DE102016007952A1

DE102016007952A1 - Objekterzeugungsmaschine, Querschnittsmessvorrichtung und Querschnittsmessverfahren

Info

Publication number: DE102016007952A1
Application number: DE102016007952.5A
Authority: DE
Inventors: Gyokubu Cho; Hidemitsu Asano; Masato Kon
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2016-12-29
Also published as: US10618220B2; US20160375640A1; US20190255776A1; US10343334B2; JP6669444B2; CN106323194A; JP2017013288A

Abstract

Ein 3D-Drucker (1) enthält: eine Objekterzeugungseinheit (131) zum Erzeugen eines Objekts (A) durch Laminieren eines Objektmaterials an einer Objekterzeugungsposition ausgehend von Modelldaten; eine Bildaufnahmeeinheit (132) zum Aufnehmen eines Bildes des durch die Objekterzeugungseinheit (131) erzeugten Objekts (A); und eine Formmesseinheit (26) zum Messen eines Querschnitts des Objekts (A) ausgehend von dem durch die Bildaufnahmeeinheit (132) aufgenommenen Bild, während sich das Objekt (A) in der Erzeugung durch die Objekterzeugungseinheit (131) befindet.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine Objekterzeugungsmaschine, eine Querschnittsmessvorrichtung und ein Querschnittsmessverfahren, die in der Lage sind, einen Querschnitt eines dreidimensionalen Objekts zu messen.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Objekterzeugungsmaschinen (sogenannte 3D-Drucker), welche dafür konfiguriert sind, ein dreidimensionales Objekt zu erzeugen, sind bekannt. 3D-Drucker sind üblicherweise derart konfiguriert, dass sie Schichten eines Objektmaterials nacheinander gemäß Modelldaten laminieren, um ein Objekt eines gewünschten Querschnitts zu erzeugen.
Wenn ein gewisser Grad an Genauigkeit für ein äußeres Profil oder eine innere Struktur des unter Verwendung eines derartigen 3D-Druckers erzeugten Objekts erforderlich ist, wird eine spezielle Vorrichtung verwendet, um einen inneren Querschnitt des erzeugten Objekts zu messen (siehe beispielsweise Patentliteratur 1: JP-A-2001-264047 , Patentliteratur 2: JP-A-09-147146 ).
Die in Patentliteratur 1 offenbarte Vorrichtung nimmt ein Bild eines Querschnitts eines dreidimensionalen Objekts unter Verwendung eines Röntgen-CT-Scanners auf und berechnet eine Differenz zwischen dem aufgenommenen Bild und den Modelldaten. Die in Patentliteratur 2 offenbare Vorrichtung verwendet ein MRI zur Überprüfung eines Querschnitts des erzeugten dreidimensionalen Objekts.
Die Überprüfung des Querschnitts unter Verwendung des Röntgen-CT-Scanners oder des MRI, wie sie in der oben genannten Patentliteratur 1 und 2 offenbart ist, erfordert jedoch eine teure und große Vorrichtung. Wenn Röntgenstrahlung und dergleichen verwendet wird, bringt eine derartige Überprüfung auch ein Sicherheitsproblem mit sich.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Objekterzeugungsmaschine, eine Querschnittsmessvorrichtung und ein Querschnittsmessverfahren anzugeben, welche in der Lage sind, einen Querschnitt eines erzeugten Objekts leicht zu messen.
Eine Objekterzeugungsmaschine nach einem Aspekt der Erfindung enthält: eine Objekterzeugungseinheit, welche dafür konfiguriert ist, basierend auf Modelldaten ein Objektmaterial an einer Objekterzeugungsposition zu laminieren, um ein Objekt zu erzeugen; eine Bildaufnahmeeinheit, welche dafür konfiguriert ist, ein Bild des durch die Objekterzeugungseinheit erzeugten Objekts aufzunehmen; und eine Querschnittsmesseinheit, welche dafür konfiguriert ist, einen Querschnitt des Objekts ausgehend von dem von der Bildaufnahmeeinheit aufgenommenen Bild zu messen, während das Objekt von der Objekterzeugungseinheit erzeugt wird.
Bei dem obigen Aspekt der Erfindung nimmt die Bildaufnahmeeinrichtung ein Bild eines dreidimensionalen Objekts in der Erzeugung auf, während die Objekterzeugungseinheit ein dreidimensionales Objekt erzeugt. Die Querschnittsmesseinheit misst den Querschnitt des Objekts ausgehend von dem von der Bildaufnahmeeinheit aufgenommenen Bild während der Erzeugung des Objekts.
Die Objekterzeugungseinheit des obigen Aspekts der Erfindung erzeugt das Objekt durch Laminieren einer Schicht des Objektmaterials nach der anderen an der Objekterzeugungsposition entsprechend einem Profil des Querschnitts des Objekts, wenn das Objekt zu erzeugen ist. Folglich kann der Querschnitt der Gesamtheit des Objekts durch Zusammenführen einer Vielzahl der Bilder des Objekts in der Erzeugung (d. h. der aufgenommenen Bilder pro Schicht) gemessen werden, und die Form jeder der Schichten kann ausgehend von den aufgenommenen Bildern der Schichten bestimmt werden.
Die oben angesprochene große spezielle Vorrichtung ist notwendig, um den inneren Querschnitt zu messen, nachdem das Objekt erzeugt worden ist. Bei dem obigen Aspekt der Erfindung kann dagegen eine kleine Bildaufnahmeeinheit, wie beispielsweise CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) oder CCD (Charged Coupled Device) verwendet werden, da es nur erforderlich ist, die Bilder des Objekts in der Erzeugung aufzunehmen. Ohne die Notwendigkeit der speziellen Vorrichtung, wie beispielsweise Röntgen-CT-Scanner und MRI, kann daher eine Objekterzeugungsmaschine mit einer einfachen Struktur bereitgestellt werden, die in der Lage ist den inneren Querschnitt eines Objekts zu messen. Da keine Röntgenstrahlung oder dergleichen verwendet wird, bietet der obige Aspekt der Erfindung zudem einen Vorteil im Hinblick auf die Sicherheit.
Die Objekterzeugungsmaschine nach dem obigen Aspekt der Erfindung enthält vorzugsweise eine Formbestimmungseinheit, welche dafür konfiguriert ist, zu bestimmen, ob Messdaten des durch die Querschnittsmesseinheit gemessenen Objekts innerhalb einer Maßtoleranz liegen, welche ausgehend von den Modelldaten definiert ist, oder nicht.
Bei der obigen Anordnung bestimmt die Formbestimmungseinheit, ob das durch die Querschnittsmesseinheit gemessene Messergebnis (die Messdaten) eine Genauigkeit innerhalb eines Bereichs der Maßtoleranz aufweist. Folglich kann leicht bestimmt werden, ob das Objekt ein hochgenaues Objekt ist, welches mit den Modelldaten übereinstimmt, oder nicht.
Da das Querschnittsprofil des Objekts in der Erzeugung bei der obigen Anordnung aufgenommen werden kann, kann sogar während der Erzeugung des Objekts bestimmt werden, ob die Genauigkeit des in der Erzeugung befindlichen Objekts mit den Modelldaten übereinstimmt, oder nicht.
Die Objekterzeugungsmaschine nach dem obigen Aspekt der Erfindung enthält vorzugweise eine Objekterzeugungsabbrucheinheit, welche dafür konfiguriert ist, einen Prozess des Erzeugens eines Objekts durch die Objekterzeugungseinheit abzubrechen, wenn die Formbestimmungseinheit bestimmt, dass die Messdaten außerhalb der Maßtoleranz liegen.
Wenn die Formbestimmungseinheit bestimmt, dass die Messdaten des in der Erzeugung befindlichen Objekts die Maßtoleranz überschreiten, bricht bei der obigen Anordnung die Objekterzeugungsabbrucheinheit den durch die Objekterzeugungseinheit durchgeführten Prozess des Erzeugens eines Objekts ab. Mit anderen Worten: Die Erzeugung des Objekts wird sofort abgebrochen, wenn die Erzeugungsgenauigkeit des Objekts ungenügend ist. Gemäß der obigen Anordnung können die Verschwendung des Objektmaterials und die damit einhergehende Erhöhung der Produktionskosten gegenüber einem Fall eingeschränkt werden, in dem die Erzeugung des Objekts fortgeführt wird, selbst wenn das Profil des erzeugten Objekts einen Fehler enthält.
Die Objekterzeugungsmaschine nach dem obigen Aspekt der Erfindung enthält vorzugsweise eine Formkorrektursteuereinheit, welche dafür konfiguriert ist, die Objekterzeugungseinheit zum Korrigieren einer Form des Objekts an der Objekterzeugungsposition zu steuern, wenn die Formbestimmungseinheit bestimmt, dass die Messdaten außerhalb der Maßtoleranz liegen.
Wenn die Formbestimmungseinheit bestimmt, dass die Messdaten des in der Erzeugung befindlichen Objekts die Maßtoleranz überschreiten, steuert bei der obigen Anordnung die Formkorrektursteuereinheit die Objekterzeugungseinheit zum Korrigieren der Form des Objekts. Insbesondere führt die Formkorrektursteuereinheit einem Abschnitt mit einer geringen Erzeugungsgenauigkeit eine zusätzliche Menge des Objektmaterials zu oder entfernt einen Teil des laminierten Objekts ausgehend von den Messdaten. Bei der obigen Anordnung kann ein Objekt mit einer hohen Genauigkeit gemäß den Messdaten erzeugt werden. Es ist schwierig oder unmöglich, die Form des Objekts zu korrigieren, wenn die Form des Objekts gemessen wird, nachdem das Objekt erzeugt worden ist. Da die Form des in der Erzeugung befindlichen Objekts jedoch wie oben beschrieben bestimmt werden kann, kann die Form des Objekts an der Objekterzeugungsposition sofort korrigiert werden, wenn ein an der Objekterzeugungsposition erzeugter Abschnitt Messdaten außerhalb der Maßtoleranz aufweist.
Bei der Objekterzeugungsmaschine nach dem obigen Aspekt der Erfindung ist die Formkorrektursteuereinheit vorzugsweise dafür konfiguriert, die Objekterzeugungseinheit so zu steuern, dass sie der Objekterzeugungsposition in Übereinstimmung mit den Messdaten das Objektmaterial zuführt, wenn die Messdaten kleiner als ein minimal tolerierbares Maß der Maßtoleranz sind.
Bei der obigen Anordnung wird eine zusätzliche Menge des Objektmaterials an einen Teil zugeführt, an dem die Messdaten kleiner als das minimal tolerierbare Maß der Maßtoleranz sind. Bei der obigen Anordnung kann das Objekt in Übereinstimmung mit den Modelldaten erzeugt werden.
Bei der Objekterzeugungsmaschine nach dem obigen Aspekt der Erfindung ist die Formkorrektursteuereinheit vorzugsweise dafür konfiguriert, die Objekterzeugungseinheit so zu steuern, dass sie einen Teil des an der Objekterzeugungsposition laminierten Materials in Übereinstimmung mit den Messdaten entfernt, wenn die Messdaten größer als ein maximal tolerierbares Maß der Maßtoleranz sind.
Gemäß der obigen Anordnung wird der Teil, an dem die Messdaten größer als das maximal tolerierbare Maß der Maßtoleranz sind, durch Schneiden oder Schmelzen, beispielsweise unter Verwendung eines Laserstrahls entfernt. Bei der obigen Anordnung kann das Objekt in Übereinstimmung mit den Modelldaten erzeugt werden.
Bei der Objekterzeugungsmaschine nach dem obigen Aspekt der Erfindung ist die Bildaufnahmeeinheit vorzugsweise dafür konfiguriert, das Bild in einem vorgegebenen Bereich an der und um die Objekterzeugungsposition herum aufzunehmen.
Gemäß der obigen Anordnung nimmt die Bildaufnahmeeinheit ein Bild eines Teils des Objekts an der und um die Objekterzeugungsposition herum auf, an der das Objekt unter Verwendung der Objekterzeugungseinheit erzeugt wird, und die Formmesseinheit misst den Querschnitt des Objekts ausgehend von dem an der und um die Objekterzeugungsposition herum aufgenommenen Bild. Bei der obigen Anordnung wird das Objektmaterial ausgehend von Modelldaten an der Objekterzeugungsposition laminiert, um das Objekt zu erzeugen. Durch Aufnehmen des Bildes des Bereichs an der und um die Objekterzeugungsposition herum unter Verwendung der Bildaufnahmeeinheit kann folglich bestimmt werden, ob das Objektmaterial an der Objekterzeugungsposition passend laminiert wird oder nicht, sodass der Querschnitt mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann. Da das Bild des engen Bereichs um die Objekterzeugungsposition herum aufgenommen wird, kann ferner die Auflösung des aufgenommenen Bildes an der und um die Objekterzeugungsposition herum erhöht werden, wodurch die Messgenauigkeit der Form des Objekts verbessert wird.
Die Objekterzeugungsmaschine nach dem obigen Aspekt der Erfindung enthält vorzugsweise einen Objekterzeugungskopf, welcher dafür konfiguriert ist, von einem Antriebsmechanismus bewegt zu werden, wobei der Objekterzeugungskopf mit der Objekterzeugungseinheit ausgestattet ist, bei welcher die Bildaufnahmeeinheit an dem Objekterzeugungskopf angeordnet ist.
Bei der obigen Anordnung sind die Objekterzeugungseinheit und die Bildaufnahmeeinheit an dem Objekterzeugungskopf angeordnet und der Objekterzeugungskopf ist dafür konfiguriert, von dem Antriebsmechanismus bewegt zu werden. Gemäß der obigen Anordnung kann die Objekterzeugungsposition entsprechend der Bewegung des Objekterzeugungskopfs durch den Antriebsmechanismus verschoben werden. Da die Bildaufnahmeeinheit zusammen mit dem Objekterzeugungskopf bewegt wird, kann ferner das Bild an der und um die Objekterzeugungsposition herum leicht aufgenommen werden.
Bei der Objekterzeugungsmaschine nach dem obigen Aspekt der Erfindung ist die Bildaufnahmeeinheit vorzugsweise an einer vorgegebenen Position befestigt und dafür konfiguriert, das Bild einer Gesamtheit des Objekts von der vorgegebenen Position aus aufzunehmen.
Bei der obigen Anordnung ist die Bildaufnahmeeinheit an der vorgegebenen Position befestigt und dafür konfiguriert, das Bild der Gesamtheit des Objekts von der vorgegebenen Position aus aufzunehmen. Da das Bild der Gesamtheit des Objekts aufgenommen wird, kann gemäß der obigen Anordnung die Bildverarbeitung gegenüber einem Fall vereinfacht werden, bei dem die Bilder, welche an und um die Objekterzeugungsposition herum aufgenommen werden, zum Messen des Querschnitts zusammengeführt werden. Ferner kann durch die Verwendung einer Bildaufnahmeeinheit mit einer hohen Auflösung des aufgenommenen Bildes die Minderung der Genauigkeit der Formmessung eingeschränkt werden.
Wenn eine Bildaufnahmeeinheit an dem Objekterzeugungskopf angeordnet ist, erhöhen sich Größe und Gewicht des Objekterzeugungskopfs. Da die Bildaufnahmeeinheit unabhängig von dem Objekterzeugungskopf angeordnet ist, kann jedoch die Verkleinerung des Objekterzeugungskopfes unterstützt werden.
Eine Querschnittsmessvorrichtung nach einem anderen Aspekt der Erfindung enthält: eine Bildaufnahmeeinheit, welche dafür konfiguriert ist, ein Bild eines dreidimensionalen Objekts aufzunehmen, welches durch eine Objekterzeugungseinheit erzeugt ist, die dafür konfiguriert ist, ausgehend von Modelldaten ein Objektmaterial an einer Objekterzeugungsposition zu laminieren, um das Objekt zu erzeugen; und eine Querschnittsmesseinheit, welche dafür konfiguriert ist, ausgehend von dem durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommenen Bild einen Querschnitt des Objekts zu messen, während sich das Objekt in der Erzeugung durch die Objekterzeugungseinheit befindet.
Gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung kann die Objekterzeugungsmaschine, welche in der Lage ist, den Innendurchmesser des Objekts mit einer einfachen Struktur zu messen, bereitgestellt werden, ohne dass die spezielle große Vorrichtung, wie beispielsweise Röntgen-CT-Scanner oder MRI notwendig ist. Durch Anbringen der Querschnittsmessvorrichtung, welche die Bildaufnahmeeinheit und die Querschnittsmesseinheit enthält, an einer vorhandenen Maschine zum Erzeugen eines dreidimensionalen Objekts (z. B. einem 3D-Drucker) kann der Querschnitt des Objekts, welches unter Verwendung der vorhandenen Maschine zum Erzeugen eines dreidimensionalen Objekts erzeugt wird, exakt gemessen werden.
Ein Querschnittsmessverfahren nach einem weiteren Aspekt der Erfindung dient zum Messen eines Querschnitts eines dreidimensionalen Objekts, welches durch eine Objekterzeugungsmaschine erzeugt wird, die dafür konfiguriert ist, ausgehend von Modelldaten ein Objektmaterial an einer Objekterzeugungsposition zu laminieren, um das dreidimensionale Objekt zu erzeugen, wobei das Verfahren umfasst: Aufnehmen eines Bildes des Objekts in der Erzeugung, während sich das Objekt in der Erzeugung durch die Objekterzeugungsmaschine befindet; und Messen eines Querschnitts des Objekts ausgehend von dem aufgenommenen Bild.
Gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung kann ein Querschnitt eines Objekts leicht auf die gleiche Weise wie bei den oben beschriebenen Aspekten der Erfindung gemessen werden, ohne dass eine große spezielle Maschine erforderlich ist.
Gemäß den obigen Aspekten der Erfindung kann ein Querschnitt eines dreidimensional erzeugten Objekts mit einer einfachen Struktur leicht gemessen werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG(EN)
1 zeigt eine Übersicht eines 3D-Druckers nach einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine Übersicht eines Objekterzeugungskopfs nach der ersten beispielhaften Ausführungsform.
3 ist ein Flussdiagramm, welches ein Objekterzeugungsverfahren nach der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
4 zeigt eine Übersicht eines 3D-Druckers nach einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt eine Übersicht eines 3D-Druckers nach einer dritten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Erste beispielhafte Ausführungsform
Ein 3D-Drucker nach einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine Übersicht des 3D-Druckers nach der ersten beispielhaften Ausführungsform
Der 3D-Drucker 1 stellt eine Objekterzeugungsmaschine der Erfindung dar. Wie in 1 gezeigt, enthält der 3D-Drucker 1 einen Druckerkörper 10 und eine Steuervorrichtung 20. Der 3D-Drucker 1 ist eine Vorrichtung, welche dafür konfiguriert ist, ein dreidimensionales Objekt A (nachfolgend einfach als ein Objekt A bezeichnet) gemäß Modelldaten zu erzeugen. Der 3D-Drucker 1 ist dafür konfiguriert, ein Außenprofil und/oder einen Innenquerschnitt des erzeugten Objekts A zu messen und das Messergebnis auf einem an der Steuervorrichtung 20 vorgesehenen Bildschirm 21 anzuzeigen, und ausgehend von dem Messergebnis des erzeugten Objekts A zu bestimmen, ob die Maße des Objekts A innerhalb einer Maßtoleranz liegen oder nicht.
Aufbau des Druckerkörpers 10
Wie in 1 gezeigt, enthält der Druckerkörper 10 eine Basis 11, einen Tisch 12, einen Objekterzeugungskopf 13, einen Antriebsmechanismus 14, eine Objektmaterialzuführeinheit 15 und eine Druckersteuerung 16.
Die Basis 11 trägt den Tisch 12 und den Objekterzeugungskopf 13. Der Tisch 12 und der Objekterzeugungskopf 13 sind durch die Basis 11 über den Antriebsmechanismus 14 gehalten, welcher zum Verschieben einer Objekterzeugungsposition konfiguriert ist.
Der Antriebsmechanismus 14 enthält einen Hebemechanismus 141, welcher dafür konfiguriert ist, den Tisch 12 in Richtung der Z-Achse (Höhenrichtung) zu bewegen, und einen Kopfantriebsmechanismus 142, welcher dafür konfiguriert ist, den Objekterzeugungskopf 13 in Richtung der X-Achse und in Richtung der Y-Achse, orthogonal zur Richtung der Z-Achse zu bewegen.
Der Hebemechanismus 141 enthält einen Stützarm 141A, welcher gegenüber der Basis 11 beispielsweise in Richtung der Z-Achse vorschiebbar ist, und eine Hebe-Antriebseinheit (nicht dargestellt), welche dafür konfiguriert ist, den Stützarm 141A in Richtung der Z-Achse auszufahren/zurückzuziehen. Der Tisch 12 ist an einem Ende des Stützarms 141A befestigt. Der Tisch 12 ist durch das Ausfahren/Zurückziehen des Stützarms 141 unter Verwendung der Hebe-Antriebsvorrichtung vertikal bewegbar. Es sei darauf hingewiesen, dass der genaue Aufbau des Hebemechanismus 141 nicht auf den oben beschriebenen beschränkt ist, sondern es kann beispielsweise ein Teil des Tisches 12 mit einer Schraube in Eingriff stehen, welche in Richtung der Z-Achse axial bewegbar ist, um den Tisch 12 gemäß Drehungen der Schraube axial zu bewegen, oder der Tisch 12 kann durch Verwenden eines Hydraulikkolbens oder dergleichen vertikal bewegt werden.
Der Kopfantriebsmechanismus 142 enthält zwei Säulen 142A, welche von der Basis 11 aus in Richtung der +Z-Achse verlaufen und in Richtung der Y-Achse verschiebbar sind, einen Querträger 142B, welcher von den Säulen 142A gehalten ist und in Richtung der X-Achse verläuft, eine Y-Achsen-Antriebseinheit (nicht dargestellt), welche dafür konfiguriert ist, die Säulen 142A in Richtung der Y-Achse zu verschieben, und eine X-Achsen-Antriebseinheit (nicht dargestellt), welche dafür konfiguriert ist, den Objekterzeugungskopf 13 entlang dem Querträger 142B (in Richtung der X-Achse) zu verschieben. Es sei darauf hingewiesen, dass der Kopfantriebsmechanismus 142 nicht notwendigerweise wie oben beschrieben aufgebaut ist, sondern der Objekterzeugungskopf 13 kann alternativ durch einen Mehrgelenkarm gehalten werden, und der Objekterzeugungskopf 13 kann durch Steuern bzw. Regeln der Winkel der Gelenkteile des Mehrgelenkarms bewegt werden.
Der Tisch 12 ist beispielsweise ein plattenförmiges Element, welches auf dem Hebemechanismus 141 so angeordnet ist, dass es in der Lage ist eine vertikale Bewegung entlang der Richtung der Z-Achse auszuführen. Das Objekt A wird auf der Oberfläche des Tischs 12 unter Verwendung des Objekterzeugungskopfs 13 erzeugt.
2 zeigt schematisch eine Anordnung des Objekterzeugungskopfs 13.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, enthält der Objekterzeugungskopf 13 eine Objekterzeugungseinheit 131 und eine Bildaufnahmeeinheit 132.
Die Objekterzeugungseinheit 131 (eine Objekterzeugungseinheit der Erfindung) extrudiert ein Objektmaterial, welches durch die Objektmaterialzuführeinheit 15 aus einer Düse 131A an einer vorgegebenen Objekterzeugungsposition B (siehe 2) auf dem Tisch 12 zugeführt wird, um das Objekt A zu erzeugen.
Bei der ersten beispielshaften Ausführungsform wird der Objekterzeugungskopf 13 ausgehend von den Modelldaten gemäß dem Befehl von der Steuervorrichtung 20 zu der Objekterzeugungsposition bewegt. Dann wird das Objektmaterial an der Objekterzeugungsposition aus der der Düse 131A der Objekterzeugungseinheit 131 extrudiert, um eine Schicht des Objektmaterials zu erzeugen. Die obige Extrusion von Objektmaterial wird im Wesentlichen wiederholt, während die Objekterzeugungspositionen B verschoben werden, um eine einzelne Schicht einer Objekterzeugungsschicht C zu erzeugen (siehe 2). Danach wird der Tisch 12 um die Stärke der einen Schicht abgesenkt und wiederum wird eine einzelne Schicht der Objekterzeugungsschicht C erzeugt. Die obigen Schritte werden wiederholt, um das Objekt A aus einer Vielzahl von Objekterzeugungsschichten C zu erzeugen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Düse 131A einen variablen Düsendurchmesser haben kann. In einem derartigen Fall ist es möglich, die Menge des zu laminierenden Objektmaterials zu regulieren, indem der Düsendurchmesser geeignet verändert wird. Bei der ersten beispielhaften Ausführungsform wird das von der Objekterzeugungseinheit 15 zugeführte Objekterzeugungsmaterial (z. B. geschmolzener Kunstharz oder geschmolzenes Metall) an der Objekterzeugungsposition extrudiert und laminiert, um das Objekt A zu erzeugen. Demgemäß kann zusätzlich ein Kühlmechanismus (z. B. ein Kühlgebläse) bereitgestellt sein, um das geschmolzene Objektmaterial zu verfestigen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Objekterzeugungseinheit 131 zwar beispielshaft dafür konfiguriert ist, das Objektmaterial an der Objekterzeugungsposition B zu extrudieren und zu laminieren, die Objekterzeugungseinheit der Erfindung jedoch nicht auf die obige Objekterzeugungseinheit 131 beschränkt ist, sondern dass die Objekterzeugungseinheit jedes beliebige Erzeugungsverfahren verwenden kann. Beispielsweise kann ein Tropfen eines geschmolzenen Materials von UV-härtendem Kunstharz an der Objekterzeugungsposition B abgegeben werden und kann zum Aushärten und Laminieren mit UV-Licht bestrahlt werden. Alternativ kann ein festes Objektmaterial auf die Objekterzeugungsposition B übertragen werden und kann unter Verwendung eines Hochleistungslasterstrahls und eines Heizdrahts zum Schmelzen und Laminieren erhitzt werden. Als weitere Alternative kann ein granulares Material für eine Schicht des Objekts auf dem Tisch ausgelegt sein, und das granulare Material an der Objekterzeugungsposition B kann unter Verwendung eines Laserstrahls oder dergleichen gesintert werden oder kann durch einen abgegebenen Klebstoff fixiert werden, um die Objekterzeugungsschicht C zu erzeugen. Danach kann das granulare Material wiederum ausgelegt werden, und die gleichen Schritte können zum Bilden des Objekts A ausgeführt werden.
Die Bildaufnahmeeinheit 132 (die Bildaufnahmeeinheit der Erfindung) nimmt ein Bild des Objekts A auf dem Tisch 12 auf, welches erzeugt worden ist oder sich in der Erzeugung befindet (Objekterzeugungsschicht C), und gibt das aufgenommene Bild an die Steuervorrichtung 20 aus.
Bei der beispielshaften Ausführungsform ist die Bildaufnahmeeinheit 132 an dem Objekterzeugungskopf 13 montiert und nimmt ständig ein Bild an um die Objekterzeugungsposition B herum (an einem vorgegebenen Bereich an und um die Objekterzeugungsposition B herum) auf. Wie in 2 gezeigt, ist die Bildaufnahmeeinheit 132 demgemäß vorzugsweise in einem vorgegebenen Winkel gegenüber der Richtung der Z-Achse zu der Objekterzeugungseinheit 131 hin geneigt. Mit einer derartigen Anordnung kann die Abmessung der Objekterzeugungsschicht C hochgenau gemessen werden, da das hochauflösende Bild des vorgegebenen Bereichs um die Objekterzeugungsposition B herum aufgenommen werden kann.
Die Objektmaterialzuführeinheit 15 ist beispielsweise mit der Objekterzeugungseinheit 131 des Objekterzeugungskopfs 13 durch eine Verbindungseinheit (z. B. einen hitzebeständigen Schlauch) verbunden, um der Objekterzeugungseinheit 131 das Objektmaterial zuzuführen. Die Objektmaterialzuführeinheit 15 ist dafür konfiguriert, die Zuführmenge des der Objekterzeugungseinheit 131 zuzuführenden Objektmaterials gemäß einem Befehl von der Steuervorrichtung 20 zu regeln. Eine vorgegebene Menge des Objektmaterials kann durch Regeln der Zuführmenge des Objektmaterials an der Objekterzeugungsposition B laminiert werden. Selbst wenn das Objekt A mit einer winzigen Struktur erzeugt werden soll, kann daher ein hochwertiges Objekt A mit einer hohen Maßgenauigkeit erzeugt werden.
Die Druckersteuerung 16 ist mit dem Antriebsmechanismus 14, der Objekterzeugungsvorrichtung 131 und der Bildaufnahmevorrichtung 132 des Objekterzeugungskopfs 13, der Objektmaterialzuführeinheit 15 und dergleichen verbunden. Ferner ist die Druckersteuerung 16 mit der Steuervorrichtung 20 auf eine Weise verbunden, die zur Kommunikation damit in der Lage ist, sodass die Druckersteuerung 16 eine Ansteuerung der jeweiligen Komponenten, einschließlich des Antriebsmechanismus 14, des Objekterzeugungskopfs 13 und der Objektmaterialzuführeinheit 15 gemäß einem Steuerbefehl von der Steuervorrichtung 20 steuert und das durch die Bildaufnahmevorrichtung 132 aufgenommene Bild an die Steuervorrichtung 20 überträgt.
Anordnung der Steuervorrichtung 20
Wie in 1 dargestellt, enthält die Steuervorrichtung 20 die Anzeige 21, einen Speicher 22, und eine Steuerung 23.
Die Anzeige 21 ist dafür konfiguriert, ein Bild, wie beispielsweise das durch die Bildaufnahmeeinheit 132 aufgenommene Bild anzuzeigen.
Der Speicher 22 ist dafür konfiguriert, Steuerprogramme und verschiedene Daten zum Steuern des 3D-Druckers 1, die Modelldaten zum Erzeugen des Objekts A und dergleichen zu speichern.
Die Steuerung 23 enthält eine Rechnereinheit, wie beispielsweise einen Prozessor (CPU/Central Processing Unit) und eine Speicherschaltung. Die Steuerung 23 ist dafür konfiguriert, die verschiedenen Programme 22, welche in dem Speicher gespeichert sind, zu lesen und auszuführen, um als Objekterzeugungsbefehlseinheit 24, Bildaufnahmesteuereinheit 25, Formmesseinheit 26, Formbestimmungseinheit 27, Objekterzeugungsabbrucheinheit 28, Formkorrektursteuereinheit 29 und dergleichen zu dienen.
Die Objekterzeugungsbefehlseinheit 24 gibt ein Objekterzeugungsbefehlssignal an den Druckerkörper 10 aus, um den Antriebsmechanismus 14 und den Objekterzeugungskopf 13 in Abhängigkeit der Modelldaten des Objekts A, welche in dem Speicher 22 und dergleichen gespeichert sind, oder in Abhängigkeit der Modelldaten des Objekts A zu steuern, welche separat von einer externen Vorrichtung über das Internet eingegeben werden. Als Reaktion steuert die Drucksteuerung 16 des Druckerkörpers 10 den Antriebsmechanismus 14 so an, dass er den Objekterzeugungskopf 13 in Abhängigkeit der Modelldaten zu der Objekterzeugungsposition B bewegt. Dann führt die Druckersteuerung 16 der Objekterzeugungseinheit 131 das Objektmaterial (z. B. geschmolzenes Kunstharz) von der Objektmaterialzuführeinheit 15 zu und laminiert das Objektmaterial an der Objekterzeugungsposition B unter Verwendung der Objekterzeugungseinheit 131.
Wenn das Objekterzeugungsbefehlssignal von der Objekterzeugungssteuereinheit 24 ausgegeben wird, gibt die Bildaufnahmesteuereinheit 25 ein Bildaufnahmebefehlssignal aus, um das Bild unter Verwendung der Bildaufnahmeeinheit 132 in Verbindung mit der Betätigung (Laminieren von Objektmaterial an der Objekterzeugungsposition) der Objekterzeugungseinheit 131 aufzunehmen.
Die Formmesseinrichtung 26 misst die Form des Objekts A und/oder die Form der Objekterzeugungsschicht C in der Erzeugung ausgehend von dem aufgenommenen Bild.
Insbesondere wendet die Formmessvorrichtung 26 beispielsweise Glätten, einen Halbwertfilter, einen bilateralen Filter und dergleichen auf das aufgenommene Bild an, um Rauschen darin zu beseitigen, und berechnet charakteristische Werte (z. B. Helligkeitsdifferenz von Pixeln) des aufgenommenen Bildes, um eine Kante des Objekts A und/oder der Objekterzeugungsschicht C zu erfassen. Da die Anordnung eines optischen Abbildungssystems der Bildaufnahmeeinheit 132 bekannt ist, sind ferner die Vergrößerung des aufgenommenen Bildes und der Abstand von der Bildaufnahmeeinheit 132 bis zu der Objekterzeugungsposition B bekannt. Wenn die Kante in dem aufgenommenen Bild wie oben beschrieben erfasst worden ist, kann folglich die Strecke zwischen den Kanten (Ecken) des tatsächlichen Objekts A und/oder der Objekterzeugungsschicht C ausgehend von, beispielsweise, dem Abstand zwischen den Katen in dem aufgenommenen Bild berechnet werden. Insbesondere misst die Formmesseinheit 26 ein Außenmaß (Messdaten) des Objekts A und/oder der Objekterzeugungsschicht C ausgehend von der Anzahl von Pixeln zwischen Kanten, welche durch eine vorgegebene Verarbeitung an dem aufgenommenen Bild erfasst wurden, und den bekannten Parametern, einschließlich einer Zoom-Vergrößerung des optischen Abbildungssystems der Bildaufnahmeeinheit 132 und des Abstands von der Objekterzeugungseinheit 132 bis zu der Objekterzeugungsposition B.
Die Formbestimmungseinheit 27 bestimmt, ob die Messdaten (das tatsächlich gemessene Maß) des Objekts A und/oder der Objekterzeugungsschicht C innerhalb einer vorgegebenen Maßtoleranz liegt, welche durch die Modelldaten definiert ist. Insbesondere berechnet die Formbestimmungseinheit 27 eine Differenz zwischen den Modelldaten und den Messdaten und bestimmt, ob die Differenz innerhalb der vorgegebenen Toleranz liegt oder nicht.
Die Objekterzeugungsabbrucheinheit 28 gibt ein Objekterzeugungsabbruch-Befehlssignal zum Abbrechen der Erzeugung durch die Objekterzeugungseinheit 131 an den Druckerkörper 10 aus, wenn die Formbestimmungseinheit 27 bestimmt, dass die Messdaten außerhalb der Maßtoleranz liegen und größer als die Modelldaten sind. Mit anderen Worten: Wenn der Erzeugungsprozess des Objekts fortgeführt wird, wenn ein Maß des Objekts A (der Objekterzeugungsschicht C) in der Erzeugung größer als ein in den Modelldaten hinterlegtes Referenzmaß ist, wird das Objekt A mit geringer Qualität erzeugt, was eine Verschwendung von Erzeugungskosten (d. h. Objektmaterial und Erzeugungszeit) bedeutet, und daher wird der Erzeugungsprozess abgebrochen.
Die Formkorrektursteuereinheit 29 führt zusätzliches Objektmaterial an die Objekterzeugungsposition B zu, um die Form des Objekts so zu korrigieren, dass die Messdaten innerhalb die Maßtoleranz gelangen, wenn die Formbestimmungseinheit 27 bestimmt, dass die Messdaten die Maßtoleranz überschreiten und die Messdaten kleiner als die Modelldaten sind. Insbesondere berechnet die Formkorrektursteuereinheit 29 eine Differenz zwischen den Messdaten und den Modelldaten und gibt ein Formkorrekturbefehlssignal an den Druckerkörper 10 aus, um das der Differenz entsprechende Objektmaterial auf die Objekterzeugungsposition B zuzuführen. Als Reaktion wird die Objekterzeugungseinheit 131 an die Position (Objekterzeugungsposition B) bewegt, für die ein kleines Maß bestimmt wurde, und das Objektmaterial, welches einem für die Objekterzeugungsposition B berechneten Korrekturwert entspricht, wird der Objekterzeugungsposition B zugeführt, um das Objekt A in Übereinstimmung mit den Modelldaten zu erzeugen.
Verfahren zum Erzeugen des Objekts A unter Verwendung des 3D-Druckers 1 Nachfolgend werden ein Verfahren zum Erzeugen des Objekts A unter Verwendung des oben beschriebenen 3D-Druckers 1 und ein Verfahren zum Messen eines Querschnitts des Objekts A beschrieben.
3 ist ein Flussdiagramm, welches das Verfahren zum Erzeugen des Objekts A nach einer ersten beispielshaften Ausführungsform zeigt.
Wenn das Objekt A erzeugt werden soll, erfasst die Objekterzeugungsbefehlseinheit 24 der Steuervorrichtung 20 die Modelldaten, welche dem zu erzeugenden Objekt A entsprechen, beispielsweise auf eine Aktion einer Bedienperson hin. Die Modelldaten können von einer externen Vorrichtung erfasst werden, obwohl auch ein Kommunikationsmedium wie das Internet oder die in dem Speicher 22 der Steuervorrichtung 20 gespeicherten Modelldaten verwendet werden können.
Die Objekterzeugungsbefehlseinheit 24 erzeugt basierend auf den erfassten Modelldaten ein Objekterzeugungsbefehlssignal und gibt das Objekterzeugungsbefehlssignal an den Druckerkörper 10 aus (Schritt S1). Es sei darauf hingewiesen, dass das Objekterzeugungsbefehlssignal beispielsweise Parameter wie Koordinaten der Objekterzeugungsposition B, die Zuführmenge des an der Objekterzeugungsposition B zuzuführenden Objektmaterials und einen Bewegungspfad des Objekterzeugungskopfs 13 enthält, wobei die Parameter für jede der das Objekt A bildenden Objekterzeugungsschichten C definiert sind.
Wenn die Druckersteuerung 16 des Druckerkörpers 10 in Schritt S1 das Objekterzeugungsbefehlssignal empfängt, startet die Druckersteuerung 16 die Objekterzeugungsoperation (Schritt S2). Insbesondere steuert die Druckersteuerung 16 den Antriebsmechanismus 14 zum vertikalen Bewegen des Tisches 12, um den Objekterzeugungskopf 13 an eine Position zu bewegen, welche der vorgegebenen Objekterzeugungsposition B entspricht. Dann steuert die Druckersteuerung 16 die Objektmaterialzuführeinheit 15 zum Zuführen des Objektmaterials der Zuführmenge, welche dem Objekterzeugungsbefehlssignal entspricht, zu der Objekterzeugungseinheit 131, und das Objektmaterial wird von der Objekterzeugungseinheit 131 auf die Objekterzeugungsposition B zugeführt. Die obigen Schritte werden wiederholt, um die einzelne Objekterzeugungsschicht C wie oben beschrieben zu erzeugen, und eine Vielzahl von Objekterzeugungsschichten C wird geschichtet, um das Objekt A zu erzeugen.
Wenn die Objekterzeugungsoperation in Schritt S2 gestartet wird, steuert ferner die Bildaufnahmesteuereinheit 25 die Bildaufnahmeeinheit 132 zum Aufnehmen des Bildes an dem Abschnitt an der und um die Objekterzeugungsposition B herum und zum Erfassen des aufgenommenen Bildes (Schritt S3). Mit anderen Worten: Das aufgenommene Bild der Objekterzeugungsposition B wird ständig erfasst, während sich das Objekt A in der Erzeugung befindet.
Wenn das aufgenommene Bild der Objekterzeugungsposition B in Schritt S3 aufgenommen wird, misst dann die Formmesseinheit 26 die Form des Objekts in der Erzeugung (d. h. der Objekterzeugungsschicht C) ausgehend von dem aufgenommenen Bild (Schritt S4). Mit anderen Worten: Die Formmesseinheit 26 berechnet die Maße (Messdaten) relevanter Abschnitte der Objekterzeugungsschicht C innerhalb des Bereichs des aufgenommenen Bildes. Es sei darauf hingewiesen, dass das Objektmaterial sofort nach dem Laminieren an der Objekterzeugungsposition B je nach den Bedingungen, der Art des Objektmaterials und dergleichen manchmal gehärtet und geschrumpft wird. Demgemäß können die Messdaten der Objekterzeugungsschicht C stromaufwärts der Objekterzeugungsposition B in einer Bewegungsrichtung entlang dem Bewegungspfad des Objekterzeugungskopfs gemessen werden. Ferner kann das aufgenommene Bild zu diesem Zeitpunkt auf der Anzeige 21 angezeigt werden.
Die Formbestimmungseinheit 27 bestimmt ob die Messdaten innerhalb der für die Messdaten jeweils definierten Maßtoleranz liegen oder nicht (Schritt S5).
Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S5 Nein ist (d. h. wenn bestimmt wird, dass die Messdaten außerhalb des Bereichs der Maßtoleranz liegen), bestimmt die Formbestimmungseinheit 27 ferner, ob die Messdaten gleich einem oder größer als ein maximal tolerierbares Maß sind oder nicht (Schritt S6). Mit anderen Worten: Die Formbestimmungseinheit 27 bestimmt, ob das Maß der Objekterzeugungsschicht C größer als das durch die Modelldaten definierte Maß ist.
Wenn das Bestimmungsergebnis Ja ist, gibt die Objekterzeugungsabbrucheinheit 28 das Objekterzeugungsabbruchsignal an den Druckerkörper 10 aus, um die Objekterzeugungsoperation der Objekterzeugungseinheit 131 abzubrechen (Schritt S7).
Wenn dagegen das Bestimmungsergebnis in Schritt S6 Nein ist (d. h. wenn die Messdaten nicht gleich einem oder größer als ein maximal tolerierbares Maß sind), wird gefolgert, dass die Messdaten kleiner als ein minimal tolerierbares Maß sind (d. h. dass das Maß der Objekterzeugungsschicht C kleiner als das durch die Modelldaten definierte Maß ist).
Zu diesem Zeitpunkt berechnet die Formkorrektureinheit 29 eine Differenz zwischen den Messdaten und den Modelldaten und berechnet eine Zuführmenge (eine der Differenz entsprechende Zuführmenge) des Objektmaterials zum Kompensieren des Fehlbetrags des Maßes an der Objekterzeugungsposition B als Korrekturwert (Schritt S8).
Dann gibt die Formkorrektureinheit 29 das Formkorrekturbefehlssignal, welches den berechneten Korrekturbetrag enthält, an den Druckerkörper 10 aus. Somit führt die Druckersteuerung 16 die Objektformkorrektur durch (Schritt S9). Insbesondere bewegt die Druckersteuerung 16 den Objekterzeugungskopf 13 an die Objekterzeugungsposition B, an welcher die Messdaten gleich dem oder kleiner als das minimal tolerierbare Maß sind, und führt die dem Korrekturwert entsprechende Menge des Objektmaterials der Objekterzeugungseinheit 131 von der Materialzuführeinheit 15 zu. Dann steuert die Druckersteuerung 16 die Objekterzeugungseinheit 131 zum Zuführen der dem Korrekturwert entsprechenden Menge des Objektmaterials auf die Objekterzeugungsposition B, um die Form der Objekterzeugungsschicht C an der Objekterzeugungsposition B so zu korrigieren (kompensieren), dass das Maß mit den vorgegebenen Modelldaten übereinstimmt.
Nachfolgend wird die normale Objekterzeugungsoperation wieder aufgenommen, um den Prozess bei und nach Schritt S3 fortzuführen.
Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S5 Ja ist (d. h. wenn bestimmt wird, dass die Messdaten innerhalb des Bereichs der Maßtoleranz liegen), bestimmt die Steuervorrichtung 20, ob die Objekterzeugungsoperation fortgeführt werden soll oder nicht (Schritt S10). Wenn die Erzeugung des Objekts A abgeschlossen ist, ist das Bestimmungsergebnis der Steuervorrichtung in Schritt S10 Nein, und eine Reihe von Objekterzeugungsoperationen wird beendet. Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S10 Ja ist (d. h. wenn die Erzeugung des Objekts A nicht abgeschlossen ist), wird die Objekterzeugungsoperation fortgeführt, und der Prozess kehrt zu Schritt S3 zurück.
Vorteil(e) der ersten beispielhaften Ausführungsform
Der 3D-Drucker 1 der ersten beispielhaften Ausführungsform enthält der Druckerkörper 10 mit der Objekterzeugungsvorrichtung 131, welche dafür konfiguriert ist, das Objektmaterial zum Erzeugen des Objekts A zu laminieren, und die Bildaufnahmeeinheit 132, welche dafür konfiguriert ist, das Bild des Bereichs an der und um die Objekterzeugungsposition B herum aufzunehmen, und die Steuervorrichtung 20, welche dafür konfiguriert ist, den Druckerkörper 10 zu steuern. Die Formmessvorrichtung 26 der Steuervorrichtung 20 misst das Außenmaß des Objekts A ausgehend von dem Bild (aufgenommenes Bild der Objekterzeugungsschicht C), welches von der Bildaufnahmeeinheit 132 aufgenommen wird, während der Objekterzeugungsprozess durch die Objekterzeugungseinheit 131 im Gange ist.
Gegenüber einem Fall, bei dem der innere Querschnitt des Objekts A unter Verwendung einer speziellen und großen Vorrichtung, wie Röntgen-CT-Scanner oder MRI gemessen wird, nachdem die Erzeugung des Objekts A durch die Objekterzeugungseinheit 131 abgeschlossen ist, kann demgemäß der Querschnitt des Objekts A unter Verwendung einer kleinen Bildaufnahmekamera, wie einer CCD leicht gemessen werden, wodurch eine Vereinfachung und eine Größenreduktion des 3D-Druckers 1 erreicht werden. Da keine radioaktive Strahlung (z. B. Röntgenstrahlung) verwendet wird, welche für den menschlichen Körper schädlich ist, können die externe Form und die interne Struktur des Objekts A ferner sicher gemessen werden.
Bei dem 3D-Drucker 1 nach der ersten beispielhaften Ausführungsform bestimmt die Formbestimmungseinheit 27, ob die Messergebnisse (Messdaten) des Objekts A und/oder der Objekterzeugungsschicht C, welche von der Formmesseinheit 26 gemessen worden sind, innerhalb der durch die Modelldaten definierten Maßtoleranz liegen.
Mit einer derartigen Anordnung ist der 3D-Drucker 1 der ersten beispielhaften Ausführungsform nicht nur in der Lage, die innere und die äußere Form des Objekts A zu messen, sondern auch in der Lage, zu bestimmen, ob das Objekt A genau in einer den Modelldaten entsprechenden Form erzeugt worden ist oder nicht.
Da die Form des Objekts A während der Erzeugung des Objekts A ausgehend von dem aufgenommenen Bild gemessen wird, kann die Objekterzeugungsoperation ferner sofort abgebrochen werden, wenn ausgehend von den während der Objekterzeugung gemessenen Messdaten eine Abweichung festgestellt wird.
Bei dem 3D-Drucker 1 der ersten beispielhaften Ausführungsform bricht die Objekterzeugungsabbrucheinheit 28 die Objekterzeugung durch die Objekterzeugungseinheit 131 ab, wenn bestimmt wird, dass die Messdaten außerhalb der Maßtoleranz liegen und die Messdaten größer als die Modelldaten sind.
Folglich kann die Verschwendung von Objektmaterial aufgrund der Produktion eines Objekts A geringer Qualität aufgrund eines Objekterzeugungsfehlers eingeschränkt werden. Da das Objekt A geringer Qualität nicht vollständig erzeugt wird, kann ferner eine Produktionsgeschwindigkeit verbessert werden.
Die Formkorrektursteuereinheit 29 des 3D-Druckers 1 der ersten beispielhaften Ausführungsform berechnet den Korrekturwert ausgehend von der Differenz zwischen den Messdaten und den Modelldaten und führt das Objektmaterial zu der Objekterzeugungsposition zu, für die festgestellt wurde, dass sie kleiner als durch die Modelldaten definiert ist (Objektformkorrektur), wenn bestimmt wird, dass die Messdaten die Maßtoleranz überschreiten und die Messdaten kleiner als das durch die Modelldaten definierte Maß sind (wenn die Messdaten kleiner als das minimal tolerierbare Maß der Maßtoleranz sind).
Mit einer derartigen Anordnung kann die Minderung der Qualität des Objekts A eingeschränkt werden, und das Objekt A hoher Qualität kann in Übereinstimmung mit den Modelldaten produziert werden.
Bei der ersten beispielhaften Ausführungsform ist die Bildaufnahmeeinheit 132 an dem Objekterzeugungskopf 13 angebracht, an dem die Objekterzeugungseinheit 131 vorgesehen ist, und ist so konfiguriert, dass sie das Bild des durch die Objekterzeugungseinheit 131 erzeugten Objekts A an der und um die Objekterzeugungsposition B herum aufnimmt.
Bei der ersten beispielhaften Ausführungsform wird das Objektmaterial ausgehend von den Modelldaten an der Objekterzeugungsposition B laminiert, um das Objekt A zu erzeugen. Durch Erfassen des aufgenommenen Bildes des Objekts A durch die Bildaufnahmeeinheit 132 an der und um die Bilderzeugungsposition B herum kann daher bestimmt werden, ob das Objektmaterial an der Objekterzeugungsposition B passend laminiert ist oder nicht, wodurch die Objekterzeugungsschicht C äußerst genau gemessen wird. Da ein hochauflösendes Bild innerhalb eines vorgegebenen Bereichs erfasst werden kann, welcher die Objekterzeugungsposition B enthält, kann ferner die Messgenauigkeit der Objektform gegenüber einem Fall erhöht werden, in dem beispielsweise das gesamte Bild des erzeugten Objekts A oder der Objekterzeugungsschicht C von einer Position aus aufgenommen wird, welche von der Objekterzeugungsposition B entfernt ist.
Es ist möglich, ein Bild des Objekts A an der und um die Objekterzeugungsposition B herum aufzunehmen, wobei beispielsweise eine Zoom-Funktion einer Kamera verwendet wird, welche an einer von dem Objekterzeugungskopf 13 entfernten Position platziert ist. Eine Bildaufnahmeposition einer derartigen Kamera muss jedoch der Bewegung der Objekterzeugungsposition B folgen, sodass eine komplizierte Steuerung für die Bildaufnahmeeinheit 132 nötig wird. Alternativ kann ein mit der Bildaufnahmeeinheit 132 ausgestatteter Messkopf separat bereitgestellt sein, und der Messkopf kann der Bewegung des Objekterzeugungskopfs 13 folgend bewegt werden. Eine derartige Anordnung erfordert jedoch den zusätzlichen Messkopf und einen Antriebsmechanismus desselben, sodass die Struktur kompliziert wird. Wenn dagegen die Bildaufnahmeeinheit 132 wie oben beschrieben an dem Objekterzeugungskopf 13 angeordnet ist, können Struktur und Steuerprozess vereinfacht werden.
Zweite beispielshafte Ausführungsform
Nachfolgend wird ein 3D-Drucker nach einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Bei dem 3D-Drcuker 1 der ersten beispielhaften Ausführungsform bricht die Objekterzeugungsabbrucheinheit 28 die Objekterzeugung ab, wenn festgestellt wird, dass die Messdaten außerhalb der Maßtoleranz liegen und die Messdaten größer als die Modelldaten sind. Dagegen unterscheidet sich die zweite beispielhafte Ausführungsform von der ersten beispielhaften Ausführungsform darin, dass die Objekterzeugung auch unter solchen Umständen nicht abgebrochen wird, sondern dass die Form des Objekts korrigiert wird.
4 zeigt eine Übersicht des 3D-Druckers nach der zweiten beispielshaften Ausführungsform. Es sei darauf hingewiesen, dass die gleichen Komponenten wie diejenigen bei der ersten Ausführungsform in der Beschreibung durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, um deren Erläuterung auszulassen oder zu vereinfachen.
Ein 3D-Drucker 1A der zweiten beispielhaften Ausführungsform enthält einen Druckerkörper 10A, welcher mit dem Objekterzeugungskopf 13 ausgestattet ist, an dem zusätzlich zu der Objekterzeugungseinheit 131 und der Bildaufnahmeeinheit 132 eine Materialentfernungseinheit 133 montiert ist, welche dafür konfiguriert ist, einen Teil des erzeugten strukturellen Körpers zu entfernen.
Die Materialentfernungseinheit 133 enthält beispielsweise eine Laserstrahlquelle, welche dafür konfiguriert ist, einen Hochenergielaserstrahl zu emittieren. Die Materialentfernungseinheit 133 emittiert den Laserstrahl auf einen Teil der Objekterzeugungsschicht C, um den mit dem Laserstrahl bestrahlten Teil weg zu brennen, zu schmelzen oder gasförmig zu machen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Materialentfernungseinheit 133 bei der zweiten Ausführungsform einen Teil der Objekterzeugungsschicht C zwar unter Verwendung des Laserstrahls entfernt, die Materialentfernungseinheit 133 jedoch nicht notwendigerweise immer wie oben beschrieben konfiguriert sein muss. Beispielsweise kann ein Teil der Objekterzeugungsschicht C unter Verwendung einer Klinge aus Metall, Keramik oder dergleichen geschnitten werden, oder der Teil des Objekts A kann unter Verwendung beliebiger Verfahren entfernt werden.
Ferner ist die Materialentfernungseinheit 133 zwar beispielhaft an dem Objekterzeugungskopf 13 angeordnet, doch kann ein zusätzlicher Kopf zum Entfernen des Objekts bereitgestellt sein, und die Materialentfernungseinheit 133 kann an dem zusätzlich bereitgestellten Kopf angeordnet sein.
Wenn die Formbestimmungseinheit 27 auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform bestimmt, dass die Messdaten die Maßtoleranz überschreiten und dass die Messdaten kleiner als die Modelldaten sind, führt eine Formkorrektursteuereinheit 29A zusätzliches Objektmaterial zu der Objekterzeugungsposition B zu, um die Form des Objekts so zu korrigieren, dass die Messdaten in die Maßtoleranz kommen.
Wenn die Formbestimmungseinheit 27 bestimmt, dass die Messdaten die Maßtoleranz überschreiten und größer als das durch die Modelldaten definierte Maß sind, steuert die Formkorrektureinheit 29A außerdem die Materialentfernungseinheit 133 zum Entfernen des Teils des Objekts A an der Objekterzeugungsposition B, dessen Maß als größer als das durch die Modelldaten definierte Maß bestimmt wurde (Objektformkorrektur).
Das Verfahren zum Erzeugen des Objekts A unter Verwendung des 3D-Druckers 1A nach der zweiten beispielhaften Ausführungsform ist im Wesentlichen das gleiche wie das in der ersten beispielhaften Ausführungsform und unterscheidet sich lediglich im Prozessschritt S7.
Insbesondere führt der 3D-Drucker 1A der zweiten beispielhaften Ausführungsform die Objektformkorrektur zum Entfernen des Teils der Objekterzeugungsschicht C anstelle des in 3 gezeigten Schritts S7 bei dem Objekterzeugungsprozess in der ersten beispielhaften Ausführungsform aus.
Genauer gesagt, berechnet die Formkorrektureinheit 29A eine Differenz zwischen den Messdaten und den Modelldaten. Dann gibt die Formkorrektureinheit 29A ein Formkorrektursignal zum Entfernen eines Teils der an der Objekterzeugungsposition B laminierten Objekterzeugungsschicht C um einen der berechneten Differenz entsprechenden Betrag an den Druckerkörper 10 aus. Als Reaktion wird die Materialentfernungseinheit 133 an die Position (Objekterzeugungsposition B) bewegt, für die ein größeres Maß festgestellt wurde, und ein Teil der Objekterzeugungsschicht C, welcher einem für die Objekterzeugungsposition B berechneten Korrekturwert (Entfernungsbetrag) entspricht, wird entfernt.
Es sei darauf hingewiesen, dass, wenn die Differenz zwischen den Messdaten und den Modelldaten gleich einem oder größer als ein vorgegebener erster Grenzwert ist, die Messung durch die Objekterzeugungsabbrucheinheit 28 abgebrochen werden kann, wenn die Messdaten die Maßtoleranz überschreiten und die Messdaten größer als die Modelldaten sind, und die Objektformkorrektur (Entfernung) durch die Formkorrektursteuereinheit 29A durchgeführt werden kann, wenn die Differenz kleiner als der erste Grenzwert ist.
Gemäß dem oben beschriebenen 3D-Drucker 1A in der zweiten beispielhaften Ausführungsform kann das Objekt A mit einem mit den Modelldaten übereinstimmenden Maß erzeugt werden, wenn die von der Formmesseinheit 26 gemessenen Messdaten die Maßtoleranz überschreiten und größer als die Modelldaten sind (d. h. wenn die Messdaten größer als das maximal tolerierbare Maß der Maßtoleranz sind), da der Teil der Objekterzeugungsschicht C entfernt werden kann.
Dritte beispielhafte Ausführungsform
Nachfolgend wird ein 3D-Drucker nach einer dritten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Bei der oben beschriebenen ersten beispielhaften Ausführungsform ist die Bildaufnahmeeinheit 132 an dem Objekterzeugungskopf 13 angeordnet und das Bild des Objekts A an der und um die Objekterzeugungsposition B herum wird beispielhaft aufgenommen. Dagegen unterscheidet sich die dritte beispielhafte Ausführungsform von der ersten und der zweiten beispielhaften Ausführungsform darin, dass die Bildaufnahmeeinheit an einer von dem Objekterzeugungskopf 13 entfernten Position angeordnet ist.
5 zeigt eine Übersicht eines 3D-Druckers nach der dritten beispielhaften Ausführungsform.
Ein 3D-Drucker 1B der dritten beispielhaften Ausführungsform enthält nicht die Objekterzeugungseinheit 132 an dem Objekterzeugungskopf 13 eines Druckerkörpers 10B, sondern eine Bildaufnahmeeinheit 17 ist an einer von dem Objekterzeugungskopf 13 entfernten Position (z. B. einem Rahmen oder einer Kammer des Druckerkörpers 100B) befestigt. Die Bildaufnahmeeinheit 17 ist an einer festen Position angebracht und ist auf einen Feldwinkel eingestellt, der in der Lage ist, ein Bild der Gesamtheit des Tisches 12 von der festen Position aus aufzunehmen. Mit anderen Worten: Die Bildaufnahmeeinheit 17 in der dritten beispielhaften Ausführungsform ist dafür konfiguriert, das Bild der Gesamtheit des Objekts A aufzunehmen, welches durch Laminieren auf dem Tisch 12 erzeugt wird.
Da die Bildaufnahmeeinheit 17 in der dritten beispielhaften Ausführungsform an der festen Position befestigt ist, ändert sich der Abstand zwischen der Bildaufnahmeeinheit 17 und dem Objekt A in Abhängigkeit der vertikalen Bewegung des Tisches 12. Folglich ist es vorteilhaft, dass die Bildaufnahmeeinheit 17 mit einer Autofokusfunktion zum automatischen Einstellen eines Bildkontrasts gemäß dem aufgenommenen Bild ausgestattet ist.
Die Autofokusfunktion wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Bildaufnahmeeinheit 17 auf die oberste Objekterzeugungsschicht C (die zuletzt neu erzeugte Objekterzeugungsschicht C) des Objekts A fokussiert wird. Zu diesem Zeitpunkt kann der Abstand zwischen der Bildaufnahmeeinheit 17 und dem Objekt A unter Verwendung von Infrarotstrahlung, Laserstrahl oder dergleichen erfasst werden, um die Fokusposition einzustellen, oder die Fokusposition kann alternativ basierend auf dem Bildkontrast des aufgenommenen Bildes eingestellt werden. Um die Bildaufnahmevorrichtung 17 auf die Fokusposition zu fokussieren, kann ein Linsensystem der Bildaufnahmeeinheit 17 unter Verwendung eines Motors und dergleichen bewegt werden, um die Fokuseinstellung auszuführen, oder alternativ kann der Abstand zwischen der Bildaufnahmeeinheit 17 und dem Objekt A durch Bewegen des Tisches 12 fein eingestellt werden. Wenn die Fokuseinstellung durch die vertikale Bewegung des Tischs 12 durchgeführt wird, kann die Struktur der Bildaufnahmeeinheit 17 weiter vereinfacht werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass zwar das Verfahren zum Erzeugen des Objekts A unter Verwendung des 3D-Druckers 1B im Wesentlichen das gleiche wie das bei der ersten beispielhaften Ausführungsform ist, jedoch vorzugsweise der folgende Prozess bei Schritt S3 durchgeführt wird.
Insbesondere wird bei der dritten beispielshaften Ausführungsform der Objekterzeugungskopf 13 aus dem Bildaufnahmebereich der Bildaufnahmeeinheit 17 bewegt, wenn das Bild in Schritt S3, immer wenn eine vorgegebene Anzahl von Objekterzeugungsschichten C laminiert ist, aufgenommen wird (z. B. eines pro Schicht). Dann steuert die Bildaufnahmesteuereinrichtung 25 die Bildaufnahmeeinheit 17 zum Fokussieren beispielsweise auf die oberste Objekterzeugungsschicht C des Objekts A unter Verwendung der Autofokusfunktion, um das aufgenommene Bild des gesamten Objekts A zu erfassen. Mit anderen Worten: Das Bild des gesamten Objekts A, einschließlich der neu erzeugten Objekterzeugungsschicht C, wird aufgenommen.
Zwar ist in 5 nur die Objekterzeugungseinheit 131 beispielshaft an dem Objekterzeugungskopf 13 angeordnet, doch kann zusätzlich die Materialentfernungseinheit 133 wie in der zweiten beispielhaften Ausführungsform an dem Objekterzeugungskopf 13 angeordnet sein.
Bei der dritten beispielshaften Ausführungsform ist die Bildaufnahmeeinheit 17 an einer festen Position, von dem Objekterzeugungskopf 13 entfernt an dem Rahmen oder dergleichen des Druckerkörpers 10B befestigt.
Da die Bildaufnahmeeinheit nicht an dem Objekterzeugungskopf 13 angeordnet ist, kann bei dieser Anordnung das Gewicht des Objekterzeugungskopfs 13 verringert werden.
Da das Bild durch die an der festen Position befestigte Bildaufnahmeeinheit 17 aufgenommen wird, ist es weniger wahrscheinlich, dass die Bildaufnahmeeinheit 17 durch die Schwingungen beeinflusst wird, welche in Abhängigkeit der Bewegung des Objekterzeugungskopfs 13 auftreten, sodass das Bild nicht durch die Schwingungen verzerrt wird. Folglich kann beispielsweise die Genauigkeit der Kantenerfassung während des Formmessprozesses unter Verwendung der Formmesseinrichtung 26 verbessert werden, sodass die Messgenauigkeit verbessert werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass zwar die Auflösung des Bildes verringert wird, da bei der obigen Anordnung der Bildaufnahmebereich breiter als bei der Anordnung ist, bei der die Bildaufnahmeeinheit 132 an dem Objekterzeugungskopf 13 montiert ist, die Verringerung der Genauigkeit jedoch durch Erhöhen der Auflösung der in der Bildaufnahmeeinheit 17 verwendeten Bildaufnahmevorrichtung eingeschränkt werden kann.
Obwohl ferner die Bilder des Objekts A, welche an der Objekterzeugungsposition B nach der Bewegung des Objekterzeugungskopfs 13 und/oder des Objekts A bei der ersten beispielhaften Ausführungsform zusammengeführt werden, um die Bilder der gesamten Objekterzeugungsschicht C und des Objekts A zu erzeugen, erfordert eine derartige Anordnung eine komplizierte Bildverarbeitung zum Zusammenführen der Bilder. Da bei der dritten Ausführungsform dagegen der Bildaufnahmebereich durch den gesamten Tisch 12 definiert ist, ist die Bildverarbeitung, beispielsweise für das Zusammenführen der aufgenommenen Bilder, nicht notwendig, sodass die Verarbeitungslast reduziert werden kann.
Da die Bildaufnahmeeinheit 17 die Autofokusfunktion hat, kann ferner eine Verschlechterung der aufgenommenen Bilder und dergleichen aufgrund von mangelhaftem Fokussieren der Bildaufnahmeeinheit 17 selbst dann verhindert werden, wenn der Tisch 12 vertikal bewegt wird oder die Höhe des Objekts A vergrößert wird, wodurch eine exakte Formmessung erreicht wird.
Modifikation(en)
Im Übrigen sei darauf hingewiesen, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist, sondern Modifikationen und Verbesserungen einschließt, solange die Modifikationen und Verbesserungen mit der Erfindung kompatibel sind.
Zwar ist bei der dritten beispielhaften Ausführungsform nur eine Bildaufnahmeeinheit 17 beispielhaft bereitgestellt, doch ist eine derartige Anordnung nicht zwingend. Beispielsweise können mehrere Bildaufnahmevorrichtungen 17 an einem Rahmen oder in einer Kammer jeweils an verschiedenen Positionen angeordnet sein, und die Bilder des Objekts A und der Objekterzeugungsschicht C können in mehreren Richtungen aufgenommen werden. Selbst wenn ein Teil der Objekterzeugungsschicht C durch eine Kante der Objekterzeugungsschicht C oder dergleichen abgeschattet wird, kann gemäß einer solchen Anordnung das Bild des abgeschatteten Teils aufgenommen werden, da die Bilder der Objekterzeugungsschicht C unter Verwendung der mehreren Bildaufnahmeeinheiten 17 aus den mehreren Richtungen aufgenommen werden.
Das gleiche gilt für die erste und die zweite beispielhafte Ausführungsform, bei denen beispielsweise mehrere Bildaufnahmeeinheiten 132 an dem Objekterzeugungskopf angeordnet sein können.
Ferner kann die Bildaufnahmeeinheit 132 an dem Objekterzeugungskopf 13 angeordnet sein, und die Bildaufnahmeeinheit 17 kann an der festen Position an dem Rahmen des Druckerkörpers 10 und dergleichen befestigt sein.
Die Bildaufnahmeeinheit kann, statt an der vorgegebenen festen Position an dem Objekterzeugungskopf 13 und dem Druckerkörper 10, an einem zusätzlichen Messkopf angeordnet sein, welcher unabhängig von dem Objekterzeugungskopf bewegbar ist.
Bei einer derartigen Anordnung wird beispielsweise, nachdem der Objekterzeugungskopf 13 den Objekterzeugungsprozess an einer ersten Objekterzeugungsposition durchgeführt hat und der Objekterzeugungskopf 13 zu einer zweiten Objekterzeugungsposition bewegt wird, der Messkopf an die erste Objekterzeugungsposition bewegt, um das Bild an der ersten Objekterzeugungsposition aufzunehmen. Insbesondere ist das Objektmaterial zuweilen nicht vollkommen verfestigt, nachdem das geschmolzene Objektmaterial unter Verwendung des Objekterzeugungskopfs 13 an der Objekterzeugungsposition B laminiert worden ist. In diesem Fall differieren die Maße an der Objekterzeugungsposition B aufgrund von Kontraktion und dergleichen in Abhängigkeit der Verfestigung des Objektmaterials zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das Objektmaterial zugeführt (laminiert) wird, und dem Zeitpunkt, zu dem das Objektmaterial verfestigt ist und die Objekterzeugungsschicht C erzeugt ist. Wenn dagegen die Form der Objekterzeugungsschicht C nach dem Objekterzeugungsprozess des Objekterzeugungskopfs 13 unter Verwendung des mit der Bildaufnahmeeinheit ausgestatteten separaten Messkopfs gemessen wird, kann das Maß nach Erzeugen der Objekterzeugungsschicht C gemessen werden, sodass die Form äußerst exakt gemessen werden kann.
Zwar ist die Objekterzeugungseinheit 131 bei den obigen beispielhaften Ausführungsformen beispielshaft dafür konfiguriert, das Objektmaterial in Form von geschmolzenem Kunstharz und dergleichen an der Objekterzeugungsposition B aus der Düse 131A zu extrudieren und zu laminieren, um das Objekt A zu erzeugen, doch ist eine derartige Anordnung nicht erschöpfend. Wie oben beschrieben, kann die Objekterzeugungseinheit 131 dafür konfiguriert sein, beispielsweise Tropfen eines geschmolzenen Materials, wie beispielsweise eines UV-härtenden Kunstharzes unter Verwendung einer Tintenstrahlvorrichtung und dergleichen an der Objekterzeugungsposition B abzugeben und UV-Licht auf die Objekterzeugungsposition B zu emittieren. Alternativ kann ein auf die Objekterzeugungsposition B übertragenes festes Objektmaterial erhitzt werden, um zum Laminieren geschmolzen zu werden.
Ferner kann ein granulares Material einer Schicht auf dem Tisch ausgelegt werden, und das granulare Material an der Objekterzeugungsposition B kann unter Verwendung eines Laserstrahls und dergleichen gesintert werden oder kann durch einen abgegebenen Klebstoff fixiert werden, um die Objekterzeugungsschicht C zu erzeugen. Danach kann das granulare Material wiederum ausgelegt werden, und die gleichen Schritte können zum Erzeugen des Objekts A ausgeführt werden.
Obwohl das granulare Material ausgelegt wird, kann bei dieser Anordnung das Profil des Bereichs, in dem das granulare Material unter Verwendung der Objekterzeugungseinheit 131 verfestigt wird, ausgehend von einer Luminanzdifferenz in dem aufgenommenen Bild erfasst werden, sodass die Form der Objekterzeugungsschicht C gemessen werden kann.
Während das granulare Objektmaterial ausgelegt belassen wird, kann es jedoch zuweilen schwierig sein, das Profil des Bereichs (d. h. ein Profil der Objekterzeugungsschicht C) zu bestimmen, in dem das granulare Material durch die Objekterzeugungseinheit 131 verfestigt wird. In diesem Fall reicht es aus, vor der Bildaufnahme durch die Bildaufnahmeeinheit 132 (17) das granulare Material in einem Bereich zu entfernen, der nicht der Objekterzeugungsschicht C entspricht (d. h. nicht verfestigtes granulares Material).
Wenn wie bei der dritten beispielshaften Ausführungsform die Bildaufnahmeeinheit 17 verwendet wird, welche in der Lage ist, das Bild des gesamten Tisches 12 (des Objekts A) aufzunehmen, wird das granulare Material für eine vorgegebene Anzahl von Schichten (z. B. eine Schicht) entfernt, nachdem die vorgegebene Anzahl von Schichten erzeugt worden ist, bevor das Bild durch die Bildaufnahmeeinheit 17 aufgenommen wird. Danach wird das granulare Material erneut ausgelegt, und der Objekterzeugungsprozess wird fortgesetzt.
Wenn die Bildaufnahmeeinheit 132 an dem Objekterzeugungskopf 13 angeordnet ist, wird das granulare Material für eine vorgegebene Anzahl von Schichten (z. B. eine Schicht) entfernt, nachdem die vorgegebene Anzahl von Schichten erzeugt worden ist, und das Bild der Objekterzeugungsschicht C wird aufgenommen, während der Objekterzeugungskopf 13 gemäß den Modelldaten der Objekterzeugungsschicht C, deren Bild aufgenommen werden soll, bewegt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass das entfernte granulare Material jedes Mal, wenn das granulare Material entfernt worden ist, gesammelt und wieder verwendet werden kann.
Zu den Beispielen für die Granularmaterialentfernungseinheit, welche dafür konfiguriert ist, das granulare Material zu entfernen, gehören ein Lüfter oder ein Gebläse zum Wegblasen des granularen Materials unter Verwendung eines vorgegebenen Luftvolumens und eine Bürste oder einen Spatel zum Wischen des granularen Materials. Die Granularmaterialentfernungseinheit kann an dem Objekterzeugungskopf 13 angeordnet sein. Bei einer derartigen Anordnung kann ein Teil des granularen Materials entlang dem Bewegungspfad des Objekterzeugungskopfs 13 entfernt werden. Alternativ kann eine Bürste, ein Spatel oder dergleichen der gleichen Breite wie die Breite des Tisches 12 in eine Richtung orthogonal zu einer Breitenrichtung des Tisches 12 bewegt werden, um das granulare Material einer Menge für die vorgegebene Anzahl von Schichten auf dem Tisch 12 kollektiv zu entfernen.
Zwar nimmt die Bildaufnahmeeinrichtung 132 in der oben beschriebenen ersten beispielhaften Ausführungsform das Bild des Objekts zum Messen der Form des Objekts beispielhaft jedes Mal auf, wenn das Objektmaterial an der Objekterzeugungsposition B laminiert wird, doch ist eine derartige Anordnung nicht erschöpfend. Beispielsweise kann das Bild jedes Mal aufgenommen werden, wenn die Bilderzeugungsschicht C an einem vorgegebenen Bereich erzeugt wird, welcher dem Feldwinkel (Bildaufnahmebereich) der Bildaufnahmeeinheit 132 entspricht. Alternativ kann das Bild durch die Bildaufnahmeeinheit 132 jedes Mal aufgenommen werden, wenn eine einzelne Objekterzeugungsschicht C erzeugt wird, wie in der dritten beispielhaften Ausführungsform. Bei dieser Anordnung wird der Objekterzeugungskopf 13 nachdem die (erste) Objekterzeugungsschicht C erzeugt worden ist und bevor die folgende (zweite) Objekterzeugungsschicht C erzeugt wird, wieder entlang dem Bewegungspfad des Objekterzeugungskopfs 13 für die erste Objekterzeugungsschicht C bewegt, um das Bild der ersten Objekterzeugungsschicht C unter Verwendung der Bildaufnahmeeinheit 132 aufzunehmen.
Alternativ kann auch das Bild durch die Bildaufnahmeeinheit 132 oder die Bildaufnahmeeinheit 17 jedes Mal aufgenommen werden, wenn zwei oder mehr Objekterzeugungsschichten C erzeugt worden sind. Das gleiche trifft bei der dritten beispielhaften Ausführungsform zu.
Zwar wird die Objektformkorrektur bei der ersten beispielhaften Ausführungsform beispielshaft ausgeführt, wenn das durch die Messdaten angezeigte Maß unter das minimal tolerierbare Maß der Maßtoleranz fällt, doch kann der Objekterzeugungsprozess an sich auf die gleiche Weise abgebrochen werden, wie es der Fall ist, wenn die Messdaten das maximal tolerierbare Maß der Maßtoleranz überschreiten.
Zwar wird bei den oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen bestimmt, ob die Menge des laminierten Objektmaterials passend ist oder nicht (ob die Messdaten innerhalb der Toleranz liegen), wenn das Objektmaterial an der Objekterzeugungsposition laminiert wird, doch kann die Form der Objekterzeugungsschicht C gemessen werden, welche eine Unterschicht des Teils ist, an dem das Objektmaterial laminiert wird.
Zwar wird bei den oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen der Tisch 12 beispielhaft vertikal entlang der Richtung der Z-Achse bewegt und der Objekterzeugungskopf 13 wird entlang der Richtung der X-Achse und entlang der Richtung der Y-Achse verschoben, doch kann jede Struktur eingesetzt werden, so lange die Objekterzeugungsposition der Objekterzeugungseinheit 131 des Objekterzeugungskopfs 13 auf gewünschte Koordinatenpositionen verschiebbar ist. Beispielsweise kann der Tisch alternativ dafür konfiguriert sei, in Richtung der X-Achse und der Y-Achse bewegt zu werden, und der Objekterzeugungskopf 13 kann dafür konfiguriert sein, vertikal bewegt zu werden. Alternativ kann der Tisch 12 feststehen, und der Objekterzeugungskopf 13 kann so konfiguriert sein, dass er in triaxiale Richtungen bewegt werden kann, oder alternativ kann der Objekterzeugungskopf 13 feststehen und der Tisch kann so konfiguriert sein, dass er in die triaxialen Richtungen bewegt werden kann.
Wenn die Bildaufnahmeeinheit 132 an dem Objekterzeugungskopf 13 angeordnet ist, kann mit dem feststehenden Objekterzeugungskopf 13 und dem triaxial bewegbaren Tisch 12 die Verschlechterung in dem aufgenommenen Bild in Abhängigkeit der Bewegung des Objekterzeugungskopfs 13 verhindert werden und die Last für die Bildverarbeitung kann reduziert werden.
Die Objekterzeugungsmaschine in Form der 3D-Drucker 1, 1A, 1B der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen enthält exemplarisch die Objekterzeugungseinheit (Objekterzeugungseinheit 131) und die Bildaufnahmeeinheit (Bildaufnahmeeinheit 132 oder Bildaufnahmeeinheit 17), und die Steuervorrichtung 20, welche dafür konfiguriert ist, den Druckerkörper 10 steuern, misst beispielshaft den Querschnitt und/oder das Außenprofil des Objekts A basierend auf dem aufgenommenen Bild.
Alternativ kann die Bildaufnahmeeinheit abnehmbar an der Objekterzeugungsmaschine angeordnet sein. Insbesondere kann eine Querschnittsmesseinrichtung, welche die Bildaufnahmeeinheit und eine Steuerung (einschließlich der Querschnittsmesseinheit der Erfindung) enthält, welche dafür konfiguriert ist, die Bildaufnahmeeinheit zu steuern, abnehmbar an einem vorhandenen 3D-Drucker vorgesehen sein, welcher einen Druckerkörper mit einer Objekterzeugungseinheit und einer zum Steuern des Druckerkörpers konfigurierten Steuervorrichtung enthält.
Bei dieser Anordnung kann die Bildaufnahmeeinheit an einer vorgegebenen Position beispielsweise an dem Rahmen des Druckerkörpers des vorhandenen 3D-Drcukers befestigt sein, sodass der Druckerkörper 10B mit der gleichen Struktur wie das in der oben beschriebenen dritten Ausführungsform konstruiert werden kann. Eine unabhängige Anschlussvorrichtung und dergleichen zum Steuern der Bildaufnahmeeinheit kann eingesetzt werden, oder alternativ kann ein Programm zum Bereitstellen der Funktionen der Formmesseinheit 26, der Formbestimmungseinheit 27, der Objekterzeugungsabbrucheinheit 28 und der Formkorrektursteuereinheit 29 in einer Steuervorrichtung (z. B. einem Personal Computer) installiert sein, welche dafür konfiguriert ist, den Druckerkörper des vorhandenen 3D-Druckers zu steuern, um die Funktionen durch die Steuerung (CPU der Steuervorrichtung zu erreichen. Gemäß einer derartigen Anordnung kann die Steuervorrichtung als Steuervorrichtung 20 in den oben beschriebenen beispielshaften Ausführungsformen dienen.
Andere spezielle Strukturen beim Anwenden der Erfindung können nach Belieben verändert werden, so lange eine Änderung mit einer Aufgabe der Erfindung kompatibel ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2001-264047 A [0003]
JP 09-147146 A [0003]

Claims

Objekterzeugungsmaschine, umfassend: eine Objekterzeugungseinheit (131), welche dafür konfiguriert ist, ein Objektmaterial an einer Objekterzeugungsposition (B) ausgehend von Modelldaten zu laminieren, um ein Objekt (A) zu erzeugen; eine Bildaufnahmeeinheit (132), welche dafür konfiguriert ist, ein Bild des durch die Objekterzeugungseinheit (131) erzeugten Objekts (A) aufzunehmen; und eine Querschnittsmesseinheit, welche dafür konfiguriert ist, einen Querschnitt des Objekts (A) ausgehend von dem durch die Bildaufnahmeeinheit (132) aufgenommenen Bild zu messen, während sich das Objekt in der Erzeugung durch die Objekterzeugungseinheit (131) befindet.
Objekterzeugungsmaschine nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Formbestimmungseinheit (27), welche dafür konfiguriert ist, zu bestimmen ob von der Querschnittsmesseinheit gemessene Messdaten des Objekts (A) innerhalb einer ausgehend von den Modelldaten definierten Maßtoleranz liegen.
Objekterzeugungsmaschine nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine Objekterzeugungsabbrucheinheit (28), welche dafür konfiguriert ist, einen Prozess der Objekterzeugung durch die Objekterzeugungseinheit (131) abzubrechen, wenn die Formbestimmungseinheit (27) bestimmt, dass die Messdaten außerhalb der Maßtoleranz liegen.
Objekterzeugungsmaschine nach Anspruch 2 oder 3, ferner umfassend: eine Formkorrektursteuereinheit (29, 29A), welche dafür konfiguriert ist, die Objekterzeugungseinheit (131) zum Korrigieren einer Form des Objekts an der Objekterzeugungsposition zu steuern, wenn die Formbestimmungseinheit (27) bestimmt, dass die Messdaten außerhalb der Maßtoleranz liegen.
Objekterzeugungsmaschine nach Anspruch 4, wobei die Formkorrektursteuereinheit (29, 29A) dafür konfiguriert ist, die Objekterzeugungseinheit (131) zum Hinzufügen des Objektmaterials zu der Objekterzeugungsposition in Übereinstimmung mit den Messdaten zu steuern, wenn die Messdaten kleiner als ein minimal tolerierbares Maß der Maßtoleranz sind.
Objekterzeugungsmaschine nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Formkorrektursteuereinheit (29A) dafür konfiguriert ist, die Objekterzeugungseinrichtung (131) zum Entfernen eines Teils des an der Objekterzeugungsposition laminierten Objektmaterials in Übereinstimmung mit den Messdaten zu steuern, wenn die Messdaten größer als ein maximal tolerierbares Maß der Maßtoleranz sind.
Objekterzeugungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bildaufnahmeeinheit (132) dafür konfiguriert ist, das Bild in einem vorgegebenen Bereich an der und um die Objekterzeugungsposition (B) herum aufzunehmen.
Objekterzeugungsmaschine nach Anspruch 7, ferner umfassend: einen Objekterzeugungskopf (13), welcher dafür konfiguriert ist, durch einen Antriebsmechanismus (14) bewegt zu werden, wobei der Objekterzeugungskopf (13) mit der Objekterzeugungseinheit (131) ausgestattet ist, wobei die Bildaufnahmeeinheit (132) an dem Objekterzeugungskopf (13) angeordnet ist.
Objekterzeugungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Bildaufnahmeeinheit (132) an einer vorgegeben Position befestigt ist und dafür konfiguriert ist das Bild einer Gesamtheit des Objekts (A) von der vorgegebenen Position aus aufzunehmen.
Querschnittsmessvorrichtung, umfassend: eine Bildaufnahmeeinheit (132), welche dafür konfiguriert ist, ein Bild eines dreidimensionalen Objekts (A) aufzunehmen, welches durch eine Objekterzeugungseinheit (131) erzeugt ist, die dafür konfiguriert ist, ausgehend von Modelldaten ein Objektmaterial an einer Objekterzeugungsposition (B) zu laminieren, um das Objekt (A) zu erzeugen; und eine Querschnittsmesseinheit, welche dafür konfiguriert ist, einen Querschnitt des Objekts (A) ausgehend von dem durch die Bildaufnahmeeinheit (132) aufgenommenen Bild zu messen, während sich das Objekt in der Erzeugung durch die Objekterzeugungseinheit (131) befindet.
Querschnittsmessverfahren zum Messen eines Querschnitts eines dreidimensionalen Objekts (A), welches durch eine Objekterzeugungsmaschine (1, 1A, 1B) erzeugt ist, die dafür konfiguriert ist, ausgehend von Modelldaten ein Objektmaterial an einer Objekterzeugungsposition (B) zu laminieren, um das dreidimensionale Objekt (A) zu erzeugen, wobei das Verfahren umfasst: Aufnehmen eines Bildes des Objekts (A) in der Erzeugung, während sich das Objekt (A) in der Erzeugung durch die Objekterzeugungseinheit (1, 1A, 1B) befindet; und Messen eines Querschnitts des Objekts (A) ausgehend von dem aufgenommenen Bild.