Устройство и метод аддитивного производства трехмерных объектов - RU2020100234A

1. Машина для аддитивного производства трехмерных объектов, содержащая:

первый источник (11) частиц с массой, испускающий первый луч (E₁); первую систему магнитных линз (18) для определения расхождения (α) и отклонения указанного луча (E₁); первый сигнал (УПР 1), который управляет первым источником (11) частиц с массой через блок управления (БУ 1) и вызывает создание указанного луча с определенными характеристиками (E₁); второй источник (12) частиц с массой, испускающий второй луч (Е₂); вторую систему магнитных линз (19) для определения расхождения ф) и отклонения указанного второго луча (Е₂); второй сигнал (УПР 2), который управляет вторым источником (12) частиц с массой через блок управления (БУ 2) и вызывает создание указанного луча с определенными характеристиками (Е₂), и вакуумную камеру (116);

отличающаяся тем, что

сигнал (УПР 1) для управления первым источником (11) и сигнал (УПР 2) для управления вторым источником (12) взаимно планируются и создаются таким образом, чтобы два или несколько заранее определенных кластеров (160 170), испускаемых из различных источников (11,12), перекрывались в определенной объемной части печатного пространства (2) машины (1), таким образом создавая криволинейный трехмерный объем пересечения (28), внутри которого возникает объем плавления (280), когда сумма энергий определенных отдельных кластеров (160, 170) превысит энергетический порог, необходимый для плавления порошкового материала (102), расположенного в объеме плавления (280), и эта сумма энергий приводит к плавлению порошкового материала (102),

и далее тем, что каждый источник частиц (11, 12) оснащен своей собственной системой магнитных линз (18, 19) для управления расхождением и отклонением указанных лучей (E₁, Е₂).

2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что она состоит более чем из двух источников частиц (11, 12, 61, 62, 63, 64), более чем из двух управляющих сигналов (УПР 1, УПР 2, УПР 3, УПР 4, УПР 5, УПР 6) и более чем из двух блоков управления (БУ 1, БУ 2, БУ 3, БУ 4, БУ 5, БУ 6).

3. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что первый источник (11) и второй источник частиц (12) пространственно расположены так, что геометрические оси (13) первого источника (11) и геометрические оси (14) второго источника (12) пересекаются в точке пересечения (15) под углом 0-360 градусов, и что расстояние (20) от первого источника (11) до точки пересечения (15), а также расстояние (21) от второго источника (12) до точки пересечения (15) находятся в диапазоне от 10 см до 20 м.

4. Машина по п. 2, отличающаяся тем, что множество источников частиц (11, 12, 61, 62, 63, 63, 64) пространственно расположено так, что геометрические оси указанных источников (11, 12, 61, 62, 63, 64) пересекаются в точке пересечения (15) или во множестве точек пересечения под углом 0-360 градусов и расстояния от всех источников (11, 12, 61, 62, 63, 64) до точки пересечения (15) или множества точек пересечения находятся в диапазоне от 10 см до 20 м.

5. Машина по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что частицы, излучаемые источниками (11, 12, 61, 62, 63, 64), представляют собой электроны.

6. Машина по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что пространственное расположение объема пересечения (28) настраивается с использованием временных задержек t_ƒ как минимум между двумя отдельными кластерами, излучаемыми раздельно по крайней мере из двух источников (11, 12).

7. Машина по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что размер объема пересечения (28) регулируется путем модуляции рассеивания (α₁,) луча, испускаемого из первого источника (11), расхождения (α₂) луча, испускаемого из второго источника (12), длины (L₁) отдельного кластера (160), испускаемого из первого источника (11) и длины (L2) отдельного кластера (170), испускаемого из второго источника (12).

8. Машина по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что индивидуальный объем пересечения (28) может быть образован из множества меньших объемов; что порошковый материал (102) хранится в контейнере (101) с пробкой (103) перед печатью и что выход из указанного контейнера (101) осуществляется с помощью привода (104) с целью разгона порошкового материала (102), а указанная пробка (103) управляется блоком (БУ С1) с помощью сигнала управления (УПР БУ1), что один (11) или множество источников частиц (12, 61) приводятся в движение линейными приводами (117), обеспечивая движение указанных источников (11, 12, 61) и/или циркулярными приводами (118), позволяющими вращать один (11) из указанных источников относительно с других указанных источников (12, 61).

9. Машина для аддитивного производства трехмерных объектов, отличающаяся тем, что порошковый материал (102) переносится в область плавления с использованием магнитного поля B, создаваемого первой (105) и второй (106) обмотками.

10. Машина по п. 9, отличающаяся тем, что включает множество обмоток (105, 106, 205, 206, 207, 208).

11. Машина по п. 9 или 10, отличающаяся тем, что область плавления представляет собой объем плавления (280), имеющий изогнутую поверхность.

12. Машина по п. 11, отличающаяся тем, что объем плавления (280) находится внутри объема пересечения (28) по крайней мере двух лучей, испускаемых по крайней мере из двух пространственно разнесенных источников (11, 12).

13. Машина для аддитивного производства трехмерных объектов, отличающаяся тем, что порошковый материал (102) и/или расплавленный порошкообразный материал транспортируется на уже напечатанную часть объекта путем электростатического притяжения между порошкообразным материалом (102) и уже напечатанной частью объекта с помощью сигнала (УПР F1) и блока управления (БУ F1), управляющего переключателем (112), создающим электрический контакт между проводящей иглой (115) и более высоким электрическим потенциалом (W₁), и переключателем (113) создающим электрический контакт между проводящей иглой (115) и более низким электрическим потенциалом (W₂).

14. Машина для аддитивного изготовления трехмерных объектов, отличающаяся тем, что чрезмерный заряд снимается с уже напечатанной части объекта через проводящую иглу (115), которая электрически подключена к поверхности уже напечатанного часть объекта и управляется блоком (БУ F1) с помощью сигнала управления (УПР F1).

15. Метод аддитивного производства трехмерных объектов, состоящий из следующих этапов: подготовка к печати (5) и процесс печати (100), в котором во время подготовки печати (5) с помощью симулятора (8) и на основе спецификаций печати (6) и спецификаций машины (7), осуществляется пространственное деление 50 цифрового файла трехмерного объекта (4) после чего создается управляющий файл (10) с использованием генератора (9); этот файл (10) управляет всеми элементами машины (1) с помощью специальных сигналов управления (УПР 1-Н) через блоки управления (БУ 1-Н) с целью постепенного изготовления трехмерного объекта (3), где конечный объект изготавливается с постепенным изготовлением отдельных составных частей и сборкой указанных составных частей в определенной последовательности до получения конечного объекта,

отличающийся тем, что

отдельная составная часть готового трехмерного объекта представляет собой трехмерный объем печати с замкнутой искривленной поверхностью.

16. Метод аддитивного изготовления трехмерных объектов, включающий процесс плавления порошкового материала (102) с использованием кинетической энергии частиц с массой, отличающийся тем, что

порошкообразный материал (102) переносится в объем плавления с использованием магнитной левитации, обеспечиваемой множеством обмоток (105, 106), создающих магнитное поле (В).

17. Метод аддитивного изготовления трехмерных объектов, включающий процесс плавления порошкового материала (102) с использованием кинетической энергии частиц с массой, отличающийся тем, что

порошкообразный материал (102) плавится в заранее определенном криволинейном объеме плавления (280), который находится внутри объема пересечения (28) лучей, испускаемых множеством источников частиц (11, 12); в этом определенном объеме плавления (280) кинетическая энергия частиц, испускаемых из множества источников частиц (11, 12), складывается и превышает порог, необходимый для плавления материала.

18. Метод аддитивного изготовления трехмерных объектов, включающий процесс плавления порошкового материала (102) с использованием кинетической энергии частиц с массой, отличающийся тем, что

порошковый материал (102) переносится на уже напечатанную часть объекта (1000) или проводящую иглу (115) с использованием сил электростатического притяжения между проводящей иглой (115) и порошковым материалом (102), в котором электростатическое притяжение создается с помощью электрического соединения проводящей иглы (115) с более высоким электрическим потенциалом (W₁) через переключатель (112), или электрического соединения проводящей иглы (115) с низким электрическим потенциалом (W₂) через переключатель (113); проводящая игла (115) электрически соединяется с поверхностью уже напечатанной части объекта (1000).

19. Метод аддитивного изготовления трехмерных объектов по любому из пп. 15-17, отличающийся тем, что:

порошкообразный материал (102) переносится на уже напечатанную часть объекта (1000) с использованием векторной суммы импульса частиц, испускаемых из двух или более пространственно разнесенных источников (11, 12) и сообщающих импульс порошкообразному материалу (102);

порошкообразный материал (102) переносится на уже напечатанную часть объекта (1000) или на проводящую иглу (115) с использованием электростатического притяжения, создаваемого электрическим соединением проводящей иглы (115) с более высоким электрическим потенциалом (W₁) через переключатель (113); проводящая игла (115) электрически подключается к поверхности уже напечатанной части объекта (1000);

излишний электрический заряд удаляется с поверхности уже напечатанной части объекта (1000) с помощью переключателя (111), создающего электрический контакт между проводящей иглы (115) или уже напечатанной части объекта (1000) с заземлением, точкой с более низким электрическим потенциалом (W₂) или точкой с более высоким электрическим потенциалом (W₁).

20. Метод по п. 15, отличающийся тем, что отдельный искривленный печатный объем (1, 2, 3…Z) в последовательности (51) собирается из множества малых печатных объемов (157, 1570).

21. Метод по п. 20, отличающийся тем, что множество небольших криволинейных печатных объемов (157, 1570), составляющих отдельный печатный объем (1, 2, 3…Z) в последовательности (51) изготавливается в нескольких направлениях печати одновременно.

22. Метод по п. 15, отличающийся тем, что отдельный искривленный печатный объем (152) в последовательности (51) может служить внутренним наполнением для следующего объема печати (153) в последовательности (51).

23. Метод по п. 15, отличающийся тем, что поверхность отдельного искривленного печатного объема (155) в последовательности (51) имеет соприкосновении со следующим отдельным печатным объемом (1570) в последовательности (51).