Способ и устройство для нанесения текучего материала на поверхность

013702 Настоящее изобретение относится к способу и устройству для плоскостного нанесения на подложку текучего материала, в частности порошкового материала, отдельными слоями, наложенными друг на друга. Обычно такие способы и устройства используются для послойного изготовления трехмерных объектов. При этом трехмерный объект изготавливают путем выборочного отверждения последовательных слоев порошкового материала в подходящих местах соответствующего поперечного сечения объекта,например, путем выборочного нанесения связующего средства, ввода связующего средства в слой и выборочного отверждения связующего средства, либо путем выборочного воздействия на данный слой лазерного луча. Из патентного документа WO 00/78485 А 2 известно устройство для нанесения покрытий, предназначенное для плоскостного нанесения на подложку текучего материала отдельными слоями, наложенными друг на друга. Как показано на фиг. 4, устройство 3 для нанесения покрытий содержит дозирующую шахту, которая может возвратно-поступательно перемещаться над подложкой. Дозирующая шахта имеет расположенные на расстоянии друг от друга стенки 4, 5, которые проходят по всей ширине подложки, подлежащей нанесению слоев, и образуют между собой открытую сверху и снизу шахту 6. На нижних концах вблизи поверхности 1 стенки 4, 5 снабжены разглаживающими элементами 7, 8, которые могут быть выполнены, например, в виде резиновых закраин или металлических скребков. В альтернативном варианте разглаживающие элементы изготовлены из керамического материала. Устройство 3 для нанесения покрытий на своих противоположных концах или на одном конце направляется в раме устройства и приводится таким образом, что обеспечивается возможность возвратно-поступательного движения дозирующей шахты над всей поверхностью 1 и нанесения на подложку слоя предварительно заданной толщины. В устройстве предусмотрен стационарный бункер 9 для подачи материала, установленный на раме 10 и также образующий открытую сверху и снизу шахту 13. При работе порошковый материал подается из стационарного бункера в шахту 6 устройства 3 для нанесения покрытий в его конечном положении. При последующем перемещении устройства 3 происходит самовыравнивание текучего порошкового материала в бункере для подачи материала путем образования насыпного конуса. В том случае, когда контейнер для подачи имеет очень большую ширину и при этом относительно узок на глубине, может быть необходимо распределение порошкового материала в бункере с помощью вибраторов или распределительного шнека. Это особенно относится к случаю, когда используется порошковый материал, обладающий низкой текучестью и имеющий очень крутой насыпной конус. При механическом распределении порошкового материала в бункере с помощью распределительного шнека или вибраторов уплотнение материала по длине контейнера весьма различно. В результате при загрузке возвратно-поступательно движущегося контейнера устройства для нанесения покрытий в его конечном положении в него подаются локально различные дозированные количества материала. В конечном счете, это может приводить к различной степени уплотнения материала на локальных участках на месте укладки и к неравномерности качества прочности, отделки и уплотнения компонентов. Для того чтобы избежать неоднородности при повторном заполнении бункера материалом при смешивании нового материала с остатками, которые имеют другую плотность по отношению к вновь подаваемому порошковому материалу, обычно бункер опорожняют полностью, что ведет к потерям материала в отходы. Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании способа и устройства, с помощью которых обеспечивается в значительной степени однородное покрытие поверхности подложки. Решение поставленной задачи достигается за счет способа и устройства, имеющих признаки по пп.1 и 2 формулы изобретения. Согласно изобретению дозирующую шахту устройства для нанесения, выполненного с возможностью возвратно-поступательного перемещения, из которой текучий материал вытекает на подложку или на предыдущий слой, нанесенный на подложку, заполняют непрерывно во время рабочего хода нанесения слоя текучим материалом из встроенного приемного накопителя таким образом, что уровень заполнения в дозирующей шахте во время рабочего хода нанесения слоя остается на предварительно заданном уровне. Приемный накопитель, встроенный в подвижное устройство для нанесения, может быть простым образом пополнен из стационарного устройства для подачи материала. Другое преимущество изобретения заключается в том, что может осуществляться простое пополнение приемного накопителя, например, непосредственно из транспортирующего шнека, поскольку из-за промежуточного положения приемного накопителя в качестве посредника между стационарным устройством для подачи материала и дозирующей шахтой не требуется распределения материала в дозирующей шахте уже в процессе подачи материала из устройства для подачи материала. Более того, согласно изобретению материал может подаваться из стационарного устройства для подачи материала в локально ограниченную область приемного накопителя, в котором материал может распределяться с помощью соответствующего распределительного устройства, такого как транспортирующий шнек, предусмотренного в самом приемном накопителе. Еще одно преимущество состоит в том, что за счет снижения объемов емкостей может быть снижено количество предварительно запасаемого порошкового материала. Благодаря этому может быть сни-1 013702 жено количество отходов, в частности порошковых материалов, с ограниченным сроком использования. Количество отходов также снижается при замене видов порошкового материала. Кроме того, поскольку за счет равномерного распределения порошкового материала в дозирующей шахте не создается колебаний уплотнения по длине дозирующей шахты, больше не требуется полного опорожнения дозирующей шахты по изобретению при дополнительной загрузке порошкового материала,и за счет этого также снижаются отходы материала. Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны предпочтительные примеры осуществления изобретения. На чертежах фиг. 1 схематично изображает устройство для нанесения покрытий со стационарным бункером для подачи материала и поверхность, на которую материал должен быть нанесен равномерным слоем; фиг. 2 схематично изображает элементы устройства по фиг. 1 на виде сбоку; фиг. 3 а изображает в увеличенном виде узел А устройства по фиг. 1; фиг. 3b изображает в увеличенном виде узел А устройства по фиг. 1 в другом примере осуществления; фиг. 3 с изображает в увеличенном виде узел А устройства по фиг. 1 в следующем примере осуществления; фиг. 3d изображает в увеличенном виде узел А устройства по фиг. 1 в следующем примере осуществления; фиг. 4 изображает известное устройство для нанесения покрытий со стационарным бункером для подачи материала и поверхность, на которую должен быть нанесен материал. Согласно изобретению для плоскостного нанесения на подложку 50 текучего материала, в частности дисперсного (состоящего из частиц) или порошкового материала, отдельными наложенными друг на друга слоями подвижное устройство 20 для нанесения заполняют текучим материалом из стационарного бункера 10 для подачи материала, причем устройство 20, из которого заполняющий его материал выходит непрерывными слоями и равномерно распределяется, выполнено с возможностью возвратнопоступательного перемещения над подложкой 50. Для этого устройство 20 для нанесения снабжено приемным накопителем, из которого дозирующая шахта заполняется таким образом, что уровень текучего материала в дозирующей шахте во время перемещения устройства для нанесения остается постоянным. Для того чтобы наносить друг на друга равномерные последовательные слои, в которых далее соответствующие поперечные сечения изготавливаемого трехмерного объекта должны быть выборочно соединены или отверждены, например в случае применения для опытных образцов, в способе по изобретению условия нанесения слоев поддерживаются постоянными. Эти условия предварительно заданы уровнем заполнения и видом материала, имеющегося в дозирующей шахте. За счет равномерного и постоянного распределения текучего материала в дозирующей шахте может обеспечиваться то, что на выходе дозирующей шахты текучий материал всегда подается с равномерным давлением и в равномерных количествах для нанесения на подложку в виде слоя. Для соблюдения этих условий устройство 20 для нанесения содержит приемный накопитель 24, дозирующую шахту 30 и предпочтительно вибрационное устройство 40. В предпочтительных примерах выполнения приемный накопитель 24 представляет собой открытый сверху удлиненный контейнер прямоугольного поперечного сечения. На нижнем краю продольной стенки приемного накопителя 24, которая при нанесении слоев покрытия совершает возвратнопоступательное движение, выполнена выпускная щель 26, проходящая по всей длине стенки. Предпочтительно данная стенка 25 прямоугольного контейнера выполнена наклонной, спускающейся к щели 26. За счет этого пространство для приема текучего материала имеет форму воронки или раструба в поперечном сечении. Предпочтительно это поперечное сечение одинаково по всей длине приемного накопителя для лучшего обеспечения использования заполняющего его материала. Приемный накопитель 24 расположен над дозирующей шахтой 30, а щель 26 расположена таким образом, что через нее текучий материал может вытекать в дозирующую шахту 30. Предпочтительно дозирующая шахта 30 также имеет открытое сверху раструбное поперечное сечение. На нижнем конце дозирующей шахты выполнена выпускная щель, через которую текучий материал может вытекать на подложку 50, на которую должен быть нанесен слой материала. Как приемный накопитель 24, так и дозирующая шахта 30 имеют длину, которая, по меньшей мере,достаточна, чтобы полностью перекрыть ширину подложки 50. Далее, в предпочтительном примере выполнения сбоку от дозирующей шахты 30 и под приемным накопителем 24 предусмотрено вибрационное устройство 40. Вибрационное устройство 40 может быть выполнено, например, в виде вибрационного бруса. За счет возбуждения колебаний как в дозирующей шахте, так и в приемном накопителе 24 обеспечивается возможность равномерного распределения текучего материала в дозирующей шахте 30 или в приемном накопителе 24 и его равномерное вытекание. В конечном положении устройства для нанесения выше края подложки 50 можно предусмотреть устройство для заполнения приемного накопителя 24 текучим материалом. Как показано на фиг. 1 и 2,для этого может быть предусмотрен стационарный бункер 10 для подачи материала, в котором предусмотрено достаточное количество текучего материала, по меньшей мере, для нанесения на подложку-2 013702 слоев, необходимых для конкретного объекта. Положение этого стационарного бункера 10 для подачи материала по отношению к продольной протяженности приемного накопителя 24 может быть выбрано произвольно. Согласно предпочтительному примеру осуществления по фиг. 2 это положение находится вблизи одного из боковых концов приемного накопителя 24. Подачей текучего материала из стационарного бункера 10 для подачи материала можно управлять, например, с помощью клапана 12. После подачи текучего материала из стационарного бункера 10 в приемный накопитель 24 в предпочтительном примере выполнения он может распределяться по всей длине приемного накопителя 24 с помощью распределительного устройства 22, такого как шнек. Альтернативно вместо стационарного бункера 10 для подачи материала может быть предусмотрена конвейерная лента или простой транспортирующий шнек для подачи текучего материала. Предусмотрена также возможность распределять текучий материал по длине приемного накопителя 24 уже при его перегрузке из стационарного бункера 10 для подачи материала в приемный накопитель. В этом случае можно обойтись без распределительного устройства в самом приемном накопителе. В зависимости от длины/ширины подложки, а следовательно, и размера приемного накопителя и его высоты может оказаться достаточным создать в приемном накопителе на ограниченном участке насыпной конус,материал которого, например, посредством вибрации распределяется по всему приемному накопителю,так что выпускная щель 26 остается постоянно заполненной материалом. Количество текучего материала, загружаемого из стационарного бункера 10 для подачи материала в приемный накопитель 24, должно быть, по меньшей мере, настолько большим, чтобы при поддержании постоянного уровня заполнения в дозирующей шахте 30 можно было нанести на подложку 50 по меньшей мере один слой при возвратнопоступательном перемещении устройства 20 для нанесения. Особенность изобретения состоит в обеспечении возможности при нанесении материала поддерживать постоянным или, по меньшей мере, почти постоянным уровень заполнения дозирующей шахты, из которой материал течет на поверхность, для получения равномерного слоя без локальных колебаний толщины. На фиг. 3a-3d представлены различные примеры выполнения устройства для нанесения, в частности, в отношении конструктивного выполнения выпускной щели 26, через которую текучий материал вытекает из приемного накопителя 24 в дозирующую шахту 30. В данных примерах с помощью различных конструкций может поддерживаться постоянный уровень заполнения в дозирующей шахте 30. На фиг. 3 а показан простой пример выполнения с саморегулированием. Текучий материал в устройстве 20 для нанесения равномерно распределяется внутри приемного накопителя и дозирующей шахты благодаря вибрации, создаваемой вибрационным устройством 40. Ширина щели 26 выбрана такой,что из приемного накопителя 24 через щель 26 в дозирующую шахту 30 вытекает, по меньшей мере,столько материала, сколько его вытекает из дозирующей шахты на поверхность 50. За счет этого в дозирующей шахте достигается уровень заполнения, который доходит примерно до верхней ограничительной кромки щели 26. При этом материал в дозирующей шахте 30 блокирует щель 26 и, соответственно, выход материала из приемного накопителя 24. Однако когда материал вытекает из дозирующей шахты 30 вниз на поверхность 50, он может дополнительно поступать из приемного накопителя 24 в дозирующую шахту 30. Таким образом, в дозирующую шахту всегда поступает именно столько материала, сколько вытекает из него. В примере выполнения по фиг. 3b по всей длине щели 26 в нее встроен валик 27, в частности, приводимый во вращение. Зазор между днищем приемного накопителя 24 и валиком 27 меньше щели, через которую материал может вытекать из дозирующей шахты 30 на поверхность 50. Вследствие этого уровень заполнения снижался бы при нанесении слоя материала на поверхность 50. За счет привода валика 27 во вращение по стрелке можно обеспечить регулирование потока между днищем приемного накопителя и валиком 27 в зависимости от скорости движения устройства для нанесения. Таким путем могут быть скоординированы количество материала, вытекающего из дозирующей шахты, и количество материала, поступающего по валику в дозирующую шахту, и за счет этого может поддерживаться постоянный уровень заполнения дозирующей шахты. На фиг. 3 с показан следующий пример выполнения устройства в области щели 26. Этот пример выполнения аналогичен примеру по фиг. 3b с той разницей, что здесь количество материала, текущего из приемного накопителя 24 в дозирующую шахту 30, регулируется приводной конвейерной лентой 28, которая проходит по всей длине щели 26 у днища приемного накопителя 24 и побуждает текучий материал к вытеканию через щель 26. Здесь также щель 26 меньше отверстия, через которое материал вытекает из дозирующей шахты 30. За счет этого количество проходящего через щель 26 материала может регулироваться таким образом, что уровень заполнения в дозирующей шахте остается постоянным. Кроме того, в данном примере выполнения можно обойтись без наклонного днища 25 в том случае, если лента 28 заменяет днище по всей ширине. При этом через щель 26 лента 28 подает также тот материал, который находится в приемном накопителе 24 на удалении от щели 26. В примерах выполнения по фиг. 3b и 3 с может использоваться датчик или ряд датчиков (не представлены), которые определяют уровень заполнения в дозирующей шахте. Выходной сигнал датчика,соответствующий уровню заполнения, может передаваться на устройство управления (не представлено),которое регулирует текущую скорость вращения валика 27 или движения ленты 28 в соответствии с тре-3 013702 бованиями постоянного уровня заполнения дозирующей шахты 30. На фиг. 3d показан следующий пример выполнения. Здесь с помощью заслонки 29 может регулироваться высота, то есть ширина щели 26 для регулирования расхода материала из приемного накопителя в дозирующую шахту. За счет этого при использовании принципа осуществления устройства по фиг. 3 а расход материала через щель может настраиваться на различные материалы или различную толщину слоев, наносимых на поверхность 50. С другой стороны, может быть предусмотрена возможность активного регулирования расхода материала через щель 26 при нанесении слоя для поддержания постоянного уровня заполнения дозирующей шахты. Здесь также может быть предусмотрен датчик, определяющий уровень заполнения и передающий сигнал на устройство управления. Кроме того, может оказаться предпочтительным выполнение регулируемой по углу наклона донной стенки 25 приемного накопителя, наклонно спускающейся к щели 26, чтобы обеспечить возможность настройки устройства для нанесения на различные текучие материалы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ плоскостного нанесения на подложку текучего дисперсного материала отдельными наложенными друг на друга слоями для изготовления трехмерного объекта путем выборочного отверждения последовательных слоев, при котором из приемного накопителя (24), заполненного материалом, вводят текучий дисперсный материал в удлиненную и имеющую в поперечном сечении форму раструба дозирующую шахту (30) по всей ее длине,дозирующую шахту (30) перемещают возвратно-поступательно над подложкой, а находящийся в ней дисперсный материал во время перемещения выходит из щели на нижней стороне дозирующей шахты (30) и распределяется равномерным слоем на подложке, причем текучий дисперсный материал предварительно равномерно распределяют в приемном накопителе (24),перемещают поступательно приемный накопитель (24) совместно с дозирующей шахтой (30), а дозирующую шахту (30) во время перемещения заполняют текучим зернистым материалом таким образом,что уровень заполнения в дозирующей шахте (30) остается постоянным. 2. Устройство (20) для плоскостного нанесения на подложку текучего дисперсного материала отдельными наложенными друг на друга слоями, выполненное с возможностью возвратно-поступательного перемещения над подложкой, содержащее удлиненную дозирующую шахту (30) с расположенным внизу щелевидным выпускным отверстием, из которого текучий дисперсный материал во время перемещения устройства для нанесения может выходить в виде непрерывного слоя, и расположенный над дозирующей шахтой (30) открытый сверху приемный накопитель (24), который снабжен распределительным устройством (22) для равномерного распределения внутри приемного накопителя загруженного в приемный накопитель дисперсного материала и из которого загруженный материал может дозированно подаваться в дозирующую шахту (30) таким образом, что в дозирующей шахте (30) во время выхода зернистого материала поддерживается предварительно определенный уровень заполнения.