DE102015011110A1

DE102015011110A1 - Systeme und Verfahren zur Optimierung von Kontaktpunkten von Baumstützen in der additiven Fertigung

Info

Publication number: DE102015011110A1
Application number: DE102015011110.8A
Authority: DE
Inventors: Gert Claes; Tim Van Den Bogaert
Original assignee: Materialise NV
Current assignee: Materialise NV
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2016-02-25
Also published as: BE1023316B1; BE1023316A1

Abstract

Offenbart werden Systeme und Verfahren zur Optimierung von Kontaktpunkten für Baumstützen in einer additiven Fertigungsumgebung. Zu dem Systemen und Verfahren gehört das Analysieren eines Objekts, um benötigte Stützen zu bestimmen, und das Definieren eines Stamms für eine Baumstütze. Der Stamm wird an einer Plattform verankert, und Verbindungspunkte werden für mindestens einen Zweig der Baumstütze bestimmt. Danach können Verbindungsarten und Verbindungsparameter für Zweigverbindungen mit der Oberfläche des Objekts ausgewählt werden, und der mindestens eine Zweig wird dann mit der Teileoberfläche und dem Stamm verbunden, um die Baumstütze zu erzeugen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Anmeldung betrifft allgemein additive Fertigungs- und/oder dreidimensionale (3D) Drucktechniken.
Beschreibung der verwandten Technologie
Mit additiven Fertigungs- und/oder dreidimensionalen Drucktechniken lassen sich dreidimensionale Objekte direkt aus computergenerierten Dateien herstellen. Oft können diese additiven Fertigungstechniken dafür sorgen, dass sowohl einfache als auch komplexe Objekte werkzeuglos schnell hergestellt werden können.
Bei einigen additiven Fertigungstechniken kann erhebliche Spannung oder Dehnung auf das hergestellte 3D-Objekt während des Aufbau- oder Erzeugungsverfahrens wirken. Wärmespannung und/oder -dehnung können infolge einer hohen Temperatur einer Energiequelle auftreten, die beim Erzeugen des dreidimensionalen Objekts zum Einsatz kommt. Ferner kann das hergestellte Objekt mechanischer Spannung und/oder Dehnung ausgesetzt sein, was auf Eigenschaften des speziellen Materials zurückzuführen ist, das im Verfahrensablauf der additiven Fertigung verwendet wird. Zu diesen Eigenschaften kann Schrumpfung oder Expansion des Materials zählen, die bei der Behandlung des Materials auftritt.
In einem spezifischen Beispiel können hohe Spannungen und/oder Dehnungen bei der Verarbeitung von Metall und Metallpulvern mit Hilfe solcher Verarbeitungstechniken wie direktes Metall-Lasersintern, Laserhärten und selektives Laserschmelzen oder -sintern auftreten. Durch diese Spannungen und/oder Dehnungen können sich bestimmte Abschnitte des Objekts während des Aufbaus verformen, was dazu führen kann, dass der Aufbau misslingt oder ein defektes Objekt ausgegeben wird. Somit ist es mitunter von Nutzen, Objektstützen während des Aufbauverfahrensablaufs zu nutzen, um das Objekt an Ort und Stelle zu halten und/oder Verformungen zu verhindern.
Beim Gebrauch von Stützen, um das Objekt an Ort und Stelle zu halten und/oder Verformung zu verhindern, liegen verschiedene Probleme vor. Beispielsweise kann es teuer sein, eine Stütze zu erzeugen, die groß genug ist, das dreidimensionale Objekt zu stützen, was Folge der Kosten der notwendigen Materialien für die Erzeugung der Stütze ist. Zudem ist das Entfernen einer Stütze vom Objekt bei der Nachbearbeitung nach dem Aufbau des Objekts kostspielig, kann Reste auf dem Objekt hinterlassen und/oder kann das Objekt beschädigen.
Angesichts dieser und anderer im Rahmen der Erfindung erkannter Mängel besteht Bedarf an Systemen und Verfahren zur Optimierung von Kontaktpunkten von Baumstützen bei der additiven Fertigung.
Zusammenfassung
Die Vorrichtungen, Systeme und Verfahren dieser Offenbarung haben mehrere Merkmale, von denen kein einziges allein für die hier beschriebenen anstrebenswerten Eigenschaften verantwortlich ist. Ohne den Umfang der Anmeldung gemäß den nachstehenden Ansprüchen zu beschränken, werden hier im Folgenden einige herausragende Merkmale diskutiert. Unter Berücksichtigung dieser Diskussion und insbesondere nach Studium des Abschnitts „Nähere Beschreibung bestimmter erfindungsgemäßer Ausführungsformen” wird deutlich sein, wie die Merkmale der Erfindung für mehrere Vorteile gegenüber traditionellen additiven Fertigungs- und/oder dreidimensionalen Drucksystemen und -verfahren sorgen.
In einer Ausführungsform werden Systeme und Verfahren zur Optimierung von Kontaktpunkten für Baumstützen (tree supports) in einer additiven Fertigungsumgebung offenbart. Zu dem Systemen und Verfahren gehört das Analysieren eines Objekts, um benötigte Stützen zu bestimmen und einen Stamm (trunk) für eine Baumstütze (tree support) zu definieren. Der Stamm wird an einer Plattform verankert, und Verbindungspunkte werden für mindestens einen Zweig der Baumstütze bestimmt. Danach können Verbindungsarten und Verbindungsparameter für Zweigverbindungen mit der Oberfläche des Objekts ausgewählt werden, und der mindestens eine Zweig wird dann mit der Teileoberfläche und dem Stamm verbunden, um die Baumstütze zu erzeugen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der hier offenbarten Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, die zur Veranschaulichung und nicht zur Einschränkung der Erfindung dienen sollen. Zusätzlich werden von Darstellung zu Darstellung die gleichen Bezugszahlen verwendet, um die gleichen Komponenten einer dargestellten Ausführungsform zu bezeichnen. Es folgt eine kurze Beschreibung jeder der Zeichnungen.
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Überblicksansicht (High-Level) eines Systems zeigt, das zur Konstruktion und Fertigung dreidimensionaler (3D) Objekte verwendet werden kann.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Beispiels für einen Computer gemäß 1.
3 ist ein Überblicksbeispiel (High-Level example) für einen Verfahrensablauf zur Fertigung eines 3D-Objekts.
4 ist eine schematische Darstellung einer 3D-Druckmaschine, die zur Durchführung der hier offenbarten Techniken gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen verwendet werden kann.
5 ist ein Überblicksblockdiagramm verschiedener Funktionsaspekte eines additiven Fertigungssystems, das verwendet werden kann, um verschiedene hier offenbarte Ausführungsformen praktisch umzusetzen.
6 ist ein Blockdiagramm mit einer näheren Ansicht des 3D-Datenaufbereitungs- und STL-Editiermoduls gemäß 5.
7 ist ein Blockdiagramm mit einer näheren Ansicht des Teilestützen- und -verankerungsmoduls gemäß 6.
8 ist eine grafische Darstellung einer Grundbaumstütze (basic tree support), die verwendet werden kann, um Bereiche eines Objekts zu stützen, die Spannung oder Dehnung im Verlauf eines Verfahrensablaufs zur additiven Fertigung ausgesetzt sind.
9 ist eine grafische Darstellung einer kundenspezifisch gestalteten Baumstütze, die gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen eingesetzt werden kann.
10 ist ein Beispiel für eine grafische Benutzerschnittstelle, die verwendet werden kann, um einen oder mehrere Baumstützen-Stammparameter (tree support trunk parameter) gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zu definieren.
11A bis 11D zeigen ein Beispiel für eine grafische Benutzerschnittstelle, die verwendet werden kann, um einen oder mehrere Baumstützen-Zweigparameter (tree support branch parameter) gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zu definieren.
12 ist ein Ablaufplan eines Verfahrensablaufs, durch den ein Objekt mit definierten Baumstützen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen hergestellt werden kann.
13 ist ein Ablaufplan eines mehr Verfahrensablaufs zum Auswählen von Verbindungsarten und -parametern für Zweigverbindungen mit der Teileoberfläche gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
Nähere Beschreibung bestimmter erfindungsgemäßer Ausführungsformen
Die nachstehende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen betreffen bestimmte spezifische Ausführungsformen. Die in jedem speziellen Zusammenhang beschriebenen Ausführungsformen sollen die Offenbarung nicht auf die spezifizierte Ausführungsform oder auf einen speziellen Gebrauch beschränken. Dem Fachmann wird klar sein, dass die offenbarten Ausführungsformen, Aspekte und/oder Merkmale nicht auf spezielle Ausführungsformen beschränkt sind. Die hier beschriebenen Vorrichtungen, Systeme und Verfahren können zum Einsatz auf vielfältigen Gebieten gestaltet und optimiert sein.
Ist in der gesamten Beschreibung von „einer Ausführungsform”, „einigen Aspekten” oder „einem Aspekt” die Rede, bedeutet dies, dass ein spezielles Merkmal, eine spezielle Struktur oder eine spezielle Eigenschaft, das (die) in Verbindung mit der Ausführungsform oder dem Aspekt beschrieben wird, zu mindestens einer Ausführungsform der Erfindung gehört. Erscheinen also die Wendungen „in einer Ausführungsform”, „einige Aspekte” oder „ein Aspekt” an verschiedenen Stellen in der gesamten Beschreibung, beziehen sich diese nicht unbedingt alle auf die gleiche Ausführungsform oder die gleichen Aspekte, können es aber. Wie dem Fachmann anhand der Offenbarung klar sein wird, können weiterhin die speziellen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften auf jede geeignete Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen oder Aspekten kombiniert sein. Während ferner einige hier beschriebene Ausführungsformen oder Aspekte einige, aber nicht andere Merkmale aufweisen, die zu anderen Ausführungsformen oder Aspekten gehören, sollen Kombinationen von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen oder Aspekte im Schutzumfang der Erfindung liegen und bilden unterschiedliche Ausführungsformen oder Aspekte, was dem Fachmann klar sein wird. Beispielsweise kann in den beigefügten Ansprüchen jedes der Merkmale der beanspruchten Ausführungsformen oder Aspekte in jeder Kombination verwendet werden.
Dem Fachmann wird deutlich sein, dass die hier beschriebenen Techniken und Verfahren mit Hilfe verschiedener additiver Fertigungs- und/oder dreidimensionaler (3D) Drucksysteme durchgeführt werden können. Ähnlich können die Produkte, die durch die hier beschriebenen Techniken und Verfahren gebildet werden, mit Hilfe verschiedener additiver Fertigungs- und/oder 3D-Drucksysteme und -materialien gebildet werden. Normalerweise beginnen additive Fertigungs- oder 3D-Drucktechniken mit einer digitalen Darstellung des zu bildenden 3D-Objekts. Allgemein wird die digitale Darstellung in eine Reihe von Querschnittschichten unterteilt, die übereinander gelegt werden, um das Objekt insgesamt zu bilden. Die Schichten entsprechen dem 3D-Objekt und können mit Hilfe von Modellierungssoftware zur additiven Fertigung erzeugt werden, die durch eine Rechenvorrichtung ausgeführt wird. Beispielsweise kann die Software computergestützte Konstruktions- und Fertigungs-(CAD/CAM)Software aufweisen. Informationen über die Querschnittschichten des 3D-Objekts können als Querschnittdaten gespeichert sein. Eine Maschine oder ein System zur additiven Fertigung oder zum 3D-Druck nutzt die Querschnittdaten zum schichtweisen Aufbau des 3D-Objekts. Folglich ermöglicht die additive Fertigung oder der 3D-Druck die Herstellung von 3D-Objekten direkt aus computergenerierten Daten der Objekte, z. B. computergestützten Konstruktions-(CAD)Dateien. Mit der additiven Fertigung oder dem 3D-Druck können sowohl einfache als auch komplexe Teile werkzeuglos und ohne Notwendigkeit einer Montage unterschiedlicher Teile schnell gefertigt werden.
Zu Beispielen für additive Fertigungs- und/oder dreidimensionale Drucktechniken zählen Stereolithografie, selektives Lasersintern, Fused Deposition Modeling (FDM), folienbasierte Techniken u. ä. Beispielsweise nutzt Stereolithografie („SLA”) einen Behälter mit flüssigem Fotopolymer-„Harz”, um ein Objekt Schicht für Schicht aufzubauen. Jede Schicht weist einen Querschnitt des zu bildenden Objekts auf. Zuerst wird eine Harzschicht über dem gesamten Aufbaubereich abgeschieden. Beispielsweise kann eine erste Harzschicht auf einer Grundplatte eines additiven Fertigungssystems aufgebracht werden. Danach zeichnet ein elektromagnetischer Strahl ein spezifisches Muster auf der Oberfläche des Flüssigharzes. Der elektromagnetische Strahl kann als ein oder mehrere Laserstrahlen zugeführt werden, die computergesteuert sind. Durch die Einwirkung des elektromagnetischen Strahls auf das Harz härtet oder erstarrt das durch den elektromagnetischen Strahl gezeichnete Muster und haftet an der Schicht darunter. Nachdem eine Harzlage polymerisiert wurde, senkt sich die Plattform um eine einzelne Schichtdicke ab, und es wird eine anschließende Schicht aus Flüssigharz aufgebracht. Ein Muster wird auf jeder Harzschicht gezeichnet, und die neu gezeichnete Schicht wird an die vorherige Schicht geklebt. Durch Wiederholen dieses Verfahrensablaufs lässt sich ein komplettes 3D-Objekt bilden. Das erstarrte 3D-Objekt kann aus dem SLA-System entfernt und in Nachbearbeitung weiter bearbeitet werden.
Selektives Lasersintern („SLS”) ist eine weitere additive Fertigungstechnik, die einen leistungsstarken Laser oder eine andere fokussierte Energiequelle verwendet, um kleine aufschmelzbare Teilchen aus erstarrungsfähigem Material aufzuschmelzen. In einigen Ausführungsformen kann das selektive Lasersintern auch als selektives Laserschmelzen bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen kann der leistungsstarke Laser ein Kohlendioxidlaser zum Gebrauch bei der Verarbeitung von beispielsweise Polymeren sein. In einigen Ausführungsformen kann der leistungsstarke Laser ein faseroptischer Laser (fibre laser) zum Einsatz bei der Verarbeitung von beispielsweise metallischen Materialien sein. Dem Fachmann wird klar sein, dass in einigen Ausführungsformen andere Arten leistungsstarker Laser je nach spezieller Anwendung verwendet werden können. Die Teilchen können durch Sintern oder Zusammenschweißen der Teilchen mit Hilfe des leistungsstarken Lasers aufgeschmolzen werden. Die kleinen aufschmelzbaren Teilchen aus erstarrungsfähigem Material können aus Kunststoffpulvern, Polymerpulvern, Metall-(direktes Metall-Lasersintern)Pulvern oder Keramikpulvern (z. B. Glaspulvern u. ä.) hergestellt sein. Das Aufschmelzen dieser Teilchen ergibt ein Objekt, das eine angestrebte 3D-Form hat. Beispielsweise kann eine erste Schicht aus Pulvermaterial auf eine Grundplatte aufgebracht werden. Ein Laser kann zum Einsatz kommen, um die erste Schicht aus Pulvermaterial durch Scannen des Pulvermaterials selektiv aufzuschmelzen, um eine erste Querschnittschicht des 3D-Objekts zu erzeugen und zu formen. Nachdem jede Schicht gescannt und jede Querschnittschicht des Objekts geformt ist, kann das Pulverbett um eine Schichtdicke abgesenkt werden, eine neue Schicht aus Pulvermaterial kann oben auf der vorherigen Schicht aufgebracht werden, und der Verfahrensablauf kann wiederholt werden, bis der Aufbau fertiggestellt und das Objekt erzeugt ist. Die Querschnittschichten des 3D-Objekts können aus einer digitalen 3D-Beschreibung des erwünschten Objekts erzeugt werden. Die 3D-Beschreibung kann durch eine CAD-Datei oder aus Scandaten bereitgestellt werden, die in eine Rechenvorrichtung eingegeben werden. Das erstarrte 3D-Objekt kann aus dem SLS-System entnommen und in Nachbearbeitung weiter bearbeitet werden.
Zu additiven Fertigungs- oder 3D-Drucksystemen zählen u. a. verschiedene Umsetzungen der SLA- und SLS-Technologie. Zu verwendeten Materialien können u. a. Polyurethan, Polyamid, Polyamid mit Additiven, z. B. Glas- oder Metallteilchen, resorbierbare Materialien, z. B. Polymer-Keramik-Verbundstoffe, usw. gehören. Zu Beispielen für handelsübliche Materialien zählen Materialien 7100, 8100, 9100, 9420, 10100, 11100, 12110, 14120 und 15100 der DSM-Somos^®-Materialreihe von DSM Somos; Materialien der Linie Accura Plastic, DuraForm, CastForm, Laserform und VisiJet von 3-Systems; Aluminium-, CobaltChrome- und Edelstahlmaterialien; Maraging-Stahl; Nickellegierung; Titan; die PA-Materiallinie, PrimeCast- und PrimePart-Materialien sowie Alumide und CarbonMide von EOS GmbH.
Im Folgenden werden verschiedene Aspekte anhand spezifischer Formen oder Ausführungsformen beschrieben, die zur Veranschaulichung ausgewählt wurden. Deutlich wird sein, dass der Grundgedanke und Schutzumfang der hier offenbarten Aufgaben nicht auf die ausgewählten Ausführungsformen beschränkt sein soll. Außerdem ist zu beachten, dass die hier präsentierten Zeichnungen keinem speziellen Größenverhältnis oder Maßstab folgen und dass viele Abänderungen an den dargestellten Ausführungsformen vorgenommen werden können. Nunmehr werden kurze Einleitungen zu einigen der Merkmale beschrieben, die Ausführungsformen gemeinsam sein können.
1 bis 4 zeigen ein Beispiel für allgemeine Systeme und ein Verfahren, die zur Durchführung einer additiven Fertigung von 3D-Objekten verwendet werden können. Mit anfänglichem Bezug auf 1 ist ein Beispiel für ein System 100 zur Konstruktion und Fertigung von 3D-Objekten und/oder Produkten dargestellt. Das System 100 kann so konfiguriert sein, dass es die hier beschriebenen Techniken unterstützt. Beispielsweise kann das System 100 so konfiguriert sein, dass es ein 3D-Objekt und ein entsprechendes Stützensystem konstruiert und erzeugt, z. B. eines oder mehrere der nachstehend näher beschriebenen. In einigen Ausführungsformen kann das System 100 über einen oder mehrere Computer 102a bis 102d verfügen. Die Computer 102a bis 102d können verschiedene Formen haben, beispielsweise jede Workstation, jeder Server oder jede andere Rechenvorrichtung, die Informationen verarbeiten kann. Die Computer 102a bis 102d können durch ein Computernetzwerk 105 verbunden sein. Das Computernetzwerk 105 kann das Internet, ein lokales Netz, ein Weitbereichsnetz oder eine andere Art von Netzwerk sein. Die Computer können über das Computernetzwerk 105 mit jeder geeigneten Kommunikationstechnologie oder jedem geeigneten Kommunikationsprotokoll kommunizieren. Die Computer 102a bis 102d können Daten gemeinsam benutzen, indem sie Informationen senden und empfangen, z. B. Software, digitale Darstellungen von 3D-Beanstandungen Kommandos und/oder Befehle, um eine additive Fertigungsvorrichtung zu betreiben, u. ä.
Ferner kann das System 100 eine oder mehrere additive Fertigungsvorrichtungen 106a und 106b aufweisen. Diese additiven Fertigungsvorrichtungen können die Form von 3D-Druckern oder einer anderen in der Technik bekannten Fertigungsvorrichtung haben. Im Beispiel gemäß 1 ist die additive Fertigungsvorrichtung 106a mit dem Computer 102a verbunden. Ferner ist die additive Fertigungsvorrichtung 106a mit den Computer 102a bis 102c über das Netzwerk 105 verbunden, das die Computer 102a bis 102d verbindet. Die additive Fertigungsvorrichtung 106b ist ebenfalls mit den Computer 102a bis 102d über das Netzwerk 105 verbunden. Dem Fachmann wird leicht klar sein, dass eine additive Fertigungsvorrichtung, z. B. die Vorrichtungen 106a und 106b, direkt mit einem Computer 102 verbunden, mit einem Computer 102 über ein Netzwerk 105 verbunden und/oder mit einem Computer 102 über einen weiteren Computer 102 und das Netzwerk 105 verbunden sein kann.
Obwohl eine spezifische Computer- und Netzwerkkonfiguration in 1 beschrieben ist, wird dem Fachmann auch klar sein, dass die hier beschriebenen additiven Fertigungstechniken mit Hilfe einer Konfiguration mit einem einzelnen Computer umgesetzt werden können, der die additive Fertigungsvorrichtung 106 steuert und/oder unterstützt, ohne dass dazu ein Computernetzwerk notwendig ist.
In 2 ist eine nähere Ansicht des Computers 102a gemäß 1 gezeigt. Der Computer 102a weist einen Prozessor 210 auf. Der Prozessor 210 steht in Datenkommunikation mit verschiedenen Computerkomponenten. Zu diesen Komponenten können ein Speicher 220, eine Eingabevorrichtung 230 und eine Ausgabevorrichtung 240 gehören. In bestimmten Ausführungsformen kann der Prozessor auch mit einer Netzwerk-Schnittstellenkarte 260 kommunizieren. Obwohl sie separat beschrieben sind, sollte klar sein, dass im Hinblick auf den Computer 102a beschriebene Funktionsblöcke keine separaten Strukturelemente zu sein brauchen. Beispielsweise können der Prozessor 210 und die Netzwerk-Schnittstellenkarte 260 in einem einzelnen Chip oder auf einer einzelnen Platine ausgeführt sein.
Der Prozessor 210 kann ein Universalprozessor, ein digitaler Signalprozessor (DSP), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein frei programmierbares Gate-Array (FPGA) oder ein anderes programmierbares logisches Bauelement, eine diskrete Gate- oder Transistorlogik, diskrete Hardwarekomponenten oder jede geeignete Kombination daraus sein, die so gestaltet ist, dass sie die hier beschriebenen Funktionen durchführt. Zudem kann ein Prozessor als Kombination von Rechenbauelementen realisiert sein, z. B. eine Kombination aus einem DSP und einem Mikroprozessor, mehreren Mikroprozessoren, einem oder mehreren Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder jede andere derartige Konfiguration.
Der Prozessor 210 kann über einen oder mehrere Busse so gekoppelt sein, dass er Informationen aus dem Speicher 220 ausliest oder darin einschreibt. Zusätzlich oder alternativ kann der Prozessor Speicher enthalten, z. B. Prozessorregister. Der Speicher 220 kann einen Prozessor-Cache aufweisen, darunter einen hierarchischen Multi-Level-Cache, in dem unterschiedliche Levels unterschiedliche Kapazitäten und Zugriffsgeschwindigkeiten haben. Ferner kann der Speicher 220 Direktzugriffsspeicher (RAM), andere flüchtige Speicherbauelemente oder nicht flüchtige Speicherbauelemente aufweisen. Der Speicher kann über Festplatten, optische Platten, z. B. Compact Discs (CDs) oder digitale Video Discs (DVDs), Flashspeicher, Disketten, Magnetband und Zip-Laufwerke verfügen.
Außerdem kann der Prozessor 210 mit einer Eingabevorrichtung 230 und einer Ausgabevorrichtung 240 zum Empfangen von Eingaben von bzw. Senden von Ausgaben zu einem Benutzer des Computers 102a gekoppelt sein. Zu geeigneten Eingabevorrichtungen zählen u. a. eine Tastatur, ein Trackball, Knöpfe, Tasten, Schalter, ein Zeigegerät, eine Maus, ein Joystick, eine Fernsteuerung, ein Infrarotdetektor, ein Spracherkennungssystem, ein Barcodeleser, ein Scanner, eine Videokamera (eventuell in Kopplung mit Videoverarbeitungssoftware, um z. B. Handgesten oder Gesichtsausdrücke zu detektieren), ein Bewegungsdetektor, ein Mikrofon (eventuell in Kopplung mit Audioverarbeitungssoftware, um z. B. Sprachkommandos zu detektieren) oder eine andere Vorrichtung, die Informationen von einem Benutzer zu einem Computer übertragen kann. Die Eingabevorrichtung kann auch die Form eines Touchscreens in Zuordnung zur Anzeige haben, wobei in diesem Fall ein Benutzer auf Eingabeaufforderungen auf der Anzeige durch Berühren des Bildschirms reagiert. Der Benutzer kann Textinformationen über die Eingabevorrichtung, z. B. die Tastatur oder den Touchscreen, eingeben. Zu geeigneten Ausgabevorrichtungen zählen u. a. visuelle Ausgabevorrichtungen, darunter Anzeigen und Drucker, Audioausgabevorrichtungen, darunter Lautsprecher, Kopfhörer, Ohrhörer und Alarmvorrichtungen, additive Fertigungsvorrichtungen und haptische Ausgabevorrichtungen.
Ferner kann der Prozessor 210 mit einer Netzwerk-Schnittstellenkarte 260 gekoppelt sein. Die Netzwerk-Schnittstellenkarte 260 bereitet durch den Prozessor 210 erzeugte Daten zur Übertragung über ein Netzwerk gemäß einem oder mehreren Datenübertragungsprotokollen auf. Zudem kann die Netzwerk-Schnittstellenkarte 260 so konfiguriert sein, dass sie über das Netzwerk empfangene Daten decodiert. In einigen Ausführungsformen kann die Netzwerk-Schnittstellenkarte 260 einen Sender und/oder einen Empfänger aufweisen. Je nach der spezifischen Ausführungsform können der Sender und Empfänger eine einzelne integrierte Komponente sein, oder sie können zwei getrennte Komponenten sein. Die Netzwerk-Schnittstellenkarte 260 kann als Universalprozessor, digitaler Signalprozessor (DSP), anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), frei programmierbares Gate-Array (FPGA) oder anderes programmierbares logisches Bauelement, diskrete Gate- oder Transistorlogik, diskrete Hardwarekomponenten oder jede geeignete Kombination daraus ausgeführt sein, die so gestaltet ist, dass sie die hier beschriebenen Funktionen durchführt.
Mit Hilfe der anhand von 1 und 2 zuvor beschriebenen Bauelemente kann ein additives Fertigungsverfahren zum Einsatz kommen, um ein 3D-Objekt oder eine 3D-Vorrichtung zu produzieren. 3 veranschaulicht einen derartigen Verfahrensablauf. Insbesondere zeigt 3 einen allgemeinen Verfahrensablauf 300 zur Herstellung eines 3D-Objekts und eines entsprechenden Stützensystems, z. B. die später in Verbindung mit 5 bis 19 näher beschriebenen.
Der Verfahrensablauf beginnt im Schritt 305, in dem eine digitale Darstellung des zu fertigenden 3D-Objekts mit Hilfe eines Computers, z. B. des Computers 102a, konstruiert wird. In einigen Ausführungsformen kann eine 2D-Darstellung des Objekts verwendet werden, um ein 3D-Modell des Objekts zu erzeugen. Alternativ können 3D-Daten in den Computer 102a eingegeben werden, um bei der Konstruktion der digitalen Darstellung des 3D-Objekts zu unterstützen. Der Verfahrensablauf fährt mit dem Schritt 310 fort, in dem Informationen vom Computer 102a zu einer additiven Fertigungsvorrichtung gesendet werden, z. B. zur additiven Fertigungsvorrichtung 106. Als nächstes beginnt im Schritt 315 die additive Fertigungsvorrichtung 106 mit der Herstellung des 3D-Objekts, indem sie ein additives Fertigungsverfahren mit Hilfe geeigneter Materialien durchführt. Zu geeigneten Materialien zählen u. a. Polypropylen, thermoplastisches Polyurethan, Polyurethan, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polycarbonat (PC), PC-ABS, Polyamid, Polyamid mit Additiven, z. B. Glas- oder Metallteilchen, Methylmethacrylat-Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer, resorbierbare Materialien, z. B. Polymer-Keramik-Verbundstoffe, und andere ähnliche geeignete Materialien. In einigen Ausführungsformen können handelsübliche Materialien genutzt werden. Zu diesem Materialien können gehören: Materialien 7100, 8100, 9100, 9420, 10100, 11100, 12110, 14120 und 15100 der DSM-Somos^®-Materialreihe von DSM Somos; Materialien ABSplus-P430, ABSi, ABS-ESD7, ABS-M30, ABSM30i, PC-ABS, PC-ISO, PC, ULTEM 9085, PPSF und PPSU von Stratasys; Materialien der Linie Accura Plastic, DuraForm, CastForm, Laserform und VisiJet von 3-Systems; Aluminium-, CobaltChrome- und Edelstahlmaterialien; Maranging-Stabil; Nickellegierung; Titan; die PA-Materiallinie, PrimeCast- und PrimePart-Materialien sowie Alumide und CarbonMide von EOS GmbH. Mit Hilfe der geeigneten Materialien schließt die additive Fertigungsvorrichtung danach den Verfahrensablauf im Schritt 320 ab, in dem das 3D-Objekt erzeugt wird.
Mit Hilfe eines solchen Verfahrens wie des in Verbindung mit 3 beschriebenen Verfahrens 300 können ein 3D-Objekt und ein entsprechendes Stützensystem mit einer 3D-Druckmaschine hergestellt werden, die eine oder mehrere additive Fertigungstechniken realisiert. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine 3D-Druckmaschine 400, die zum Einsatz kommen kann, um die hier offenbarten Verfahrensabläufe und/oder Techniken durchzuführen. In einigen Ausführungsformen entspricht die 3D-Druckmaschine 400 einer der additiven Fertigungsvorrichtungen 106a oder 106b gemäß 1. Die 3D-Druckmaschine 400 kann so konfiguriert sein, dass sie selektives Lasersintern zur Erzeugung eines 3D-Objekts durchführt. Die 3D-Druckmaschine 400 kann einen Behälter 405 mit erstarrungsfähigem Material aufweisen, z. B. mit einem Pulvermaterial 407. Das Pulvermaterial 407 weist zahlreiche Pulverteilchen auf, die mindestens teilweise miteinander verschmolzen werden, wenn eine Energiequelle 410 auf sie einwirkt, z. B. ein oder mehrere computergesteuerte Laserstrahlen. Die Teilchen können aus Kunststoffpulvern, Polymerpulvern, Metallpulvern (direktes metall-Lasersintern), Keramikpulvern, Glaspulvern o. ä. hergestellt sein. Die Energiequelle 410 kann eine programmierbare Energiequelle sein, die so konfiguriert sein kann, dass sie unterschiedliche Energiemengen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und mit unterschiedlichen Schraffurabständen auf das Pulvermaterial 407 einwirken lässt. Beispielsweise kann die Energiequelle 410 ein leistungsstarker Laser sein, z. B. ein Kohlendioxidlaser. Eine Steuerung 420 kann die Energiequelle 410 steuern. In einigen Ausführungsformen entspricht die Steuerung 420 der der Computer 102a bis 102d gemäß 1 und/oder dem Prozessor 210 gemäß 2. Dem Fachmann wird klar sein, dass in einigen Ausführungsformen die 3D-Druckmaschine 400 auch so konfiguriert sein kann, dass sie Stereolithografie oder eine andere additive Fertigungstechnik durchführen kann, um ein 3D-Objekt zu erzeugen, und das der Behälter 405 jede andere Art von erstarrungsfähigem Material enthalten kann, z. B. Flüssigharz.
In einigen Ausführungsformen wird eine digitale Darstellung des zu bildenden 3D-Objekts in die 3D-Druckmaschine 400 eingegeben. Mit Hilfe der digitalen Darstellung des 3D-Objekts kann eine digitale Darstellung eines Stützensystems für das spezielle 3D-Objekt durch die Steuerung 420 und/oder andere Hardware und/oder Software automatisch erzeugt werden. Die digitalen Darstellungen des 3D-Objekts und des entsprechenden Stützensystems wird in eine Folge von Querschnittschichten unterteilt, die übereinander gelegt werden können, um das Objekt und das Stützensystem zu bilden. Daten als Darstellung der Querschnittschichten können in einer oder mehreren Computerdateien gespeichert sein. Die Steuerung 405 kann diese Daten zum schichtweisen Aufbau des Objekts und Stützensystems verwenden. Die Querschnittschichtdaten des 3D-Objekts und des Stützensystems können mit Hilfe eines Computersystems und computergestützter Konstruktions- und Fertigungs-(CAD/CAM)Software erzeugt werden.
Die Datendateien für das 3D-Objekt und das Stützensystem können programmiert oder in die 3D-Druckmaschine 400 eingegeben werden. Eine erste Schicht des Pulvermaterials 407 kann auf einer Grundplatte 430 abgeschieden werden. Auf der Grundlage der eingegebenen Datendateien kann die 3D-Druckmaschine 400 die computergesteuerte Energiequelle 410 auf die Oberfläche der ersten Schicht des Pulvermaterials 407 richten, um eine erste Querschnittschicht des 3D-Objekts und eine erste Querschnittschicht jeder Stützenstruktur des Stützensystems zu erzeugen. Beispielsweise kann ein leistungsstarker Laser verwendet werden, um mehrere der Teilchen der Schicht durch Sintern oder Schweißen der Teilchen selektiv miteinander zu verschmelzen, um die erste Querschnittform des 3D-Objekts und die erste Querschnittschicht jeder Stützenstruktur des Stützensystems zu erzeugen. Danach können die Grundplatte 430 und das Objekt auf eine Tiefe abgesenkt werden, die einer gewünschten Dicke der nächsten Querschnittschicht des Objekts entspricht. Eine Rolle oder ein anderer Transportmechanismus kann bewirken, dass eine nächste Schicht aus Pulvermaterial 407 aus einem Speicher (nicht gezeigt) in den Behälter 405 über der vorhergehenden Querschnittschicht des Objekts abgeschieden wird. Danach kann die Steuerung 420 die Energiequelle 410 auf die nächste Schicht aus Pulvermaterial 407 einwirken lassen, um die nächste Querschnittschicht des 3D-Objekts und die nächste Querschnittschicht jeder Stützenstruktur des Stützensystems zu erzeugen. Dieser Verfahrensablauf kann wiederholt werden, bis der Aufbau fertig ist und das Objekt und das Stützensystem erzeugt sind.
Objekte, die mit Hilfe der zuvor beschriebenen allgemeinen additiven Fertigungstechniken gebildet werden, tendieren dazu, sich gegenüber den Auslegungsmaßen des Objekts zu verziehen. Beispielsweise können hohe Beträge von Spannungen und/oder Dehnungen am 3D-Objekt während des Aufbaus oder der Erzeugung des 3D-Objekts mit Hilfe der additiven Fertigungstechniken auftreten. Zum Beispiel können Wärme- und/oder mechanische Spannungen und/oder Dehnungen während eines SLS-Verfahrensablaufs infolge einer hohen Temperatur einer beim Erzeugen des 3D-Objekts verwendeten Energiequelle auftreten. Als Beispiel können hohe Temperaturgradienten infolge des Schmelzens der im SLS-Verfahrensablauf verwendeten Pulver, z. B. Metalllegierungspulver, vorliegen, und diese hohen Gradienten können Wärmespannungen und/oder -dehnungen am Objekt verursachen. Weiterhin können innere mechanische Spannungen und/oder Dehnungen im Objekt infolge von Eigenschaften des speziellen verwendeten Materials bewirkt werden. Zu diesen mechanischen Spannungen und/oder Dehnungen können beispielsweise Schrumpfung oder Expansion des zur Bildung des Objekts verwendeten Materials gehören, wenn das Material durch die Energiequelle gescannt wird. Hohe Spannungen und/oder Dehnungen am Objekt können bewirken, dass sich bestimmte Abschnitte des Objekts während des Aufbaus verformen, was zu einem Zusammenbruch des Aufbaus oder einem ungenauen und/oder fehlerhaften Objekt führen kann. Zum Beispiel kann eine Pulverbeschichtungsvorrichtung in einer SLS-Maschine auf einen verformten Abschnitt des Objekts treffen, und/oder die Maßgenauigkeit des Objekts kann negativ beeinflusst sein.
Verschiedene Stützen können verwendet werden, um das Objekt an Ort und Stelle zu halten und/oder Verformungen des Objekts im Verlauf des Aufbauverfahrens zu verhindern. Im Gebrauch dieser Stützen können aber Probleme auftreten. Eine Stütze zu erzeugen, die stabil genug ist, das dreidimensionale Objekt ausreichend zu stützen, kann beispielsweise teuer sein, was Folge der Kosten der notwendigen Materialien für die Erzeugung der Stütze ist. Zudem ist das Entfernen einer Stütze vom 3D-Objekt bei der Nachbearbeitung nach dem Ausbau des Objekts kostspielig, kann Residuen auf dem Objekt hinterlassen und/oder kann das Objekt beschädigen. Derzeitig werden Baumstützen zum Stützen von Teilen verwendet. In den meisten Fällen ist die Verbindung eine Gerade zwischen dem Oberteil des Stamms des Kontaktpunkts oder der Verbindung auf dem Teil. Als Ergebnis ist jede Zweigverbindung anders, da jede Verbindung in einem unterschiedlichen Winkel positioniert ist. Sind aber die Stützen mit der Teileoberfläche nicht gleichmäßig verbunden, kann es zu Beschädigung am Teil kommen, wenn die Stütze entfernt wird.
Angesichts dieser Mängel wurde im Rahmen der Erfindung ein Bedarf an Systemen und Verfahren zur Optimierung von Kontaktpunkten von Baumstützen bei der additiven Fertigung erkannt, um für gleichmäßige Verbindung zwischen Bäumen und dem Objekt oder Teil zu sorgen, um so eine saubere und leichte Entfernung des Baums zu erleichtern, die Beschädigung des Teils minimiert. Dazu werden hier neue und erfindungsgemäße Systeme und Verfahren vorgestellt. In mindestens einer Ausführungsform der Erfindung kann der Zweig eines Baumstützensystems so konstruiert sein, dass er einen Losbrech- bzw. Abbruchpunkt hat oder nicht hat. Die Abbruchpunkte können mit dem Teil auf eine Weise verbunden sein, die (1) senkrecht zum Verbindungspunkt ist; (2) vertikal (senkrecht im Hinblick auf die Plattform) ist; oder (3) auf der Zweiglinie liegt.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Systeme und Verfahren kann ein Benutzer auch die Länge eines speziellen Zweigs festlegen. Zusätzlich kann der Benutzer den Winkel definieren, in dem der Zweig mit dem Teil verbunden ist. Da ein Benutzer die Verbindung jedes Zweigs mit dem Teil definieren kann, kann der Benutzer gleichmäßige Verbindungen gewährleisten. Dieses Merkmal erweist sich als überaus nützlich, wenn die Baumstützen als Einlässe zum Eingießen von Silber und Gold verwendet werden, um metallische Strukturen zu erzeugen, z. B. Schmuck. Der Winkel zwischen dem Zweig und der Oberfläche des Teils hat einen Einfluss auf den Materialzufluss, wenn es in eine Form gegossen wird.
Bessere Verbindungen zwischen den Zweigen und dem Teil reduzieren letztlich den Endbearbeitungsaufwand. Zur Endbearbeitung gehört ein breiter Bereich von Verfahrensabläufen, die in den meisten Industriezweigen praktiziert werden, die Metallteile herstellen. Normalerweise wird die Endbearbeitung von den Herstellern durchgeführt, nachdem ein Metallteil gebildet wurde. Die Endbearbeitung kann jeder Arbeitsgang oder gewerbliche Verfahrensablauf sein, der die Oberfläche eines Werkstücks abändert, um eine bestimmte Eigenschaft zu erreichen. Zu verbreiteten Endbearbeitungen von Metall zählen Farbe, Lack, Keramikbeschichtungen und andere Oberflächenbehandlungen. Verfahrensabläufe zur Endbearbeitung können zum Einsatz kommen, um Aussehen, Haftung, Benetzbarkeit, Lötbarkeit, Korrosionsfestigkeit, Anlaufbeständigkeit, chemische Beständigkeit, Verschleißfestigkeit, Härte zu verbessern, die elektrische Leitfähigkeit zu modifizieren, Grate und andere Oberflächenfehler zu entfernen und die Oberflächenreibung zu steuern. Sind alle Verbindungen gleich und können alle Bereiche gleich behandelt werden, so ist der Arbeitsaufwand zur Endbearbeitung, die am Teil durchzuführen ist, verbessert.
In 5 ist ein Blockdiagramm verschiedener Funktionskomponenten eines additiven Fertigungssystems 500 gezeigt, das zur Bildung verbesserter Baumstützen im Herstellungsverfahrensablauf geeignet ist. Das additive Fertigungssystem 500 kann verschiedene Module aufweisen, die für 3D-Druckfunktionalität sorgen. Im Beispiel von 5 verfügt das 3D-Fertigungssystem 500 über ein 3D-Konstruktionsmodul 502. Normalerweise hat das 3D-Konstruktionsmodul ist 502 die Form einer Sammlung von Computersoftware und/oder -hardware, die bei der Erzeugung, Modifizierung, Analyse oder Optimierung einer 3D-Druckkonstruktion unterstützt. Das 3D-Konstruktionsmodul 502 kann computergestützte Konstruktions-(CAD)Software mit 3D-Konstruktions- und Modellierungsfähigkeiten aufweisen.
Ferner kann das 3D-Fertigungssystem 500 über ein 3D-Datenaufbereitungs- und STL-Editiermodul 504 verfügen. Normalerweise überspannt das 3D-Datenaufbereitungs- und STL-Editiermodul 504 die Konstruktion- und Fertigungsverfahrensabläufe. Das 3D-Datenaufbereitungs- und STL-Editiermodul kann verschiedene Formen annehmen. In einigen Ausführungsformen kann es spezialisierte Software sein, die so konfiguriert ist, dass sie auf einer Spezial- oder Universalrechenvorrichtung läuft. In einigen Ausführungsformen kann das 3D-Datenaufbereitungs- und STL-Editiermodul ein Softwarepaket sein, z. B. Magics von Materialise, Leaven, Belgien.
Außerdem kann das additive Fertigungssystem ein 3D-Fertigungs- und Aufbaumodul 506 aufweisen. Normalerweise hat das 3D-Fertigungs- und Aufbaumodul 506 die Form von Hardware und/oder Software, die den Aufbauverfahrensablauf eines 3D-Druckobjekts steuert. In einigen Ausführungsformen kann das 3D-Fertigungs- und Aufbaumodul 506 ein Aufbauprozessor sein, der so konfiguriert ist, dass er eine additive Druckvorrichtung steuert. In anderen Ausführungsformen kann das 3D-Fertigungs- und Aufbaumodul eine Softwarelösung aufweisen, z. B. AutoFab von Materialise NV (Leuven, Belgien). Das 3D-Fertigungs- und Aufbaumodul kann so konfiguriert sein, dass es erzeugte Aufbaudaten zu einer additiven Fertigungsmaschine als aufbaufertige Scheibendaten oder alternativ als STL-Daten transferiert, was von der Schnittstelle der Software zur Maschinensteuerung abhängt. Die Software zur Maschinensteuerung, die Teil des Aufbaumoduls 506 oder getrennt vorgesehen sein kann, kann die Aufbaudaten in das Strahlsteuerprogramm für den Aufbauverfahrensablauf übersetzen. Danach kann die AM-Vorrichtung das konstruierte Produkt Schicht für Schicht im ausgewählten Material fertigen.
In 6 ist das 3D-Datenaufbereitungs- und STL-Editiermodul 504 von 5 näher dargestellt. Das 3D-Datenaufbereitungs- und STL-Editiermodul 504 kann verschiedene Teilmodule aufweisen, die so konfiguriert sind, dass sie verschiedene Funktionen im 3D-Datenaufbereitungs- und STL-Editiermodul 504 ausführen. Beispielsweise kann das 3D-Datenaufbereitungs- und STL-Editiermodul 504 ein 3D-Konstruktionsimportmodul 601 aufweisen. Das 3D-Konstruktionsimportmodul 601 kann über verschiedene Verfahrensabläufe und Funktionen verfügen, die so konfiguriert sind, dass sie Daten aus einem CAD-System in ein druckbares 3D-Format importieren, zum Beispiel STL. Obwohl die hier beschriebenen speziellen Beispiele allgemein STL-formatierte 3D-Modelle betreffen, wird der Fachmann erkennen, dass andere 3D-Druckdateiformate verwendet werden könnten, um eine oder mehrere hier offenbarte Ausführungsformen praktisch umzusetzen. Zu diesen Formaten können gehören: 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 (Solid Works eDrawings assembly file), GLM (KernelCAD model), IPN (Autodesk Inventor Presentation file), PRT- (NX, bis kürzlich bekannt als Unigraphics, Pro/ENGINEER Part, CADKEY Part), SCAD (OpenSCAD 3D part model), SCDOC (SpaceClaim 3D Part/Assembly), SLDASM (SolidWorks Assembly drawing), SLDPRT (Solid Works 3D part model), TCW (TurboCAD for Windows 2D and 3D drawings), VS (Ashlar-Vellum Vellum Solids) oder andere Formate.
Ferner kann das 3D-Datenaufbereitungs- und STL-Editiermodul 504 ein STL-Editier- und Anreicherungsmodul 603 aufweisen. Das STL-Editier- und Anreicherungsmodul 603 kann so konfiguriert sein, dass es ein 3D-Modell korrigiert, bevor vermeidbare Zusatzkosten durch fehlerhafte Produktion auftreten. Beispielsweise kann das Editier- und Anreicherungsmodul 603 so konfiguriert sein, dass ein Benutzer Fehler leicht reparieren kann, z. B. umgedrehte Dreiecke, schlechte Kanten, Haltepunkte u. ä. Ferner kann das Editier- und Anreicherungsmodul so konfiguriert sein, dass ein Benutzer die Konstruktionsdatei anreichern kann, indem er Merkmale zufügt, z. B. Hohlteile, Logos u. ä. Zusätzlich kann ein Benutzer auch Texturen mit Hilfe dieses Moduls anwenden. Wie später in Verbindung mit 7 diskutiert wird, kann das Editier- und Anreicherungsmodul auch Funktionalität zur Stützenerzeugung vorsehen.
Weiterhin kann das 3D-Datenaufbereitungs- und STL-Editiermodul ein Plattformerzeugungsmodul 605 aufweisen. Das Plattformerzeugungsmodul 605 kann Funktionalität vorsehen, mit der ein Benutzer die Plattform für den Fertigungsverfahrensablauf vorbereiten kann, indem er die Teile über Verschachtelung und andere Techniken zur Plattformoptimierung auf optimierte Weise orientiert.
In 7 ist das STL-Editier- und Anreicherungsmodul 603 näher gezeigt. Das Editier- und Anreicherungsmodul 603 kann über ein Konstruktionsoptimierungsmodul 702 verfügen. Wie zuvor kurz diskutiert, kann der Benutzer mit dem Konstruktionsoptimierungsmodul 702 die importierte 3D-Konstruktion auf verschiedene Weise verbessern. Zu den Verbesserungen an den Konstruktionen können Addition Kennmarkierungen gehören, z. B. Produktlogos, Marken und Seriennummern. Zusätzlich können die Verbesserungen struktureller Natur sein, was eine effizientere Produktion ermöglicht. Zu diesen strukturellen Verbesserungen können das Aushöhlen bestimmter Teile (um Gewicht und Materialeinsatz zu reduzieren), die Anwendung von Texturen auf Oberflächen u. ä. zählen.
Wie zuvor diskutiert, können die Baumstützen und -anker im Verfahrensablauf der additiven Fertigung verwendet werden, um Verzerrungen und Verformungen zu vermeiden, die während der 3D-Druckverfahrensabläufe auftreten können. Um diese Probleme zu umgehen, kann das Editier- und Anreicherungsmodul 603 ein Stützenerzeugungsmodul 704 aufweisen. Das Stützenerzeugungsmodul kann die Form von Software haben, die in einem Mehrzweck-Softwarepaket zur 3D-Konstruktion integriert ist, oder es kann alternativ ein separates Modul sein, das im Zusammenwirken oder in Verbindung mit dem additiven Fertigungssystem 500 arbeitet.
In einigen Ausführungsformen kann das Stützenerzeugungsmodul 704 so konfiguriert sein, dass es eine grafische Schnittstelle für den Benutzer bereitstellt, mit der der Benutzer verschiedene Arten von Ankern und Stützen leicht definieren kann. In einigen Ausführungsformen weisen die Stützen, die definiert werden können, Baumstützen auf. Normalerweise können die Baumstützen verwendet werden, Objekte in verschiedenen 3D-Druckanwendungen zu stützen. In einigen Ausführungsformen können die Baumstützen in Verbindung mit dem 3D-Druck zierlicher Gegenstände zum Einsatz kommen, beispielsweise Schmuck. Diese Baumstützen können auch eine breitere Anwendung beim 3D-Druck mit Hilfe von Metallmaterialien und bei Verfahrensabläufen zum Lasersintern haben.
Allgemein kann eine Baumstütze, die mit Hilfe der grafischen Benutzerschnittstelle definiert wird, die durch das Stützenerzeugungsmodul 704 bereitgestellt wird, einen Stamm und mindestens einen Zweig aufweisen. Beim Drucken mit Hilfe der AM/3D-Druckvorrichtung können diese Baumstützen verschiedene Vorteile haben. Beispielsweise können die Baumstützen einen vorbestimmten Abbruchpunkt aufweisen. Der vorbestimmte Abbruchpunkt kann für eine einfache, sauberere Stützenentfernung während der Endbearbeitung des Produkts sorgen. Ferner können die definierten Baumstützen eine bedeutsame Verringerung des Materialeinsatzes und der Aufbauzeit ermöglichen, während sie zugleich die Stabilität wahren. Zusätzlich können mit Hilfe von spezifischer, durch das Stützenerzeugungsmodul 704 bereitgestellter Funktionalität, mit der Winkelverbindungen zwischen den Baumstützen und dem Objekt definiert werden können (später näher beschrieben), Stützen schneller und leichter entfernt werden, was auf verkleinerte und/oder gleichmäßigere Kontaktbereiche auf der Aufbauplattform zurückzuführen ist.
8 bis 11 zeigen Beispiele dafür, wie das Stützenerzeugungsmodul 704 die Spezifikation und Definition von Baumstützen mit Hilfe einer grafischen Benutzerschnittstelle gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen kann. In 8 ist ein Beispiel für eine Baumstütze 813 gezeigt, die in Verbindung mit einer 3D-Teilekonstruktion eines Objekts verwendet wird. In diesem speziellen Beispiel ist das Objekt ein Schmuckstück. Die Baumstütze 813 weist einen Stamm 801 auf. Der Stamm 801 ist an einem Ankerpunkt 809 verankert. In diesem Beispiel liegt der Ankerpunkt auf dem Teil selbst, aber dem Fachmann wird klar sein, dass ein Baum durch eine vom Objekt getrennte Plattform verankert sein kann. Der Stamm 801 hat vier Zweige 803a, 803b, 803c und 803d. Diese Zweige sind am Oberteil des Stamms 807 befestigt. Darstellungsgemäß erstreckt sich jeder der Zweige 803 vom Stamm 807 weg zum Objekt, wo er an einer Oberfläche des Objekts an seinem entsprechenden Befestigungspunkt 805 befestigt ist. Insbesondere erstreckt sich der Zweig 803a zur Oberfläche des Objekts 811 und ist an einem Verbindungspunkt 805a verbunden. Ähnlich erstreckt sich der Zweig 803a zur Oberfläche des Objekts 811 und ist an einem Verbindungspunkt 803b verbunden. Der Zweig 803c erstreckt sich zur Oberfläche des Objekts 811 und ist an einem Verbindungspunkt 803c verbunden, und der Zweig 803d erstreckt sich zur Oberfläche des Objekts 811 und ist an einem Verbindungspunkt 805d verbunden.
Im Beispiel für einen Baum gemäß 8 erstreckt sich jeder der Zweige 803 vom Stamm 807 zu seinem entsprechenden Verbindungspunkt 805 auf einer geraden Linie. Deshalb stimmen die Verbindungswinkel der verschiedenen Verbindungspunkte 805 nicht überein. Unterschiedliche Verbindungswinkel zu haben ist aber für eine gleichmäßige Entfernung der Baumstützen im Verfahrensablauf der Endbearbeitung nicht förderlich. Insbesondere kann diese Konfiguration der Baumstützen zu kostspieligerer Nach- und Endbearbeitung führen.
Als Antwort auf einige der Probleme im Zusammenhang mit der anhand von 8 beschriebenen Baumstütze kann das Stützenerzeugungsmodul 704 so konfiguriert sein, dass der Benutzer Baumstützen mit stärkerer Kontrolle über die Konfiguration der Zweige definieren kann. 9 veranschaulicht eine Baumstütze 900, die mit Hilfe des Stützenerzeugungsmoduls 704 erzeugt werden kann. Bei dieser beispielhaften Baumstütze 900 kann der Benutzer ein senkrechtes Teilstück des Zweigs definieren, das sich von jedem Verbindungspunkt erstreckt. Durch Definieren jedes Zweigs, der sich vom Verbindungspunkt in senkrechter Richtung erstreckt, ist jede der Verbindungen zwischen dem Objekt und den Baumzweigen gleichmäßig.
Darstellungsgemäß gehört zu 9 eine Baumstütze 900, die mit einem Objekt 902 verbunden ist. In diesem Beispiel ist das Objekt 902 ein ringförmiges Objekt. Die Baumstütze 900 weist einen Stammabschnitt 904 auf. Das Oberteil 906 des Stammabschnitts weist fünf unterschiedliche Zweige 908a bis 908e auf. Jeder der Zweige 908a bis 908e kann vom Benutzer so definiert werden, dass er sich senkrecht von der Oberfläche des Objekts erstreckt, mit der er verbunden ist. Wie gezeigt, erstrecken sich die Zweige 908a bis 908e anfangs jeweils von einem Verbindungspunkt 912a bis 912e auf der Oberfläche des Objekts 902 nach außen. Jeder der Zweige erstreckt sich von seinem Verbindungspunkt in senkrechter Richtung von der Oberfläche, mit der er verbunden ist. Nach einer kurzen Entfernung verschiebt sich die Richtung jedes Zweigs verschiebt in einem Winkel 910a bis 910e, was jeden Zweig zum oberen Abschnitt 906 des Stamms 904 führt.
In 10 ist nunmehr eine grafische Benutzerschnittstelle 1000 des Stützenerzeugungsmoduls 704 dargestellt. Diese grafische Benutzerschnittstelle 1000 kann verwendet werden, damit ein Benutzer verschiedene Aspekte einer Baumstütze definieren kann. In diesem Beispiel hat der Benutzer das Baumschnittstellenelement 1001 ausgewählt, das sich zu einem Stammelement und einem Zweigelement erweitert, Ausgewählt wurde das Stammelement. Als Ergebnis ist ein Stammdefinitionsbereich 1003 gezeigt. Mit Hilfe dieses Bildschirms kann ein die Attribute des Stamms eines Baums definieren. Dem Benutzer kann eine visuelle Darstellung des gerade definierten Stamms 1011 mit verschiedenen Menüoptionen angezeigt werden, die Baumstützen-Stammparameter definieren. In diesem speziellen Beispiel kann der Benutzer den oberen Durchmesser 1013 des Stamms 1011 mit Hilfe des Eingabefelds 1005 für den oberen Durchmesser (d1) einstellen. Ferner kann ein Benutzer den unteren Durchmesser 1017 des Stamms 1011 mit Hilfe des Eingabefelds 1007 für den unteren Durchmesser (d2) einstellen. Außerdem kann der Benutzer die Höhe 1015 des Stamms 1011 im Eingabefeld 1009 für die Höhe (h) einstellen. Damit hat der Benutzer eine detaillierte Kontrolle über die Form und Größe des Stammabschnitts einer definierten Baumstütze.
11A bis 11D zeigen ein Beispiel für eine grafische Benutzerschnittstelle, die vom Stützenerzeugungsmodul 704 bereitgestellt werden kann, damit ein Benutzer Eigenschaften in zugeordnet zu Zweigen in der Baumstütze definieren kann. 11A zeigt eine Beispielkonfiguration eines Grundzweigs, z. B. der in Verbindung mit 8 zuvor beschriebenen Zweige 803a bis 803d. Darstellungsgemäß hat der Benutzer die Zweigoption 1100 aus dem Stützenparameter-Navigationsmenü ausgewählt. Nach dieser Auswahl hat das Stützenerzeugungsmodul eine grafische Benutzerschnittstelle 1102 erzeugt, mit der ein Benutzer Eigenschaften einer oder mehrerer Baumstützen definieren kann. In dieser speziellen Ansicht kann der Benutzer Baumstützen-Zweigparameter 1104 definieren. Beispielsweise kann der obere Durchmesser 1124 eines ausgewählten Zweigs 1132 in einem Eingabefeld 1106 für den oberen Durchmesser (d1) definiert werden. Der untere Durchmesser 1130 eines ausgewählten Zweigs kann im Eingabefeld 1108 für den unteren Durchmesser (d2) definiert werden. Im Beispiel gemäß 11A hat der Benutzer entschieden, keinen Abbruchpunkt vorzusehen. Als Ergebnis bleibt das Kästchen 1110 „Abbruchpunkt zufügen” Leer. Die übrigen Felder zum Definieren eines Abbruchpunkts sind abgeblendet, so dass der Benutzer keine Werte eingibt. Wie zuvor erwähnt, würden die in 11A ausgewählten Eigenschaften zu einem Grundbaumzweig führen, z. B. den Zweigen 803a bis 803d gemäß 8.
In 11B ist ein Beispiel für die grafische Benutzerschnittstelle 1102 gezeigt, in der ein Abbruchpunkt 1134 definiert wurde. Der Abbruchpunkt wird definiert, indem der Benutzer das Dialogboxelement 1110 „Abbruchpunkt zufügen” auswählt. Sobald der Benutzer angegeben hat, dass der Baumzweig einen Abbruchpunkt aufweisen sollte, werden die anderen Eigenschaften in Bezug auf den Abbruchpunkt nicht abgeblendet, wonach der Durchmesser des Abbruchpunkts 1128 im Eingabefeld 1112 für den Durchmesser (d3) definiert werden kann. Ferner kann der Abstand von der Verbindungsfläche 1122 des Teils 1120 zum Abbruchpunkt 1134 mit Hilfe des Eingabefelds 1114 „Abstand von oben (x)” festgelegt werden. Ähnlich kann eine Abbruchpunktstelle 1116 definiert werden, indem man unter verschiedenen Optionen auswählt, die dem Benutzer präsentiert werden. Im Beispiel gemäß 11B wurde die Option 1118 „normales Dreieck” ausgewählt. Diese Option definiert den Winkel zwischen der Verbindungsfläche 1122 und der Richtungslänge „x” 1126 des Zweigs als senkrecht oder 90 Grad. Durch Treffen der Auswahl gemäß 11B kann ein Benutzer also leicht einen oder mehrere der Zweige des Baums mit einer gleichmäßigen Verbindung mit der Oberfläche des Objekts definieren.
In 11C ist die grafische Benutzerschnittstelle von 11A dargestellt. In diesem Fall hat der Benutzer nicht die Option „Normales Dreieck” für die Abbruchpunktlage ausgewählt. Stattdessen hat der Benutzer die Option 1118 „Auf Zweiglinie” ausgewählt. Dadurch erzeugt das Stützenerzeugungsmodul eine geradlinige Verbindung vom Stamm (positioniert am unteren Durchmesser 1130) zur Oberfläche des Objekts 1120. 11D zeigt noch eine weitere optionale Variante der Zweigkonfiguration. In diesem Beispiel hat der Benutzer die Option 1118 „Vertikal” ausgewählt. Die Option Vertikal legt fest, dass der Zweig am Abbruchpunkt vertikal schwenken sollte, was durch den in der horizontalen Plattform definierten rechten Winkel 1130 mit der Strichlinie gezeigt ist, die sich senkrecht (und vertikal) zum Verbindungspunkt 1124 erstreckt. Somit kann gemäß 11A bis 11D das Stützenerzeugungsmodul 704 so konfiguriert sein, dass der Benutzer einen erheblichen Grad an Flexibilität beim Definieren der Struktur und der Verbindungseigenschaften von Baumstützen erhält.
In bestimmten Ausführungsformen können Systeme und Module, z. B. die zuvor beschriebenen, so konfiguriert sein, dass sie ein Verfahren zur Optimierung von Kontaktpunkten für Baumstützen durchführen. In 12 ist ein Ablaufplan einer Überblicksansicht eines solchen Verfahrensablaufs gezeigt. In einigen Ausführungsformen kann der Verfahrensablauf durch ein Stützenerzeugungsmodul 704 durchgeführt werden. Alternativ und in Abhängigkeit von der spezifischen Realisierungsumgebung kann der Verfahrensablauf durch ein anderes Modul in einem additiven Fertigungssystem durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Verfahrensablauf auf einem Anwendungsserver durchgeführt werden, auf den eine Client-Anwendung (z. B. eine über einen Webbrowser laufende Anwendung) zugreift, um Dateneingaben zu empfangen und Operationen zur Kontaktpunktoptimierung auf der Grundlage von Daten durchzuführen, die über ein Computernetzwerk empfangen werden.
Im Block 1202 beginnt das Verfahren, in dem die 3D-Konstruktion analysiert wird, um zu bestimmen, welche Stützen notwendig sein können, um den Aufbauauftrag ohne Verzerrung und Verformung des Objekts erfolgreich abzuschließen. Erreichen lässt sich dies auf verschiedene Weise. In einigen Ausführungsformen kann ein vordefinierter selbsttragender Winkel verwendet werden, um zu bestimmen, welche Oberflächen des 3D-Objekts Stützenerzeugung erfordern. Dieser Winkel kann durch das Stützenerzeugungsmodul 704 als Standard festgelegt werden, oder er kann vom Benutzer abgewandelt werden. Je nach den physikalischen Eigenschaften verwendeter Materialien und dem eingesetzten additiven Fertigungsverfahren kann der selbsttragende Winkel im Bereich von 30 bis 45 Grad liegen. Unter bestimmten Umständen kann der selbsttragende Winkel aber außerhalb dieses Bereichs liegen. Liegt ein Überhangabschnitt der 3D-Konstruktion unter dem selbsttragenden Winkel, kann eine Baumstütze diesem Abschnitt der Konstruktion zugewiesen werden. Alternativ können die Stützen vom Benutzer manuell bestimmt ein über eine grafische Benutzerschnittstelle eingegeben werden, die vom Stützenerzeugungsmodul 704 bereitgestellt wird.
Sobald die notwendigen Baumstützen bestimmt sind, geht der Verfahrensablauf dann zum Block 1204 über. Dort kann der Stamm einer Baumstütze definiert werden. Die Parameter können vom System automatisch ausgewählt werden, oder sie können vom Benutzer festgelegt und eingegeben werden. Wie zuvor in Verbindung mit 10 gezeigt, können zu den Stammparametern verschiedene Maße gehören, z. B. Durchmesser oben, Durchmesser unten und/oder Höhe des Stamms.
Danach kann sich der Verfahrensablauf zum Block 1206 bewegen, in dem die Baumstütze verankert wird. Der Stamm kann an der Aufbauplattform, am zu fertigenden Objekt oder an einer anderen Baumstütze verankert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Anker automatisch ausgewählt werden. Allerdings kann es dem Benutzer erlaubt sein, den ausgewählten Anker über eine grafische Benutzerschnittstelle zu modifizieren, die vom Stützenerzeugungsmodul 704 bereitgestellt wird. Als Nächstes geht der Verfahrensablauf zum Block 1208 über. Dort können die spezifischen Verbindungspunkte festgelegt werden, die den Baum mit dem Objekt verbinden. In einigen Ausführungsformen können diese Verbindungspunkte vom Benutzer identifiziert und ausgewählt werden, der eine vom Stützenerzeugungsmodul 704 bereitgestellte grafische Benutzerschnittstelle verwendet. Für jeden Verbindungspunkt kann ein Baumzweig definiert werden.
Sobald die Verbindungspunkte identifiziert sind, kann sich der Verfahrensablauf dann zum Block 1210 bewegen. Dort werden die Verbindungsarten für jeden im Block 1208 identifizierten Verbindungspunkt vom Benutzer bestimmt und/oder ausgewählt. Danach geht der Verfahrensablauf zum Block 1212 über, in dem Zweige mit der Teileoberfläche an den Verbindungspunkten verbunden und auch mit dem Stamm verbunden werden, um die Baumstütze zu erzeugen. Danach fährt der Verfahrensablauf mit dem Block 1214 fort, in dem das Objekt mit den Baumstützen im 3D-Druck gefertigt wird und (gegebenenfalls) Endbearbeitungsvorgänge durchgeführt werden, um eine fertige hergestellte Vorrichtung zu produzieren.
13 ist ein Ablaufplan mit einer näheren Ansicht der Auswahl von Verbindungsarten/-parametern gemäß dem Block 1210 von 12. Der Verfahrensablauf beginnt im Block 1302, in dem die Durchmesser jedes Baumzweigs definiert werden. In einigen Ausführungsformen werden die Durchmesser vom Benutzer durch eine grafische Benutzerschnittstelle definiert, die das Stützenerzeugungsmodul 704 bereitstellt. Als Nächstes geht der Verfahrensablauf zum Entscheidungsblock 1304 über, in dem bestimmt wird, ob der Zweig einen Abbruchpunkt aufweist (wie beispielsweise die in 11B bis 11D zuvor gezeigten Abbruchpunkte). Wird kein Abbruchpunkt für den Baumzweig benötigt, bewegt sich der Verfahrensablauf zum Block 1306, in dem der Verbindungspunktwinkel als Gerade zwischen dem Verbindungspunkt und dem Oberteil des Stamms bestätigt wird.
Gehört mit erneutem Bezug auf den Block 1304 ein Abbruchpunkt dazu, fährt der Verfahrensablauf stattdessen mit dem Block 1308 fort. Hier kann der Benutzer eine Abbruchstelle auswählen. Wie zuvor in Verbindung mit 11B bis 11D erwähnt, kann das Stützenerzeugungsmodul vordefinierte Stellen für Abbruchpunkte bereitstellen, z. B. auf der Zweiglinie, normales Dreieck (sich senkrecht von der Objektoberfläche erstreckend), vertikal oder eine andere Stelle und/oder ein anderer Winkel der Verbindung. Als Nächstes bewegt sich der Verfahrensablauf zum Block 1310, in dem relevante Maße definiert werden können. Zu diesen Maßen kann der Abstand vom Objekt gehören, in dem der Abbruchpunkt auf dem Zweig liegt. Ferner können zu diesen Maßen auch der Durchmesser des Abbruchpunkts oder andere Maße gehören, die die physikalischen Eigenschaften der Baumstütze beeinflussen und leichte Entfernung ermöglichen.
Ausführungsformen der Erfindung stellen verschiedene unterschiedliche Lösungen zum Konfigurieren von Zweigen in Baumstützen bereit. Mit diesen verschiedenen Konfigurationen gehen Vorteile einher, z. B. gleichmäßige Verbindungen zwischen Baumstützen und Teilen, die für effizientere Entfernung während des Verfahrensablaufs zur Endbearbeitung sorgen. Zudem erhält der Benutzer größere Flexibilität beim Bestimmen und Wählen des Winkels, in dem eine Baumstütze mit einem Objekt verbunden ist. Die gesteigerte Kontrolle kann die Fähigkeit verleihen, die Baumstützen zusätzlich zum bloßen Stützen des Objekts im Aufbauverfahren für andere Zwecke zu nutzen. Beispielsweise können Baumstützen definiert werden, die als Einlässe zum Gießen von Flüssigmetall in eine 3D-Druckform dienen. Der Winkel des Zweigs beim Verbinden mit der Teileoberfläche kann verwendet werden, den Durchfluss des Materials beim Einspritzen in die Form zu steuern.
Umsetzen lässt sich die hier offenbarte Erfindung als Verfahren, Vorrichtung oder Fabrikat mit Hilfe von Standard-Programmierungs- oder Entwicklungstechniken, um Software, Firmware, Hardware oder jede Kombination daraus zu produzieren. Im Gebrauch hierin bezeichnet „Fabrikat” Code oder Logik in der Implementierung in Hardware oder nicht transitorischen computerlesbaren Medien, z. B. optischen Speicherelementen, und flüchtigen oder nicht flüchtigen Speicherbauelementen oder transitorischen computerlesbaren Medien, z. B. Signalen, Trägerwellen usw. Zu solcher Hardware können u. a. FGPAs, ASICs, komplexe programmierbare Logikbauelemente (CPLDs), programmierbare Logikarrays (PLAs), Mikroprozessoren oder andere ähnliche Verarbeitungsvorrichtungen gehören.
verständlich sollte sein, dass jedes in Relation zu einer beliebigen Ausführungsform beschriebene Merkmal allein oder in Kombination mit anderen beschriebenen Merkmalen verwendet werden kann und zudem in Kombination mit einem oder mehreren Merkmalen jeder anderen der Ausführungsformen oder jeder Kombination aus jeder anderen der Ausführungsformen zum Einsatz kommen kann. Weiterhin können auch zuvor nicht beschriebene Äquivalente und Abwandlungen genutzt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

Verfahren zur Durchführung eines Verfahrens zur Optimierung von Kontaktpunkten für Baumstützen in einer additiven Fertigungsumgebung, wobei das Verfahren aufweist: Analysieren eines Objekts, um benötigte Stützen zu bestimmen; Definieren eines Stamms für eine Baumstütze; Verankern des Stamms der Baumstütze an einer Plattform; Bestimmen von Verbindungspunkten für mindestens einen Zweig der Baumstütze mit dem Objekt; Auswählen von Verbindungsarten und Verbindungsparametern für Zweigverbindungen mit der Oberfläche des Objekts; und Verbinden des mindestens einen Zweigs mit der Teileoberfläche und dem Stamm, um die Baumstütze zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist: Fertigen und Endbearbeiten des Objekts in der additiven Fertigungsumgebung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auswählen von Verbindungsarten und Verbindungsparametern aufweist: Definieren von Zweigdurchmessern für den mindestens einen Zweig.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Auswählen von Verbindungsarten und Verbindungsparametern ferner aufweist: Bestimmen, ob der mindestens eine Zweig einen Abbruchpunkt aufweist; und Auswählen einer Abbruchstelle, wenn der mindestens eine Zweig einen Abbruchpunkt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verfahren ferner aufweist: Definieren von Abbruchpunktmaßen.
System zur Optimierung von Kontaktpunkten für Baumstützen in einer additiven Fertigungsumgebung, wobei das System einen Prozessor aufweist, der so konfiguriert ist, dass er Computerbefehle ausführt, die: ein Objekt analysieren, um benötigte Stützen zu bestimmen; einen Stamm für eine Baumstütze definieren; den Stamm der Baumstütze an einer Plattform verankern; Verbindungspunkte für mindestens einen Zweig der Baumstütze mit dem Objekt bestimmen; Verbindungsarten und Verbindungsparameter für Zweigverbindungen mit der Oberfläche des Objekts auswählen; und den mindestens einen Zweig mit der Teileoberfläche und dem Stamm verbinden, um die Baumstütze zu erzeugen.
System nach Anspruch 6, wobei der Prozessor ferner so konfiguriert ist, dass er Befehle ausführt, die eine additive Fertigungsvorrichtung veranlassen, das Objekt in einer additiven Fertigungsumgebung zu fertigen und zu endbearbeiten.
System nach Anspruch 6, wobei der Prozessor ferner so konfiguriert ist, dass er Befehle ausführt, die Verbindungsarten und Verbindungsparameter durch Definieren von Zweigparametern für den mindestens einen Zweig auswählen.
System nach Anspruch 8, wobei der Prozessor ferner so konfiguriert ist, dass er Befehle ausführt, die Verbindungsarten und Verbindungsparameter auswählen durch: Bestimmen, ob der mindestens eine Zweig einen Abbruchpunkt aufweist; und Auswählen einer Abbruchstelle, wenn der mindestens eine Zweig einen Abbruchpunkt aufweist.
System nach Anspruch 9, wobei der Prozessor ferner so konfiguriert ist, dass er Befehle ausführt, die Verbindungsarten und Verbindungsparameter durch Definieren von Abbruchpunktmaßen auswählen.