach größer als der Tropfen 12, welcher ausgestoßen wird, wodurch das Verstopfen der Öffnung stark reduziert wird, insbesondere verglichen mit anderen Tropfenausstoßtechnologien. Es ist dieses Merkmal des Tropfenemitters 10, welches dessen Verwendung zum Tropfenausstoßen einer großen Vielfalt von Materialien wünschenswert macht. Ebenso wichtig für die Erfindung ist die Tatsache, dass die Tropfengröße von akustisch erzeugten und abgestoßenen Tropfen genau gesteuert werden kann. Tropfendurchmesser können bis zu 16 Mikrometer klein sein und ermöglichen die Ablage von sehr kleinen Materialmengen.
  • 2 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung für die akustische Erzeugung und das Ausstoßen von Tropfen von zwei verschiedenen Flüssigkeiten. Der Tropfenemitter 40 trägt zwei unterschiedliche Flüssigkeiten 14a und 14b. Während die zwei Flüssigkeiten einige Merkmale des Tropfenemitters, wie etwa die Basis 28 und die Deckplatte 34 teilen, erhält die Flüssigkeit 14a Energie, welche durch die Wandler 20a bereitgestellt wird, welche durch die akustischen Linsen 30a fokussiert werden und die Tropfen 12a werden durch eine Vielzahl von Öffnungen 32a ausgestoßen. Die Flüssigkeit 14b erhält Energie, welche durch die Wandler 20b bereitgestellt wird, welche durch die akustischen Linsen 30b fokussiert werden und Tropfen 12b werden von einer Vielzahl von Öffnungen 32b ausgestoßen. Wenngleich ein Paar von einzelnen Tropfenemittern wie die in 1 gezeigten verwendet werden könnten, wird es vorgezogen, die Tropfenemitter 40 gemäß 2 zu verwenden, weil der Aufbau der Tropfenemitter 40 es ermöglicht, zwei unterschiedliche Flüssigkeiten auf ein Substrat 36 hin auszustoßen, mit einer größeren Tropfenablagegenauigkeit, um eine strenge Tropfenregistrierung zu erreichen. Eine vollständigere Beschreibung für die Herstellung und Verwendung des Tropfenemitters 40 ist in dem US-Patent Nr. 5,565,113 mit dem Titel "Lithographically Defined Ejection Units" durch Hadimioglu u. a., erteilt am 15. Oktober 1996.
  • In der 2 wird der Tropfenemitter 40 gezeigt als dazu im Stande, zwei unterschiedliche Flüssigkeiten 14a, 14b auszustoßen, wobei jede derselben in der Lage sind, auszuhärten, um feste Strukturen 38a, 38b auf einem Substrat 36 auszubilden. Es ist eine Vielzahl von derartigen Flüssigkeiten bekannt, z. B. wärme- oder lichthärtende Epoxide oder phasenwechselnde Wachse und Kunststoffe, welche in ihren flüssigen Zustand erhitzt werden und nachfolgend auf ihren verfestigten Zustand abgekühlt werden.
  • In 2 werden zwei wärmehärtende Flüssigkeiten, z. B. ein flüssiges Vinyl-Plastisol 14a, 14b gezeigt, welche auf dem Substrat 36 abgelegt werden, wo sie in die festen Stoffe 38a, 38b verfestigt werden, welche die festen Strukturen 42 aufbauen aufgrund von Wärme 50 von dem Substrat 36 und/oder einem strahlenden Heizer 51, welche auf die feste Struktur 42 gerichtet ist. Wenngleich eine große Vielzahl von wärmehärtenden Flüssigkeiten ausgewählt werden kann, werden die beiden Flüssigkeiten 14a, 14b derart ausgewählt, dass nach der Verfestigung das feste Material 38b entfernt werden kann, ohne das feste Material 38a zu beschädigen. Dies kann auf viele verschiedene Weisen geschehen. Beispielsweise kann das feste Material 38b durch ein Lösungsmittel gelöst werden, welches das feste Material 38a nicht beeinträchtigt, oder das feste Material 38b kann einen Schmelzpunkt aufweisen, welcher mindestens 5 Grad Celsius niedriger ist als der Schmelzpunkt des festen Material 38a. Dies wird durchgeführt, so dass das feste Material 38b als eine Opferschicht auftreten kann und von der festen Struktur 42, nachdem die Ablage und Aushärtung fertig gestellt wurde, entfernt werden kann. Dies unterstützt die Ausbildung einer komplexen Struktur aus dem festen Material 38a.
  • Die feste Struktur 42 ist aus einer Vielzahl von Schichten 44 hergestellt, wobei jede Schicht teilweise aus dem festen Material 38a und 38b aufgebaut ist. Ein Blick auf die 3, welche eine Vergrößerung eines Abschnitts der 2 darstellt, macht die Vorteile dieses Prozesses offenbar. In der 3 kann die getrennte Schicht 44 der festen Struktur 42 besser gesehen werden. Das feste Material 38a wird verwendet, um zwei Strukturen zu schaffen, die vertikale Struktur 46 und die horizontale Struktur 48, welche von der vertikalen Struktur 46 durch die Schicht des festen Materials 38b getrennt ist. Würde diese nicht als dazwischen eingreifende Schicht des festen Materials 38a zwischen der vertikalen Struktur 46 und der horizontalen Struktur 48 dienen, würde jeder Versuch, die Flüssigkeit 14b abzulegen, weitere Strukturen hinzufügen, wie etwa die vertikale Struktur 46, anstelle die horizontale Struktur 48 auszubilden.
  • Jede Schicht der festen Struktur 42 wird getrennt bereitgestellt durch, als erstes, Ausstoßen von Tropfen einer ersten Flüssigkeit, und, darauf folgend, Bewegen des Substrats 36 in Bezug auf den Tropfenemitter 40. Dies kann durchgeführt werden, entweder durch Bewegen des Substrates 36, während der Tropfenemitter 40 feststehend ist, oder durch Bewegen des Tropfenemitters 40, während das Substrat 36 feststehend gehalten wird, oder durch Bewegen sowohl des Substrates 36 als auch des Tropfenemitters 40. Es ist anzumerken, dass für unterschiedliche Konfigurationen des Tropfenemitters 40, das Substrat 36 möglicherweise unterschiedlichen Typen von Bewegungen unterzogen werden muss, um die Ablage der Schichten 38a, 38b zu erleichtern, abhängig von der Größe des Substrats in Bezug auf den Tropfenemitter 40 und abhängig von der Anzahl und dem Abstand der Öffnungen 32a, 32b, durch welche die Tropfen 12 ausgestoßen werden können. Wenn sich die Schichten 44 aufbauen, um die feste Struktur 42 auszubilden, kann es notwendig sein, die Positionierung des Substrates 36 anzupassen, um einen größeren Abstand zwischen dem Substrat 36 und dem Tropfenemitter 40 bereitzustellen, um den Aufbau der festen Struktur 42 auszugleichen. Wiederum kann dieses entweder erreicht werden durch Bewegen des Substrates 36, während der Tropfenemitter 40 als feststehend gehalten wird, Bewegen des Tropfenemitters 40, während das Substrat 36 als feststehend gehalten wird, oder durch Bewegen sowohl des Substrates 36 als auch des Tropfenemitters 40.
  • Die 4 und 5 zeigen dieselben Prozessschritte, welche durch ein ähnliches System durchgeführt werden. In 4 werden zwei lichthärtende Flüssigkeiten 14a, 14b ge zeigt, welche auf dem Substrat 36 abgelegt werden, auf welchen sie in festes Material 38a, 38b verfestigt werden, welches die festen Strukturen 42 durch Einwirkung von Licht 52 ausbildet. Wenngleich aus einer großen Vielzahl von lichthärtenden Flüssigkeiten gewählt werden kann, werden in diesem Fall die zwei Flüssigkeiten 14a, 14b so gewählt, dass nach der Verfestigung das feste Material 38b entfernt werden kann, ohne das feste Material 38a zu verletzen. Dies kann auf einer Vielzahl von Wegen geschehen. Beispielsweise kann das feste Material 38b durch ein Lösungsmittel lösbar sein, welches das feste Material 38a nicht verletzt, oder das feste Material 38b kann einen Schmelzpunkt aufweisen, welcher mindestens 5 Grad Celsius niedriger ist als der Schmelzpunkt des festen Materials 38a. Dies wird derart durchgeführt, dass das feste Material 38b als eine Opferschicht wirken kann und von der festen Struktur 42 entfernt wird, nach Beendigung der Ablage und des Aushärtens. Dies unterstützt das Ausbilden von komplexen Strukturen aus dem festen Material 38a.
  • Die feste Struktur 42 ist aus einer Vielzahl von Schichten 44 hergestellt, wobei jede Schicht teilweise aus dem festen Material 38a und 38b besteht. Ein Blick auf die 5, welche eine Vergrößerung eines Abschnitts der 4 darstellt, macht die Vorteile dieses Prozesses genau offenbar. In der 5 kann die getrennte Schicht 44 der festen Struktur 42 besser gesehen werden. Das feste Material 38a wird verwendet, um zwei Strukturen zu schaffen, die vertikale Struktur 46 und die horizontale Struktur 48, welche von der vertikalen Struktur 46 durch die Schicht des festen Materials 38b getrennt ist. Würde diese nicht als dazwischen eingreifende Schicht des festen Materials 38a zwischen der vertikalen Struktur 46 und der horizontalen Struktur 48 dienen, würde jeder Versuch, die Flüssigkeit 14b abzulegen, weitere Strukturen hinzufügen, wie etwa die vertikale Struktur 46, anstelle die horizontale Struktur 48 auszubilden.
  • Jede Schicht der festen Struktur 42 wird getrennt bereitgestellt durch, als erstes, Ausstoßen von Tropfen einer ersten Flüssigkeit, und, darauf folgend, Bewegen des Substrats 36 in Bezug auf den Tropfenemitter 40. Dies kann durchgeführt werden, entweder durch Bewegen des Substrates 36, während der Tropfenemitter 40 feststehend ist, oder durch Bewegen des Tropfenemitters 40, während das Substrat 36 feststehend gehalten wird, oder durch Bewegen sowohl des Substrates 36 als auch des Tropfenemitters 40. Es ist anzumerken, dass für unterschiedliche Konfigurationen des Tropfenemitters 40, das Substrat 36 möglicherweise unterschiedlichen Typen von Bewegungen unterzogen werden muss, um die Ablage der Schichten 38a, 38b zu erleichtern, abhängig von der Größe des Substrats in Bezug auf den Tropfenemitter 40 und abhängig von der Anzahl und dem Abstand der Öffnungen 32a, 32b, durch welche die Tropfen 12 ausgestoßen werden können. Wenn sich die Schichten 44 aufbauen, um die feste Struktur 42 auszubilden, kann es notwendig sein, die Positionierung des Substrates 36 anzupassen, um einen größeren Abstand zwischen dem Substrat 36 und dem Tropfenemitter 40 bereitzustellen, um den Aufbau der festen Struktur 42 auszugleichen. Wiederum kann dieses entweder erreicht werden durch Bewegen des Substrates 36, während der Tropfenemitter 40 als feststehend gehalten wird, Bewegen des Tropfenemitters 40, während das Substrat 36 als feststehend gehalten wird, oder durch Bewegen sowohl des Substrates 36 als auch des Tropfenemitters 40.
  • Die 6 und 7 zeigen die gleichen Prozessschritte, welche durch ein ähnliches System durchgeführt werden. In 6 werden zwei phasenändernde Flüssigkeiten 14a, 14b gezeigt, welche bei Zimmertemperatur fest sind und welche zu ihrer flüssigen Form erhitzt worden sind, welche auf dem Substrat 36 abgelegt werden, wo sie in die festen Materialien 38a, 38b verfestigt werden, welche die feste Struktur aufbauen, wenngleich eine große Vielzahl von phasenändernden Flüssigkeiten ausgewählt werden können aus etwa Metallen, thermoplastischen Stoffen, Wachsen, Styrol, Polyethylene und Polycarbonate. In diesem Fall sind die zwei Flüssigkeiten 14a, 14b derart ausgewählt, dass, nachdem sie verfestigt sind, das feste Material 38b entfernt werden kann, ohne das feste Material 38a zu verletzen. Dies kann auf einer Vielzahl von Wegen geschehen. Beispielsweise kann das feste Material 38b durch ein Lösungsmittel lösbar sein, welches das feste Material 38a nicht verletzt, oder das feste Material 38b kann einen Schmelzpunkt aufweisen, welcher mindestens 5 Grad Celsius niedriger ist als der Schmelzpunkt des festen Materials 38a. Dies wird derart durchgeführt, dass das feste Material 38b als eine Opferschicht wirken kann und von der festen Struktur 42 entfernt wird, nach Beendigung der Ablage und des Aushärtens. Dies unterstützt das Ausbilden von komplexen Strukturen aus dem festen Material 38a. In dieser Ausführungsform wurden sie erhitzt, um deren flüssige Struktur zu erhalten, weil die beiden Flüssigkeiten 14a, 14b normalerweise fest sind bei Raumtemperatur. Der Tropfenemitter 40 wurde geringfügig geändert, um die Heizer 54 in der Deckplatte 34 einzuschließen, um die Flüssigkeiten 14a, 14b in ihrem flüssigen Zustand zu halten, bis sie von dem Tropfenemitter 40 auf das Substrat 36 ausgestoßen werden können.
  • Die feste Struktur 42 ist aus einer Vielzahl von Schichten 44 hergestellt, wobei jede Schicht teilweise aus dem festen Material 38a und 38b aufgebaut ist. Ein Blick auf die 7, welche eine Vergrößerung eines Abschnitts der 6 darstellt, macht die Vorteile dieses Prozesses offenbar. In der 7 kann die getrennte Schicht 44 der festen Struktur 42 besser gesehen werden. Das feste Material 38a wird verwendet, um zwei Strukturen zu schaffen, die vertikale Struktur 46 und die horizontale Struktur 48, welche von der vertikalen Struktur 46 durch die Schicht des festen Materials 38b getrennt ist. Würde diese nicht als dazwischen eingreifende Schicht des festen Materials 38a zwischen der vertikalen Struktur 46 und der horizontalen Struktur 48 dienen, würde jeder Versuch, die Flüssigkeit 14b abzulegen, weitere Strukturen hinzufügen, wie etwa die vertikale Struktur 46, anstelle die horizontale Struktur 48 auszubilden.
  • Jede Schicht der festen Struktur 42 wird getrennt bereitgestellt durch, als erstes, Ausstoßen von Tropfen einer ersten Flüssigkeit, und, darauf folgend, Bewegen des Substrats 36 in Bezug auf den Tropfenemitter 40. Dies kann durchgeführt werden, entweder durch Bewegen des Substrates 36, während der Tropfenemitter 40 feststehend ist, oder durch Bewegen des Tropfenemitters 40, während das Substrat 36 feststehend gehalten wird, oder durch Bewegen sowohl des Substrates 36 als auch des Tropfenemitters 40. Es ist anzumerken, dass für unterschiedliche Konfigurationen des Tropfenemitters 40, das Substrat 36 möglicherweise unterschiedlichen Typen von Bewegungen unterzogen werden muss, um die Ablage der Schichten 38a, 38b zu erleichtern, abhängig von der Größe des Substrats in Bezug auf den Tropfenemitter 40 und abhängig von der Anzahl und dem Abstand der Öffnungen 32a, 32b, durch welche die Tropfen 12 ausgestoßen werden können. Wenn sich die Schichten 44 aufbauen, um die feste Struktur 42 auszubilden, kann es notwendig sein, die Positionierung des Substrates 36 anzupassen, um einen größeren Abstand zwischen dem Substrat 36 und dem Tropfenemitter 40 bereitzustellen, um den Aufbau der festen Struktur 42 auszugleichen. Wiederum kann dieses entweder erreicht werden durch Bewegen des Substrates 36, während der Tropfenemitter 40 als feststehend gehalten wird, Bewegen des Tropfenemitters 40, während das Substrat 36 als feststehend gehalten wird, oder durch Bewegen sowohl des Substrates 36 als auch des Tropfenemitters 40.

Claims (8)

  1. Ein Verfahren zur Ausbildung eines dreidimensionalen Gegenstandes mit den Schritten: a) Bereitstellen von getrennten Vorräten von unterschiedlichen Flüssigkeiten, von denen eine erste Flüssigkeit eine erste feste Struktur ausbilden kann und eine zweite Flüssigkeit eine zweite feste Struktur ausbilden kann, wobei eine der festen Strukturen entfernt werden kann, ohne die andere feste Struktur zu beschädigen, wobei die Flüssigkeiten wärmeaushärtende Epoxymaterialien oder lichtaushärtende Epoxymaterialien oder phasenwechselnde Wachse oder Kunststoffe umfassen; b) Erzeugen von akustischen Ultraschallwellen mit mindestens einem Ultraschallwandler, welcher an jeden der getrennten Vorräte der ersten und zweiten Flüssigkeit angrenzt, c) Fokussieren der erzeugten akustischen Ultraschallwellen, so dass diese nahe einer freien Oberfläche von jeder der ersten und zweiten Flüssigkeit konvergieren, um jeweils Tropfen der ersten und zweiten Flüssigkeiten unter Verwendung von mindestens einer akustischen Linse auszustoßen, welche angrenzend an den mindestens einen Ultraschallwandler angeordnet ist, d) aufeinanderfolgendes Ablagern der ausgestoßenen Tropfen der ersten Flüssigkeit und der zweitein Flüssigkeit auf ein Substrat, um eine aus vielen Schichten bestehende feste Struktur auszubilden, welche die erste feste Struktur und die zweite feste Struktur beinhaltet, und e) Entfernen von einer der festen Strukturen, während die andere feste Struktur erhalten wird, um eine dreidimensionale Struktur auszubilden.
  2. Das Verfahren zum Ausbilden eines dreidimensionalen Gegenstandes gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt zum Bereitstellen getrennter Vorräte einer ersten Flüssigkeit und einer zweiten Flüssigkeit das Erwärmen von mindestens einem festen Stoff in seinen flüssigen Zustand umfasst.
  3. Das Verfahren zum Ausbilden eines dreidimensionalen Gegenstandes gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des aufeinandertolgenden Ablagerns von ausgestoßenen Tropfen der ersten Flüssigkeit und der zweiten Flüssigkeit auf ein Substrat um eine aus vielen Schichten bestehende feste Struktur auszubilden weiterhin das Kühlen von mindestens einer der Flüssigkeiten umfasst, um ein festes Material auszubilden.
  4. Das Verfahren zum Ausbilden eines dreidimensionalen Gegenstandes gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des aufeinandertolgenden Ablagerns von ausgestoßenen Tropfen der ersten Flüssigkeit und der zweiten Flüssigkeit auf ein Substrat um eine aus vielen Schichten bestehende feste Struktur auszubilden weiterhin das Erhitzen von mindestens einer der Flüssigkeiten umfasst, um ein festes Material auszubilden.
  5. Das Verfahren zum Ausbilden eines dreidimensionalen Gegenstandes gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des aufeinandertolgenden Ablagerns der ausgestoßenen Tropfen der ersten Flüssigkeit und der zweiten Flüssigkeit auf ein Substrat um eine aus vielen Schichten bestehende feste Struktur auszubilden weiterhin das Bestrahlen von mindestens einer der Flüssigkeiten umfasst, um ein festes Material auszubilden.
  6. Das Verfahren zum Ausbilden eines dreidimensionalen Gegenstandes gemäß Anspruch 5, wobei der Schritt des Bestrahlens das Bestrahlen mit ultraviolettem Licht umfasst.
  7. Das Verfahren zum Ausbilden eines dreidimensionalen Gegenstandes gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Entfernens von einer der festen Strukturen, das Erwärmen der zu entfernenden festen Struktur einen flüssigen Zustand umfasst.
  8. Das Verfahren zum Ausbilden eines dreidimensionalen Gegenstandes gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Entfernens von einer der festen Strukturen das Lösen der zu entfernenden festen Struktur in einem Lösungsmittel umfasst.
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