NO20181233A1 - Modellerings jigg - Google Patents

Description

Patentbeskrivelse

Oppfinnelsen angår en Modellerings jigg som er et verktøy for å skape eller gjenskape tredimensjonale figurer gjennom plassering av små byggeklosser manualt eller ved bruk av CNC(Computer Numerical Control) i en jigg, for senere å hefte byggeklossene sammen.

Bakgrunnen for oppfinnelsen er oppfinners frustrasjon med dagens 3d printing teknologi. Dette være SLA, DLP, FDM, SLS, SLM, EBM, LOM. Utfordringen med dagens metoder for å bygge tredimensjonale figurer er at prosessene er veldig tidkrevende og hver enkelt teknologi er begrenset med tanke på valg av ulike materialer og farger, om man ikke ønsker å kjøpe en komplisert maskin til flere millioner kroner. Dagens 3d printer teknologier har en eller annen form for sløsing. Med sløsing menes material som går til svinn fordi man ikke kan utnytte alt materialet til figuren man ønsker å bygge og unødvendig bruk av energi. Bruk av byggematerial til å støtte opp figuren under bygging er en form for sløsing. En annen form for sløsing er material som må kastes etter bruk. Pulver brukt i SLS og SLM er et eksempel der pulveret oftest kan brukes kun en eller to ganger før det må kastes. Det samme gjelder SLA, men her er det væske som blir brukt og ikke pulver. SLA og FDM er eksempler på 3d printer teknologier som trenger støttende material for visse typer geometrier. SLA, FDM, SLS, SLM, EBM og LOM kan vanskelig gjennskapes med manuelt arbeid. Det finnes riktig nok håndholdte verktøy for bl.a. FDM man kan lage figurer med, men det er veldig krevende å gjennskape noe nøyaktig.

Ved å bruke CNC styring til å plassere byggeklosser i oppfinnelsen modellerings jigg kan en 3d printe prosess gå veldig raskt sammenlignet med dagens 3d printer teknologi. Det er to grunner for dette. Den første grunnen er at materialet som printes blir holdt på plass middlertidig av Modellerings jiggen og den andre er at man slipper å binde byggeklossene sammen underveis samtidig som man bygger en modell. Modellerings jiggen gjør at nøyaktigheten er uavhengig av hvor fort man plasserer byggeklossene og man slepper å bruke tid underveis for å hefte material sammen. En annen fordel ved å kombinere oppfinnelsen modellerings jigg med CNC styring og således lage en 3d printer, i forhold til andre 3d printere, er at man kun trenger å forholde seg til to akser x og y ved plassering av material og hvert enkelt punkt i xy planet trenger kun en passering, da man kan plassere material og støttematerial for hele høgden til figuren samtidig for hvert punkt. Dette fører til mye mindre vandring, som igjenn fører til mindre tidsbruk og ferre koder til å drive cnc programmet for modellen.

Det er disse to grunnene som også gjør det mulig å bruke oppfinnelsen Modellerings jigg manuelt uten å måtte ha noen spesiell form for motoriske ferdigheter for å plassere byggeklossene på plass. Dette gjør at oppfinnelsen kan brukes av barn og voksne til å skape alt fra spesiallagde lekeklosser til avanserte prototyper bestående av forskjellige material og farger.

Modellerings jiggen består av en matrise som er delt inn i avlange kammer. Disse kammerene fylles med byggeklosser og støtteklosser. Støtteklossene inngår ikke i modellen som skapes, men fungerer som støttematerial der det er behov for dette og kan brukes opp igjen. Et verktøy, fra her benevnt som overføreren, blir brukt for å flytte byggeklossene og støtteklossene inne i matrisen over til et varmekammer. I varmekammeret blir materialet fra de små kammerene presset sammen av overføreren. I varmekammeret varmes byggeklossene opp til en temperatur som gjør at byggeklossene hefter seg til hverandre. Prosessen ved å få byggeklossene til å hefte til hverandre kan best beskrives med sintring. Varmekammeret settes her inn i en ovn for oppvarming, men varmeelement kan bygges inn i oppfinnelsen. Ikke alletyper materia som byggeklossene kan bestå av behøver oppvarming. For eksempel kan byggeklossene bestå av plastalin. I så tilfelle er det nok at overføreren klemmer byggeklossene sammen i varmekammeret for å få heftelse mellom byggeklossene. Inne i varmekammeret er det en plate kalt ekstraktoren. Denne er løs og brukes for å tømme varmekammeret etter at byggeklossene har heftet til hverandre. Dette skjer ved å skubbe på ekstraktoren gjennom et hull i varmekammeret.

Oppfinnelsen Modellerings jigg diskriminerer ikke på type material som blir brukt til å bygge modeller. Så lenge varmekammeret til modellerings jiggen er laget av et material som tåler temperaturen man må opp i for å sammenføye byggeklossene modellen skal bestå av. Prosessen kan adopterest til byggeklosser av nesten hvilket som helst material.Dette være termoplast, metalliske material, fiber, legeringer osv. Det hindrer heller ikke bruken av flere typer material samtidig. Dette gjør at man for eksempel kan printe med mange forskjellige PLA farger samtidig og oppnå en figur med mange farger. Et annet eksempel er å kombinere plaster med forskjellige mekaniske egenskaper som TPU og PLA. Ved TPU vil man få et mykere og mer fleksibelt området, hvor PLA gir en hardere og stivere egenskap. En grensesprengende mulighet med oppfinnelsen modellerings jigg er å åpne for er kombinasjonen av for eksempel metall og plast. Oppfinnelsen åpner opp for at man kan armere svakere material med metall og fiber. Dette er noe ingen andre 3d printere kan gjøre i dag så vidt oppinneren bekjent. Byggeklossene kan lages i ulike lengder som eksempelvis kan være gunstig når man ønsker lengre byggeklosser for armering.

Ved for eksempel å omslutte en lenger byggeklosse av stål med byggeklosser av plast, vil plasten hefte til stålet i varmekammeret og således danne en komposittfigur

Byggeklossene bør ha samme profil som de avlange kammerene i matrisen for mest mulig nøyaktighet. Byggeklossene kan være en kontinuerlig streng/rull, lignende det man ser fra fillament brukt til FDM printing, som kuttes i ønsket lengde eller byggeklossene kan være pellets med bestemte lengder og samme profil som matrisens kammer. Både byggeklosser og kammer kan lages med forskjellige typer profiler. I tilfelle man har et overheng i modellen man ønsker å lage kan man bruke støtteklosser for å støtte opp byggeklossene frem til heftelse mellom byggeklossene.

Disse støtteklossene er ment å ikke hefte til byggeklossene, slik at man kan fjerne støtteklossene etter byggeklossene har heftet til hverandre. Støtteklossene kan brukes om igjen. Materialet til støtteklossene vil være avhengig av materialet på byggeklossene. Ved bruk av plast som byggeklosser kan glass eller kjeramikk være egnet støtteklosse material. Det kan da være lurt at støtteklossene er behandlet på en slik måte at overflaten lett slipper tak til byggeklossene

I dette dokumentet er en kvadratisk profil illustrert. Et annet eksempel på profil kan være «honeycomb». En slik 6-kantet profil vil kunne øke styrken mellom lagene i vertikal rettning betraktelig da skøytene ikke vil ligge i samme plan. Hvilken som helst annen form kan brukes. Det skal nevnes at det finnes profiler som er mindre ideelle som for eksempel en sirkulær profil, da det kan føre til tomrom mellom byggeklossene/støtteklossene etter overføring til varmekammeret, og til slutt føre til uønskede tomromm inne i figuren eller at figuren ikke får de endelige dimensjonene man hadde forventet. Bruk av byggeklosser i forskjellige lengder kan også være med på å redusere problem med svekket egenskap mellom sammenføyningslagene, som er en stor utfordring med dagens 3d printere.

Det fine med oppfinnelsen modellerings jigg er at den kan brukes til alt fra et leketøy for barn 3+ (lignende noby) -til å kombineres med CNC styring og dermed skape en 3d printer som er rask og effektiv i forhold til dagens 3d printer teknologi.

Beskrivelse av figurer(16 totalt)

For figur 1 til og med 9 er 1 for varmekammeret, 2 for matrisen, 3 for overføreren, 4 for føringshylsen, 5 for stempelet, 6 for ekstraktoren.

Figur 1 er en illustrasjon av oppfinnelsen modellerings jigg sett liggende fra siden.

Figur 2 viser snitt A-A fra figur 1. I denne konfigurasjonen plasseres byggeklossene i modellerings jiggen som skal bli til en 3 dimensjonal figur inn i matrisen. Føringshylsen er plassert på en flat overflate med høgre ende ned. Overføreren settes inni føringshylsen som vist på figur. Matrisen føres så inn i føringshylsen hvor den stopper mot innvendig kant i føringshylsen som hindrer at den sklir ned til bunnen. Overføreren har nå entret inn i de avlange kammer i matrisen. Disse kammerene er beskrevet i figur 13.

Figur 3 Viser hvor man plasserer varmekammeret og stempelet for å overføre materialet inni matrisen over til varmekammeret. Stempelet plasseres på en flat flate hvor høgre ende er ned. Føringshylsen med overføreren og matrisen trees på stempelet. Varmekammeret trees på matrisen.

Figur 4 Viser snitt B-B av figur 3. Før varmekammeret tres på matrisen, legges en ekstraktor oppå matrisen. Denne ekstraktoren brukes for å få material ut av varmekammeret etter den 3 dimensjonale figuren er ferdig støpt. I tillegg er det en del vekt på ekstraktoren som gjør at den forhindrerer at byggeklossene/støtteklossene endrer posisjon i det man overfører klossene til varmekammeret. Viss denne ekstraktoren ikke lå oppå kunne en ugjevn bevegelse, fororsaket av for eksempel friksjon, ført til at byggeklossene/støtteklossene forflyttet seg i forhold til hverandre.

Figur 5 Viser snitt C-C fra figur 3.

Figur 6 Viser oppfinnelsen, hvor føringshylsen har blitt presset ned over stempelet. Når matrisen er tom vil stempelet være kant i kant med føringshylsen i det overføreren butter mot byggeklossene/støtteklossene som butter mot ekstraktoren som butter mot varmekammeret.

Figur 7 Viser snitt D-D av figur 6. Overføreren er laget av et fleksibelt material, for eksempel tpu, som gjør at den kan presses sammen inne i varmekammeret.

Figur 8 Viser varmekammeret klart for oppvarming, med ekstraktoren i bunnen

Figur 9 Viser snitt E-E av figur 8.

Figur 10 Viser Varmekammeret.

Figur 11 Viser Varmekammeret sett fra toppen. Spor (1) stemmer overens med utvendige spor i matrisen. Skråkant (2) er med på å føre byggeklossene/støtteklossene tett isammen i det de overføres fra matrisen til varmekammeret. Hullet (3) er laget for å enklere tømme varmekammeret etter at byggeklossene er heftet sammen.

Figur 12 Viser snitt A-A av figur 11. Tallhenvisning er likt med figur 11.

Figur 13 Viser matrisen. Utvendige spor (1) stemmer overens med spor i varmekammeret og føringshylsen. Avlange kammer (2) i matrisen holder byggeklossene/støtteklossene middlertidig på plass. Utvendige spor (1) bunner ut i innvemdige spor i føringshylsen og gjør at matrisen stopper i øvre del av føringshylsen.

Figur 14 Viser føringshylsen. Øvre ende har spor (1) som stemmer overens med sporene i matrisen

Figur 15 Viser føringshylsen sett ovenfra. Spor (1) er samme som i figur 14. Nedre kant (2) gjør at overføreren ikk an passere gjennom bunnen av føringshylsen

Figur 16 Viser snitt A-A av figur 15. Her ser man mer tydelig hvor sporene(1) stopper nært øvre ende av føringshylsen og hvordan nedre kant (2) danner en stoppkant i nedre ende av føringshylsen

Claims (5)

Patentkrav.

1. Modellerings jigg består av et varmekammer(1), en matrise(2), en overfører (3), en føringshylse(4), et stempel(5) og en ekstraktor(6) ,ref. figur 1-9, hvor byggeklosser og støtteklosser føres inn i matrisens(2) avlange kammer, manuelt eller ved cnc styring, for å bygge en figur som kan bestå av kombinasjon av flere typer material og farger, som videre overføres til varmekammeret(1) ved hjelp av en overfører(3) hvor byggeklossene og støtteklossene blir presset sammen og byggeklossene hefter til hverandre ved hjelp av varme og/eller trykk for å skape en figur.

2. Modellerings jigg i følge krav 1, karakteriseres ved at matrisen (2), ref. figur 1-9, har avlange kammer(2), ref. figur 13, som har samme profil som byggeklossene og støtteklossene, hvor denne profilen kan ha hvilken som helst ønskelig kontur.

3. Modellerings jigg i følge krav 1-2, karakteriseres ved et varmekammer(1) med et innvendig tverrsnittsareal lik summen av tverrsnittet til kammerene i matrisen (2) og identisk form med formen som de ytterste kammerene i matrisen(2) skaper, som gjør at byggeklossene og støtteklossene blir liggende helt intill hverandre etter at overføreren (3) har flyttet dem over til varmekammeret(1), ref. figur 1-9

4. Modellerings jigg i følge krav 1-3, karakteriseres ved at kammerene (2) ref. figur 13 kan utformes med en profil som gjør at skøytene mellom byggeklossene ikke danner et plant plan, for eksempel en honeycomb struktur.

5. Modellerings jigg i følge krav 1-4, karakteriseres ved at byggeklossene kan lages av uilike lengde og således hindre at alle skøyter ligger i samme plane plan vertikalt mellom byggeklossene.