Способ облегчения удаления остатков, прилегающих к трехмерному объекту, выполненному из множества слоев

 

Способ облегчения удаления зон остатков в системе для изготовления трехмерного объекта путем избирательного соединения множества листов гибкого материала, где каждый лист разрезан вдоль по меньшей мере одной контурной линии для разделения листа на по меньшей мере одну образующую объект зону, соответствующую форме слоя объекта, ограниченного соответствующим контуром объекта, и по меньшей мере одну зону остатков, не требующихся для изготовления объекта, при этом по меньшей мере часть каждой образующей объект зоны соединена с образующими объект зонами смежных листов, включает в себя избирательное соединение по меньшей мере части зон остатков с зонами остатков смежных слоев с образованием по меньшей мере из части зон остатков множества слоев множества остаточных элементов, не жестко соединенных друг с другом, так что удаление вручную каждого из остаточных элементов инициирует удаление следующего из остаточных элементов. 3 с. и 17 з.п. ф-лы, 19 ил.

Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к изготовлению трехмерных объектов из множества слоев листового материала, и, в частности, оно относится к способу облегчения удаления остатков, прилегающих к такому объекту при его изготовлении.

Известно выполнение трехмерных конструкций посредством скрепления вместе слоев листового материала, каждый из которых вырезан в соответствии с контуром тонкого среза объекта. Эту технологию можно использовать в широком спектре применения и она имеет особые преимущества для быстрого изготовления небольших количеств индивидуальных прототипов и моделей с использованием технологии CAD (автоматизированного проектирования) или для облегчения изготовления трехмерных объектов с использованием технологии САМ (автоматизированного производства). Пример такой технологии описан в патенте US, А, 3932923, выданном DiMatteo. В большинстве случаев применения этой технологии сначала создают контур отдельных слоев и затем вырезанные слои накладывают друг на друга и соединяют вместе для образования трехмерного объекта. Однако это имеет тенденцию к снижению точности вследствие проблемы фиксации при выравнивании предварительно вырезанных слоев.

В патенте US, A, 5071503, выданном Berman, предлагается альтернативный подход, в котором каждый слой прикрепляют к частично созданному трехмерному объекту с помощью избирательного нанесения клея и только затем оконтуривают в желаемую форму. Оконтуривание после соединения слоев повышает точность за счет устранения проблем фиксации. В патентной публикации WО 99/34976 предложена технология формирования трехмерных конструкций такого типа с применением листов полимерного материала, покрытых с одной стороны клеем, как это обычно используется для целей изготовления многослойных материалов и т.п. Избирательное склеивание слоев достигается посредством нанесения разделительного состава с целью предотвращения склеивания в зонах, лежащих снаружи контура подлежащего изготовлению объекта.

Хотя выполнение конструкции трехмерных объектов весьма эффективно посредством избирательного склеивания и вырезания формы листового материала, может быть проблематичным удаление нежелательных остатков вокруг объекта. Если остатки склеивать друг с другом, то образуются большие блоки, которые в зависимости от формы объекта трудно или невозможно удалять. Для устранения этих проблем коммерческие устройства, работающие на основе этой технологии, обычно выполняют избирательное склеивание так, что слои соединяются только внутри контура объекта. В результате объект обычно окружен и/или заполнен многочисленными отдельными листами материала отходов, которые затем приходится удалять вручную. Это требует больших затрат труда и времени.

Альтернативный подход предложен в патенте US, A, 5637175, выданном Feygin и др., в котором зоны остатков прикреплены к смежным листам, однако надрезаны в виде перекрестных штрихов для ослабления соединений. Утверждается, что это приводит к получению матричной структуры, которая соединена с объектом, однако соединение имеет относительно малую прочность, так что ее можно удалять с помощью механических средств. Очевидно, что это добавляет дополнительную не простую стадию изготовления.

Таким образом, имеется потребность в способе облегчения удаления остатков, прилегающих к трехмерному объекту, образованному путем соединения множества слоев листового материала.

Сущность изобретения Данное изобретение предлагает способ облегчения удаления остатков, прилегающих к трехмерному объекту, образованному путем соединения множества слоев листового материала.

Согласно данному изобретению в системе для изготовления трехмерного объекта посредством избирательного соединения множества слоев гибкого материал, где каждый лист разрезан вдоль по меньшей мере одной контурной линии, так что лист разделен на по меньшей мере одну образующую объект зону, соответствующую форме слоя объекта, ограниченного соответствующим контуром объекта, и по меньшей мере одну зону остатка, не требующегося для создания объекта, при этом по меньшей мере часть каждой образующей объект зоны соединена с образующими объект зонами смежных слоев, предлагается способ облегчения удаления зон остатков путем создания избирательного соединения по меньшей мере части множества зон остатков с зонами остатков смежных листов с образованием по меньшей мере из части зон остатков множества листов множество остаточных элементов, не жестко соединенных друг с другом, так что удаление вручную каждого из остаточных элементов инициирует удаление следующего остаточного элемента.

Согласно другому признаку данного изобретения множество зон остатков по меньшей мере некоторых из листов избирательно разрезают вдоль по меньшей мере одной разделительной линии.

Согласно другому признаку данного изобретения разделительные линии и избирательное соединение выполняют так, что остаточные элементы окружают блок остатков таким образом, что после удаления остаточных элементов обеспечивается возможность простого удаления блока остатков.

Согласно другому признаку данного изобретения каждый остаточный элемент по меньшей мере первой группы остаточных элементов имеет в основном плоскую форму, проходящую по существу параллельно листам.

Согласно другому признаку данного изобретения избирательное соединение выполняют так, что каждый остаточный элемент первой группы образован из множества зон остатков, соединенных друг с другом на большей части их площади.

Согласно еще одному признаку данного изобретения избирательное соединение выполняют так, что первая группа остаточных элементов соединена в основном в виде Z-образных складок.

Согласно другому признаку данного изобретения избирательное соединение выполняют так, что смежные остаточные элементы первой группы остаточных элементов соединены друг с другом не более чем по одной трети площади взаимного наложения.

Согласно другому признаку данного изобретения множество зон остатков по меньшей мере некоторых листов избирательно разрезаны вдоль по меньшей мере одной разделительной линии и один из остаточных элементов первой группы имеет максимальный размер L, измеренный параллельно листам, при этом остаточный элемент разделен разделительной линией по меньшей мере на одну полоску, имеющую максимальный поперечный размер W, составляющий не более одной трети максимального размера L.

Согласно другому признаку данного изобретения полоска проходит в основном по спирали. Согласно альтернативному признаку данного изобретения полоска проходит подобно возвратно-поступательной развертке.

Согласно другому признаку данного изобретения множество зон остатков по меньшей мере некоторых листов избирательно разрезаны вдоль по меньшей мере одной разделительной линии и при этом каждый остаточный элемент по меньшей мере второй группы остаточных элементов имеет в основном плоскую форму, проходящую по существу перпендикулярно листам.

Согласно другому признаку данного изобретения, когда по меньшей мере часть зон остатков находится внутри бокового отверстия объекта, способ дополнительно содержит избирательное разрезание множества зон остатков по меньшей мере некоторых листов вдоль по меньшей мере одной разделительной линии, при этом разделительные линии и избирательное соединение выполняют так, что по меньшей мере из части зон остатков множества листов, смежных с боковым отверстием, образуется ручка, соединенная со множеством частей остатков, лежащих внутри бокового отверстия, причем к ручке открыт свободный доступ при удалении других частей зон остатков, смежных с боковым отверстием, для облегчения удаления частей остатков из бокового отверстия.

Согласно данному изобретению в системе для изготовления трехмерного объекта посредством избирательного соединения множества листов гибкого материала, где каждый лист разрезан вдоль по меньшей мере одной контурной линии так, что лист разделен на по меньшей мере одну образующую объект зону, соответствующую форме слоя объекта, ограниченного соответствующим контуром объекта, и по меньшей мере одну зону остатков, не требующихся для создания объекта, при этом по меньшей мере часть каждой образующей объект зоны соединена с образующими объект зонами смежных слоев, предлагается способ облегчения удаления зон остатков, содержащий: (а) избирательное разрезание множества зон остатков по меньшей мере некоторых из листов вдоль по меньшей мере одной разделительной линии; и (b) образование избирательного соединения по меньшей мере части множества зон остатков с зонами остатков смежных листов, причем разделительные линии и избирательное соединение выполняют так, что из по меньшей мере части зон остатков множества листов образуется множество остаточных элементов, не жестко соединенных друг с другом, так что удаление вручную каждого из остаточных элементов приводит к удалению следующего остаточного элемента.

Согласно другому признаку данного изобретения разделительные линии и избирательное соединение выполняют так, что остаточные элементы окружают блок остатков и после удаления остаточных элементов можно легко удалять блок остатков.

Согласно данному изобретению в системе для изготовления трехмерного объекта посредством избирательного соединения множества листов гибкого материала, где каждый лист разрезан вдоль по меньшей мере одной контурной линии для разделения листа на по меньшей мере одну образующую объект зону, соответствующую форме листа объекта, ограниченного соответствующим контуром объекта, и по меньшей мере одну зону остатков, не требующихся для создания объекта, при этом по меньшей мере часть каждой образующей объект зоны соединена с образующими объект зонами смежных листов, также предлагается способ облегчения удаления зон остатков из бокового отверстия объекта, содержащий: (а) избирательное разрезание множества зон остатков по меньшей мере некоторых из листов вдоль по меньшей мере одной разделительной линии; и (b) образование избирательного соединения по меньшей мере части множества зон остатков с зонами остатков смежных листов, причем разделительные линии и избирательное соединение выполняют так, что из по меньшей мере части зон остатков множества листов, смежных с боковым отверстием, образуется ручка, соединенная со множеством частей остатков, которые лежат внутри бокового отверстия, причем при удалении других частей зон остатков, смежных с боковым отверстием, к ручке открывается простой доступ для облегчения удаления частей остатков из бокового отверстия.

Краткое описание чертежей Ниже приводится описание примеров выполнения изобретения со ссылками на чертежи, на которых: фиг. 1 изображает удаление остаточного материала из блока, содержащего трехмерный объект и остаточные элементы, выполненные согласно первому варианту способа согласно изобретению, в изометрической проекции; фиг. 2 - удаление остаточного материала из блока, содержащего трехмерный объект и остаточные элементы, выполненные согласно второму варианту способа согласно изобретению, в изометрической проекции; фиг. 3А и 3В - блок, содержащий трехмерный объект и остаточные элементы, выполненные согласно третьему варианту способа согласно изобретению перед и после удаления остаточных элементов, в изометрической проекции; фиг. 4А и 4В - блок, содержащий трехмерный объект и остаточные элементы, выполненные согласно четвертому варианту способа согласно данному изобретению перед и после удаления остаточных элементов, в изометрической проекции; фиг.5 - трехмерный объект для иллюстрации использования способа удаления остаточного материала из внутреннего объема через относительно небольшое отверстие, в изометрической проекции; фиг. 6 - удаление остаточного материала из блока, содержащего трехмерный объект и остаточные элементы, выполненные согласно пятому варианту способа согласно изобретению, в изометрической проекции;
фиг. 7 - удаление остаточного материала из блока, содержащего трехмерный объект и остаточные элементы, выполненные согласно шестому варианту способа согласно изобретению, в изометрической проекции;
фиг. 8А и 8В - блок, содержащий трехмерный объект и остаточные элементы, выполненные согласно седьмому варианту способа согласно изобретению перед и после удаления остаточных элементов, в изометрической проекции;
фиг. 9А и 9В - блок, содержащий трехмерный объект и остаточные элементы, выполненные согласно восьмому варианту способа согласно изобретению перед и после удаления остаточных элементов, в изометрической проекции;
Фиг. 9С - горизонтальный срез, выполненный в блоке согласно фиг. 9В, в изометрической проекции;
фиг.10 - удаление остаточного материала из блока, содержащего трехмерный объект и остаточные элементы, выполненные согласно девятому варианту способа согласно изобретению, в изометрической проекции;
фиг.11 - удаление остаточного материала из блока, содержащего трехмерный объект и остаточные элементы, выполненные согласно десятому варианту способа согласно изобретению, в изометрической проекции;
фиг.12 - удаление остаточного материала из блока, содержащего трехмерный объект и остаточные элементы, выполненные согласно одиннадцатому варианту способа согласно данному изобретению, в изометрической проекции;
фиг. 13А и 13В - блок, содержащий трехмерный объект и остаточные элементы, выполненные согласно двенадцатому варианту способа согласно изобретению перед и после удаления остаточных элементов, в изометрической проекции;
фиг. 14 - устройство и способ для образования зон слабого склеивания между двумя слоями материала, в изометрической проекции;
фиг. 15 - поперечный разрез двух смежных листов, иллюстрирующий механизм создания слабого склеивания согласно фиг.14;
фиг.16 - устройство для избирательного нанесения жидкого разделительного состава на поверхность листового материала, в изометрической проекции;
фиг.17 - трехмерный объект, изготовленный способом согласно изобретению, имеющий гибкую часть, в изометрической проекции;
фиг.18 - лист, используемый для изготовления объекта по фиг.17, вид сверху, показывающий первое распределение разделительного состава согласно данному изобретению для обеспечения повышенной гибкости гибкой части; и
фиг.19 - лист, используемый для изготовления объекта по фиг.17, вид сверху, показывающий второе распределение разделительного состава согласно данному изобретению для обеспечения повышенной гибкости гибкой части.

Описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения
Объектом данного изобретения является способ облегчения удаления остатков, прилегающих к трехмерному объекту, образованному путем соединения множества слоев листового материала.

Существо и выполнение способа согласно данному изобретению можно легче понять с помощью ссылок на чертежи и нижеследующего описания.

На фиг. 1-13 показаны несколько конструкций, включающих трехмерный объект, по меньшей мере частично окруженный остаточным материалом, для иллюстрации нескольких вариантов осуществления данного изобретения.

Как указывалось выше, изобретение относится к системе для создания трехмерных объектов 10 посредством избирательного соединения множества листов 12 гибкого материала. В таких системах, каждый лист 12 разрезан по меньшей мере вдоль одной контурной линии 14 для разделения листа на по меньшей мере одну образующую объект зону А, соответствующую форме слоя объекта, ограниченного соответствующим контуром объекта, и по меньшей мере одну зону В остатков, не требующихся для образования объекта. По меньшей мере часть каждой образующей объект зоны А соединена с образующими объект зонами А смежных листов. Технология обеспечения избирательного соединения, включая выбор клея и способ локализации склеивания желательными участками, в основном не являются критичными с точки зрения удаления остатков согласно данному изобретению.

В целом, способ согласно данному изобретению облегчает удаление зон В остатков в такой системе за счет создания избирательного соединения по меньшей мере в большинстве зон В остатков с зонами В остатков смежных листов 12. Избирательное соединение выполняют так, что из по меньшей мере части зон остатков множества листов образуется множество остаточных элементов 16, не жестко соединенных друг с другом, так что удаление вручную каждого из остаточных элементов инициирует удаление следующего остаточного элемента.

Можно видеть, что способ согласно данному изобретению обеспечивает особенно простое и эффективное решение указанных выше проблем, связанных с удалением остатков. Поскольку остаточные элементы 16 отделены друг от друга на большей части их площади, то их можно легко удалять из области вокруг объекта. В то же время соединение остаточных элементов между собой упрощает их быстрое и последовательное удаление путем вытягивания друг за другом подобно последовательным звеньям цепи или непрерывной длинной полосе или гирлянде. Эти и другие признаки данного изобретения следуют из последующего подробного описания.

Перед переходом к более подробному описанию признаков изобретения целесообразно дать определение некоторым понятиям, используемым в описании. Во-первых, делаются ссылки на плоскости и направления, параллельные или перпендикулярные листам 12. Хотя подразумевается, что любой лист материала имеет конечную толщину и поэтому не образует идеальную плоскость, очевидно, что лист, толщина которого по меньшей мере на два порядка меньше его длины или ширины, можно рассматривать, если он лежит плоско, как плоскость для большинства практических случаев. Если необходима большая точность, то в качестве плоскости рассматривается плоскость, совпадающая с верхней поверхностью листа.

Для простоты описания принимается, что объект 10 образован из листов 16, расположенных горизонтально, и что направление, перпендикулярное листам, является поэтому вертикальным. Однако очевидно, что изобретение никак не зависит от ориентации при его применении.

Что касается более подробно признаков данного изобретения, то в простейшем выполнении можно обеспечить преимущественные свойства способа согласно данному изобретению посредством выполнения одной или нескольких случайно распределенных точек соединения между последовательно накладывающимися друг на друга зонами остатков. Однако в предпочтительном варианте выполнения выбраны одна или несколько схем соединения для облегчения удаления следующих друг за другом остаточных элементов при данной структуре объекта.

В качестве первого примера на фиг.1 показан первый предпочтительный вариант осуществления данного изобретения, согласно которому остаточные элементы 16 имеют в основном плоскую форму, проходящую по существу параллельно листам, и соединены друг с другом в основном в виде Z-образных складок. В данном контексте понятие Z-образные складки используется для обозначения любой конфигурации, в которой зона соединения между последовательными элементами попеременно изменяется между двумя разными зонами, удаленными друг от друга на таком расстоянии, что первая зона служит задней частью первого элемента и передней частью второго элемента, а вторая зона служит задней частью второго элемента и передней частью третьего элемента. В случае приблизительно прямоугольных элементов, соединенных на противоположных концах, образуется структура, которая выглядит как попеременно сложенные друг на друга листы, тем самым оправдывая термин "Z-образная". Однако следует иметь в виду, что Z-образные складки согласно данному изобретению в целом не являются симметричными, часто изменяются по форме и размерам следующих друг за другом элементов в зависимости от формы образуемого объекта. Кроме того, зоны соединения не обязательно находятся у крайних кромок элементов в любом направлении.

В конкретном примере, показанном на фиг.1, элементы соединены на противоположных концах длины остаточных элементов. Величина площади соединения определяется прочностью и весом листового материала и зависит от используемой технологии соединения. Площадь соединения предпочтительно меньше одной трети площади взаимного наложения для обеспечения необходимой гибкости соединения между остаточными элементами. Обычно необходимо соединять менее нескольких процентов площади наложения.

Детали соединения очевидно зависят от используемой технологии соединения. Однако обычно они выполняются аналогично технологии, используемой для создания избирательного соединения внутри контура объекта. Таким образом, если используют избирательное нанесение клея, то клей наносят на противоположные концы смежных листов, служащих поверхностями остаточных элементов. В предпочтительном примере выполнения используется способ разделительного состава, описанный в упомянутой выше публикации WО 99/34976. В этом случае разделительный состав наносят на все зоны остаточного элемента, где нежелательно склеивание.

Следует отметить, что остаточные элементы 16 не обязательно должны быть отдельными листами 12. На практике часто предпочтительно выполнять избирательное соединение зон остатков так, чтобы каждый остаточный элемент 16 был образован из множества зон остатков, соединенных друг с другом на большей части их площади. Таким образом, одновременно удаляются несколько слоев, что делает процесс удаления более эффективным. Соединение нескольких слоев особенно предпочтительно при применении разделительного состава вследствие экономии как времени, необходимого для нанесения разделительного состава, так и количества наносимого разделительного состава. Количество слоев, подлежащих соединению друг с другом для образования каждого остаточного элемента, выбирается в соответствии с толщиной слоев и степенью их гибкости, необходимой во время удаления остатков (это будет пояснено ниже). В большинстве случаев каждый остаточный элемент 16 предпочтительно образован 2-5 листами, соединенными вместе.

На фиг. 2 показан вариант выполнения Z-образных складок, показанных на фиг.1, в котором соединение между остаточными элементами выполнено избирательно вблизи угловой части элементов. Это угловое соединение позволяет придать дополнительный наклон в направлении ширины каждому остаточному элементу при его вытягивании элементом, удаляемым перед ним. Это особенно полезно при удалении Z-образных складок остатка из окружающего материала трехмерного объекта.

Хотя Z-образные складки, указанные выше, во многих случаях эффективно используются без дополнительного разрезания листов 12, данное изобретение также предусматривает варианты выполнения способа, в которых избирательное соединение слоев используют предпочтительно в комбинации с избирательным разрезанием по меньшей мере некоторых зон остатков вдоль по меньшей мере одной разделительной линии 18. Первый ряд примеров этих вариантов выполнения способа показан на фиг.3-5.

На фиг. 3А и 3В показан набор листов 12, в которых горизонтальные остаточные элементы 16 разделены в удлиненную полоску 20, которая проходит по существу спирально. В данном контексте понятие "спирально" используется для обозначения любой формы, которая в основном проходит с наружной периферии зоны остатка к внутренней точке, или наоборот. Очевидно, что спираль не обязательно должна быть обычно круговой или симметричной. Кроме того, во многих случаях может быть предпочтительно использовать спиральную форму, имеющую изменяющуюся ширину полоски 20. Например, если наружная сторона спирали находится смежно со стенкой объекта так, что создается повышенное сопротивление удалению остатка, то предпочтительно использовать более узкую полоску, которую легче удалять. С другой стороны, в центральной части можно повысить эффективность удаления при использовании большей ширины полоски.

Как указывалось выше, в широком смысле это расположение можно также рассматривать как Z-образные складки в этом соединении между последовательными остаточными элементами в противоположных зонах, а именно в наружной и внутренней экстремальных точках спирали.

На фиг. 4А и 4В показана альтернативная форма, в которой полоска 20 проходит по схеме возвратно-поступательного сканирования. Выражение "схема возвратно-поступательного сканирования" используется в данном случае для обозначения схемы, в которой зона покрыта полоской, проходящей взад и вперед в первом направлении поперек площади таким образом, что она перемещается в перпендикулярном направлении. Другими словами, полоска проходит по пути, аналогичному растровому сканированию. В этом случае также очевидно, что форма схемы может быть не прямоугольной, не симметричной и использовать изменяющуюся ширину полоски в зависимости от условий конкретного применения.

Важно отметить, что конфигурации согласно фиг.3 и 4 обеспечивают эффективное решение для различных случаев, которые создают почти непреодолимые проблемы для обычных технологий. В частности, решения, показанные на фиг.3 и 4, допускают объем остатков по существу неограниченного размера для обычного удаления в виде длинной непрерывной полоски или гирлянды произвольной ширины. Это позволяет удалять внутренний объем объекта через сравнительно небольшое отверстие.

В качестве частного примера на фиг.5 показан объект в виде бутылки, из которого удален внутренний объем остатка. В показанном случае максимальная ширина W полоски 20 предпочтительно не более чем примерно одна треть максимального поперечного размера L горизонтальных остаточных элементов. Ширина может быть предпочтительно менее одной десятой L, если это необходимо. В этом случае эффективность также можно при необходимости повысить путем соединения нескольких листов 12 вместе для образования остаточного элемента 16 и тем самым полоски 20 увеличенной толщины. Максимальная толщина остаточного элемента 16, которую можно использовать, зависит от размеров возможного отверстия, а также от степени необходимой гибкости для обеспечения свободного вытягивания полоски через отверстие.

На фиг.6 показан еще один вариант выполнения данного изобретения, согласно которому разделительные линии 18 и избирательное соединение выполнены так, что остаточные элементы 16 окружают блок 22 остатков, так что после удаления остаточных элементов 16 блок 22 остатков можно удалить достаточно просто. Эта конфигурация также уменьшает затраты труда на удаление остатков посредством минимизации объема, который необходимо удалять в виде непрерывной полоски. Дополнительно к этому в предпочтительном варианте выполнения с использованием системы на основе разделительного состава эта конфигурация обеспечивает дополнительные преимущества за счет экономии как времени, необходимого для нанесения разделительного состава, так и количества необходимого разделительного состава. Очевидно, что блок остатков сам может быть разделен на два или более смежных или расположенных на расстоянии друг от друга блоков.

В показанном примере остаточные элементы 16 соединены друг с другом в виде петель в основном спиральной формы, окружающих единственный прямоугольный блок. Понятие "спиральный" используется в данном контексте для обозначения любой формы, которая циклически повторяет замкнутую форму с наложением без требований круговой формы или симметричности.

Следует отметить, что различные варианты данного изобретения, указанные выше, не исключают друг друга. Наоборот, во многих случаях предпочтительно комбинировать различные конфигурации для оптимизации процесса удаления остатков для заданного трехмерного объекта. Например, простые Z-образные складки могут быть предпочтительными для больших по существу целых листов для начального числа слоев. Затем при достижении одного или нескольких полых внутренних пространств схему можно изменить на спиральную или возвратно-поступательную полоску.

Для многих случаев очевидно, что количество не смежных зон остатков изменяется в следующих друг за другом слоях. Когда количество уменьшается, то одна цепочка остаточных элементов обычно заканчивается. Если, с другой стороны, количество не смежных зон остатков увеличивается, то разделительные линии и избирательное соединение предпочтительно выполнены так, чтобы удаление вручную данного остаточного элемента инициировало удаление следующих двух или более остаточных элементов. Пример такой конфигурации показан на фиг.7.

На фиг. 7 показан первый остаточный элемент 16, который соединен так, чтобы вытягивать за собой две отдельные группы остаточных элементов 16а и 16b. В примере, показанном здесь, раздельные группы относятся к типу, описанному применительно к фиг.6, хотя можно также использовать любую конфигурацию, указанную выше.

Как показано на фиг.8А и 8В, оптимизация выбора конфигурации удаляемых остатков может быть иногда затруднена с точки зрения вычисления. В некоторых случаях вычисление может быть упрощено путем деления блока на множество срезов, каждый из которых обрабатывается независимо относительно способов согласно данному изобретению. Результатом обычно является множество узких параллельных Z-образных складочных структур различной длины.

Указанные выше варианты выполнения способа согласно изобретению все основаны на остаточных элементах 16, которые выполнены из одного или более слоев, лежащих горизонтально, т.е. в плоскости самих слоев. Следует отметить, что эти технологии при использовании для обеспечения простого удаления остатков как сверху, так и снизу объекта, достаточны для удаления остатков с широкого спектра объектов различной формы. Главным типом структуры, для которой эти технологии обычно не достаточны, являются объекты, имеющие боковое отверстие, где зоны остатков расположены вертикально между слоями, образующими части объекта. В таких случаях можно использовать комбинации избирательного соединения и разрезания разделительных линий для создания остаточных элементов, расположенных во всем диапазоне не горизонтальных углов, или которые постепенно изменяют угол по мере продвижения в зависимости от конкретных условий каждого применения. В качестве примеров на фиг.9-12 показан ряд решений для боковых отверстий с использованием остаточных элементов 16, проходящих вертикально.

На фиг.9-12 показаны структуры, концептуально аналогичные показанным на фиг.1-8 структурам, однако горизонтальные остаточные элементы на фиг.1-8 заменены остаточными элементами, проходящими по существу перпендикулярно листам. Так, в примере, показанном на фиг.9А-9С, открытое в боковую сторону полое пространство содержит множество зон 16 остатков, каждая из которых разрезана вдоль разделительных линий 18 по горизонтальной зигзагообразной схеме и соединена вертикально со смежными слоями. В результате, как отчетливо показано на фиг. 9В и 9С, боковое отверстие является Z-образной складчатой структурой, в которой каждый остаточный элемент 16 имеет вертикальные стенки, образованные из наложенных друг на друга полосок каждого из относительно большого количества смежных слоев, которые уложены стопкой друг на друга.

На фиг.10 показана аналогичная конфигурация, в которой соединения выполнены только вблизи угловых частей остаточных элементов, как на фиг.2. В этом случае разделительные линии 18 разделяют многие промежуточные слои полностью на отдельные полоски, в то время как самые верхние и самые нижние слои имеют U-образные полоски для образования угловых соединений между смежными элементами 16.

На фиг.11 и 12 показаны варианты выполнения, в которых вертикальные остаточные элементы разделены на полоски по схеме возвратно-поступательного сканирования и на полоски спиральной конфигурации соответственно. Вертикальное разделение достигается с помощью расположенных друг над другом разделительных линий 18, разрезанных в каждом числе следующих друг за другом слоев. Горизонтальное разделение достигается путем избирательного предотвращения соединения между смежными слоями вдоль необходимой части одной полоски. Во всех отношениях, за исключением ориентации остаточных элементов 16, эти варианты выполнения полностью аналогичны указанным выше вариантам выполнения.

Согласно другому варианту выполнения данного изобретения, относящемуся, в частности, к боковым отверстиям, предусмотрена ручка 24 для упрощения удаления первого вертикального остаточного элемента. Как показано на фиг. 9А, разделительные линии 18 и избирательное соединение слоев выполнены так, что образуется ручка 24, соединенная с частями остатков, которые лежат внутри бокового отверстия. В данном случае ручка 24 показана в уже доступном положении за счет удаления других зон остатков, смежных с боковым отверстием. В результате имеется простой доступ к ручке 24 для облегчения удаления частей остатков из бокового отверстия.

Как показано на фиг. 13А и 13В, в некоторых случаях применения, в которых боковое отверстие достаточно узкое или выполнено в форме клина, наличие только ручки 24 может быть уже достаточным для облегчения удаления зон остатков из отверстия без более сложного выполнения остаточных элементов, показанных на фиг.9-12.

Как указывалось выше, принципы данного изобретения не ограничиваются какой-либо частной технологией для достижения избирательного соединения листов 12. Тем не менее, можно считать, что использование технологий, основанных на применении разделительного состава, таких как описаны в упомянутой выше публикации WО 99/34976, обеспечивают несколько преимуществ по сравнению с другими известными технологиями. Поэтому ниже приводится несколько дополнительных признаков данного изобретения, специфичных для таких вариантов выполнения. Следует отметить, что эти признаки не обязательно ограничены использованием в способах для облегчения удаления остатков, описанных выше.

На фиг. 14 и 15 показана простая и эффективная с точки зрения стоимости технология, с помощью которой свойства разделительного состава могут быть достигнуты путем механической абразивной обработки самого листового материала. Так, на фиг.14 схематично показан абразивный инструмент 50, который направляется над поверхностью листа 12 так, чтобы избирательно шлифовать поверхность в зоне 51. Этот процесс имеет комбинированный эффект создания порошкового материала и придания шероховатости поверхности листа. В зависимости от свойств материала листа и используемого клея необходимые свойства разделительного состава могут обеспечиваться с помощью одного или комбинации из двух механизмов действия. Во-первых, порошковый материал, образующийся при шлифовании, может эффективно предотвращать склеивание между листами. Дополнительно к этому или в качестве альтернативного решения при использовании клея с большой вязкостью структура поверхности шероховатого материала листа приводит к сильно уменьшенной площади контактной поверхности для клея, тем самым сильно уменьшая полученное склеивание. Этот названный последним эффект показан схематично на фиг.15.

На фиг.16 показана альтернативная технология нанесения с большой скоростью жидкого разделительного состава. В этом случае широкая печатающая головка 54, предпочтительно работающая на основе струйной технологии нанесения печатной краски, используется для нанесения разделительного состава на поверхность листа по определенной схеме 56. В данном контексте важно подчеркнуть, что использование разделительного состава обеспечивает важные преимущества по сравнению с технологиями, основанными на избирательном нанесении клея. А именно, созданные струей печатной краски структуры получают путем управляемого выброса капель или жидкости через небольшие отверстия. Такие структуры нельзя использовать для густых клеевых составов. Только посредством использования разделительного состава, избирательно нанесенного на заданные места и предотвращающего склеивание, можно использовать высоко эффективную и хорошо разработанную струйную технологию нанесения жидкой печатной краски.

Наконец, на фиг.17-19 показан отличный от обычного подход к изготовлению трехмерных объектов из слоев, при котором сделана попытка достичь полного соединения по всей поверхности наложения контуров объекта смежных слоев. В противоположность этому один вариант данного изобретения обеспечивает технологию и соответствующую структуру для достижения управляемой гибкости готового объекта посредством задания схемы соединенных и не соединенных зон внутри контура объекта.

Ниже приводится описание этого варианта изобретения на примере предпочтительного варианта выполнения, основанного на нанесении разделительного состава, согласно данному изобретению. В данном случае разделительный состав можно избирательно наносить внутри контура трехмерного объекта для обеспечения заданных механических свойств. В частности, на фиг.17 показан объект 10, который должен иметь гибкую часть 52. На фиг.18 и 19 показаны два возможных варианта распределения разделительного состава, которые можно использовать для избирательного увеличения гибкости части 52.

В частности, на фиг.18 разделительный состав наносится на всю поверхность части 52 за исключением решетки из точек. В результате после соединения смежных слоев объекта часть 52 имеет увеличенную гибкость по сравнению с аналогичным числом слоев, соединенных по всей их площади. На фиг.19 показан аналогичный подход, в котором нанесены линии разделительного состава. Последняя конфигурация обеспечивает более направленную гибкость, допускающую более легкий консольный изгиб при одновременном более высоком сопротивлении скручиванию, чем конфигурация согласно фиг.18.

Очевидно, что этот аспект изобретения можно также применять в системе, основанной на избирательном нанесении или активации клея, путем создания избирательного соединения по заданной схеме внутри контуров объекта.

Следует отметить, что приведенные выше варианты выполнения необходимо рассматривать только в качестве примеров и что возможны многие другие варианты выполнения внутри идеи и объема данного изобретения.

Формула изобретения

1. Способ облегчения удаления зон остатков в системе для изготовления трехмерного объекта путем избирательного соединения множества листов гибкого материала, где каждый лист разрезан вдоль по меньшей мере одной контурной линии для разделения листа на по меньшей мере одну образующую объект зону, соответствующую форме слоя объекта, ограниченного соответствующим контуром объекта, и по меньшей мере одну зону остатков, не требующихся для изготовления объекта, при этом по меньшей мере часть каждой образующей объект зоны соединена с образующими объект зонами смежных листов, содержащий создание избирательного соединения по меньшей мере части зон остатков с зонами остатков смежных слоев с образованием по меньшей мере из части зон остатков множества слоев множества остаточных элементов, не жестко соединенных друг с другом, так что удаление вручную каждого из остаточных элементов инициирует удаление следующего из остаточных элементов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит избирательное разрезание множества зон остатков по меньшей мере некоторых листов вдоль по меньшей мере одной разделительной линии.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что разделительные линии и избирательное соединение выполняют с обеспечением расположения остаточных элементов вокруг блока остатков таким образом, что после удаления указанных остаточных элементов обеспечивается возможность простого удаления этого блока остатков.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждый из остаточных элементов по меньшей мере первой группы остаточных элементов имеет в основном плоскую форму, проходящую по существу параллельно листам.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что избирательное соединение выполняют так, что каждый из остаточных элементов первой группы остаточных элементов образован из множества зон остатков, соединенных друг с другом на большей части их площади.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что избирательное соединение выполняют так, что первая группа остаточных элементов соединена по существу в виде Z-образных складок.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что избирательное соединение выполняют так, что смежные остаточные элементы первой группы остаточных элементов соединены друг с другом не более чем на одной трети площади взаимного наложения.

8. Способ по п.4, отличающийся тем, что дополнительно содержит разрезание множества зон остатков по меньшей мере некоторых листов по меньшей мере вдоль одной разделительной линии, причем, когда один остаточный элемент первой группы остаточных элементов имеет максимальный размер L, измеренный параллельно листам, его разделяют разделительными линиями с отделением по меньшей мере одной полоски, которая имеет максимальный поперечный размер W, не превышающий одной трети максимального размера L.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что полоска проходит по существу по спирали.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что полоска проходит по схеме возвратно-поступательного сканирования.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит разрезание множества зон остатков по меньшей мере некоторых листов по меньшей мере вдоль одной разделительной линии, причем каждый остаточный элемент по меньшей мере второй группы остаточных элементов имеет по существу плоскую форму, проходящую по существу перпендикулярно листам.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что избирательное соединение выполняют так, что вторая группа остаточных элементов соединена по существу в виде Z-образных складок.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что избирательное соединение выполняют так, что смежные остаточные элементы второй группы остаточных элементов соединены друг с другом не более чем на одной трети площади взаимного наложения.

14. Способ по п.11, отличающийся тем, что, когда остаточный элемент второй группы остаточных элементов имеет максимальный размер L, измеренный параллельно указанным остаточным элементам, данный элемент разделяют с отделением по меньшей мере одной полоски, которая имеет максимальный поперечный размер W, не превышающий одной трети указанного максимального размера L.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что полоска проходит в основном по спирали.

16. Способ по п. 14, отличающийся тем, что полоска проходит по схеме возвратно-поступательного сканирования.

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что, когда по меньшей мере часть зон остатков расположена внутри бокового отверстия в объекте, дополнительно содержит избирательное разрезание множества зон остатков по меньшей мере некоторых из листов вдоль по меньшей мере одной разделительной линии, при этом разделительные линии и избирательное соединение выполняют так, что из по меньшей мере части зон остатков множества листов, смежных с боковым отверстием, образуется ручка, соединенная с множеством частей остатков, которые находятся внутри бокового отверстия, причем к ручке обеспечивается свободный доступ посредством удаления других частей зон остатков, смежных с боковым отверстием, для облегчения удаления частей остатков из бокового отверстия.

18. Способ облегчения удаления зон остатков в системе для изготовления трехмерного объекта путем избирательного соединения множества листов гибкого материала, где каждый лист разрезан вдоль по меньшей мере одной контурной линии для разделения листа на по меньшей мере одну образующую объект зону, соответствующую форме слоя объекта, ограниченного соответствующим контуром объекта, и по меньшей мере одну зону остатков, не требующихся для изготовления объекта, при этом по меньшей мере часть каждой образующей объект зоны соединена с образующими объект зонами смежных слоев, содержащий: (a) избирательное разрезание множества зон остатков по меньшей мере некоторых листов вдоль по меньшей мере одной разделительной линии и (b) образование избирательного соединения по меньшей мере части зон остатков с зонами остатков смежных слоев, причем разделительные линии и избирательное соединение выполняют так, что по меньшей мере из части зон остатков множества слоев образуется множество остаточных элементов, не жестко соединенных друг с другом, так что удаление вручную каждого из остаточных элементов инициирует удаление следующего остаточного элемента.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что разделительные линии и избирательное соединение выполняют так, что остаточные элементы окружают блок остатков так, что после удаления этих остаточных элементов обеспечивается возможность простого удаления блока остатков.

20. Способ облегчения удаления зон остатков из бокового отверстия в объекте в системе для изготовления трехмерного объекта путем избирательного соединения множества листов гибкого материала, где каждый лист разрезан вдоль по меньшей мере одной контурной линии для разделения листа на по меньшей мере одну образующую объект зону, соответствующую форме слоя объекта, ограниченного соответствующим контуром объекта, и по меньшей мере одну зону остатков, не требующихся для изготовления объекта, при этом по меньшей мере часть каждой образующей объект зоны соединена с образующими объект зонами смежных слоев, содержащий (a) избирательное разрезание множества зон остатков по меньшей мере некоторых листов вдоль по меньшей мере одной разделительной линии и (b) создание избирательного соединения по меньшей мере части зон остатков с зонами остатков смежных слоев, причем разделительные линии и избирательное соединение выполняют так, что по меньшей мере из части зон остатков множества слоев, смежных с боковым отверстием, создается ручка, соединенная с множеством частей остатков, которые лежат внутри бокового отверстия, при этом к ручке обеспечивают простой доступ путем удаления других частей остатков, смежных с боковым отверстием, облегчая удаление частей остатков из бокового отверстия.

Приоритет по пунктам:
09.11.1999 - по пп.1, 4 и 6-10;
07.06.2000 - по пп.2, 3, 5 и 11-20.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19