Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein 3D-Drucksystem zur Bedruckung mindestens eines flächigen Trägersubstrats zur Wand- und Deckengestaltung, das im Verhältnis zu seiner Flächenausdehnung eine geringe Materialstärke aufweist, wobei das mindestens eine flächige Trägersubstrat mit einer zu gestaltenden Wand oder Decke eines Gebäudes verbindbar ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine 3D-Druckvorrichtung mit mindestens einem 3D-Druckkopf und zumindest einer Positioniereinrichtung.The present invention relates to a 3D printing system for printing on at least one planar carrier substrate for wall and ceiling design, which has a low material thickness in relation to its surface area, wherein the at least one planar carrier substrate is connectable to a wall or ceiling of a building to be designed. Moreover, the invention relates to a 3D printing device with at least one 3D print head and at least one positioning device.
Bei gebräuchlichen 3D-Druckern wird im Allgemeinen ein geeigneter Werkstoff mittels eines in der Regel frei im Raum positionierbaren Druckkopfes durch sukzessive Addition geringer Werkstoff- bzw. Materialmengen zu einem räumlichen Objekt mit in der Regel kleineren Abmessungen aufgebaut. Durch geeignete Kombination mehrerer mittels eines 3D-Druckers hergestellter Komponenten lassen sich erforderlichenfalls auch Objekte mit größeren Abmessungen fertigen. Der Aufbau eines entsprechenden Objektes kann mit oder ohne Zuhilfenahme einer Stützkonstruktion erfolgen. Hierbei erlaubt der üblicherweise computergesteuerte und sich vollautomatisch bewegende Druckkopf eines 3D-Druckers prinzipiell das Herstellen von komplizierten dreidimensionalen Objekten mit einer aufwändigen geometrischen Gestalt, die beispielsweise auch objektinterne Kavitäten aufweisen kann. 3D-Drucker werden derzeit vorrangig zur Kleinserienfertigung komplexer Bauteile eingesetzt, da eine zugrundeliegende Prozessgeschwindigkeit für eine Großserienfertigung im Allgemeinen noch nicht hoch genug ist.In conventional 3D printers, a suitable material is generally built up by means of a printhead, which can generally be positioned freely in space, by successive addition of small amounts of material or material to form a spatial object with generally smaller dimensions. By suitable combination of several components produced by means of a 3D printer, it is also possible, if necessary, to manufacture objects with larger dimensions. The construction of a corresponding object can be done with or without the aid of a support structure. In this case, the usually computer-controlled and fully automatically moving printhead of a 3D printer basically allows the production of complicated three-dimensional objects with a complex geometric shape, which may also have, for example, cavities inside the object. 3D printers are currently used primarily for the small-batch production of complex components, since an underlying process speed for large-scale production in general is not high enough.
Im Allgemeinen kann ein mittels des Druckkopfs eines 3D-Druckers aufgetragener Werkstoff eine flüssige oder eine feste Konsistenz aufweisen und beliebig eingefärbt sein. Zum Beispiel kann ein endloser thermoplastischer Kunststoffstrang von einer Vorratsspule abgezogen und mittels eines Druckkopfes endseitig erhitzt und plastifiziert werden, so dass eine geringe Kunststoffmenge punktuell auf ein Objekt auftragbar ist, die sich anschließend selbsttätig durch Abkühlen verfestigt. Weiterhin kann ein geringe Anzahl von Metallpartikeln mittels eines geeigneten Druckkopfes punktuell einem zu fertigenden Bauteil hinzufügt werden, die anschließend mittels eines Lasers des 3D-Druckers mit bereits abgetragenen Partikeln des Bauteils thermisch verbacken wird. Alternativ können flüssige Duroplaste aufgetragen und mittels eines UV-Lasers punktuell thermisch verbacken werden.In general, a material applied by means of the print head of a 3D printer may have a liquid or a solid consistency and be colored as desired. For example, an endless thermoplastic plastic strand can be withdrawn from a supply reel and heated and plasticized by means of a print head end, so that a small amount of plastic can be applied selectively to an object, which then consolidates automatically by cooling. Furthermore, a small number of metal particles can be selectively added by means of a suitable print head to a component to be manufactured, which is then thermally baked by means of a laser of the 3D printer with already removed particles of the component. Alternatively, liquid thermosets can be applied and thermally baked selectively by means of a UV laser.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein 3D-Drucksystem zur Bedruckung mindestens eines flächigen Trägersubstrats zur Wand- und Deckengestaltung, das im Verhältnis zu seiner Flächenausdehnung eine geringe Materialstärke aufweist. Das mindestens eine flächige Trägersubstrat ist mit einer zu gestaltenden Wand oder Decke eines Gebäudes verbindbar. Mittels des 3D-Drucksystems ist eine räumliche Struktur und/oder mindestens eine Farbe zumindest bereichsweise an einer Sichtseite des Trägersubstrats ausbildbar.The present invention relates to a 3D printing system for printing at least one flat carrier substrate for wall and ceiling design, which has a low material thickness in relation to its surface area. The at least one planar carrier substrate can be connected to a wall or ceiling of a building to be designed. By means of the 3D printing system, a spatial structure and / or at least one color can be formed at least in regions on a visible side of the carrier substrate.
Infolgedessen lassen sich Trägersubstrate unterschiedlicher Beschaffenheit, wie zum Beispiel tapetenähnliche Bahnen oder Kacheln, hinsichtlich ihrer Farbe und Oberflächenstruktur sehr flexibel, individuell sowie weitgehend vollautomatisch gestalten, so dass nahezu alle denkbaren Anwenderwünsche hinsichtlich einer Wand- und Deckengestaltung an oder in Gebäuden schnell und einfach realisierbar sind. Hierbei lässt sich zumindest die Farbe, das Muster sowie die räumliche Oberflächenstruktur einer Sichtseite des Trägersubstrats in weiten Grenzen frei gestalten. Die solchermaßen im Wege des additiven 3D-Druckes "beschichteten" Trägersubstrate können dann an einer zu gestaltenden Wand bzw. einer Decke des Gebäudes platziert und befestigt werden.As a result, carrier substrates of different nature, such as wallpaper-like sheets or tiles, in terms of their color and surface structure very flexible, individually and largely fully automatic design, so that almost all conceivable user requests regarding a wall and ceiling design on or in buildings are quickly and easily feasible , In this case, at least the color, the pattern and the spatial surface structure of a visible side of the carrier substrate can be made freely within wide limits. The carrier substrates thus "coated" in the way of additive 3D printing can then be placed and fastened to a wall or ceiling of the building to be designed.
Vorzugsweise ist auf einer von der Sichtseite abgewandten Rückseite des Trägersubstrats mittels des 3D-Drucksystems zumindest bereichsweise ein Klebemittel aufbringbar.Preferably, an adhesive is at least partially applicable on a side remote from the visible side back of the carrier substrate by means of the 3D printing system.
Somit ist eine besonders einfache und zuverlässige Verbindung des Trägersubstrats mit der Wand oder der Decke, ähnlich dem konventionellen Verkleben von Tapeten oder dem Ansetzen von Fliesen bzw. Kacheln, realisierbar.Thus, a particularly simple and reliable connection of the carrier substrate with the wall or the ceiling, similar to the conventional bonding of wallpaper or the attachment of tiles or tiles, realized.
Bevorzugt ist das Trägersubstrat bahnförmig oder kachelförmig.Preferably, the carrier substrate is web-shaped or tiled.
Hierdurch ist eine einfache manuelle Handhabung des Trägersubstrats durch den Anwender gegeben.As a result, a simple manual handling of the carrier substrate by the user is given.
Bevorzugt ist die räumliche Struktur mit einem zumindest teilweise fließfähigen und verfestigbaren Material, insbesondere mit einem Kunststoffmaterial, mit einem mineralischen Material und/oder mit einem metallischen Material, ausbildbar.Preferably, the spatial structure with an at least partially flowable and solidifiable material, in particular with a plastic material, with a mineral material and / or with a metallic material can be formed.
Hierdurch kann die mittels des 3D-Drucksystems erzeugte, räumliche Struktur z.B. bekannten Tapeten- oder Putzformen entsprechen. Bei dem Material kann es sich z.B. um ein aufschmelzbares, thermoplastisches oder ein mittels UV-Strahlung aushärtbares, duroplastisches Kunststoffmaterial handeln, oder alternativ um ein sprühfähiges flüssiges Material.As a result, the spatial structure produced by means of the 3D printing system can correspond, for example, to known wallpaper or plaster molds. The material may be, for example, a meltable, thermoplastic or UV radiation hardenable, thermosetting plastic material, or alternatively to a sprayable liquid material.
Vorzugsweise weist die räumliche Struktur zusätzliche Funktionsmittel, insbesondere Leuchtmittel, auf.The spatial structure preferably has additional functional means, in particular bulbs.
Infolgedessen lassen sich weitere gestalterische Effekte, wie z.B. Licht, in das Trägersubstrat mit integrieren.As a result, further design effects such as e.g. Light, integrate into the carrier substrate with.
Bevorzugt ist die räumliche Struktur und/oder die mindestens eine Farbe nach Vorgabe einer externen Datenquelle frei wählbar.Preferably, the spatial structure and / or the at least one color can be freely selected according to the specification of an external data source.
Aufgrund dessen ergibt sich eine praktisch unerschöpfliche Farben- und Formenvielfalt der Sichtseite des Trägersubstrats.Due to this, there is a virtually inexhaustible variety of colors and shapes of the visible side of the carrier substrate.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine 3D-Druckvorrichtung mit mindestens einem 3D-Druckkopf und zumindest einer Positioniereinrichtung. Der 3D-Druckkopf ist mittels der Positioniereinrichtung in Relation zu einer zu gestaltenden Wand oder Decke eines Gebäudes zur Wand- und Deckengestaltung verfahrbar. Mittels des mindestens einen 3D-Druckkopfes ist eine räumliche Struktur und/oder mindestens eine Farbe an der Wand oder der Decke ausbildbar.Moreover, the present invention relates to a 3D printing device with at least one 3D printhead and at least one positioning device. The 3D print head can be moved by means of the positioning device in relation to a wall or ceiling of a building to be designed for wall and ceiling design. By means of the at least one 3D print head, a spatial structure and / or at least one color can be formed on the wall or the ceiling.
Mit Hilfe der 3D-Druckvorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen "Wanddruckers" lassen sich komplette Wände und Decken an jeder Stelle ihrer Oberfläche mit praktisch beliebigen Farben, Farbmischungen, Mustern und räumlichen Strukturen versehen, wobei der gesamte Prozess im Idealfall vollautomatisch abläuft. Die 3D-Druckvorrichtung kann lediglich einen 3D-Druckkopf aufweisen, dem mindestens ein Speicher zur Bevorratung eines zu verarbeitenden Materials zugeordnet ist. Durch Umschalten zwischen mindestens zwei Speichern können dem 3D-Druckkopf auf einfache Art und Weise zwei unterschiedliche Materialien für den 3D-Druck zugeführt werden. Alternativ können zwei oder mehr 3D-Druckköpfe vorgesehen sein, denen jeweils mindestens ein Speicher für ein anderes Material beigeordnet ist.With the help of the 3D printing device or the "wall printer" according to the invention, complete walls and ceilings can be provided at virtually any point on their surface with practically any desired colors, color mixtures, patterns and spatial structures, the entire process ideally being fully automatic. The 3D printing device can only have a 3D print head, which is assigned at least one memory for storing a material to be processed. By switching between at least two memories, the 3D printing head can be supplied in a simple manner two different materials for 3D printing. Alternatively, two or more 3D printheads may be provided, each associated with at least one memory for another material.
Vorzugsweise ist die Positioniereinrichtung mittels einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung kontrollierbar.Preferably, the positioning device is controllable by means of a control and / or regulating device.
Hierdurch können nahezu beliebig komplexe, geradlinige oder gekrümmte Bewegungsabläufe der Positioniereinrichtung vollautomatisch ablaufen.As a result, almost any complex, straight-line or curved movement sequences of the positioning device can be executed fully automatically.
Bevorzugt ist die Positioniereinrichtung von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung in Abhängigkeit von einer externen Datenquelle kontrollierbar.The positioning device can preferably be controlled by the control and / or regulating device as a function of an external data source.
Hierdurch kann der Anwender auf einfache Art und Weise auf einen vorprogrammierten Fundus von Farben, Mustern und räumlichen (Oberflächen-)Strukturen aus einer externen Datenquelle zurückgreifen.This allows the user to easily access a pre-programmed pool of colors, patterns, and spatial (surface) structures from an external data source.
Bevorzugt ist eine Vorbehandlungseinheit, insbesondere zur Reinigung der Wand oder der Decke des Gebäudes, vorgesehen.Preferably, a pre-treatment unit, in particular for cleaning the wall or the ceiling of the building, is provided.
Hierdurch lassen sich Wände und Decken auf einfache Art und Weise von alten Gestaltungselementen, wie beispielsweise Tapeten, Farben, Verkleidungen oder Fliesen, befreien. Weiterhin können die Wände und Decken geschliffen oder verspachtelt werden. Mittels der Vorbehandlungseinheit ist es z.B. möglich, kleinere Risse, Ausbrüche oder Löcher mit geeigneten mineralischen Materialien und/oder Kunststoffmaterialien auszubessern. Weiterhin können mittels der Vorbehandlungseinheit unter Umständen Armierungen, wie z.B. Gewebeverstärkungen oder dergleichen, auf die Wand oder die Decke aufgebracht werden. Ferner können optionale Funktionselemente, wie z.B. elektrische Leitungen, Leuchtmittel, Schallerzeuger, olfaktorische Depots etc., mit Hilfe der Vorbehandlungseinheit an der Wand und der Decke aufgebracht werden. Alternativ können die optionalen Funktionselemente mit einer zusätzlichen Handhabungseinrichtung an der Wand oder der Decke positioniert und abschließend z.B. mit Hilfe des 3D-Druckkopfes in eine geeignete räumliche Struktur zur Lagefixierung eingebettet werden. Weiterhin können optische Dekorationselemente, wie z.B. lichtreflektierende Metallpartikel, Glitterteilchen, Strass, Glaspartikel oder Fasern in die Farbe und/oder mit in die räumliche Struktur integriert werden.As a result, walls and ceilings in a simple manner of old design elements, such as wallpaper, colors, panels or tiles, free. Furthermore, the walls and ceilings can be sanded or filled. By means of the pretreatment unit it is e.g. possible to repair minor cracks, eruptions or holes with suitable mineral materials and / or plastic materials. Furthermore, by means of the pretreatment unit, reinforcements, such as e.g. Fabric reinforcements or the like, are applied to the wall or the ceiling. Furthermore, optional functional elements, such as e.g. electrical cables, light sources, sound generators, olfactory depots, etc., are applied to the wall and ceiling using the pre-treatment unit. Alternatively, the optional functional elements can be positioned on the wall or ceiling with an additional handling device and finally closed, e.g. be embedded with the help of the 3D print head in a suitable spatial structure for fixing the position. Furthermore, decorative optical elements such as e.g. light-reflecting metal particles, glitter particles, rhinestones, glass particles or fibers are integrated into the color and / or into the spatial structure.
Vorzugsweise ist eine Reinigungseinheit, insbesondere zur Säuberung eines Bodens, vorgesehen.Preferably, a cleaning unit, in particular for cleaning a floor, is provided.
Hierdurch ist eine weitgehend selbsttätige Reinigung der von der Vorbehandlungseinheit verursachten Verschmutzungen im Bereich des Bodens und der Wände sowie der Decke eines mittels der 3D-Druckvorrichtung zu gestaltenden Raumes in oder an einem Gebäude möglich. Im einfachsten Fall kann es sich bei der Reinigungseinheit um einen herkömmlichen Staubsaugerroboter handeln, der von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung der 3D-Druckvorrichtung anstatt von seiner internen autonomen Steuerung kontrolliert wird.As a result, a largely automatic cleaning of the contamination caused by the pretreatment unit in the region of the floor and the walls and the ceiling of a space to be designed by means of the 3D printing device in or on a building is possible. In the simplest case, the cleaning unit may be a conventional vacuum cleaner robot controlled by the controller of the 3D printing apparatus rather than by its internal autonomous control.
Vorzugsweise ist ein berührungsloses Messsystem zur Lageerfassung des mindestens einen 3D-Druckkopfes sowie zur Vermessung der Wand und/oder der Decke des Gebäudes vorgesehen.Preferably, a non-contact measuring system for detecting the position of the at least one 3D print head and for measuring the wall and / or the ceiling of the building is provided.
Hierdurch lässt sich der mittels des 3D-Druckkopfes zu beschichtende Bereich exakt erfassen, sodass die Positioniereinrichtung von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung entsprechend angesteuert werden kann. Hierdurch können z.B. Aussparungen in Wänden und Decken für Fenster, Türen und Treppen berücksichtigt werden. Das Messsystem kann z.B. mit Kameras und/oder Laserscannern realisiert sein.In this way, the area to be coated by means of the 3D print head can be detected exactly, so that the positioning of the control and / or regulating device can be controlled accordingly. As a result, for example, recesses in walls and ceilings for windows, doors and stairs can be considered. The measuring system can be realized, for example, with cameras and / or laser scanners.
Bei einer Ausführungsform weist die Positioniereinrichtung eine Traverse für den mindestens einen 3D-Druckkopf auf, wobei die Traverse querverschiebbar an mindestens zwei parallel verlaufenden Führungen und an der Wand oder der Decke des Gebäudes befestigten Längsführungen aufgenommen ist.In one embodiment, the positioning device has a traverse for the at least one 3D print head, wherein the traverse is transversely slidably received on at least two parallel guides and attached to the wall or ceiling of the building longitudinal guides.
Hierdurch ist eine konstruktiv verhältnismäßig einfach aufgebaute und dennoch hinreichend präzise Positionierung des Druckkopfes in Relation zu einer Wand oder einer Decke eines Gebäudes möglich.As a result, a structurally relatively simple design and yet sufficiently precise positioning of the print head in relation to a wall or a ceiling of a building is possible.
Bei einer Ausführungsform weist die Positioniereinrichtung eine auf dem Boden des Gebäudes verfahrbare Plattform mit einem im Wesentlichen senkrecht zum Boden verlaufenden Haltearm auf, an dem der mindestens eine 3D-Druckkopf zumindest in vertikaler Richtung längsverschiebbar angeordnet ist.In one embodiment, the positioning device has a platform which can be moved on the floor of the building and has a holding arm running essentially perpendicular to the floor, on which the at least one 3D print head is arranged to be longitudinally displaceable at least in the vertical direction.
Infolgedessen ist eine räumlich besonders flexible Positionierung des 3D-Druckkopfes der 3D-Druckvorrichtung realisierbar.As a result, a spatially particularly flexible positioning of the 3D print head of the 3D printing device can be realized.
Bevorzugt ist der Haltearm teleskopartig ausfahrbar und die Plattform verfügt über ein Raupenfahrwerk.Preferably, the support arm is telescopically extendable and the platform has a crawler track.
Aufgrund der als Raupenfahrgestell dienenden Plattform ist die 3D-Druckvorrichtung in einer Vielzahl von unterschiedlichen Gebäudetypen praktisch universell einsetzbar. Darüber hinaus ermöglicht das Raupenfahrwerk einen selbsttätigen Stockwerkwechsel.Due to the crawler chassis serving platform, the 3D printing device is practically universally applicable in a variety of different types of buildings. In addition, the crawler chassis allows an automatic floor change.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen weisen dieselben konstruktiven Elemente mit identischen Funktionalitäten jeweils die gleichen Bezugsziffern auf und werden in der Regel nur einmal beschrieben. Es zeigen:The invention is explained in more detail in the following description with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings. In the drawings, the same constructive elements with identical functionalities each have the same reference numerals and are usually described only once. Show it:
1 eine schematische Ansicht eines 3D-Drucksystems für ein Trägersubstrat zur indirekten Wand- und Deckengestaltung, 1 a schematic view of a 3D printing system for a carrier substrate for indirect wall and ceiling design,
2 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausgestaltung einer 3D-Druckvorrichtung zur direkten Wand- und Deckengestaltung eines Raumes, 2 a perspective view of an exemplary embodiment of a 3D printing device for direct wall and ceiling design of a room,
3 ein vereinfachtes Blockschaltbild der 3D-Druckvorrichtung von 2, und 3 a simplified block diagram of the 3D printing device of 2 , and
4 eine alternative Ausgestaltung einer 3D-Druckvorrichtung zur direkten Wand- und Deckengestaltung eines Raumes. 4 an alternative embodiment of a 3D printing device for direct wall and ceiling design of a room.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
1 zeigt ein beispielhaftes 3D-Drucksystem 10 zur Bedruckung mindestens eines flächigen Trägersubstrats 12 zur Wand- und Deckengestaltung. Dieses weist illustrativ ein Gehäuse 14 auf, in dem beispielhaft ein 3D-Druckkopf 16 und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 18 aufgenommen sind. Ein Koordinatensystem 20 dient zur Veranschaulichung einer illustrativen räumlichen Lage der einzelnen Komponenten, die nachfolgend beispielhaft beschrieben wird. Diese räumliche Lage ist jedoch nicht obligatorisch vorgegeben und andere mögliche räumliche Anordnungen ergeben sich dem Fachmann aus seinem Fachwissen. 1 shows an exemplary 3D printing system 10 for printing on at least one planar carrier substrate 12 for wall and ceiling design. This illustratively has a housing 14 on, in the example of a 3D printhead 16 and a control and / or regulating device 18 are included. A coordinate system 20 serves to illustrate an illustrative spatial position of the individual components, which is described below by way of example. However, this spatial location is not mandatory and other possible spatial arrangements will be apparent to those skilled in the art from their skill.
Der 3D-Druckkopf 16 ist bevorzugt mittels einer Querführung 22 kontrolliert von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 18 parallel zur x-Achse des Koordinatensystems 20 frei in Relation zu dem Trägersubstrat 12 positionierbar. Das Trägersubstrat 12 weist vorzugsweise eine im Verhältnis zu seiner Flächenausdehnung A in der xy-Ebene des Koordinatensystems 20 vergleichsweise geringe Materialstärke 24 auf und ist bevorzugt zur Bearbeitung zwischen zwei zylindrischen Walzen 26, 28 eingespannt, deren Rotation vorzugsweise gleichfalls von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 18 kontrollierbar ist. Die Rotation mindestens einer der beiden Walzen 26, 28 und die axiale Position des 3D-Druckkopfes 16 auf der Querführung 22 entlang der x-Achse des Koordinatensystems 20 ist mittels einer von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 18 kontrollierten, motorischen Antriebseinheit 30 jeweils bevorzugt unabhängig voneinander einstellbar. Hierdurch kann das Trägersubstrat 12 in Bezug zu dem 3D-Druckkopf 16 frei entlang der y-Achse des Koordinatensystems 20 verfahren werden, so dass der Druckkopf 16 kontrolliert von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 18 jeden "Punkt" in der xy-Ebene des Trägersubstrats 12 mit hoher Genauigkeit anfahren kann. The 3D printhead 16 is preferably by means of a transverse guide 22 controlled by the control and / or regulating device 18 parallel to the x-axis of the coordinate system 20 free in relation to the carrier substrate 12 positionable. The carrier substrate 12 preferably has a relation to its surface area A in the xy plane of the coordinate system 20 comparatively low material thickness 24 and is preferred for machining between two cylindrical rollers 26 . 28 clamped, their rotation preferably also by the control and / or regulating device 18 is controllable. The rotation of at least one of the two rolls 26 . 28 and the axial position of the 3D printhead 16 on the transverse guide 22 along the x-axis of the coordinate system 20 is by means of one of the control and / or regulating device 18 controlled, motorized drive unit 30 each preferably independently adjustable. As a result, the carrier substrate 12 in relation to the 3D printhead 16 free along the y-axis of the coordinate system 20 be moved, so the printhead 16 controlled by the control and / or regulating device 18 every "dot" in the xy plane of the carrier substrate 12 can start with high accuracy.
Das Trägersubstrat 12 kann wie hier lediglich exemplarisch gezeigt endlos bahnförmig oder alternativ stückig platten- bzw. kachelförmig ausgeführt sein. Hierbei kann das Trägersubstrat 12 flexibel oder weitgehend starr sein, wobei ein bahnförmig ausgeführtes Trägersubstrat 12 im Vergleich zu einem platten- oder kachelförmig beschaffenen Trägersubstrat 12 im Allgemeinen eine höhere Biegsamkeit aufweist. Die 1 illustriert exemplarisch ein zumindest geringfügig flexibles, bahnförmiges Substrat 12. Die Materialstärke 24 des Trägersubstrats 12 kann z. B. zwischen etwa 0,05 mm und 5,0 mm im Fall eines hinreichend biegsamen Trägersubstrats 12 und zwischen ungefähr 0,1 mm und mehreren Zentimetern im Fall von im Wesentlichen starren, d. h. unflexiblen Trägersubstraten 12 variieren.The carrier substrate 12 can, as shown here only by way of example, be designed endlessly web-shaped or alternatively piece-like plate- or tile-shaped. In this case, the carrier substrate 12 be flexible or largely rigid, wherein a web-shaped carrier substrate 12 compared to a plate- or tile-shaped carrier substrate 12 generally a higher flexibility having. The 1 exemplifies an at least slightly flexible, web-shaped substrate 12 , The material thickness 24 of the carrier substrate 12 can z. B. between about 0.05 mm and 5.0 mm in the case of a sufficiently flexible carrier substrate 12 and between about 0.1 mm and several centimeters in the case of substantially rigid, ie inflexible, carrier substrates 12 vary.
Mit Hilfe des 3D-Druckkopfes 16 lässt sich bevorzugt an jeder Stelle einer Sichtseite 32 des Trägersubstrats 12 eine nahezu beliebige räumliche Struktur 34 und/oder mindestens eine Farbe 36 bevorzugt punktuell sowie sukzessive auftragen bzw. aufbauen. Durch mehrfaches Überfahren ein und desselben Punktes des Trägersubstrats 12 kann erforderlichenfalls eine Höhe der räumlichen Struktur 34 in Richtung der z-Achse des Koordinatensystems 20 in weiten Grenzen eingestellt werden. Durch das Mischen der drei Grundfarben lassen sich darüber hinaus beliebige Farben 36 generieren. Auf der Sichtseite 32 des Trägersubstrats 12 lassen sich mittels des 3D-Drucksystems 10 somit praktisch beliebige, individuell gestaltbare tapetenartige Muster, Symbole, Bilder, Strukturen sowie Farben vollautomatisch erzeugen.With the help of the 3D printhead 16 can be preferred at any point of a viewing page 32 of the carrier substrate 12 a nearly arbitrary spatial structure 34 and / or at least one color 36 preferably apply selectively or successively. By repeatedly crossing one and the same point of the carrier substrate 12 If necessary, a height of the spatial structure 34 in the direction of the z-axis of the coordinate system 20 be set within wide limits. By mixing the three primary colors can be beyond any colors 36 to generate. On the visible side 32 of the carrier substrate 12 can be achieved by means of the 3D printing system 10 thus create virtually any, individually designed wallpaper-like patterns, symbols, images, textures and colors fully automatically.
Das solchermaßen bearbeitete Trägersubstrat 12 kann anschließend händisch mit einer hier nicht dargestellten, optisch zu gestaltenden Wand oder Decke eines Gebäudes verbunden, insbesondere verklebt werden (vgl. insb. 2, 4). Zu diesem Zweck ist die Flächenausdehnung A des Trägersubstrats 12 so dimensioniert, dass sich dieses vorzugsweise von einer Person allein an einer Wand oder Decke anbringen lässt. Eine Flächenausdehnung A eines bahnförmigen, flexiblen und tapetenartigen Trägersubstrats 12 beträgt vorzugsweise ca. 0,5 m × 3,0 m = 1,5 m2, wohingegen ein weitgehend unflexibles, kachelförmiges Trägersubstrat 12 aus Gründen der besseren Handhabung eine deutlich reduzierte Flächenausdehnung A von z.B. 60 cm × 30 cm = 0,18 m2 aufweist. In diesem Zusammenhang ist zudem auch die Gesamtmasse des fertig beschichteten Trägersubstrats 12 – das auch von der Beschaffenheit des zum Aufbau der dreidimensionalen Struktur 34 und/oder der Farbe 36 eingesetzten Materials 52, 54 abhängt – zu berücksichtigen. The thus processed carrier substrate 12 can then be manually connected to a wall or ceiling of a building, not shown here, to be visually shaped, in particular adhesively bonded (cf. 2 . 4 ). For this purpose, the surface area A of the carrier substrate 12 dimensioned so that this can be attached preferably by a person alone on a wall or ceiling. A surface area A of a web-shaped, flexible and wallpaper-type carrier substrate 12 is preferably about 0.5 m × 3.0 m = 1.5 m 2 , whereas a largely inflexible, tile-shaped carrier substrate 12 for reasons of better handling has a significantly reduced surface area A of, for example, 60 cm × 30 cm = 0.18 m 2 . In this context, also the total mass of the finished coated carrier substrate 12 - also of the nature of the structure of the three-dimensional structure 34 and / or the color 36 used material 52 . 54 depends - to take into account.
Durch geeignetes Platzieren einer Vielzahl von Trägersubstraten lassen sich beliebig große Wände, Decken und Böden von Räumen in einer optisch ansprechenden Weise kreativ sowie individuell gestalten. Die Anordnung der Trägersubstrate 12 erfolgt hierbei bevorzugt spaltenweise und/oder zeilenweise übereinander und nebeneinander. Die Trägersubstrate 12 können hierbei wahlweise einander teilweise überlappend, fugenlos auf Stoß und/oder zueinander beabstandet mit Fugen angebracht werden.By suitably placing a large number of carrier substrates, walls, ceilings and floors of rooms of any size can be designed creatively and individually in a visually appealing manner. The arrangement of the carrier substrates 12 In this case, it is preferably carried out one above the other and next to one another in columns and / or in rows. The carrier substrates 12 In this case, they can optionally be attached to each other partially overlapping, jointless on impact and / or spaced from each other with joints.
An einer von der Sichtseite 32 abgewandten Rückseite 40 des Trägersubstrats 12 kann zur Vereinfachung der Weiterverarbeitung mittels einer optionalen Klebewalze 42 zudem vollautomatisch zumindest bereichsweise ein geeignetes Klebemittel 44 aufgebracht werden, wodurch sich das Trägersubstrat 12 ohne das Erfordernis weiterer Arbeitsschritte dirket an einer Wand oder an einer Decke eines Gebäudes anbringen lässt. Die Querführung 22 sowie die beiden Walzen 26, 28 bilden in Verbindung mit der Antriebseinheit 30 bevorzugt eine, mit einer Stiftführung eines Rollenplotters vergleichbare, zweidimensionale Positioniereinrichtung 50, mit deren Hilfe der 3D-Druckkopf 16 vorzugsweise innerhalb der xy-Ebene des Koordinatensystems 20 in Bezug zu dem Trägersubstrat 12 frei positionierbar ist.At one of the visible side 32 facing away back 40 of the carrier substrate 12 can for ease of further processing by means of an optional adhesive roll 42 also fully automatic at least partially a suitable adhesive 44 be applied, resulting in the carrier substrate 12 without the need for further work steps can be directly attached to a wall or to a ceiling of a building. The transverse guide 22 as well as the two rollers 26 . 28 form in conjunction with the drive unit 30 prefers a, with a pin guide of a roller plotter comparable, two-dimensional positioning 50 , with the help of the 3D printhead 16 preferably within the xy plane of the coordinate system 20 with respect to the carrier substrate 12 is freely positionable.
Mit Hilfe des 3D-Druckkopfes 16 wird bevorzugt ein Material 52 kontrolliert von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 18 punktuell auf die Sichtseite 32 des Trägersubstrats 12 aufgebracht. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Material 52 um die Farbe 36 bzw. ein sprühfähiges flüssiges Material. Selbst unter Einsatz nur einer Farbe 36 lassen sich durch Rasterung beliebig komplexe monochrome Muster auf der Sichtseite 36 des Trägersubstrats 12 erzeugen. Die räumliche Struktur 34 wird hingegen vorzugsweise mit einem zumindest teilweise fließfähigen und wieder verfestigbaren Material 54 sukzessive aufgebaut, bei dem es sich um ein duroplastisches oder thermoplastisches Kunststoffmaterial, ein bevorzugt putzartiges mineralisches Material oder ein vorzugsweise niedrigschmelzendes metallisches Material handeln kann.With the help of the 3D printhead 16 is preferably a material 52 controlled by the control and / or regulating device 18 punctually on the visible side 32 of the carrier substrate 12 applied. In the simplest case, it is the material 52 around the color 36 or a sprayable liquid material. Even using only one color 36 By rasterization arbitrarily complex monochrome patterns on the visible side can be achieved 36 of the carrier substrate 12 produce. The spatial structure 34 On the other hand, it is preferably used with an at least partially free-flowing material that can be re-solidified 54 constructed successively, which may be a thermoset or thermoplastic plastic material, a preferably putty-like mineral material or a preferably low-melting metallic material.
Weiterhin ist es möglich, mit Hilfe des 3D-Druckkopfes 16 optionale Funktionsmittel 56, wie z.B. Leuchtmittel 58 im Bereich der Sichtseite 32 des Trägersubstrats 12 auszubilden. Als Leuchtmittel 58 können z.B. mittels des 3D-Druckkopfs 16 verarbeitbare, elektrolumineszierende Materialien Verwendung finden.Furthermore, it is possible with the help of the 3D print head 16 optional functional agents 56 , such as bulbs 58 in the area of the visible side 32 of the carrier substrate 12 train. As a light source 58 can eg by means of the 3D-printhead 16 processable, electroluminescent materials find use.
Mittels einer nicht dargestellten automatischen Zuführung können dem 3D-Druckkopf 16 bevorzugt verschiedene Materialen aus diesem zugeordneten Vorratsbehältern sowie gesteuert von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 18 abwechselnd zugeführt werden. Alternativ kann jeweils ein 3D-Druckkopf 16 für jeweils ein unterschiedliches Material vorgesehen sein.By means of an automatic feeder, not shown, the 3D printhead 16 preferably different materials from this associated storage containers and controlled by the control and / or regulating device 18 alternately fed. Alternatively, one 3D printhead each 16 be provided for each a different material.
Mit Hilfe einer optionalen externen Datenquelle 60, die mit der elektronischen Steuer- und/oder Regeleinrichtung 18 auf geeignete Art und Weise zusammenwirkt, kann mittels des 3D-Drucksystems 10 vorzugsweise eine praktisch unerschöpfliche Vielfalt von regelmäßigen und/oder irregulären räumlichen Strukturen 34 und/oder Farben 36 und Mustern auf der Sichtseite 32 des Trägersubstrats 12 erzeugt werden.Using an optional external data source 60 connected to the electronic control and / or regulating device 18 cooperates in a suitable manner, by means of the 3D printing system 10 preferably a virtually inexhaustible variety of regular and / or irregular spatial structures 34 and / or colors 36 and patterns on the visible side 32 of the carrier substrate 12 be generated.
2 zeigt eine 3D-Druckvorrichtung 100 zur direkten Wand- und Deckengestaltung eines Raumes, die im Unterschied zu dem 3D-Drucksystem 10 von Fig. eine unmittelbar optisch-kreative Gestaltung einer beliebigen Wand, einer Decke oder eines Bodens eines Raumes ermöglicht. Die 3D-Druckvorrichtung 100 umfasst bevorzugt zumindest einen 3D-Druckkopf 102, der mittels einer Positioniereinrichtung 104 unter der Kontrolle einer bevorzugt elektronischen Steuerund/oder Regeleinrichtung 106 parallel beabstandet zu einer Wand 108 eines Raumes 110 in einem Gebäude 112 frei verfahrbar ist. Ein Koordinatensystem 114 verdeutlicht hierbei illustrativ eine beispielhafte räumliche Lage der Komponenten zueinander, wobei diese räumliche Lage jedoch nicht zwingend vorgegeben ist. 2 shows a 3D printing device 100 for the direct wall and ceiling design of a room, in contrast to the 3D printing system 10 Fig. From a directly visual-creative design of any wall, ceiling or floor of a room allows. The 3D printing device 100 preferably includes at least one 3D printhead 102 by means of a positioning device 104 under the control of a preferred electronic control and / or regulating device 106 spaced parallel to a wall 108 a room 110 in a building 112 is freely movable. A coordinate system 114 illustrates illustratively an exemplary spatial position of the components to each other, but this spatial position is not mandatory.
Die Positioniereinrichtung 104 gestattet in der hier gezeigten Konstellation bevorzugt eine freie, zweidimensionale Positionierung des 3D-Druckkopfes 102 innerhalb der xy-Ebene des Koordinatensystems 114 in Bezug zu der Wand 108 des Raumes 110 innerhalb des Gebäudes 112. Die möglichen Bewegungsrichtungen des Druckkopfes 102 sind zusätzlich mit den beiden Doppelpfeilen 116, 118 angedeutet. Mittels des 3D-Druckkopfes 102 ist wiederum mindestens ein Material 120, das zur Erzeugung einer dauerhaften räumlichen Struktur 122 und/oder mindestens einer Farbe 124 geeignet ist, auf die Wand 108 aufbringbar. Hinsichtlich der Einzelheiten zur Beschaffenheit des Materials 120 zur Erzeugung der räumlichen Struktur 122 und/oder der Farbe 124 sowie deren möglichen Gestaltungsformen sei zwecks Knappheit der Beschreibung und inhaltlicher Wiederholungen auf die Erläuterungen im Rahmen von 1 weiter oben verwiesen.The positioning device 104 allows in the constellation shown here preferably a free, two-dimensional positioning of the 3D printhead 102 within the xy plane of the coordinate system 114 in relation to the wall 108 of the room 110 inside the building 112 , The possible directions of movement of the print head 102 are additional with the two double arrows 116 . 118 indicated. Using the 3D printhead 102 is again at least one material 120 that creates a permanent spatial structure 122 and / or at least one color 124 is suitable on the wall 108 be applied. For details of the nature of the material 120 for generating the spatial structure 122 and / or the color 124 as well as their possible forms of organization is for the purpose of scarcity of the description and content repetitions on the explanations in the context of 1 referenced above.
Die exemplarisch einer Stiftführung eines Flachbettplotters ähnliche Positioniereinrichtung 104 weist bevorzugt eine balkenförmige Traverse 130 zur vertikal verschiebbaren Lagerung des 3D-Druckkopfs 102 auf. Die Traverse 130 mit dem 3D-Druckkopf 102 ist vorzugsweise mittels zwei Führungen 132, 134 querverschiebbar in Richtung des Doppelpfeils 116 an mindestens zwei parallel beabstandet zueinander verlaufenden, schienenartigen Längsführungen 136, 138 aufgenommen, die ihrerseits temporär an der Wand 108 befestigt sind. Die beiden Führungen 132, 134 der Traverse 130 können z.B. mit Gleitbuchsen, Linearkugellagern oder Rollen realisiert sein. The example of a pin guide of a flatbed plotter similar positioning 104 preferably has a beam-shaped traverse 130 for vertically displaceable mounting of the 3D print head 102 on. The traverse 130 with the 3D printhead 102 is preferably by means of two guides 132 . 134 transversely displaceable in the direction of the double arrow 116 at least two parallel spaced apart, rail-like longitudinal guides 136 . 138 taken, in turn, temporarily on the wall 108 are attached. The two guides 132 . 134 the traverse 130 can be realized eg with sliding bushes, linear ball bearings or rollers.
Der 3D-Druckopf 102 ist vorzugsweise seinerseits in Richtung des Doppelpfeils 118 bzw. der y-Achse des Koordinatensystems 114 entlang der Traverse 130 vertikal, d.h. quer zu den Längsführungen 136, 138 verfahrbar. Hierdurch kann sich der 3D-Druckkopf 102 in Bezug zu der Wand 108 unter bevorzugt ständiger Kontrolle seitens der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 106 innerhalb der xy-Ebene des Koordinatensystems 114 und hierbei in der z-Richtung des Koordinatensystems 114 geringfügig beabstandet zu der Wand 108 bewegen. Alternativ können die parallel beabstandet zueinander verlaufenden, schienenartigen Längsführungen 136, 138 auch an einer anderen Wand 140, einer Decke 142 oder an einem Boden 144 des Raumes 110 des Gebäudes 112 befestigt sein, so dass diese gleichfalls vollautomatisch unter Einsatz der 3D-Druckvorrichtung 100 mit der komplexen räumlichen Struktur 122 und/oder mindestens einer Farbe 124 oder einem Farbton versehen werden können. Dasselbe gilt für die beiden, der besseren zeichnerischen Übersicht halber hier nicht dargestellten, vorderen Wände des Raumes 110. Die 3D-Druckvorrichtung 104 kann unbeschadet von dem hier lediglich exemplarisch quaderförmig dargestellten Raum 110 auch problemlos an geneigten ebenen Wänden oder Decken eingesetzt werden. Weiterhin ist eine Verwendung in Räumen mit lediglich geringfügig gekrümmten Wänden und Decken sowie an Außenwänden von Gebäuden ohne weiteres möglich.The 3D printing pot 102 is preferably in turn in the direction of the double arrow 118 or the y-axis of the coordinate system 114 along the traverse 130 vertically, ie transversely to the longitudinal guides 136 . 138 traversable. This may cause the 3D printhead 102 in relation to the wall 108 preferably under constant control by the control and / or regulating device 106 within the xy plane of the coordinate system 114 and here in the z-direction of the coordinate system 114 slightly spaced from the wall 108 move. Alternatively, the rails spaced parallel to each other, rail-like longitudinal guides 136 . 138 also on another wall 140 , a blanket 142 or on a floor 144 of the room 110 of the building 112 be attached so that these also fully automatic using the 3D printing device 100 with the complex spatial structure 122 and / or at least one color 124 or a hue can be provided. The same applies to the two, the better graphical overview here not shown, front walls of the room 110 , The 3D printing device 104 can be unscathed by the here only exemplary cuboid space shown 110 also be easily used on inclined flat walls or ceilings. Furthermore, use in rooms with only slightly curved walls and ceilings and on the outer walls of buildings is readily possible.
Der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 106 kann eine externe Datenquelle 150 beigeordnet sein. Mit Hilfe der externen Datenquelle 150 kann die Positioniereinrichtung 104 vorzugsweise von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 106 in Abhängigkeit von der externen Datenquelle 150 gesteuert werden. Hierdurch kann der Anwender auf einfache Art und Weise zum Beispiel auf einen umfangreichen Bestand von Farben, Farbtönen, Mustern und räumlichen (Oberflächen-)Strukturen zurückgreifen. Als Datenquelle 150 können nichtlokale bzw. serverbasierte Oberflächenstruktur-, Muster- sowie Farbdatenbanken dienen, auf die die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 106 beispielsweise über das Internet Zugriff nehmen kann.The control and / or regulating device 106 can be an external data source 150 be coordinated. Using the external data source 150 can the positioning 104 preferably from the control and / or regulating device 106 depending on the external data source 150 to be controlled. This allows the user to easily access, for example, an extensive inventory of colors, hues, patterns and spatial (surface) structures. As a data source 150 Non-local or server-based surface structure, pattern and color databases may serve as the control and / or regulating device 106 For example, access via the Internet.
An der Traverse 130 der 3D-Druckvorrichtung 100 ist bevorzugt eine Vorbehandlungseinheit 152 angeordnet. Die Vorbehandlungseinheit 152 ermöglicht vorzugsweise zumindest das selbsttätige Reinigen, insbesondere das Staubabsaugen der Wand 108, bevor mit dem sukzessiv-punktuellen Aufbau der räumlichen Struktur 122 und/oder der Farbe 124 begonnen wird. Weiterhin kann die Wand 108 mittels der Vorbehandlungseinheit 152 auch geglättet, insbesondere geschliffen, abgezogen sowie ggfls. zum Ausgleich von kleineren Unebenheiten sowie zum Füllen von Kavitäten wie Rissen und Bohrungen auch gespachtelt werden. Zu diesem Zweck ist die Vorbehandlungseinheit 152 bevorzugt analog zu dem 3D-Druckkopf 102 parallel zu der xy-Ebene des Koordinatensystems 114 in Relation zu der Wand 108 mittels der Positioniereinrichtung 104 und kontrolliert von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 106 frei positionierbar. Hierbei besteht zwischen der Vorbehandlungseinheit 152 und der Wand 108 wiederum ein geringfügiger vertikaler Abstand in Richtung der Z-Achse des Koordinatensystems 114.At the Traverse 130 the 3D printing device 100 is preferably a pretreatment unit 152 arranged. The pretreatment unit 152 preferably allows at least the automatic cleaning, in particular the dust suction of the wall 108 before, with the successive-selective construction of the spatial structure 122 and / or the color 124 is started. Furthermore, the wall can 108 by means of the pretreatment unit 152 also smoothed, in particular honed, deducted and if necessary. To compensate for minor imperfections and to fill cavities such as cracks and holes are also filled. For this purpose, the pretreatment unit 152 preferably analogous to the 3D print head 102 parallel to the xy plane of the coordinate system 114 in relation to the wall 108 by means of the positioning device 104 and controlled by the control and / or regulating device 106 freely positionable. Here exists between the pretreatment unit 152 and the wall 108 again a slight vertical distance in the direction of the Z-axis of the coordinate system 114 ,
Um das Gewicht der Traverse 130, insbesondere zur Minimierung von dynamischen Lasten und Schwingungen, möglichst klein zu halten, können die Vorbehandlungseinheit 152 und der 3D-Druckkopf 102 mittels einer geeigneten Wechselhalterung gegeneinander austauschbar ausgebildet sein. Hierdurch lässt sich die Positioniergenauigkeit des 3D-Druckkopfes 102 bei gleichzeitiger Steigerung der Verfahrgeschwindigkeit beträchtlich erhöhen.To the weight of the crossbeam 130 , In particular to minimize dynamic loads and vibrations to keep as small as possible, the pretreatment unit 152 and the 3D printhead 102 be formed interchangeable by means of a suitable change holder. This allows the positioning accuracy of the 3D print head 102 increase significantly while increasing the travel speed.
Der 3D-Druckvorrichtung 100 kann ferner eine autonome Reinigungseinheit 154 zugeordnet sein, mittels der – unabhängig von der Reinigungsfunktion der Vorbehandlungseinheit 152 für die Wand 108 – der Boden 144 des Raums 110 von durch die 3D-Druckvorrichtung 100 hervorgerufenen Kontaminationen, wie z.B. Staub, Farbresten, Spachtelmasseresten und überschüssigem Material 120, selbsttätig befreit werden kann. Zu diesem Zweck kann sich die Reinigungseinheit 154 über die Gesamtfläche des Bodens 144 bzw. innerhalb der xz-Ebene des Koordinatensystems 114 kontrolliert von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 106 der 3D-Druckvorrichtung 100 hinweg bewegen. Im einfachsten Fall handelt es sich bei der Reinigungseinheit 154 um einen Staubsaugerroboter, einen Wischroboter, eine Roboterbürste mit Aufnahmefunktionalität des Fegsels ("Fegeroboter") oder dergleichen.The 3D printing device 100 can also be an autonomous cleaning unit 154 be assigned, by means of - regardless of the cleaning function of the pre-treatment unit 152 for the wall 108 - the floor 144 of the room 110 from through the 3D printing device 100 caused contamination, such as dust, paint residues, Spachtelmasseresten and excess material 120 , can be freed automatically. For this purpose, the cleaning unit 154 over the total area of the soil 144 or within the xz-plane of the coordinate system 114 controlled by the control and / or regulating device 106 the 3D printing device 100 move away. In the simplest case, it is the cleaning unit 154 around a vacuum cleaner robot, a wiping robot, a robot brush with picking functionality of the Fegsels ("sweeping robot") or the like.
Darüber hinaus ist bevorzugt an der Traverse 130 ein berührungsloses, optisches Messsystem 160 zur Lageerfassung des 3D-Druckkopfes 102 und des Fortschritts der Ausbildung der räumlichen Struktur 122 und/oder des Auftrags der Farbe 124 vorgesehen, das zugleich zum Ausmessen der Wand 108 und/oder der Wand 140, der Decke 142, des Bodens 144 sowie des übrigen Raumes 110 dient. Das Messsystem 160 kann auch räumlich beabstandet von der Traverse 130 angeordnet sein und z.B. einfach auf dem Boden 144 des Raums 110 stehen, wobei die vom Messsystem 160 erfassten Daten z.B. drahtlos oder drahtgebunden an die Steuer- und/oder Regeleinheit 106 übermittelt werden. Das Messsystem 160 kann beispielsweise mit einem Laserscanner und/oder mit mindestens zwei elektronischen CCD-Kameras oder dergleichen realisiert sein.In addition, it is preferred on the traverse 130 a non-contact, optical measuring system 160 for the position detection of the 3D print head 102 and the progress of the formation of the spatial structure 122 and / or the order of the color 124 provided, at the same time for measuring the wall 108 and / or the wall 140 , the ceiling 142 , of the soil 144 as well as the rest of the room 110 serves. The measuring system 160 can also be spatially spaced from the traverse 130 be arranged and eg simply on the ground 144 of the room 110 stand, taking the from the measuring system 160 recorded data eg wireless or wired to the control and / or regulating unit 106 be transmitted. The measuring system 160 For example, it can be realized with a laser scanner and / or with at least two electronic CCD cameras or the like.
Alternativ kann die Position des 3D-Druckkopfes 102 in Bezug zu der Wand 108 bzw. innerhalb der xy-Ebene des Koordinatensystems 114 auch mit Hilfe von geeigneten, linearen Wegmesssensoren ermittelt werden. Die von dem Messsystem 160 solchermaßen ermittelten elektronischen Daten werden in Echtzeit an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 106 weitergeleitet und darin ausgewertet, sodass diese zu jedem Zeitpunkt über die exakte räumliche Position des 3D-Druckkopfes 102 informiert ist und ggfls. zeitnah Lagekorrekturen des 3D-Druckkopfes 102 mit Hilfe der Positioniereinrichtung 104 veranlassen kann.Alternatively, the position of the 3D printhead 102 in relation to the wall 108 or within the xy plane of the coordinate system 114 also be determined by means of suitable, linear displacement sensors. The of the measuring system 160 thus determined electronic data are sent in real time to the control and / or regulating device 106 forwarded and evaluated, so that they at any time on the exact spatial position of the 3D print head 102 is informed and if necessary. timely position corrections of the 3D printhead 102 with the help of the positioning device 104 can cause.
Etwaig vorhandene Aussparungen in Wänden oder Decken, die für Fenster, Türen oder Treppen notwendig sind, oder Absätze werden bevorzugt mittels des der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 106 zugeordneten Messsystems 160 selbstständig von der 3D-Druckvorrichtung 100 erkannt und die Position des 3D-Druckkopfes 102 entsprechend von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 106 korrigiert. Beispielsweise kann der Druckkopf 102 im Bereich eines Fensters in Richtung der z-Achse des Koordinatensystems 114 von der Wand 108 zumindest geringfügig abgehoben werden, wobei zugleich die Versorgung des 3D-Druckkopfs 102 mit dem zur Ausbildung der räumlichen Struktur 122 und/oder der Farbe 124 notwendigen Materials 120 ausgesetzt und außerhalb des Fensterbereichs bei gleichzeitiger Wiederannäherung des 3D-Druckkopfes 102 an die Wand 108 erneut aufgenommen wird.Any existing recesses in walls or ceilings that are necessary for windows, doors or stairs, or paragraphs are preferred by means of the control and / or regulating device 106 associated measuring system 160 independently from the 3D printing device 100 detected and the position of the 3D printhead 102 according to the control and / or regulating device 106 corrected. For example, the printhead 102 in the area of a window in the direction of the z-axis of the coordinate system 114 from the wall 108 at least slightly raised, at the same time the supply of the 3D printhead 102 with the for the formation of the spatial structure 122 and / or the color 124 necessary material 120 exposed and out of the window area while reconnecting the 3D printhead 102 On Wall 108 is resumed.
3 zeigt die 3D-Druckvorrichtung 100 von 2 mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 106, die bevorzugt die Positioniereinrichtung 104 kontrolliert, die vorzugsweise wiederum die zweidimensionalen Verfahrbewegungen des 3D-Druckkopfs 102 parallel einer zu gestaltenden Wand steuert bzw. regelt. Mittels des 3D-Druckkopfes 102 werden bevorzugt unter anderem die Wand 108, die Decke 142 sowie der Boden 144 eines Raumes eines Gebäudes durch das Ausbilden der räumlichen Struktur und das Auftragen der Farbe mittels des 3D-Druckkopfes 102, bevorzugt vollautomatisch, gestaltet. Das Material 120 wird dem 3D-Druckkopf 102 in geeigneter Dosierung und Beschaffenheit zugeführt. 3 shows the 3D printing device 100 from 2 with the control and / or regulating device 106 that prefers the positioning device 104 controls, in turn, preferably the two-dimensional traversing movements of the 3D printhead 102 controls or regulates parallel to a wall to be designed. Using the 3D printhead 102 are preferred among others the wall 108 , the ceiling 142 as well as the ground 144 a room of a building by forming the spatial structure and applying the color by means of the 3D print head 102 , preferably fully automatic, designed. The material 120 becomes the 3D printhead 102 supplied in suitable dosage and condition.
Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 106 kontrolliert, wie mit einem Pfeil 200 angedeutet, bevorzugt direkt die Zufuhr sowie die Dosierung und die Auswahl des zum Erzeugen der räumlichen Struktur und/oder der Farbe optimal geeigneten Materials 120 für den 3D-Druckkopf 102. Das Messsystem 160 erfasst vorzugsweise die genaue räumliche Position des 3D-Druckkopfes 102 in Relation zur Wand 108, zur Decke 142 oder zum Boden 144 aufgrund von von der Positioniereinrichtung 104 gelieferten Daten, sowie die Oberflächengeometrie der vom 3D-Druckkopf 102 sukzessiv aufgebauten räumlichen Struktur und/oder die aufgetragene Farbe in Echtzeit. Die solchermaßen von dem Messsystem 160 gewonnenen Daten werden, wie mit einem Pfeil 202 angedeutet, an die Steuerund/oder Regeleinrichtung 106 zur Auswertung und Ansteuerung bzw. Regelung der Positioniereinrichtung 104 sowie des 3D-Druckkopfes 102 zurückgeführt.The control and / or regulating device 106 controlled, as with an arrow 200 indicated, preferably directly the supply and the dosage and the selection of the optimal material for producing the spatial structure and / or color 120 for the 3D printhead 102 , The measuring system 160 preferably captures the exact spatial position of the 3D printhead 102 in relation to the wall 108 to the ceiling 142 or to the ground 144 due to from the positioning device 104 supplied data, as well as the surface geometry of the 3D printhead 102 successively constructed spatial structure and / or the applied color in real time. The thus of the measuring system 160 obtained data, as with an arrow 202 indicated to the control and / or regulating device 106 for the evaluation and control or regulation of the positioning device 104 as well as the 3D printhead 102 recycled.
Aufgrund der Rückführung bzw. der Rückkopplung der von dem Messsystem 160 erfassten Daten entsteht in Verbindung mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 106 und der Positioniereinrichtung 104 im Zusammenwirken mit dem dieser zugeordneten 3D-Druckkopf 102 ein in sich geschlossener Regelkreis. Die Regelung bzw. die Steuerung des 3D-Druckkopfes 102 mittels der Positioniereinrichtung 104 erfolgt bevorzugt in Abhängigkeit von Daten, die von der externen Datenquelle 150 bereitgestellt werden, kann aber auch unabhängig von dieser allein mittels in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 106 hinterlegten Daten geschehen. Due to the feedback or the feedback of the measuring system 160 collected data is generated in connection with the control and / or regulating device 106 and the positioning device 104 in cooperation with the associated 3D print head 102 a self-contained control loop. The regulation or control of the 3D print head 102 by means of the positioning device 104 is preferably done depending on data coming from the external data source 150 can be provided, but also independently of this alone means in the control and / or regulating device 106 deposited data happen.
4 zeigt eine 3D-Druckvorrichtung 300, die bevorzugt wiederum einen 3D-Druckkopf 302 umfasst, der mittels einer Positioniereinrichtung 304, die vorzugsweise von einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 306 angesteuert bzw. geregelt wird, in Relation zu einer Wand 308 eines Raumes 310 eines Gebäudes 312 bevorzugt beliebig positionierbar ist. Ein Koordinatensystem 314 veranschaulicht eine beispielhafte, wiederum nicht einschränkende relative räumliche Lage aller Komponenten zueinander. 4 shows a 3D printing device 300 , which in turn prefers a 3D printhead 302 comprising, by means of a positioning device 304 , preferably by a control and / or regulating device 306 is controlled or regulated, in relation to a wall 308 a room 310 a building 312 preferably is arbitrarily positionable. A coordinate system 314 illustrates an exemplary, again non-limiting relative spatial position of all components to each other.
Mittels der Positioniereinrichtung 304 kann der 3D-Druckkopf 302 bevorzugt innerhalb der xy-Ebene des Koordinatensystems 314 verfahren werden, wobei in Richtung der z-Achse des Koordinatensystems 314 bevorzugt ein geringfügiger, senkrechter Abstand zur Wand 308 verbleibt. Mittels des 3D-Druckkopfes 302 kann vorzugsweise mindestens ein erstes Material 318, das z.B. zum Erzeugen einer dauerhaften räumlichen Struktur 320 und/oder mindestens einer Farbe 322 geeignet ist, punktuell auf die Wand 308 aufgetragen werden. Hinsichtlich der Details der stofflichen Zusammensetzung des Materials 318 zur Erzeugung der räumlichen Struktur 320 und/oder der Farbe 322 sowie der möglichen Formgebung der räumlichen Struktur 320 und/oder der Farbe 322 bzw. der Farbtöne sei zwecks Knappheit der Beschreibung sowie zur Vermeidung inhaltlicher Dopplungen auf die Beschreibung der 1, 2 verwiesen.By means of the positioning device 304 can the 3D printhead 302 preferably within the xy plane of the coordinate system 314 be moved, taking in the direction of the z-axis of the coordinate system 314 preferably a slight, vertical distance from the wall 308 remains. Using the 3D printhead 302 may preferably at least a first material 318 For example, to create a permanent spatial structure 320 and / or at least one color 322 is suitable, selectively on the wall 308 be applied. Regarding the details of the material composition of the material 318 for generating the spatial structure 320 and / or the color 322 as well as the possible shaping of the spatial structure 320 and / or the color 322 For the purpose of conciseness of the description and to avoid content doubling, the color shades should be referred to the description of 1 . 2 directed.
Im Unterschied zur 3D-Druckvorrichtung 100 von 2 umfasst die Positioniereinrichtung 304 hier bevorzugt eine auf einem Boden 316 des Raumes 310 frei verfahrbare Plattform 330 mit einem unterseitig daran angeordneten Raupenfahrwerk 332. Auf einer von dem Boden 316 weggerichteten Oberseite 334 der hier lediglich beispielhaft quaderförmig dargestellten Plattform 330 der 3D-Druckvorrichtung 300 ist vorzugsweise ein pfostenartiger Haltearm 336 angebracht. Der Haltearm 336 umfasst bevorzugt einen Basisabschnitt 338, in dem ein Ausleger 340 aufgenommen ist, der bevorzugt nach Art eines Teleskops und hierbei unter Kontrolle der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 306 zumindest teilweise in den Basisabschnitt 338 des Haltearms 336 eingefahren werden kann. Der 3D-Druckkopf 302 ist vorzugsweise zumindest um einen maximalen Verfahrweg L längsverschiebbar, d.h. parallel zur y-Achse des Koordinatensystems 314 verfahrbar an dem Ausleger 340 des Haltearms 336 angeordnet.Unlike the 3D printing device 100 from 2 includes the positioning device 304 here one prefers on a ground 316 of the room 310 freely movable platform 330 with a crawler track arranged on the underside 332 , On one of the floor 316 directed upside 334 the here only exemplary cuboid illustrated platform 330 the 3D printing device 300 is preferably a post-like support arm 336 appropriate. The holding arm 336 preferably comprises a base section 338 in which a boom 340 is received, which preferably in the manner of a telescope and this under control of the control and / or regulating device 306 at least partially in the base section 338 of the support arm 336 can be retracted. The 3D printhead 302 is preferably longitudinally displaceable at least by a maximum travel L, ie parallel to the y-axis of the coordinate system 314 movable on the boom 340 of the support arm 336 arranged.
Sowohl die Ein- und Ausfahrbewegungen des Auslegers 340 in den Basisabschnitt 338 des Haltearms 336, als auch der axiale Verfahrweg L des Druckkopfes 302 entlang des Auslegers 340 werden bevorzugt unter ständiger Überwachung durch die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 306 vollzogen, wobei diese beiden Verfahrbewegungen vorzugsweise unabhängig voneinander sind. Der Verfahrweg L des 3D-Druckkopfes 302 in Relation zum Ausleger 340 liegt zwischen einem freien Ende 344 des Auslegers 340 und einem hiervon weggerichteten, in Richtung des Bodens 316 weisenden inneren Ende 346 des Auslegers 340, das aus Stabilitätsgründen bevorzugt stets ein Stück weit innerhalb des Basisabschnitts 338 des Haltearms 336 verbleibt. Infolgedessen kann der 3D-Druckkopf 302 mit Hilfe des teleskopartigen Haltearms 336 in vertikaler Richtung entlang einer gesamten maximalen Höhe H der Wand 308 mit hoher Genauigkeit – wie im übrigen auch mit einem Doppelpfeil 348 angedeutet – unter permanenter Kontrolle der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 306 positioniert werden. Insbesondere kann der 3D-Druckkopf 302 auch Bereiche der Wand 308 erreichen, die weit unterhalb der Oberseite 334 der Plattform 330 in unmittelbarer Nähe des Bodens 316 liegen, sodass z.B. in einem Eckbereich 349 zwischen der Wand 308 und dem Boden 316 beispielsweise eine nicht zeichnerisch dargestellte Fußleiste mit einer beliebigen Profilierung, Oberflächengeometrie und/oder Farbe integral zur übrigen Wandgestaltung mittels des 3D-Druckkopfes 302 ausdruckbar ist.Both the retraction and extension movements of the boom 340 in the base section 338 of the support arm 336 , as well as the axial travel L of the print head 302 along the boom 340 are preferred under constant supervision by the control and / or regulating device 306 completed, these two traversing movements are preferably independent of each other. The travel L of the 3D print head 302 in relation to the boom 340 lies between a free end 344 of the jib 340 and one away from it, towards the bottom 316 pointing inner end 346 of the jib 340 , which for reasons of stability preferably always a little way within the base section 338 of the support arm 336 remains. As a result, the 3D printhead can 302 with the help of the telescopic support arm 336 in the vertical direction along a total maximum height H of the wall 308 with high accuracy - as well as with a double arrow 348 indicated - under permanent control of the control and / or regulating device 306 be positioned. In particular, the 3D printhead can 302 also areas of the wall 308 reach that far below the top 334 the platform 330 in the immediate vicinity of the ground 316 lie, so that eg in a corner area 349 between the wall 308 and the floor 316 For example, a non-illustrated footer with any profiling, surface geometry and / or color integral to the rest of the wall design using the 3D printhead 302 is printable.
Die Plattform 330 ist zudem, wie mit Pfeilen 350, 352 angedeutet, bevorzugt zumindest parallel zur Wand 308 bzw. zur x-Achse des Koordinatensystems 314 mittels des Raupenfahrwerks 332 unter der Kontrolle der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 306 positionierbar. Zudem lässt sich vorzugsweise eine Drehbewegung der Plattform 330 um die y-Achse des Koordinatensystems 314 auf einfache Art und Weise z.B. durch einen zeitweise gegenläufigen Antrieb der beiden Raupen 354, 356 des Raupenfahrwerks 332 erreichen. Somit lässt sich der 3D-Druckkopf 302 innerhalb der xy-Ebene des Koordinatensystems 314 frei positionieren und somit jeder beliebige "Punkt" an der Wand 308 durch einfaches Anfahren mittels des 3D-Druckkopfes 302 mit einer räumlichen Struktur 320 und/oder mit Farbe 322 individuell versehen, wobei vorzugsweise stets ein geringer Abstand in Richtung der z-Achse des Koordinatensystems 314 zwischen dem 3D-Druckkopf 302 und der Wand 308 aufrechterhalten wird. Die räumliche Struktur 320 und/oder die Farbe 322 wird hierbei bevorzugt durch mäandrierende Bewegungsbahnen, d.h. durch spalten- und zeilenweise Verfahrbewegungen des Druckkopfes 302 entlang der gesamten Wand 308, sukzessive schichtweise aufgebaut. Im Allgemeinen muss der 3D-Druckkopf 302 zum Aufdrucken der komplexen räumlichen Struktur 320 und/oder der Farbe 322 vorzugsweise jeden "Punkt" der Wand 308 mindestens einmal anfahren, wobei der Begriff des "Punktes" im Kontext dieser Beschreibung einen minimalen kreisförmigen Bereich 357 definiert, in dem das Material 318 mittels des 3D-Druckkopfes 302 gerade noch definiert-begrenzt auf die Wand 308 aufbringbar ist.The platform 330 is also like arrows 350 . 352 indicated, preferably at least parallel to the wall 308 or to the x-axis of the coordinate system 314 by means of the crawler track 332 under the control of the control and / or regulating device 306 positionable. In addition, preferably a rotational movement of the platform 330 around the y-axis of the coordinate system 314 in a simple way, for example, by a temporary opposing drive of the two caterpillars 354 . 356 of the crawler chassis 332 to reach. Thus, the 3D printhead can be 302 within the xy plane of the coordinate system 314 freely position and thus any "point" on the wall 308 by simply starting by means of the 3D printhead 302 with a spatial structure 320 and / or with color 322 individually, preferably always a small distance in the direction of the z-axis of the coordinate system 314 between the 3D printhead 302 and the wall 308 is maintained. The spatial structure 320 and / or the color 322 is here preferably by meandering trajectories, ie by column and line by line movements of the print head 302 along the entire wall 308 , successively built up in layers. In general, the 3D printhead needs 302 to imprint the complex spatial structure 320 and / or the color 322 preferably every "point" of the wall 308 at least once, with the term "point" in the context of this description a minimum circular area 357 defines in which the material 318 using the 3D printhead 302 just defined-limited to the wall 308 can be applied.
Auf dieselbe Art und Weise kann der 3D-Druckkopf 302 in Bezug zu einer weiteren Wand 358 sowie einer der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht dargestellten Decke und den beiden vorderen Wände des Raums 310 positioniert werden. Zur Bearbeitung der Decke mittels des 3D-Druckkopfes 302 kann dieser bevorzugt zusätzlich zu seiner Längsverschiebbarkeit am Ausleger 340 um mindestens 90° verkippbar bzw. verschwenkbar ausgebildet sein.In the same way, the 3D printhead can 302 in relation to another wall 358 and one of the better graphic overview half ceiling not shown and the two front walls of the room 310 be positioned. For processing the ceiling using the 3D print head 302 this may be preferred in addition to its longitudinal displacement on the boom 340 be formed tiltable or pivotable by at least 90 °.
Die 3D-Druckvorrichtung 300 verfügt ferner über ein Messsystem 360, dessen konstruktiver Aufbau und Funktion bevorzugt mit dem des Messsystems 160 von 2 korrespondiert, so dass an dieser Stelle auf die einschlägigen Teile der Beschreibung von 2 verwiesen werden kann. Weiterhin kann an dem Haltearm 336 eine analog zur Vorbehandlungseinheit 152 von 2 ausgeführte Vorbehandlungseinheit sowie eine sich entsprechend auf dem Boden 316 von der Steuer- und/oder Regeleinheit 306 kontrolliert bewegende und analog zur Reinigungseinheit 154 von 2 ausgeführte Reinigungseinheit vorgesehen sein, die hier gleichfalls aus Gründen der besseren zeichnerischen Übersicht nicht dargestellt sind. Ferner erfolgt eine vollständige Kontrolle sämtlicher Bewegungsabläufe der Positioniereinrichtung 304 analog zur 3D-Druckvorrichtung 100 von 2 mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 306 sowie erneut in bevorzugter Abhängigkeit von einer externen Datenquelle 362.The 3D printing device 300 also has a measuring system 360 , its constructive structure and function preferably with that of the measuring system 160 from 2 Corresponds, so at this point to the relevant parts of the description of 2 can be referenced. Furthermore, on the holding arm 336 one analogous to the pretreatment unit 152 from 2 executed pretreatment unit and a corresponding on the ground 316 from the control and / or regulating unit 306 controlled moving and similar to the cleaning unit 154 from 2 executed cleaning unit be provided, which are also not shown here for reasons of better graphical overview. Furthermore, a complete control of all movements of the positioning takes place 304 analogous to the 3D printing device 100 from 2 with the help of the control and / or regulating device 306 and again preferably depending on an external data source 362 ,
Auf der Oberseite 334 der Plattform 330 sind hier lediglich beispielhaft ein erster und ein zweiter Speicher 366, 368 zur Bevorratung des ersten Materials 318 und eines zweiten Materials 370 angeordnet, die zur Verarbeitung mittels des 3D-Druckkopf 302 geeignet sind. Das erste Material 318 kann beispielsweise zum sukzessiven, schichtweisen Aufbau der räumlichen Struktur 320 auf der Wand 308 dienen, wohingegen das zweite Material 370 z.B. als Farbe 322 für die Wand 308 bestimmt ist. Durch einfaches, bevorzugt von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 306 initiiertes Umschalten zwischen dem ersten Speicher 366 und dem zweiten Speicher 368 kann dem 3D-Druckkopf 302 somit bevorzugt jeweils das aktuell benötigte Material 318, 370 für die optische Wand- oder Deckengestaltung einer beliebigen Wand oder Decke und ggfls. auch des Bodens 316 vollautomatisch zugeführt werden. Alternativ kann für jedes der beiden Materialien 318, 370 ein individueller 3D-Druckopf mit einem diesem jeweils fix zugeordneten Speicher vorgesehen sein.On the top 334 the platform 330 Here are merely an example of a first and a second memory 366 . 368 for storing the first material 318 and a second material 370 arranged for processing by means of the 3D printhead 302 are suitable. The first material 318 can, for example, be used for the successive, layered construction of the spatial structure 320 on the wall 308 serve, whereas the second material 370 eg as a color 322 for the wall 308 is determined. By simple, preferably by the control and / or regulating device 306 initiated switching between the first memory 366 and the second memory 368 Can the 3D printhead 302 Thus, in each case the currently required material is preferred 318 . 370 for the optical wall or ceiling design of any wall or ceiling and if necessary. also of the soil 316 be fed fully automatically. Alternatively, for each of the two materials 318 . 370 an individual 3D printing pot can be provided with a respective permanently assigned memory.
