BE1023316B1

BE1023316B1 - Systemen en werkwijzen voor het optimaliseren van contactpunten van boomvormige steunen bij additive manufacturing

Info

Publication number: BE1023316B1
Application number: BE2015/5527A
Authority: BE
Inventors: Gert Claes; Den Bogaert Tim Van
Original assignee: Materialise Nv
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2017-02-02
Also published as: BE1023316A1; DE102015011110A1

Abstract

Systemen en werkwijzen voor het optimaliseren van contactpunten van boomvormige steunen bij additive manufacturing worden beschreven. De systemen en werkwijzen gaan gepaard met het analyseren van een object ter bepaling van benodigde steunen en het definiëren van een stam voor een boom vormige steun. De stam wordt verankerd aan een platform en verbindingspunten worden bepaald voor ten minste één tak van de boomvormige steun. Vervolgens kunnen verbindingstypes en -parameters voor takverbindingen met het oppervlak van het object worden geselecteerd en de ten minste ene tak wordt dan verbonden aan het oppervlak van het deel en de stam om de boomvormige steun te creëren.

Description

Systemen en werkwijzen voor het optimaliseren van contactpunten van boomvormige steunen bij additive manufacturing

Achtergrond van de uitvinding Toepassingsgebied van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft in het algemeen betrekking op technieken van additive manufacturing en/of driedimensionaal (3d) printen.

Beschrijving van de betrokken technologie

Technieken van additive manufacturing en/of driedimensionaal printen bieden de mogelijkheid om driedimensionale objecten te produceren, direct uitgaande van door middel van een computer gegenereerde bestanden. De technieken van additive manufacturing bieden vaak de mogelijkheid om zowel eenvoudige als complexe objecten te produceren zonder verdere bewerking.

In een aantal technieken van additive manufacturing kunnen bij het proces van het vormen of genereren van het driedimensionale object hoge hoeveelheden spanningen en belastingen worden gelegd. Thermische en/of mechanische spanningen en/of belastingen kunnen optreden als gevolg van de hoge temperatuur van een energiebron die wordt gebruikt bij het genereren van het driedimensionale object. Het geproduceerde object kan tevens worden onderworpen aan mechanische spanningen en/of belastingen als gevolg van de eigenschappen van het in het proces van additive manufacturing specifiek gebruikte materiaal. Deze eigenschappen kunnen het krimpen of uitzetten van het materiaal bevatten, optredend wanneer het materiaal wordt behandeld.

In één specifiek voorbeeld treden sterke spanningen en/of belastingen op bij de verwerking van metaal en metaalpoeders bij gebruik van verwerkingstechnieken zoals direct metal lasersinteren, laserharden, en selectief lasersmelten of -sinteren. Deze spanningen en/of belastingen van het object kunnen ertoe leiden dat bepaalde delen van het object zich vervormen tijdens de constructie, wat kan leiden tot een fout bij het vormen of tot een object dat gebreken vertoont. Dienovereenkomstig is het soms gunstig om in de loop van het vormingsproces steunen te gebruiken om het object op zijn plaats te houden en/of om vervormingen te voorkomen.

Bij gebruik van een steun om het object op zijn plaats te houden en/of om vervormingen van het object te voorkomen, treden een aantal problemen op. Het kan bijvoorbeeld duur zijn om een steun te creëren die groot genoeg is om het driedimensionale object te ondersteunen, als gevolg van de kost van de materialen die nodig zijn om de steun te genereren. Voorts is het verwijderen van de steun van het object in de loop van de naverwerking nadat het object is geproduceerd een dure zaak, kan het een residu op het object achterlaten en/of kan het het object schade toebrengen.

Tegen de achtergrond van deze en andere door de uitvinders vastgestelde gebreken, bestaat een behoefte aan systemen en werkwijzen voor het optimaliseren van contactpunten van boomvormige steunen bij additive manufacturing.

Samenvatting

Tal van implementeringen van systemen, werkwijzen en inrichtingen die vallen binnen het toepassingsgebied van de bijgevoegde conclusies vertonen elk verschillende aspecten, waarvan geen enkele uitsluitend verantwoordelijk is voor de in deze tekst beschreven gewenste attributen. Zonder het toepassingsgebied van deze aanvraag zoals tot uiting gebracht in de volgende conclusies te willen beperken, zullen in wat volgt een aantal belangrijke kenmerken worden beschreven. Na deze beschrijving te hebben overwogen, in het bijzonder na het lezen van het hoofdstuk met de naam "Gedetailleerde beschrijving van bepaalde uitvoeringsvormen van de uitvinding", zal worden begrepen hoe de eigenschappen van deze uitvinding verschillende voordelen bieden in vergelijking met de klassieke systemen en werkwijzen van additive manufacturing en driedimensionaal printen.

In één uitvoeringsvorm worden systemen en werkwijzen voor het optimaliseren van contactpunten voor boomvormige steunen bij additive manufacturing beschreven. De systemen en werkwijzen gaan gepaard met het analyseren van een object ter bepaling van benodigde steunen en het definiëren van een stam voor een boomvormige steun. De stam wordt verankerd aan een platform en verbindingspunten worden bepaald voor ten minste één tak van de boomvormige steun. Vervolgens kunnen verbindingstypes en -parameters voor takverbindingen met het oppervlak van het object worden geselecteerd en de ten minste ene tak wordt dan verbonden aan het oppervlak van het deel en de stam om de boomvormige steun te creëren.

Beknopte beschrijving van de tekeningen

Deze en andere eigenschappen, aspecten en voordelen van de in deze publicatie beschreven uitvinding worden beschreven in wat volgt onder verwijzing naar de tekeningen van voorkeursuitvoeringsvormen die illustratief zijn bedoeld en die niet zijn bedoeld om de uitvinding te beperken. Bovendien werden in de verschillende figuren dezelfde verwijzingsgetallen gebruikt om dezelfde componenten van een geïllustreerde uitvoeringsvorm aan te duiden. Hierna volgt een beknopte beschrijving van elk van de tekeningen.

Figuur 1 is een blokdiagram dat voorziet in een illustratie op hoog niveau van een systeem dat kan worden gebruikt voor het ontwerpen en produceren van driedimensionale (3D-) objecten.

Figuur 2 is een functioneel blokdiagram van één voorbeeld van een computer uit figuur 1.

Figuur 3 is een voorbeeld op hoog niveau van een proces voor de productie van een driedimensionaal object.

Figuur 4 is een schematische illustratie van een driedimensionale printmachine die kan worden gebruikt voor het uitvoeren van de in deze tekst beschreven technieken volgens één of meerdere uitvoeringsvormen.

Figuur 5 is een blokdiagram op hoog niveau van verschillende aspecten van een systeem van additive manufacturing dat kan worden gebruikt voor het toepassen van verschillende in deze tekst beschreven uitvoeringsvormen.

Figuur 6 is een blokdiagram dat een gedetailleerder zicht biedt op de 3D-gegevensvoorbereidings- en STL-editingmodule van figuur 5.

Figuur 7 is een blokdiagram dat een gedetailleerder zicht biedt op de deelsteun- en verankeringsmodule van figuur 6.

Figuur 8 is een grafische illustratie van een elementaire boomvormige steun die kan worden gebruikt ter ondersteuning van zones van een object dat wordt onderworpen aan spanningen of belastingen in de loop van een proces van additive manufacturing.

Figuur 9 is een grafische illustratie van een op maat gemaakte boomvormige steun die kan worden gebruikt in overeenstemming met één of meerdere uitvoeringsvormen.

Figuur 10 is een voorbeeld van een grafische gebruikersinterfaceomgeving die kan worden gebruikt ter definitie van één of meerdere parameters van de stam van een boomvormige steun in overeenstemming met één of meerdere uitvoeringsvormen.

Fig. 11A-11D bieden een voorbeeld van een grafische gebruikersinterface-omgeving die kan worden gebruikt ter definitie van één of meerdere parameters van de takken van een boomvormige steun in overeenstemming met één of meerdere uitvoeringsvormen. Figuur 12 is een stroomschema dat een proces illustreert waarmee een object kan worden geproduceerd met gedefinieerde boomvormige steunen in overeenstemming met één of meerdere uitvoeringsvormen.

Figuur 13 is een stroomschema dat een proces illustreert ter selectie van verbindingstypes en -parameters voor takverbindingen met het oppervlak van het deel in overeenstemming met één of meerdere uitvoeringsvormen.

Gedetailleerde beschrijving van bepaalde uitvoeringsvormen van de uitvinding

De volgende gedetailleerde beschrijving en de bijgevoegde figuren zijn gericht op bepaalde specifieke uitvoeringsvormen. De in om het even welke specifieke context beschreven uitvoeringsvormen zijn niet bedoeld om deze publicatie te beperken tot de gespecificeerde uitvoeringsvorm of tot om het even welke specifiek gebruik. De mensen uit het vak zullen begrijpen dat de beschreven uitvoeringsvormen, aspecten en/of kenmerken niet beperkt zijn tot om het even welke specifieke uitvoeringsvormen. De in deze tekst beschreven inrichtingen, systemen en werkwijzen kunnen worden ontworpen en geoptimaliseerd om te worden gebruikt in een veelheid van domeinen.

De verwijzing in het geheel van deze specificatie naar "één uitvoeringsvorm", "een uitvoeringsvorm", "sommige aspecten", "een aspect" of "één aspect" betekent dat een specifiek kenmerk, een specifieke structuur of een specifieke eigenschap die is beschreven in verband met de uitvoeringsvorm of het aspect is vervat in ten minste één van de uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding. De uitdrukkingen "in één uitvoeringsvorm", "in een uitvoeringsvorm", "sommige aspecten", "een aspect" of "één aspect" wanneer die voorkomen op verschillende plaatsen in het geheel van deze specificatie verwijzen dus niet per se alle naar dezelfde uitvoeringsvorm of hetzelfde aspect, hoewel dat toch ook het geval kan zijn. Bovendien kunnen de specifieke kenmerken, structuren of eigenschappen worden gecombineerd op om het even welke geschikte wijze, zoals dat duidelijk zal zijn voor de mensen uit het vak, en wel in één of meerdere combinaties of aspecten. Bovendien, terwijl sommige in deze tekst beschreven uitvoeringsvormen of aspecten enkele maar niet alle in andere uitvoeringsvormen of aspecten vervatte kenmerken bevatten, zijn combinaties van kenmerken van verschillende uitvoeringsvormen of aspecten bedoeld als vallende binnen het toepassingsgebied van de uitvinding, en vormen zij, zoals dat zal worden ingezien door de mensen uit het vak, verschillende uitvoeringsvormen of aspecten. Bij wijze van voorbeeld kunnen in de bijgevoegde conclusies om het even welke van de eigenschappen van de in de conclusies beschreven uitvoeringsvormen of aspecten worden gebruikt in om het even welke combinatie.

De mensen uit het vak zullen begrijpen dat de in deze tekst beschreven technieken en werkwijzen kunnen worden uitgevoerd met gebruik van verschillende systemen van additive manufacturing en/of driedimensionaal (3D-) printen. Op soortgelijke wijze kunnen de producten die worden gevormd door de in deze tekst beschreven technieken en werkwijzen worden gevormd door middel van verschillende systemen en materialen van additive manufacturing en/of driedimensionaal printen. In het algemeen starten technieken van additive manufacturing of driedimensionaal printen van een digitale voorstelling van het te vormen driedimensionale object. Gewoonlijk wordt de digitale voorstelling verdeeld in een reeks doorsnedelagen die op elkaar worden gelegd om het object als geheel te vormen. De lagen vertegenwoordigen het driedimensionale object en kunnen worden gegenereerd met gebruik van modelleerprogrammatuur voor additive manufacturing, uitgevoerd door een computerinrichting. De software kan bijvoorbeeld computer aided design and manufacturing (CAD/CAM)-software bevatten. Informatie over de doorsnedelagen van de driedimensionale object kunnen worden opgeslagen in de vorm van doorsnedegegevens. Een machine of systeem van additive manufacturing of driedimensionaal printen maakt gebruik van de doorsnedegegevens met oog op het laag na laag vormen van het object. Op dezelfde wijze maakt additive manufacturing of driedimensionaal printen mogelijk dat driedimensionale objecten worden geproduceerd, direct uitgaande van door middel van de computer gegenereerde gegevens, bijvoorbeeld computer aided design (CAD)-bestanden. Additive manufacturing of driedimensionaal printen biedt de mogelijkheid om zowel eenvoudige als complexe objecten te produceren zonder verdere bewerking en zonder de noodzaak om verschillende onderdelen nog te assembleren.

Voorbeelden van additive manufacturing en/of driedimensionaal printen zijn onder andere stereolithografie, selective laser sintering, fused deposition modeling (EDM), op folie gebaseerde technieken e.d. Stereolithografie ("SLA"), bij wijze van voorbeeld, maakt gebruik van een recipiënt met vloeibaar fotopolymeer "hars" om een object één laag per keer te vormen. Elke laag bevat een doorsnede van het object dat moet worden gevormd. Eerst wordt een laag hars afgezet over de hele vormzone. Een eerste laag hars kan bijvoorbeeld worden afgezet op een basisplaat van een systeem van additive manufacturing. Vervolgens tast een elektromagnetische straal een specifiek patroon af op het oppervlak van het vloeibare hars. De elektromagnetische straal kan worden afgeleverd in de vorm van één of meerdere laserstralen die door de computer worden gestuurd. De blootstelling van het hars aan de elektromagnetische straal verhardt het patroon dat wordt gevolgd door de elektromagnetische straal en maakt dat het hars zich gaat hechten aan de laag eronder. Nadat een laag hars is gepolymeriseerd, daalt het platform af met de dikte van één enkele laag en wordt een volgende laag hars afgezet. Op elke laag hars wordt een patroon gevolgd, en het nieuw gevolgde laagpatroon gaat zich hechten aan de vorige laag. Door dit proces te herhalen kan een volledig driedimensionaal object worden gevormd. Het verharde driedimensionale object kan worden verwijderd van het SLA-systeem en verder worden bewerkt in de naverwerking.

Selective laser sintering ("SLS") is een andere techniek van additive manufacturing die gebruikmaakt van een laser met hoog vermogen of een andere geconcentreerde energiebron om kleine fuseerbare partikels van het verhardbare materiaal te fuseren. In een aantal uitvoeringsvormen kan selective laser sintering ook "selectief lasersmelten" worden genoemd. In een aantal uitvoeringsvormen kan de laser met hoog vermogen een koolstofdioxidelaser zijn voor gebruik in de verwerking van bij wijze van voorbeeld polymeren. In een aantal uitvoeringsvormen kan de laser met hoog vermogen een vezellaser zijn voor gebruik in de verwerking van bij wijze van voorbeeld metalen materialen. De mensen uit het vak zullen begrijpen dat in een aantal uitvoeringsvormen ook andere types laser met hoog vermogen kunnen worden gebruikt, op basis van de specifieke toepassing. De partikels kunnen worden gefuseerd door de partikels samen te sinteren of te lassen met gebruik van de laser met hoog vermogen. De kleine fuseerbare partikels van het verhardbare materiaal kunnen worden gemaakt van kunststofpoeders, polymeerpoeders, metaal (direct metal laser sintering)-poeders, of keramiekpoeders (bij wijze van voorbeeld glaspoeders e.d.). De fusie van deze partikels levert een object op dat een gewenste driedimensionale vorm vertoont. Een eerste laag poedermateriaal kan bijvoorbeeld worden afgezet op een basisplaat. Een laser kan worden gebruikt om de eerste laag poedermateriaal selectief te fuseren door middel van het scannen van het poedermateriaal met het oog op het creëren en vormen van een eerste doorsnedelaag van het driedimensionale object. Nadat elke laag is gescand en elke doorsnedelaag van het driedimensionale object is gevormd, kan het poederbed met één laag dikte worden verlaagd, kan een nieuwe laag poedermateriaal bovenop de vorige laag worden afgezet, en kan het proces worden herhaald tot de productie voltooid is en het object is gegenereerd. De doorsnedelagen van het driedimensionale object kunnen worden gegenereerd met gebruik van een digitale driedimensionale beschrijving van het gewenste object. De driedimensionale beschrijving kan worden geleverd door een CAD-bestand of door middel van gescande gegevens die in een computerinrichting worden ingevoerd. Het verharde driedimensionale object kan worden verwijderd van het SLS-systeem en verder worden bewerkt in de naverwerking.

Tot systemen van additive manufacturing of driedimensionaal printen horen, zonder daartoe te zijn beperkt, verschillende implementeringen van SLA- en SLS-technologie. De gebruikte materialen kunnen bevatten, zonder daartoe te zijn beperkt: polyurethaan, polyamide, polyamide met additieven zoals glas- of metaalpartikels, resorbeerbare materialen zoals polymeer-keramiek composieten, enz. Voorbeelden van in de handel verkrijgbare materialen zijn onder andere: de materialen van de DSM Somos®-reeks 7100, 8100, 9100, 9420, 10100, 11100, 12110, 14120 en 15100 van DSM Somos; de lijnen materialen Accura Plastic, DuraForm, CastForm, Laserform en VisiJet van 3-Systems; aluminium-, kobalt-chroom- en roestvrij stalen materialen; maragingstaal; nikkellegering; titanium; de PA-materialenlijn, PrimeCast-en PrimePart-materialen en Alumide en CarbonMide van EOS GmbH.

Verschillende aspecten zullen nu worden beschreven onder verwijzing naar specifieke vormen of uitvoeringsvormen die zijn geselecteerd om illustratieve doeleinden. Het zal duidelijk zijn dat de geest en de omvang van de in deze tekst beschreven objecten niet beperkt is tot de geselecteerde uitvoeringsvormen. Bovendien moet worden opgemerkt dat de bijgevoegde tekeningen niet zijn getekend volgens enige specifieke verhouding of op enige schaal, en dat aan de geïllustreerde uitvoeringsvormen tal van aanpassingen kunnen worden doorgevoerd. In wat volgt worden korte introducties beschreven met betrekking tot enkele van de kenmerken die gemeenschappelijk kunnen zijn aan de in deze tekst beschreven uitvoeringsvormen.

Figuren 1-4 bieden een voorbeeld van algemene systemen en werkwijzen die kunnen worden gebruikt voor de additive manufacturing van driedimensionale objecten. Initieel onder verwijzing naar figuur 1 wordt voorzien in een voorbeeld van een systeem 100 voor het ontwerpen en produceren van driedimensionale objecten en/of producten. Het systeem 100 kan worden geconfigureerd om de in deze tekst beschreven technieken te ondersteunen. Het systeem 100 kan bijvoorbeeld worden geconfigureerd met het oog op het ontwerpen en produceren van een driedimensionaal object en een overeenkomstig steunsysteem zoals om het even welke van de in wat volgt met meer details beschreven driedimensionale objecten en overeenkomstige steun-systemen. In een aantal uitvoeringsvormen kan het systeem 100 één of meerdere computers 102a-102d bevatten. De computers 102a-102d kunnen verschillende vormen aannemen, zoals bijvoorbeeld om het even welk werkstation, om het even welke server of enige andere computerinrichting die informatie kan verwerken. De computers 102a-102d kunnen worden verbonden door middel van een computernetwerk 105. Het computernetwerk 105 kan het internet zijn of een LAN (local area network), een WAN (wide area network), of om het even welk ander type netwerk. De computers kunnen over het computernetwerk 105 met elkaar communiceren door middel van om het even welke geschikte communicatietechnologie of om het even welk geschikt communicatieprotocol. De computers 102a-102d kunnen gegevens uitwisselen door informatie te verzenden en te ontvangen, bijvoorbeeld software, digitale voorstellingen van driedimensionale objecten, commando's en/of instructies om een inrichting van additive manufacturing te bedienen, enz.

Het systeem 100 kan voorts één of meerdere inrichtingen van additive manufacturing 106a en 106b bevatten. Deze inrichtingen van additive manufacturing kunnen de vorm aannemen van 3D-printers of om het even welke andere productie-inrichtingen zoals in het vak bekend. In het in figuur 1 geïllustreerde voorbeeld is de inrichting van additive manufacturing 106a verbonden aan de computer 102a. De inrichting van additive manufacturing 106a is eveneens verbonden aan de computers 102a-102c door middel van het netwerk 105 dat de computers 102a-102d met elkaar verbindt. Ook de inrichting van additive manufacturing 106b is door middel van het netwerk 105 verbonden aan de computers 102a-102d. De mensen uit het vak zullen begrijpen dat een inrichting van additive manufacturing zoals de inrichtingen 106a en 106b direct kunnen worden verbonden aan een computer 102, aan een computer 102 kunnen worden verbonden door middel van een netwerk 105, en/of aan een computer 102 kunnen worden verbonden via een andere computer 102 en door middel van het netwerk 105.

Hoewel een specifieke computer- en netwerkconfiguratie is beschreven in figuur 1, zullen de mensen uit het vak eveneens begrijpen dat de in deze tekst beschreven technieken van additive manufacturing kunnen worden geïmplementeerd met gebruik van een configuratie met één enkele computer die de inrichting van additive manufacturing 106 controleert en/of ondersteunt, zonder dat daarvoor een computernetwerk vereist is.

Onder verwijzing naar figuur 2 wordt voorzien in een meer gedetailleerde illustratie van de computer 102a uit figuur 1. De computer 102a bevat een processor 210. De processor 210 bevindt zich in datacommunicatie met verschillende computercomponenten. Tot deze componenten kunnen een geheugen 220 horen evenals een invoerinrichting 230 en een uitvoerinrichting 240. In een aantal uitvoeringsvormen kan de processor eveneens communiceren met een network interface card 260. Hoewel beschreven als een afzonderlijke component, moet duidelijk zijn dat de functionele blokken die zijn beschreven met betrekking tot computer 102a geen verschillende structurele elementen moeten zijn. Bij wijze van voorbeeld kunnen de processor 210 en de network interface card 260 worden opgenomen in één enkele chip of één enkel bord.

De processor 210 kan een universele processor zijn of een processor voor digitale signalen (digital signal processor, DSP), een toepassings-specifieke geïntegreerde schakeling (application specific integrated circuit, ASIC), een veld-programmeerbaar gate-array (field programmable gate array, FPGA) of een andere programmeerbare logische eenheid, een afzonderlijke poort of transistor, afzonderlijke hardwarecomponenten, of om het even welke combinatie daarvan, om de in deze tekst beschreven functies uit toe voeren. Een processor kan eveneens worden geïmplementeerd als een combinatie van computerapparatuur, bijvoorbeeld een combinatie van een DSP en een microprocessor, een veelheid van microprocessoren, één of meerdere microprocessoren in combinatie met een DSP-kern, of om het even welke andere dusdanige configuratie.

De processor 210 kan worden gekoppeld, via één of meerdere bussen, om informatie te lezen uit, of te schrijven naar, het geheugen 220. De processor kan bijkomend, of als een andere mogelijkheid, geheugen bevatten, bijvoorbeeld processorregisters. Het geheugen 220 kan processor cache bevatten, met inbegrip van een multi-level hiërarchische cache waarin verschillende niveaus verschillende mogelijkheden en verschillende toegangssnelheden vertonen. Dit geheugen 220 kan voorts een willekeurig toegankelijk lees/schrijfgeheugen (random access memory, RAM), bevatten evenals andere inrichtingen met een vluchtig geheugen of inrichtingen met een niet-vluchtig geheugen. De gegevensopslag kan bestaan uit harde schijven, optische schijven zoals compact discs (cd's) of digital video discs (dvd's), flashgeheugen, diskettes, magnetische band, en Zip-drives.

De processor 210 kan eveneens worden gekoppeld aan een invoerinrichting 230 en een outputinrichting 240 om resp. invoer te krijgen van, en output te leveren aan, een gebruiker van de computer 102a. Geschikte invoerinrichtingen zijn onder andere, zonder daartoe te zijn beperkt, een toetsenbord, een rollerball, knoppen, toetsen, schakelaars, aanwijsapparatuur, een muis, een joystick, een afstandsbedieningstoestel, een infrarooddetector, een stemherkenningssysteem, een barcodelezer, een scanner, een videocamera (mogelijk gekoppeld met beeldverwerkende software om bijvoorbeeld hand- of gezichtsbewegingen te detecteren), een bewegingsdetector, een microfoon (mogelijk gekoppeld met geluidsverwerkende software om bijvoorbeeld stem-commando's te detecteren), of om het even welke andere inrichting die geschikt is om gegevens door te geven van een gebruiker aan een computer. De invoerinrichting kan ook de vorm aannemen van een met het display geassocieerd touchscreen, waarbij in dit geval een gebruiker reageert op informatie die op het display wordt weergegeven door het scherm aan te raken. De gebruiker kan informatie in de vorm van tekst invoeren door middel van een invoerinrichting zoals een toetsenbord of de touchscreen. Geschikte outputinrichtingen zijn onder andere, zonder daartoe te zijn beperkt, visuele outputinrichtingen, met inbegrip van schermen en printers, audio-outputinrichtingen, met inbegrip van luidsprekers, koptelefoons, oortelefoons en alarmen, inrichtingen van additive manufacturing en haptische outputinrichtingen.

De processor 210 kan voorts worden gekoppeld aan een network interface card 260. De network interface card 260 bereidt gegevens die zijn gegenereerd door de processor 210 voor op verzending via een netwerk in overeenstemming met één of meerdere datatransmissieprotocols. De network interface card 260 kan eveneens worden geconfigureerd met het oog op het decoderen van door het netwerk ontvangen gegevens. In een aantal uitvoeringsvormen kan de network interface card 260 een zender, een ontvanger of zowel een zender als een ontvanger bevatten. Op basis van de specifieke uitvoeringsvorm kunnen de zender en de ontvanger bestaan uit één enkele geïntegreerde component of kunnen ze twee afzonderlijke componenten zijn. De network interface card 260 kan zijn uitgevoerd in de vorm van een universele processor of een processor voor digitale signalen (digital signal processor, DSP), een toepassingsspecifieke geïntegreerde schakeling (application specific integrated circuit, ASIC), een veld-programmeerbaar gate-array (field programmable gate array, FPGA) of een andere programmeerbare logische eenheid, een afzonderlijke poort of transistor, afzonderlijke hardwarecomponenten, of om het even welke combinatie daarvan om de in deze tekst beschreven functies uit toe voeren.

Met gebruik van de onder verwijzing naar figuren 1 en 2 hiervoor beschreven inrichtingen kan een proces van additive manufacturing worden toegepast om een driedimensionaal object of een driedimensionale inrichting te produceren. Figuur 3 is een illustratie van één zulk proces. In het bijzonder geeft figuur 3 een algemeen proces 300 weer voor de productie van een driedimensionaal object en overeenkomstig steunsysteem, zoals die met meer details zullen worden beschreven onder verwijzing naar de figuren 5-19.

Het proces vangt aan bij stap 305, waar een digitale voorstelling van het te produceren driedimensionale object wordt ontworpen met gebruik van een computer, bij wijze van voorbeeld de computer 102a. In een aantal uitvoeringsvormen kan een tweedimensionale voorstelling van het object worden gebruikt om het driedimensionale model van de inrichting te creëren. Als een andere mogelijkheid kunnen driedimensionale gegevens in de computer 1102a worden ingevoerd om te helpen bij het ontwerpen van de digitale voorstelling van het driedimensionale object. Het proces gaat door tot stap 310, waar informatie wordt verzonden van de computer 102a naar een inrichting van additive manufacturing, bijvoorbeeld de inrichting voor additive manufacturing 106. Vervolgens, bij stap 315, begint de inrichting voor additive manufacturing 106 met de productie van het driedimensionale object door een proces van additive manufacturing uit te voeren met gebruik van daarvoor geschikte materialen. Geschikte materialen zijn onder andere, zonder daartoe te zijn beperkt, polypropyleen, thermoplastisch polyurethaan, polyurethaan, acrylonitril-butadieen-styreen (ABS), polycarbonaat (PC), PC-ABS, polyamide, polyamide met additieven zoals glas- of metaalpartikels, methyl methacrylaat-acrylonitril-butadieen-styreen copolymeer, resorbeerbare materialen zoals polymeer-keramiek composieten, en andere soortgelijke geschikte materialen. In een aantal uitvoeringsvormen kunnen in de handel verkrijgbare materialen worden gebruikt. Deze materialen kunnen bijvoorbeeld zijn: de materialen van de DSM Somos®-reeks 7100, 8100, 9100, 9420, 10100, 11100, 12110, 14120 en 15100 van DSM Somos; de materialen ABSplus-P430, ABSi, ABS-ESD7, ABS-M30, ABSM30i, PC-ABS, PC-ISO, PC, ULTEM 9085, PPSF en PPSU van Stratasys; de lijnen materialen Accura Plastic, DuraForm, CastForm, Laserform en VisiJet van 3D Systems; aluminium-, kobalt-chroom- en roestvrij stalen materialen; maragingstaal; nikkellegering; titanium; de PA-materialenlijn, PrimeCast-en PrimePart-materialen en Alumide en CarbonMide van EOS GmbH. Met gebruik van de geschikte materialen beëindigt de inrichting van additive manufacturing dan het proces bij stap 320 waar het driedimensionale object wordt gegenereerd.

Met gebruik van een proces 300 dat wordt beschreven onder verwijzing naar figuur 3 kunnen een driedimensionaal object en een overeenkomstig steunsysteem worden geproduceerd door middel van een driedimensionale printmachine die één of meerdere technieken van additive manufacturing implementeert. Figuur 4 is een schematische illustratie van één voorbeeld van een driedimensionale printmachine 400 die kan worden gebruikt voor het uitvoeren van de in deze tekst beschreven processen en/of technieken. In een aantal uitvoeringsvormen beantwoordt de driedimensionale printmachine 400 aan één van de inrichtingen van additive manufacturing 106a of 106b zoals die worden geïllustreerd in figuur 1. De driedimensionale printmachine 400 kan worden geconfigureerd met het oog op het uitvoeren van selective laser sintering om een driedimensionaal object te genereren. De driedimensionale printmachine 400 kan een recipiënt 405 bevatten met verhardbaar materiaal, bij wijze van voorbeeld een poedermateriaal 407. Het poedermateriaal 407 bevat een veelheid van partikels poeder die ten minste ten dele samen worden gefuseerd wanneer ze worden getroffen door een energiebron 410, bijvoorbeeld één of meerdere door een computer gecontroleerde laserstralen. De partikels kunnen worden gemaakt van kunststofpoeders, polymeerpoeders, metaal-poeders (direct metal laser sintering), keramiekpoeders, glaspoeders, e.d. De energiebron 410 kan een programmeerbare energiebron zijn die kan worden geconfigureerd met het oog op het toepassen van verschillende hoeveelheden energie tegen verschillende snelheden en bij een verschillende spoed op het poedermateriaal 407. De energiebron 410 kan bij wijze van voorbeeld een laser met hoog vermogen zijn, of een koolstofdioxidelaser. Een controller 420 kan de energiebron 410 controleren. In een aantal uitvoeringsvormen stemt de controller 420 overeen met één van de computers 102a-102d geïllustreerd in figuur 1 en/of de processor 210, geïllustreerd in figuur 2. De mensen uit het vak zullen begrijpen dat in een aantal uitvoeringsvormen de driedimensionale printmachine 400 ook kan worden geconfigureerd met het oog op het uitvoeren van stereolithografie of om het even welke andere techniek van additive manufacturing voor het genereren van een driedimensionaal object en dat de recipiënt 405 een ander type van het verhardbare materiaal kan bevatten, bijvoorbeeld een vloeibaar hars.

In een aantal uitvoeringsvormen wordt een digitale voorstelling van het te vormen driedimensionale object in de driedimensionale printmachine 400 ingevoerd. Met gebruik van de digitale voorstelling van het te vormen driedimensionale object kan automatisch een digitale voorstelling van een steunsysteem voor het specifieke driedimensionale object worden gegenereerd door de controller 420 en/of andere hardware of software. De digitale voorstellingen van het te vormen driedimensionale object en het overeenkomstige steunsysteem worden onderverdeeld in een reeks doorsnedelagen die op elkaar kunnen worden gelegd om op die wijze het object en het steunsysteem te vormen. Gegevens die de doorsnedelagen voorstellen kunnen worden opgeslagen in één of meerdere computerbestanden. De controller 405 kan deze gegevens gebruiken om het object en het steunsysteem laag na laag te vormen. De gegevens van de doorsnedelagen van het driedimensionale object en het steunsysteem kunnen worden gegenereerd met gebruik van een computersysteem en computer aided design and manufacturing (CAD/CAM)-software.

De gegevensbestanden voor het driedimensionale object en het steunsysteem kunnen worden geprogrammeerd of in de driedimensionale printmachine 400 worden ingevoerd. Een eerste laag van het poedermateriaal 407 kan worden afgezet op een basisplaat 430. Op basis van de ingevoerde gegevensbestanden kan de driedimensionale printmachine 400 de door de computer gecontroleerde energiebron 410 leiden over het oppervlak van de eerste laag van het poedermateriaal 407 om een eerste doorsnedelaag te genereren van het driedimensionale object evenals een eerste doorsnedelaag van elke steunstructuur van het steunsysteem. Bij wijze van voorbeeld kan een laser met hoog vermogen worden gebruikt met het oog op het selectief fuseren van de partikels van de laag door middel van het sinteren of lassen van de partikels om de eerste doorsnedevorm te creëren van het driedimensionale object evenals de eerste doorsnedelaag van elke steunstructuur van het steunsysteem. De basisplaat 430 en het object kunnen vervolgens worden verlaagd tot een diepte die beantwoordt aan de gewenste dikte van de volgende doorsnedelaag van het object. Een roller of een ander transportmechanisme kan ertoe leiden dat een volgende laag poedermateriaal 407 wordt afgezet uit een reservoir (niet op de tekening) in de recipiënt 405 over de vorige doorsnedelaag. De controller 420 kan vervolgens de energiebron 410 richten op de volgende laag poedermateriaal 407 met het oog op het genereren van de volgende doorsnedelaag van het driedimensionale object en de volgende doorsnedelaag van elke steunstructuur van het steunsysteem. Het proces kan worden herhaald tot de vorming voltooid is en het object en het steunsysteem zijn gegenereerd.

De objecten die zijn gevormd door middel van de algemene technieken van additive manufacturing zoals hiervoor beschreven, vertonen een neiging om af te wijken van de gewenste afmetingen van het object. Zo kunnen bijvoorbeeld hoge hoeveelheden spanningen en belastingen optreden in de loop van het vormen of genereren van het driedimensionale object door middel van de technieken van additive manufacturing. Bij wijze van voorbeeld kunnen thermische en/of mechanische spanningen en/of belastingen optreden in de loop van een SLS-proces als gevolg van een hoge temperatuur van een energiebron die wordt gebruikt bij het genereren van het driedimensionale object. Bij wijze van voorbeeld kunnen sterke temperatuurverschillen optreden als gevolg van het smelten van de in het SLS-proces gebruikte poeders, bijvoorbeeld uit metaal-legeringen bestaande poeders, en deze temperatuurverschillen kunnen worden leiden tot thermische spanningen en/of belastingen op het object. Ook kunnen interne mechanische spanningen en/of belastingen in het object zelf worden veroorzaakt als gevolg van de eigenschappen van het specifiek gebruikte materiaal. Deze mechanische spanningen en/of belastingen kunnen bijvoorbeeld de vorm aannemen van het krimpen of uitzetten van het materiaal dat wordt gebruikt om het object vormen wanneer dat materiaal wordt gescand door de energiebron. Sterke spanningen en/of belastingen van het object kunnen ertoe leiden dat bepaalde delen van het object zich vervormen tijdens de constructie, wat kan leiden tot een onderbreking van de productie of tot een inaccuraat object of een object dat gebreken vertoont. Bij wijze van voorbeeld kan een poedercoater in een SLS-machine een vervormd gedeelte van het object raken en/of kan de dimensionele accuraatheid van het object op negatieve wijze worden beïnvloed.

Verschillende steunen kunnen worden gebruikt om het object op zijn plaats te houden en/of om vervormingen van het object te voorkomen in de loop van het vormingsproces. Bij het gebruik van deze steunen kunnen evenwel problemen rijzen. Het kan bijvoorbeeld duur zijn om een steun te creëren die stabiel genoeg is om het driedimensionale object te ondersteunen, als gevolg van de kost van de materialen die nodig zijn om de steun te genereren. Voorts is het verwijderen van de steun van het driedimensionale object in de loop van de naverwerking nadat het object is geproduceerd een dure zaak, kan het een residu op het object achterlaten en/of kan het het object schade toebrengen. Op dit ogenblik worden boomvormige steunen gebruikt om delen te ondersteunen. In de meeste gevallen is de verbinding een rechte lijn tussen de top van de stam en het contactpunt, of verbinding, op het deel. Als gevolg daarvan is elke takverbinding verschillend aangezien elke verbinding is gepositioneerd tegen een verschillende hoek. Indien de steunen niet op uniforme wijze zijn verbonden aan het oppervlak van het deel, kan het deel echter worden beschadigd wanneer de steun wordt verwijderd.

Tegen de achtergrond van de genoemde tekortkomingen hebben de uitvinders vastgesteld dat er een behoefte bestaat aan systemen en werkwijzen om de contactpunten van boomvormige steunen bij additive manufacturing te optimaliseren om te voorzien in een uniforme verbinding tussen bomen en het object, of deel, om een schone en eenvoudige verwijdering van de boom te vergemakkelijken die beschadiging van het deel minimaliseert. Met het oog daarop worden in deze tekst nieuwe en inventieve systemen en werkwijzen voorgesteld. In ten minste één uitvoeringsvorm van de uitvinding kan de tak van een boomvormige steunsysteem worden ontworpen om al dan niet een afbreekpunt te vertonen. De afbreekpunten kunnen worden verbonden aan het deel op een wijze: (1) loodrecht op het verbindingspunt; (2) verticaal (loodrecht ten opzichte van het platform); of (3) op de taklijn.

Met gebruik van de inventieve systemen en werkwijzen kan een gebruiker eveneens de lengte van een bepaalde tak specificeren. Bovendien kan de gebruiker de hoek definiëren volgens dewelke de tak aan het deel is verbonden. Aangezien een gebruiker de verbinding van elke tak aan het deel kan definiëren, kan de gebruiker zorgen voor uniforme verbindingen. Deze eigenschap blijkt uiterst nuttig bij gebruik van boomvormige steunen als inlaten voor het ingieten van zilver en goud om metalen structuren te creëren, bijvoorbeeld juwelen. De hoek tussen de tak en het oppervlak van het deel beïnvloedt de instroom van materiaal wanneer dit in een matrijs wordt gegoten.

Betere verbindingen tussen de takken en het deel reduceren uiteindelijk het voor de afwerking benodigde werk. De afwerking gaat gepaard met een brede waaier aan processen die worden uitgevoerd door de meeste sectoren die metalen delen produceren. Typischerwijs voeren produceren de afwerking uit nadat een metalen deel werd gevormd. De afwerking kan bestaan uit om het even welke bewerking of industrieel proces dat het oppervlak van een werkstuk verandert om een bepaalde eigenschap te verkrijgen. Algemene metalen afwerkingen gaan gepaard met verf, lak, keramiekcoatings en andere oppervlaktebehandelingen. Afwerkingsprocessen kunnen worden gebruikt ter verbetering van het voorkomen, adhesie, bevochtigbaarheid, soldeerbaarheid, corrosiebestendigheid, etsweerstand, chemische resistentie, slijtvastheid, hardheid, aanpassing van elektrische geleidbaarheid, verwijdering van bramen en andere oppervlaktegebreken, en ter controle van de wrijvingsweerstand. Wanneer alle verbindingen dezelfde zijn en alle zones op dezelfde wijze kunnen worden behandeld, kan de uit te voeren afwerking efficiënter worden uitgevoerd.

Onder verwijzing naar figuur 5 wordt een blokdiagram geïllustreerd met verschillende functionele componenten van een systeem 500 van additive manufacturing, geschikt voor het voorzien van verbeterde boomvormige steunen in het productieproces. Het systeem 500 van additive manufacturing kan verschillende modules bevatten die 3D-printfunctionaliteit bieden. In het in figuur 5 geïllustreerde voorbeeld bevat het 3D-productiesysteem 500 een 3D-ontwerpmodule 502. De 3D-ontwerpmodule 502 neemt in het algemeen de vorm aan van een verzameling computersoft- en hardware die helpt bij de creatie, aanpassing, analyse of optimalisering van een driedimensionaal geprint ontwerp. De 3D-ontwerpmodule 502 kan computer aided design (CAD)-software bevatten met 3D-ontwerp- en modelleermogelijkheden.

Het 3D-productiesysteem 500 kan tevens een 3D-gegevensvoorbereidings- en STL-editingmodule 504 bevatten. De 3D-gegevens-voorbereidings- en STL-editingmodule 504 overbrugt typischerwijs het ontwerpen productieproces. De 3D-gegevensvoorbereidings- en STL-editingmodule 504 kan diverse vormen aannemen. In een aantal uitvoeringsvormen kan ze bestaan uit gespecialiseerde software, geconfigureerd met het oog op het draaien op een speciale of algemene computerinrichting. In een aantal uitvoeringsvormen kan de 3D-gegevensvoorbereidings- en STL-editingmodule een softwarepakket zijn, bijvoorbeeld Magics van Materialise uit Leuven (België).

Het systeem 500 van additive manufacturing kan voorts een 3D-productie- en vormingsmodule 506 bevatten. De 3D-productie- en vormingsmodule 506 neemt in het algemeen de vorm aan van een verzameling computersoft- en hardware die het vormingsproces van een driedimensionaal geprint object controleert. In een aantal uitvoeringsvormen kan de 3D-productie-en vormingsmodule 506 een vormingsprocessor zijn die is geconfigureerd met het oog op het controleren van een inrichting van additive printing. In andere uitvoeringsvormen kan de 3D-productie- en vormingsmodule een softwareoplossing inhouden zoals AutoFab van Materialise nv (Leuven, België). De 3D-productie- en vormingsmodule kan zijn geconfigureerd met het oog op het transfereren van algemene vormgegevens naar een machine van additive manufacturing, bijvoorbeeld vormingsklare schijfgegevens of als een andere mogelijkheid STL-gegevens, afhankelijk van de interface van de machine-controlesoftware. De machinecontrolesoftware, die deel kan uitmaken van de vormingsmodule 506 dan wel afzonderlijk voorzien, kan de vormgegevens vertalen voor het straalcontroleprogramma voor het vormingsproces. De inrichting van additive manufacturing kan vervolgens het ontworpen product laag na laag produceren in het geselecteerde materiaal.

Onder verwijzing naar figuur 6 wordt de 3D-gegevens-voorbereidings- en STL-editingmodule 504 van figuur 5 weergegeven met meer details. De 3D-gegevensvoorbereidings- en STL-editingmodule 504 kan verschillende submodules bevatten die zijn geconfigureerd met het oog op het uitvoeren van diverse functies binnen de 3D-gegevensvoorbereidings- en STL-editingmodule 504. De 3D-gegevensvoorbereidings- en STL-editingmodule 504 kan bijvoorbeeld een 3D-ontwerpinvoermodule 601 bevatten. De 3D-ontwerpi-nvoermodule kan verschillende processen en functies bevatten, geconfigureerd met het oog op het invoeren van gegevens uit een CAD-systeem naar een driedimensionaal printbaar formaat zoals STL. Hoewel de specifieke voorbeelden in deze tekst algemeen zijn gericht op STL-geformatteerde 3D-modellen, zullen de mensen uit het vak begrijpen dat ook andere 3D-printbestandformaten kunnen worden gebruikt ter uitvoering van één of meerdere in deze tekst beschreven uitvoeringsvormen. Deze formaten kunnen zijn, zonder daartoe te zijn beperkt, 3dmlw (3D Markup Language for Web), ACP (VA Software), VA (Virtual Architecture CAD file), Ashlar-Vellum Argon (3D Modeling), CCM (CopyCAD Model), CATProcess (CATIA V5 Manufacturing document), DWG (AutoCAD and Open Design Alliance applications, Autodesk Inventor Drawing file), EASM (SolidWorks eDrawings assembly file), GLM (KernelCAD model), IPN (Autodesk Inventor Presentation file), PRT — (NX, nu bekend als Unigraphics, Pro/ENGINEER Part, CADKEY Part), SCAD (OpenSCAD 3D-deelmodel), SCDOC (SpaceClaim 3D Part/Assembly), SLDASM (SolidWorks Assembly drawing), SLDPRT (SolidWorks 3D-deelmodel), TCW (TurboCAD voor Windows 2D- en 3D-tekeningen), VS (Ashlar-Vellum Vellum Solids).

De 3D-gegevensvoorbereidings- en STL-editingmodule 504 kan tevens een STL-editing- en verbeteringsmodule 603 bevatten. De STL-editing-en verbeteringsmodule 603 kan zijn geconfigureerd met het oog op het verbeteren van een driedimensionaal model vóór bijkomende kosten worden veroorzaakt door een foutieve productie. De STL-editing- en verbeteringsmodule 603 kan bij wijze van voorbeeld zijn geconfigureerd met het oog op het mogelijk maken dat een gebruiker defecten herstelt zoals gespiegelde driehoeken, slechte randen, holds, e.d. De editing- en verbeteringsmodule kan eveneens zijn geconfigureerd met het oog op het mogelijk maken dat een gebruiker het ontwerpbestand verbetert door eigenschappen toe te voegen zoals holle delen, logo's, e.d. Voorts kan een gebruiker door middel van deze module tevens textuur toevoegen. Bovendien, en zoals besproken in wat volgt onder verwijzing naar figuur 7, kan de editing- en verbeteringsmodule functionaliteit bieden op het vlak van het genereren van steun.

De 3D-gegevensvoorbereidings- en STL-editingmodule 504 kan voorts een platformgeneratiemodule 605 bevatten. De platformgeneratiemodule 605 kan functionaliteit bieden waarmee een gebruiker het platform voor het productieproces kan voorbereiden door de delen op optimale wijze te oriënteren door middel van nesting- en andere platformoptimalisatietechnieken.

Onder verwijzing naar figuur 7 wordt de STL-editing- en verbeteringsmodule 603 weergegeven met meer details. De STL-editing- en verbeteringsmodule 603 kan een ontwerpoptimaliseringsmodule 702 bevatten. Zoals hiervoor kort beschreven biedt de ontwerpoptimaliseringsmodule 702 de gebruiker de mogelijkheid om het geïmporteerde 3D-ontwerp op verschillende wijzen te verbeteren. De verbeteringen aan de ontwerpen kunnen gepaard gaan met het bijkomend aanbrengen van markeringen zoals productlogo's, handelsmerken en serienummers. Bijkomend kunnen de verbeteringen structureel van aard zijn om een efficiëntere productie mogelijk te maken. Deze structurele verbeteringen kunnen het uithollen zijn van bepaalde delen (om gewicht te reduceren en grondstoffen te sparen), het aanbrengen van textuur op een oppervlak, e.d.

Zoals hiervoor beschreven, kunnen de boomvormige steunen en ankers in het proces van additive manufacturing worden gebruikt om storingen en vervormingen te vermijden die optreden in de loop van het driedimensionaal printen. Om deze problemen te vermijden, kan de editing- en verbeteringsmodule 603 een steungeneratiemodule 704 bevatten. De steungeneratiemodule kan de vorm aannemen van software die is geïntegreerd in een polyvalent 3D-ontwerpsoftwarepakket. Als een andere mogelijkheid kan ze een afzonderlijke module zijn die loopt in samenwerking met het systeem 500 van additive manufacturing.

In een aantal uitvoeringsvormen kan de steungeneratiemodule 704 zijn geconfigureerd met het oog op het aan een gebruiker leveren van een grafische gebruikersinterface die de gebruiker de mogelijkheid biedt om op eenvoudige wijze verschillende types ankers en steunen te definiëren. In een aantal uitvoeringsvormen kunnen de steunen die kunnen worden gedefinieerd boomvormige steunen inhouden. De boomvormige steunen kunnen in het algemeen worden gebruikt om in verschillende toepassingen van driedimensionaal printen objecten te ondersteunen. In een aantal uitvoeringsvormen kunnen de boomvormige steunen worden gebruikt in combinatie met driedimensionaal printen van delicate objecten zoals, bij wijze van voorbeeld, juwelen. Deze boomvormige steunen kunnen tevens een bredere toepassing vinden in driedimensionaal printen met gebruik van metalen materialen en processen van lasersinteren.

In het algemeen kan een boomvormige steun, gedefinieerd met gebruik van de door de steungeneratiemodule 704 geboden grafische gebruikersinterface, een stam en ten minste één tak inhouden. Deze boomvormige steunen kunnen, wanneer ze zijn geprint door middel van een inrichting van additive manufacturing/driedimensionaal printen, tal van voordelen bieden. Zo kunnen de boomvormige steunen bijvoorbeeld een welbepaald breekpunt bevatten. Het welbepaalde breekpunt kan bij de afwerking van het product een eenvoudigere en schonere verwijdering mogelijk maken. De gedefinieerde boomvormige steunen kunnen tevens een beduidende reductie mogelijk maken van grondstoffenverbruik en vormingstijd, en toch stabiliteit bieden. Bovendien kunnen, met gebruik van specifieke functionaliteit geboden door de steungeneratiemodule 704 die de definitie mogelijk maakt van angulaire verbindingen tussen de boomvormige steunen en het object (met meer details beschreven in wat volgt), steunen sneller en gemakkelijker worden verwijderd als gevolg van minder en/of uniformere contactzones op het vormingsplatform.

De figuren 8-11 illustreren voorbeelden van hoe volgens één of meerdere uitvoeringsvormen volgens deze uitvinding de steungeneratiemodule 704 de specificatie en definitie kan mogelijk maken van boomvormige steunen door middel van een grafische gebruikersinterface. Onder verwijzing naar figuur 8 wordt een voorbeeld van een boomvormige steun 813 in combinatie met een 3D-deelontwerp van een object geïllustreerd. In dit specifieke voorbeeld is het object een juweel. De boomvormige steun 813 bevat een stam 801. De stam 801 is verankerd op een ankerpunt 809. In dit voorbeeld bevindt het ankerpunt zich op het deel zelf, maar de mensen uit het vak zullen begrijpen dat een boom door het platform kan worden verankerd los van het object. De stam 801 vertoont vier takken 803a, 803b, 803c, en 803d. Deze takken zijn bevestigd aan de top van de stam 807. Zoals wordt geïllustreerd, strekt elk van de takken 803 zich uit van de stam 807 in de richting van het object, waar hij zich hecht aan een oppervlak van het object op zijn overeenkomstige verankeringspunt 805. Meer in het bijzonder strekt tak 803a zich uit naar het oppervlak van het object 811 en maakt hij verbinding op verbindingspunt 805a. Op soortgelijke wijze strekt tak 803b zich uit naar het oppervlak van het object 811 en maakt hij verbinding op verbindingspunt 803b. Tak 803c strekt zich uit naar het oppervlak van het object 811 en maakt verbinding op verbindingspunt 803c, en tak 803d strekt zich uit naar het oppervlak van het object 811 en maakt verbinding op verbindingspunt 803d.

In het voorbeeld van de boom uit figuur 8 strekt elk van de takken 803 zich uit van de stam 807 naar zijn overeenkomstige verbindingspunt 805 via een rechte lijn. Als gevolg daarvan zijn de verbindingshoeken van de verschillende verbindingspunten 805 niet consistent. Verschillende verbindingshoeken zijn evenwel niet bevorderlijk voor de uniforme verwijdering van de boomvormige steunen tijdens het afwerkingsproces. In het bijzonder kan deze configuratie van de boomvormige steunen resulteren in een dure naverwerking en afwerking.

Om enkele van de problemen aan te pakken, verbonden met de boomvormige steun beschreven onder verwijzing naar figuur 8, kan de steun-generatiemodule 704 worden geconfigureerd om de gebruiker de mogelijkheid te bieden boomvormige steunen te definiëren met meer controle op de configuratie van de takken. Figuur 9 illustreert een boomvormige steun 900 die kan worden gegenereerd met gebruik van de steungeneratiemodule 704. In dit voorbeeld van de boomvormige steun 900 kan de gebruiker een loodrechte sectie van de tak definiëren die zich uitstrekt van elk verbindingspunt. Door het definiëren van elk tak, zich uitstrekkend van het verbindingspunt in loodrechte richting, zijn alle verbindingen tussen het object en de takken van de boom uniform.

Figuur 9 illustreert een boomvormige steun 900, verbonden aan een object 902. In dit voorbeeld is het object 902 ringvormig. De boomvormige steun 900 bevat een stamgedeelte 904. De top van het stamgedeelte 904 bevat vijf verschillende takken 908a-908e. Elk van de takken 908a-908e kan door de gebruiker worden gedefinieerd om zich loodrecht uit te strekken van het oppervlak van het object waaraan het is verbonden. Zoals wordt geïllustreerd, strekt elk van de takken 908a-908e zich initieel naar buiten uit van een verbindingspunt 912a-912e op een oppervlak van het object 902. Elk van de takken strekt zich uit van zijn verbindingspunt in loodrechte richting van het oppervlak waaraan het is verbonden. Na een korte afstand verandert de richting van elke tak volgens een hoek 910a-910e die elke tak leidt naar het topgedeelte van de stam 904.

Onder verwijzing naar figuur 10 wordt een grafische gebruikersinterface 1000 van de steungeneratiemodule 704 geïllustreerd. Deze grafische gebruikersinterface 1000 kan worden gebruikt om een gebruiker de mogelijkheid te bieden diverse aspecten van een boomvormige steun te definiëren. In dit voorbeeld heeft de gebruiker het boominterface-element 1001 gedefinieerd dat zich uitstrekt tot een stamelement en een takelement. Het stamelement werd geselecteerd. Als gevolg daarvan wordt een stamdefinitiezone 1003 weergegeven. Door middel van dit scherm kan een gebruiker de attributen van de stam van een boom definiëren. De gebruiker kan een visuele weergave krijgen van de stam 1011 die wordt gedefinieerd, met verschillende menuopties die stamparameters van de boomvormige steun definiëren. In dit specifieke voorbeeld kan de gebruiker de diameter van de top 1013 van de stam 1011 definiëren met het diameter top (d1)-invoerveld 1005. Een gebruiker kan ook de diameter van de bodem 1017 van de stam 1011 definiëren met het diameter bottom (d2)-invoerveld 1007. Ook kan de gebruiker de hoogte 1015 van de stam 1011 definiëren met het height (h)-invoerveld 1009. Zo wordt de gebruiker een gedetaiilleerde controle geboden van de vorm en de grootte van het stamgedeelte van een gedefinieerde boomvormige steun.

De figuren 11A-11D geven een voorbeeld van een grafische gebruikersinterface die kan worden geleverd door de steungeneratiemodule 704 om een gebruiker de mogelijkheid te bieden eigenschappen te definiëren van de takken in de boomvormige steun. Figuur 11A illustreert een voorbeeldconfiguratie van een elementaire tak, zoals takken 803a-803d beschreven onder verwijzing naar figuur 8 hiervoor. Zoals wordt geïllustreerd, heeft de gebruiker takoptie 1100 gekozen uit het navigatiemenu voor de parameters van de steun. Als gevolg van deze selectie heeft de steungeneratiemodule een grafische gebruikersinterface 1102 gedefinieerd waarmee een gebruiker de eigenschappen kan definiëren van één of meerdere boomvormige steunen. In dit specifieke scherm kan de gebruiker takparameters 1104 van de boomvormige steun definiëren. Bijvoorbeeld kan de diameter van de top 1124 van een geselecteerde tak 1132 definiëren met het diameter top (d1)-invoerveld 1106. De diameter van de bodem 1130 van een geselecteerde tak 1132 kan worden gedefinieerd met het diameter bottom (d2)-invoerveld 1108. In het voorbeeld van figuur 11A heeft de gebruiker ervoor gekozen geen afbreekpunten op te nemen. Als gevolg daarvan is het vak "add break-off point" leeg gebleven. De overige velden voor het definiëren van een afbreekpunt zijn grijs gemaakt zodat de gebruiker geen waarden moet ingeven. Zoals hiervoor beschreven, zouden de eigenschappen geselecteerd in figuur 11A leiden tot een elementaire boomtak zoals de takken 803a-803d in figuur 8.

Onder verwijzing naar figuur 11B wordt een voorbeeld gegeven van een grafische gebruikersinterfaceomgeving 102 waarin een afbreekpunt 1134 is gedefinieerd. Het afbreekpunt wordt gedefinieerd door de selectie door de gebruiker van het add break-off point-selectievakje 1110. Zodra de gebruiker heeft aangegeven dat de boomtak een afbreekpunt moet bevatten, zijn de overige eigenschappen van het afbreekpunt niet grijs meer. De diameter van het afbreekpunt 1128 kan dan worden gedefinieerd in het diameter (d3)-invoerveld 1112. De afstand van het verbindingsoppervlak 1122 van het deel 1120 tot het afbreekpunt 1134 kan eveneens worden gespecificeerd door middel van de afstand van het top (x)-invoerveld 1114. Op soortgelijke wijze kan een afbreekpuntlocatie 1116 worden gedefinieerd door het selecteren van verschillende aan de gebruiker voorgestelde opties. In het voorbeeld van figuur 11B werd de normale driehoek-optie 1118 geselecteerd. Deze optie definieert de hoek tussen het verbindingsoppervlak 1122 en de richtingslengte "x" 1126 van de tak als loodrecht of 90 graden. Door het maken van de selectie zoals wordt geïllustreerd in figuur 11B kan de gebruiker op eenvoudige wijze één of meerdere van de takken van de boom definiëren als hebbende een uniforme verbinding met het oppervlak van het object.

Onder verwijzing naar figuur 11C wordt de grafische gebruikersinterfaceomgeving van figuur 11A geïllustreerd. In dit geval heeft de gebruiker de optie "triangle normal" voor de afbreekpuntlocatie niet geselecteerd. In de plaats daarvan heeft hij gekozen voor de "on branch line" optie 1118. Daardoor creëert de steungeneratiemodule een rechtlijnige verbinding van de stam (gepositioneerd op de onderste diameter 1130) naar het oppervlak van het object 1120. Figuur 11D illustreert nog een andere optionele variatie van de configuratie van de tak. In dit voorbeeld heeft de gebruiker de "vertical" optie 1118 geselecteerd. De verticaal-optie specificeert dat de tak verticaal moet worden op het afbreekpunt zoals weergegeven door de rechte hoek 1130 gedefinieerd in het horizontale platform met de streepjeslijn die zich loodrecht (en verticaal) uitstrekt naar het verbindingspunt 1124. Bijgevolg kan, zoals wordt geïllustreerd in de figuren 11A-11D, de steungeneratiemodule 704 worden geconfigureerd om de gebruiker een grote graad van flexibiliteit te bieden bij het definiëren van de structuur en de verbindingseigenschappen van boomvormige steunen.

In een aantal uitvoeringsvormen kunnen systemen en modules zoals hiervoor beschreven worden geconfigureerd met het oog op het uitvoeren van een werkwijze voor het optimaliseren van contactpunten voor boomvormige steunen. Onder verwijzing nu naar figuur 12 wordt een illustratie op hoog niveau van een dergelijk proces weergegeven. In een aantal uitvoeringsvormen kan het proces worden uitgevoerd door een steungeneratiemodule 704. Als een andere mogelijkheid en afhankelijk van de specifieke implementatieomgeving, kan het proces worden uitgevoerd door enige andere module in een systeem van additive manufacturing. Bijvoorbeeld kan het proces worden uitgevoerd op een applicatieserver waarop toegang wordt genomen door een clienttoepassing (zoals een toepassing die draait via een webbrowser) om gegevensinvoer te verkrijgen en bewerkingen van contactpuntoptimalisering uit te voeren op basis van gegevens die worden ontvangen via een computernetwerk.

Het proces start bij blok 1202, waar het driedimensionale ontwerp wordt geanalyseerd om te bepalen welke steunen nodig kunnen zijn om het vormen met succes uit te voeren zonder storingen of vervormingen van het object. Dit kan op verschillende manieren worden gerealiseerd. In een aantal uitvoeringsvormen kan een welbepaalde zelfsteunende hoek worden gebruikt om te bepalen welke oppervlakken van het driedimensionale object steungeneratie vereisen. Deze hoek kan standaard worden ingesteld door de steungeneratie-module 704, of kan door de gebruiker worden aangepast. Afhankelijk van de fysische eigenschappen van de gebruikte materialen en het toegepaste proces van additive manufacturing kan de zelfsteunende hoek zich bevinden in het bereik van 30-45 graden. In bepaalde scenario's kan de zelfsteunende hoek ook buiten dat bereik liggen. Wanneer een overhang van het driedimensionale ontwerp zich onder de zelfsteunende hoek bevindt, kan een boomvormige steun worden toegewezen aan dat deel van het ontwerp. Als een andere mogelijkheid kunnen de steunen manueel door de gebruiker worden gedefinieerd en ingevoerd door middel van de door de steungeneratiemodule 704 geboden grafische gebruikersinterface.

Zodra de nodige boomvormige steunen zijn bepaald, gaat het proces door tot blok 1204. Daar kan de stam van een boomvormige steun worden gedefinieerd. De parameters kunnen automatisch door het systeem worden geselecteerd of kunnen door de gebruiker worden gespecificeerd en ingevoerd. Zoals hiervoor beschreven onder verwijzing naar figuur 10, kunnen de parameters van de stam verschillende metingen inhouden zoals de diameter van de top, de diameter van de bodem, en/of de hoogte van de stam.

Dan kan het proces verdergaan naar blok 1206 waar de boomvormige steun wordt verankerd. De stam kan worden verankerd aan het vormingsplatform waaraan het object wordt geproduceerd, of aan een andere boomvormige steun. In een aantal uitvoeringsvormen kan het anker automatisch worden geselecteerd. De gebruiker kan evenwel de mogelijkheid worden geboden om het geselecteerde anker te veranderen door middel van een door de steungeneratiemodule 704 geboden grafische gebruikersinterface. Het proces gaat vervolgens door tot blok 1208. Daar kunnen de specifieke verbindingspunten die de boom aan het object verbinden worden gespecificeerd. In een aantal uitvoeringsvormen kunnen deze verbindingspunten door de gebruiker worden geïdentificeerd en geselecteerd door middel van een door de steungeneratiemodule 704 geboden grafische gebruikersinterface. Voor elk verbindingspunt kan een tak van de boom worden gedefinieerd.

Zodra de verbindingspunten zijn geïdentificeerd, gaat het proces door tot blok 1210. Daar worden de verbindingstypes voor elk in blok 1208 geïdentificeerde verbindingspunt bepaald en/of door de gebruiker geselecteerd. Vervolgens gaat het proces door tot blok 1212, waar de takken worden verbonden aan het oppervlak van het deel en de verbindingspunten en eveneens verbonden aan de stam om de boomvormige steun te creëren. Het proces gaat dan door tot blok 1214, waar het object driedimensionaal wordt geprint met de boomvormige steunen en de eventuele afwerkingsbewerkingen worden uitgevoerd om een uiteindelijke geproduceerde inrichting te produceren.

Figuur 13 is een meer gedetailleerd stroomschema van de selectie van verbindingstypes en -parameters zoals geïllustreerd in blok 1210 van figuur 12. Het proces start bij blok 1302, waar de diameters van elke tak van de boom worden gedefinieerd. In een aantal uitvoeringsvormen worden de diameters door de gebruiker gedefinieerd door middel van een door de steungeneratiemodule 704 geboden grafische gebruikersinterface. Vervolgens gaat het proces door tot beslissingsblok 1304, waar wordt bepaald of de tak een afbreekpunt zal bevatten (zoals, bij wijze van voorbeeld, de afbreekpunten zoals geïllustreerd in de figuren 11B-11D). Indien geen afbreekpunt voor de tak van de boom nodig is, gaat het proces door tot blok 1306, waar de hoek van het verbindingspunt wordt bevestigd als een rechte lijn tussen het verbindingspunt en de top van de stam.

Terugkerend naar blok 1304 gaat het proces, indien een afbreekpunt vereist is, in de plaats daarvan door tot blok 1308. Daar kan de gebruiker een afbreekpuntlocatie kiezen. Zoals hiervoor beschreven onder verwijzing naar de figuren 11B-11D, kan de steungeneratiemodule vooraf gedefinieerde afbreekpuntlocaties aanbieden zoals op de taklijn, normale driehoek (zich loodrecht uitstrekkend van het objectoppervlak), verticaal of enige andere locatie en/of verbindingshoek. Dan gaat het proces door tot blok 1310 waar relevante metingen kunnen worden gedefinieerd. Deze metingen kunnen de afstand inhouden tot het object waar het afbreekpunt zich bevindt op de tak. Deze metingen kunnen tevens de diameter inhouden van het afbreekpunt of om het even welke andere metingen met een invloed op de fysische eigenschappen van de boomvormige steun en een gemakkelijk verwijderen mogelijk maken.

Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding voorzien in verschillende oplossingen voor het configureren van takken in boomvormige steunen. Deze verschillende configuraties bieden voordelen zoals uniforme verbindingen tussen boomvormige steunen en delen die in de loop van het afwerkingsproces een efficiënter verwijderen mogelijk maken. Bovendien krijgt de gebruiker meer flexibiliteit bij het bepalen en kiezen van de hoek volgens dewelke een boomvormige steun wordt verbonden aan een object. De verhoogde controle kan de mogelijkheid bieden om de boomvormige steunen te gebruiken voor nog andere doeleinden dan het zonder meer ondersteunen van het object tijdens het vormingsproces. Bijvoorbeeld kunnen boomvormige steunen worden gedefinieerd die worden gebruikt als inlaten voor het gieten van vloeibaar metaal in een driedimensionaal gedrukte matrijs. De hoek die de tak maakt bij het verbinden met het oppervlak van het deel kan worden gebruikt om de stroom van het materiaal te controleren wanneer die in de matrijs wordt geïnjecteerd.

De in deze tekst beschreven uitvinding kan worden geïmplementeerd in de vorm van een werkwijze, een inrichting, een geproduceerd artikel, met gebruik van standaardtechnieken van programmeren of engineering om software, firmware, hardware of om het even welke combinatie daarvan te produceren. De uitdrukking "geproduceerd artikel" zoals in deze tekst gebruikt, verwijst naar code of logica die wordt geïmplementeerd in hardware of permanente door een computer leesbare media zoals optische schijven, en vluchtige of niet-vluchtige geheugeninrichtingen of tijdelijke door een computer leesbare media zoals signalen, draaggolven enz. Tot zulke hardware kunnen horen, zonder daartoe te zijn beperkt, FPGA's, ASIC's, complexe programmeerbare logische inrichtingen (complex programmable logic devices, CPLD's), programmeerbare logisch arrays (programmable logic arrays, PLA's), microprocessoren, of andere soortgelijke verwerkende inrichtingen.

Het moet duidelijk zijn dat om het even welk kenmerk met betrekking tot om het even welke uitvoeringsvorm alleen kan worden gebruikt dan wel in combinatie met andere beschreven kenmerken, en eveneens kan worden gebruikt in combinatie met één of meerdere kenmerken van om het even welke andere van de uitvoeringsvormen, of om het even welke combinatie van om het even welke andere van de uitvoeringsvormen. Bovendien kunnen equivalenten en aanpassingen die hiervoor niet werden beschreven eveneens worden doorgevoerd, zonder daarbij af te wijken van het toepassingsgebied van de uitvinding, die wordt gedefinieerd in de bijgevoegde conclusies. in de tekeningen:

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 12

Fig. 13

Claims

CONCLUSIES

1. Een werkwijze voor het uitvoeren van een werkwijze voor het optimaliseren van contactpunten voor boomvormige steunen in een omgeving van additive manufacturing, welke werkwijze omvat: - het analyseren van het object ter bepaling van benodigde steunen; - het definiëren van stam voor een boomvormige steun; - het verankeren van de stam van de boomvormige steun aan een platform; - het bepalen van verbindingspunten voor ten minste één tak van de boomvormige steun aan het object; - het selecteren van verbindingstypes en -parameters voor takverbindingen aan het oppervlak van het object; en - het verbinden van ten minste één tak aan het deeloppervlak en de stam van de boom om de boomvormige steun te creëren.
2. De werkwijze volgens conclusie 1, voorts omvattende de productie en afwerking van het object in een omgeving van additive manufacturing.
3. De werkwijze volgens conclusie 1, waarbij het selecteren van verbindingstypes en -parameters gepaard gaat met het definiëren van takdiameters voor de ten minste ene tak.
4. De werkwijze volgens conclusie 3, waarbij het selecteren van verbindingstypes en -parameters voorts gepaard gaat met: - het bepalen of de ten minste ene tak een afbreekpunt zal bevatten; en - het selecteren van een afbreekpuntlocatie indien de ten minste ene tak een afbreekpunt zal bevatten.
5. De werkwijze volgens conclusie 4, waarbij de werkwijze voorts het definiëren van afbreekpuntmetingen omvat.
6. Een systeem voor het optimaliseren van contactpunten voor boomvormige steunen in een omgeving van additive manufacturing, waarbij het systeem een processor bevat die is geconfigureerd met het oog op het uitvoeren van computerinstructies die: - een object analyseren ter bepaling van benodigde steunen; - een stam voor een boomvormige steun definiëren; - de stam van de boomvormige steun verankeren aan een platform; - verbindingspunten bepalen voor ten minste één tak van de boomvormige steun aan het object; - verbindingstypes en -parameters selecteren voor takverbindingen aan het oppervlak van het object; en - de minste ene tak verbinden aan het deeloppervlak en de stam van de boom om de boomvormige steun te creëren.
7. Het systeem volgens conclusie 6, waarbij de processor voorts is geconfigureerd met het oog op het uitvoeren van instructies die ertoe leiden dat een inrichting van additive manufacturing het object produceert en afwerkt in de omgeving van additive manufacturing.
8. Het systeem volgens conclusie 6, waarbij de processor voorts is geconfigureerd met het oog op het uitvoeren van instructies die verbindingstypes en -parameters selecteren door middel van het definiëren van takdiameters voor de ten minste ene tak.
9. Het systeem volgens conclusie 8, waarbij de processor voorts is geconfigureerd met het oog op het uitvoeren van instructies die verbindingstypes en -parameters selecteren door middel van: - het bepalen of de ten minste ene tak een afbreekpunt zal bevatten; en - het selecteren van een afbreekpuntlocatie indien de ten minste ene tak een afbreekpunt zal bevatten.
10. Het systeem volgens conclusie 9, waarbij de processor voorts is geconfigureerd met het oog op het uitvoeren van instructies die verbindingstypes en -parameters selecteren door middel van het definiëren van breekpuntmetingen.