DE102019110104A1

DE102019110104A1 - Additive manufacturing process for the manufacture of three-dimensional objects and device for the additive manufacturing of three-dimensional objects

Info

Publication number: DE102019110104A1
Application number: DE102019110104.2A
Authority: DE
Inventors: Gerome Fischer; Arne PETERS
Original assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Current assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2020-10-22
Also published as: WO2020212047A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein additives Fertigungsverfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen, insbesondere zur Herstellung von Medizinprodukten, bei dem Material der Form des herzustellenden Gegenstandes 2 entsprechend Schicht für Schicht aufgetragen wird, sowie eine Vorrichtung zur additiven Fertigung von dreidimensionalen Gegenständen. Das additive Fertigungsverfahren und die Vorrichtung zur additiven Fertigung zeichnen sich dadurch aus, dass beim schichtweisen Aufbau des dreidimensionalen Gegenstandes eine physikalische Größe gemessen wird, die von der Form und/oder Beschaffenheit des Gegenstandes 2 beeinflusst wird, wobei die gemessene physikalische Größe oder eine von der gemessenen physikalischen Größe abgeleitete Größe oder eine aus mehreren gemessenen oder abgeleiteten physikalischen Größen ermittelte Größe mit einer Referenzgröße verglichen wird, die für die Form und/oder Beschaffenheit eines dreidimensionalen Referenz-Gegenstandes charakteristisch ist. Bei einer Abweichung, die eine vorgegebene Toleranz überschreitet, wird ein Alarm gegeben und/oder ein Eingriff in das Fertigungsverfahren vorgenommen.The invention relates to an additive manufacturing method for the manufacture of three-dimensional objects, in particular for the manufacture of medical products, in which the material is applied layer by layer according to the shape of the object 2 to be manufactured, and a device for the additive manufacture of three-dimensional objects. The additive manufacturing method and the device for additive manufacturing are characterized in that when the three-dimensional object is built up in layers, a physical variable is measured which is influenced by the shape and / or nature of the object 2, the measured physical variable or one of the measured physical variable or a variable determined from a plurality of measured or derived physical variables is compared with a reference variable which is characteristic of the shape and / or nature of a three-dimensional reference object. In the event of a deviation that exceeds a specified tolerance, an alarm is given and / or the manufacturing process is intervened.

Description

Die Erfindung betrifft ein additives Fertigungsverfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen, insbesondere zur Herstellung von Medizinprodukten, bei dem Material der Form des herzustellenden Gegenstandes entsprechend Schicht für Schicht aufgetragen wird, sowie eine Vorrichtung zur additiven Fertigung von dreidimensionalen Gegenständen.The invention relates to an additive manufacturing method for the manufacture of three-dimensional objects, in particular for the manufacture of medical products, in which material is applied layer by layer in accordance with the shape of the object to be manufactured, as well as a device for the additive manufacture of three-dimensional objects.

Die bekannten additiven Fertigungsverfahren zeichnen sich dadurch aus, dass ein oder mehrere flüssige oder feste Werkstoffe schichtweise zu einem dreidimensionalen Gegenstand (Werkstück) aufgebaut werden. Additive Fertigungsverfahren zeichnen sich durch eine hohe Flexibilität aus und bieten insbesondere bei Einzelanfertigungen und kleinen Stückzahlen große Vorteile. Die Herstellung von Werkzeugen (Formen) ist für additive Fertigungsverfahren nicht erforderlich und der Materialeinsatz ist gering. Daher sind additive Fertigungsverfahren auch für die Herstellung von Medizinprodukten insbesondere bei kleinen Stückzahlen und/oder speziellen Ausführungsformen der herzustellenden Gegenstände von besonderem Interesse. Allerdings werden insbesondere bei medizintechnischen Anwendungen hohe Anforderungen an die Herstellungsgenauigkeit und die Materialeigenschaften gestellt.The known additive manufacturing processes are characterized in that one or more liquid or solid materials are built up in layers to form a three-dimensional object (workpiece). Additive manufacturing processes are characterized by a high degree of flexibility and offer great advantages, especially for individual productions and small quantities. The production of tools (molds) is not required for additive manufacturing processes and the use of materials is low. Therefore, additive manufacturing processes are also of particular interest for the manufacture of medical products, particularly in the case of small quantities and / or special embodiments of the objects to be manufactured. However, particularly in medical technology applications, high demands are placed on the manufacturing accuracy and the material properties.

Eines der am weitesten verbreiteten Verfahren zur Verarbeitung von schmelzbaren Kunststoffen ist das Schmelzschichtverfahren, das sich für thermoplastische Kunststoffe eignet (Fused Deposition Modeling (FDM), Fused Filament Fabrication (FFF) sowie Fused Layer Modeling (FLM)). Das im Allgemeinen als dünnes Filament vorliegende Ausgangsmaterial wird in einer Düse aufgeschmolzen und punktuell oder linienförmig Schicht für Schicht aufgebracht. Darüber hinaus sind Verfahren bekannt, bei denen Pulverpartikel durch gezieltes Aufbringen feinster Tröpfchen eines flüssigen Binders auf ein Pulverbett verklebt werden. Da die Flüssigkeit wie bei einem konventionellen Drucker mit einem Druckkopf aufgebracht werden kann, wird dieses Verfahren auch als 3D-Druckverfahren bezeichnet. Das 3D-Druckverfahren ist sehr flexibel und erlaubt den Einsatz unterschiedlicher Materialien. Die Werkstücke können beliebig eingefärbt werden, wobei ähnliche Festigkeiten wie beim konventionellen Spritzguss möglich sein. Weitere bekannte additive Druckverfahren sind beispielsweise das selektive Lasersintern/Laserschmelzen, Schichtlaminatverfahren und Elektronenstrahlschmelzen. Die Produkte von additiven Fertigungsverfahren besitzen ganz spezifische Eigenschaften, die sich von Produkten, die mit konventionellen Verfahren, beispielsweise im Spritzgussverfahren, hergestellt werden, erheblich unterscheiden können. Bereits kleine Abweichungen in den Prozessparametern können große Wirkungen auf die Produkteigenschaften haben. Daher ist es durchaus möglich, dass selbst auf zwei baugleichen additiven Fertigungsanlagen mit demselben Ausgangsmaterial bei gleich eingestellten Prozessparametern (z. B. Temperatur, Geschwindigkeit des Druckkopfes/Lasers) die Produktqualität nicht völlig identisch ist. Obwohl die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten auf diesem Gebiet in den letzten Jahren intensiv vorangetrieben wurden, bestehen hinsichtlich der resultierenden mechanischen Eigenschaften bei den vielfältigen Kombinationen von Werkstoffen und additiven Fertigungsverfahren noch erhebliche Wissenslücken (vgl. Deutscher Bundestag, Bericht des Ausschusses für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung, Drucksache 18/13455, S. 60, 63, 73 (29.08.2017); VDI 2016, S. 27 ff.).One of the most widespread methods for processing fusible plastics is the melt layer process, which is suitable for thermoplastics (Fused Deposition Modeling (FDM), Fused Filament Fabrication (FFF) and Fused Layer Modeling (FLM)). The starting material, which is generally present as a thin filament, is melted in a nozzle and applied layer by layer at points or in lines. In addition, methods are known in which powder particles are glued to a powder bed by the targeted application of very fine droplets of a liquid binder. Since the liquid can be applied with a print head like a conventional printer, this process is also known as a 3D printing process. The 3D printing process is very flexible and allows the use of different materials. The workpieces can be colored as desired, whereby similar strengths are possible as with conventional injection molding. Other known additive printing processes are, for example, selective laser sintering / laser melting, layer laminate processes and electron beam melting. The products of additive manufacturing processes have very specific properties that can differ significantly from products that are manufactured using conventional processes, such as injection molding. Even small deviations in the process parameters can have a major impact on the product properties. It is therefore entirely possible that the product quality is not completely identical even on two structurally identical additive manufacturing systems with the same starting material with the same set process parameters (e.g. temperature, speed of the print head / laser). Although research and development activities in this area have been intensively promoted in recent years, there are still considerable gaps in knowledge with regard to the resulting mechanical properties in the various combinations of materials and additive manufacturing processes (see German Bundestag, report by the Committee on Education, Research and Technology Assessment , Drucksache 18/13455, pp. 60, 63, 73 (29.08.2017); VDI 2016, pp. 27 ff.).

Ein weiteres bekanntes Verfahren zum Aufbringen von funktionalen Schichten auf Substrate, beispielsweise Glas, Metall, Keramik, ist das Aoerosol-Druckverfahren. Die bekannten Aoerosol-Druckvorrichtungen umfassen eine Einrichtung zum Zerstäuben des aufzubringenden Materials, eine Einrichtung zum Transport des Aoerosols und eine Druckeinrichtung mit einer Düse zum Aufbringen des Aoerosols auf das Substrat. Nach dem Abscheiden des Aoerosols auf dem Substrat wird das Aoerosol thermisch nachbehandelt, um eine dauerhafte Verbindung mit dem Substrat herzustellen. Das Material wird mit dem Druckkopf nicht schichtweise, sondern in Linien aufgetragen, so dass sich sehr feine Strukturen erzeugen lassen.Another known method for applying functional layers to substrates, for example glass, metal, ceramic, is the aerosol printing method. The known aerosol pressure devices comprise a device for atomizing the material to be applied, a device for transporting the aerosol and a pressure device with a nozzle for applying the aerosol to the substrate. After the aerosol has been deposited on the substrate, the aerosol is thermally post-treated in order to establish a permanent bond with the substrate. The material is not applied in layers with the print head, but in lines so that very fine structures can be created.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein additives Fertigungsverfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen (Teilen), insbesondere zur Herstellung von Medizinprodukten, anzugeben, das eine einfache Qualitätskontrolle erlaubt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, die für die Herstellung einer Vielzahl von Produkten insgesamt erforderliche Produktionszeit zu verkürzen. Eine Aufgabe der Erfindung ist auch, eine Vorrichtung zur additiven Fertigung von dreidimensionalen Gegenständen bereitzustellen, die eine einfache Qualitätskontrolle und eine Verkürzung der Produktionszeit erlaubt. Weitere Aufgaben der Erfindung sind die Erhöhung der Reproduzierbarkeit der herzustellenden Produkte sowie die Verbesserung der Steuer- und Regelbarkeit des Produktionsprozesses.The invention is based on the object of specifying an additive manufacturing method for the manufacture of three-dimensional objects (parts), in particular for the manufacture of medical products, which allows simple quality control. Another object of the invention is to reduce the overall production time required to manufacture a variety of products. An object of the invention is also to provide a device for the additive manufacturing of three-dimensional objects that allows simple quality control and a reduction in production time. Further objects of the invention are to increase the reproducibility of the products to be manufactured and to improve the controllability of the production process.

Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.These objects are achieved with the features of the independent patent claims. The dependent claims relate to advantageous embodiments of the invention.

Das Grundprinzip der Erfindung liegt darin, die dreidimensionalen Gegenstände (Teile), insbesondere Medizinprodukte, schon während der Herstellung mit einem additiven Fertigungsverfahren auf die Einhaltung von für die Qualitätskontrolle relevante Parameter (Grenzwerte) zu überprüfen. Die Grenzwerte können sich sowohl auf die geometrischen Abmessungen des Produkts als auch die Materialeigenschaften beziehen.The basic principle of the invention is to ensure that the three-dimensional objects (parts), in particular medical products, already during manufacture with an additive manufacturing process, comply with those relevant for quality control Check parameters (limit values). The limit values can relate to both the geometric dimensions of the product and the material properties.

Bei dem erfindungsgemäßen additiven Fertigungsverfahren werden während der Fertigung Messungen durchgeführt, die für das bis dahin entstandene (Teil-)Produkt charakteristische Kenngrößen liefern. Die Messwerte werden mit Referenzmessungen verglichen, die an einem fehlerfreien Referenzprodukt vorgenommen worden sind. Je nach Anforderung an das Produkt werden mehr oder weniger starke Abweichungen der Messwerte von den Referenzwerten toleriert. Starke Abweichungen lassen auf eine fehlerhafte Fertigung schließen.In the case of the additive manufacturing method according to the invention, measurements are carried out during manufacture that provide characteristic parameters for the (partial) product that has been created up to that point. The measured values are compared with reference measurements that have been made on an error-free reference product. Depending on the requirements placed on the product, more or less strong deviations of the measured values from the reference values are tolerated. Significant deviations indicate faulty manufacturing.

Das additive Fertigungsverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass beim schichtweisen Aufbau des dreidimensionalen Gegenstandes (Teils) eine physikalische Größe gemessen wird, die von der Form und/oder Beschaffenheit des Gegenstandes beeinflusst wird, wobei die gemessene physikalische Größe oder eine von der gemessenen physikalischen Größe abgeleitete Größe oder eine aus mehreren gemessenen oder abgeleiteten physikalischen Größen ermittelte Größe mit einer Referenzgröße verglichen wird, die für die Form und/oder Beschaffenheit eines dreidimensionalen Referenz-Gegenstandes charakteristisch ist. Bei einer Abweichung der gemessenen physikalischen Größe oder der von der physikalischen Größe abgeleiteten Größe oder der aus mehreren gemessenen physikalischen Größen ermittelten Größe von der Referenzgröße, die eine vorgegebene Toleranz überschreitet, wird ein Alarm gegeben und/oder ein Eingriff in das Fertigungsverfahren vorgenommen. Das Fertigungsverfahren kann unterbrochen und der Gegenstand verworfen werden. Darüber hinaus kann das Fertigungsverfahren angepasst werden bzw. die Eingangsparameter für die Fertigung können angepasst werden.The additive manufacturing process is characterized in that when the three-dimensional object (part) is built up in layers, a physical variable is measured which is influenced by the shape and / or nature of the object, the measured physical variable or one derived from the measured physical variable Quantity or a quantity determined from several measured or derived physical quantities is compared with a reference quantity which is characteristic of the shape and / or nature of a three-dimensional reference object. In the event of a deviation of the measured physical quantity or the quantity derived from the physical quantity or the quantity determined from several measured physical quantities from the reference quantity that exceeds a specified tolerance, an alarm is given and / or the manufacturing process is intervened. The manufacturing process can be interrupted and the item discarded. In addition, the production process can be adapted or the input parameters for production can be adapted.

In diesem Zusammenhang wird unter einer Abweichung von einem Referenzwert auch die Überprüfung der Messwerte auf das Vorliegen bestimmter Charakteristika verstanden, die bei der Referenz nicht gegeben sind. Beispielsweise kann eine Unstetigkeit (transient oder in der Frequenzdomäne) eines gemessenen Signals, die bei einem fehlerfreien Produkt nicht vorhanden ist, ein Hinweis auf eine Störstelle sein, die zum Abbruch der Fertigung führen sollte.In this context, a deviation from a reference value is also understood to mean checking the measured values for the presence of certain characteristics that are not present in the reference. For example, a discontinuity (transient or in the frequency domain) of a measured signal, which is not present in a fault-free product, can be an indication of a fault that should lead to the termination of production.

Im Hinblick darauf, dass ein additives Fertigungsverfahren im Vergleich zu konventionellen Verfahren für die Herstellung eines Produktes relativ viel Zeit erfordert, ist ein frühzeitiger Eingriff in den Produktionsprozess von besonderem Vorteil. Wenn die Produktion eines fehlerhaften Teils schon frühzeitig erkannt wird, kann die Produktion sofort abgebrochen werden. Im Gegensatz zu der Prüfung des Endprodukts wird somit Zeit und Material gespart, was die Stückkosten über eine Charge reduziert. Alternativ kann eine Schicht erneut angefahren werden.In view of the fact that an additive manufacturing process requires a relatively long time to manufacture a product compared to conventional processes, early intervention in the production process is particularly advantageous. If the production of a defective part is recognized early on, production can be stopped immediately. In contrast to checking the end product, this saves time and material, which reduces the unit costs over a batch. Alternatively, a shift can be started again.

Die physikalische Größe kann beim schichtweisen Aufbau des dreidimensionalen Gegenstandes in vorgegebenen Zeitabständen oder kontinuierlich gemessen wird. In der Praxis ist eine Messung in vorgegebenen Zeitintervallen ausreichend, so dass nur eine begrenzte Anzahl von Referenzgrößen ermittelt werden müssen. Eine einzige Messung beispielsweise zu einem Zeitpunkt, zu dem die Hälfte der Produktionszeit verstrichen ist, kann schon einen Vorteil bieten. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht aber eine Messung in vorgegebenen Zeitabständen oder eine kontinuierliche Überwachung vor. When the three-dimensional object is built up in layers, the physical quantity can be measured at predetermined time intervals or continuously. In practice, a measurement at specified time intervals is sufficient, so that only a limited number of reference values have to be determined. A single measurement, for example at a point in time when half the production time has passed, can already offer an advantage. A particularly advantageous embodiment, however, provides for a measurement at predetermined time intervals or continuous monitoring.

Die zu überwachende Größe kann grundsätzlich jede beliebige physikalische Größe sein, die für die Qualität des Produktes repräsentativ ist.The variable to be monitored can in principle be any physical variable that is representative of the quality of the product.

Eine Ausführungsform sieht als physikalische Größe den elektrischen Widerstand des Produktes vor. Dies setzt voraus, dass der Gegenstand aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt wird. Wenn das Material, aus dem das Produkt hergestellt werden soll, nicht leitfähig sein sollte, kann dem nichtleitfähigen Material durch Zugabe von leitfähigen Substanzen eine elektrische Leitfähigkeit verliehen werden. Elektrisch leitfähige Kunststoffe, beispielsweise intrinsisch leitfähige Polymere, gehören zum Stand der Technik.One embodiment provides the electrical resistance of the product as a physical variable. This assumes that the object is made of an electrically conductive material. If the material from which the product is to be made should not be conductive, the non-conductive material can be given an electrical conductivity by adding conductive substances. Electrically conductive plastics, for example intrinsically conductive polymers, are state of the art.

Wird das Produkt mit einem leitfähigen Material hergestellt, kann der Widerstand des hergestellten Produkts während der Herstellung permanent überwacht werden. Es ist sofort ersichtlich, dass der Widerstandsverlauf über die Herstellungsdauer oder die aufgelaufene Menge des verwendeten Materials für die bis dato hergestellte Form charakteristisch ist und mit einem Referenzmuster verglichen werden kann. Dies ist umso aussagekräftiger, je mehr Widerstandsmessungen an dem Produkt vorgenommen werden. Mehrere Widerstandsmessungen sind auch bei einer Kombination von leitfähigen und nicht leitfähigen Strukturen von Vorteil. Darüber hinaus ist ausschlaggebend, ob der Durchgangswiderstand oder der Oberflächenwiderstand gemessen werden. Für die Qualitätskontrolle ist vor allem der Durchgangswiderstand (Volumenwiderstand) ausschlaggebend. Da der Durchgangswiderstand der Quotient aus der angelegten Gleichspannung und dem Teil des Stromes ist, der durch den Gegenstand fließt, ist eine Messanordnung von Vorteil, die Oberflächenströme ausschließt bzw. unwirksam macht. Derartige Messanordnungen gehören zum Stand der Technik.If the product is manufactured with a conductive material, the resistance of the manufactured product can be continuously monitored during manufacture. It is immediately evident that the resistance curve over the production time or the accumulated amount of the material used is characteristic of the mold produced to date and can be compared with a reference sample. This is all the more meaningful the more resistance measurements are made on the product. Multiple resistance measurements are also beneficial when combining conductive and non-conductive structures. In addition, it is crucial whether the volume resistance or the surface resistance is measured. The volume resistance (volume resistance) is particularly important for quality control. Since the volume resistance is the quotient of the applied direct voltage and the part of the current that flows through the object, a measuring arrangement that excludes or makes ineffective surface currents is advantageous. Such measuring arrangements are state of the art.

Der elektrische Widerstand ist von der spezifischen Leitfähigkeit des für die Herstellung des Gegenstandes verwendeten Materials, der Menge und Verteilung des aufgetragenen Materials und somit der Form des herzustellenden Produkts und der Temperatur abhängig. Des Weiteren üben auch Störstellen im Material aufgrund von Fabrikationsfehlern einen Einfluss auf die Messwerte aus, weshalb sich diese durch den Vergleich der aktuellen Messwerte mit den Referenzwerten fehlerfreier Produktmuster feststellen lassen. Als charakteristische Kenngröße kann auch die Impedanz erfasst werden. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit kann der Temperartureinfluss auf die Messwerte kompensiert werden. Darüber hinaus kann der Einfluss anderer Druckmaterialien, die einen anderen spezifischen Widerstand haben, kompensiert werden.The electrical resistance depends on the specific conductivity of the material used for the manufacture of the object, the amount and distribution of the applied material and thus the shape of the product to be manufactured and the temperature. Furthermore, imperfections in the material due to manufacturing errors also have an influence on the measured values, which is why these can be determined by comparing the current measured values with the reference values of fault-free product samples. The impedance can also be recorded as a characteristic parameter. To increase the measuring accuracy, the temperature influence on the measured values can be compensated. In addition, the influence of other printing materials that have a different specific resistance can be compensated for.

Eine Ausführungsform sieht eine Messanordnung vor, die mindestens eine Stromquelle oder Spannungsquelle aufweist, wobei der elektrische Widerstand des dreidimensionalen Gegenstandes zwischen zwei Messpunkten an dem Gegenstand ermittelt wird. Von Vorteil ist, wenn mehrere elektrische Widerstände zwischen jeweils zwei Messpunkten ermittelt werden, wobei die Messwerte dann mit mehreren Referenzwerten verglichen werden. Die jeweiligen Messpunkte sollten an einander gegenüberliegenden Seiten des Gegenstandes angeordnet sein, um den Durchgangswiderstand messen zu können.One embodiment provides a measuring arrangement which has at least one current source or voltage source, the electrical resistance of the three-dimensional object being determined between two measuring points on the object. It is advantageous if several electrical resistances are determined between two measuring points, the measured values then being compared with several reference values. The respective measuring points should be arranged on opposite sides of the object in order to be able to measure the volume resistance.

Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Grundprinzip bei sämtlichen bekannten additiven Fertigungsverfahren angewandt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Material mit einem 3D-Drucker aufgebracht wird, der einen verfahrbaren Druckkopf zum Auftragen des Materials und eine Auflage für den herzustellenden Gegenstand aufweist. Die Anschlusskontakte der Spannungsquelle oder Stromquelle können einerseits an dem Druckkopf und andererseits an der Auflage vorgesehen sein, wenn der Druckkopf elektrisch leitend ist und die Auflage aus einem elektrisch leitenden Material besteht. Bei einer derartigen Messanordnung ist es nicht erforderlich, an dem Werkstück nachträglich Kontakte anzubringen, da eine elektrische Verbindung über den Druckkopf und die Auflage bereits hergestellt ist. Dabei wird davon ausgegangen, dass über den Sprühstrahl des Druckkopfs ein elektrischer Strom fließen kann. Wenn die Auflage nicht leitfähig sein sollte, ist der oder sind die Anschlusskontakte an dem Werkstück selbst anzubringen. Mit anderen Fertigungsverfahren kann eine Materialbahn unterbrechungsfrei aufgetragen werden.In principle, the basic principle according to the invention can be used in all known additive manufacturing processes. In a preferred embodiment, the material is applied using a 3D printer which has a movable print head for applying the material and a support for the object to be produced. The connection contacts of the voltage source or current source can be provided on the one hand on the print head and on the other hand on the support if the print head is electrically conductive and the support is made of an electrically conductive material. With such a measuring arrangement, it is not necessary to subsequently attach contacts to the workpiece, since an electrical connection is already established via the print head and the support. It is assumed that an electrical current can flow via the spray jet of the print head. If the support is not conductive, the connection contact (s) must be attached to the workpiece itself. With other manufacturing processes, a material web can be applied without interruption.

Eine alternative Ausführungsform sieht die Auswertung des Einflusses der Form und/oder Beschaffenheit des Materials des dreidimensionalen Gegenstandes auf Felder vor. Mit einer Messeinrichtung, die eine Feldquelle und einen Feldsensor aufweist, wird ein Feld erzeugt, in dem zumindest ein Teil des dreidimensionalen Gegenstands angeordnet wird. An alternative embodiment provides for the evaluation of the influence of the shape and / or nature of the material of the three-dimensional object on fields. With a measuring device that has a field source and a field sensor, a field is generated in which at least a part of the three-dimensional object is arranged.

Das Feld wird mit einem Feldsensor gemessen wird und der Messwert des Feldsensors wird mit einem Referenzwert verglichen. Anstelle nur eines Feldsensors können auch mehrere Feldsensoren vorgesehen sein, um das Feld an unterschiedlichen Orten messen zu können. Zur Erzeugung mehrerer Felder können auch mehrere Feldquellen vorgesehen sein. Geeignete Feldquellen und Feldsensoren gehören zum Stand der Technik.The field is measured with a field sensor and the measured value of the field sensor is compared with a reference value. Instead of just one field sensor, several field sensors can also be provided in order to be able to measure the field at different locations. Several field sources can also be provided to generate several fields. Suitable field sources and field sensors are state of the art.

Die Feldquelle ist vorzugsweise eine Feldquelle zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, so dass der Einfluss der Form oder/und Beschaffenheit des Gegenstandes auf ein oder mehrere elektromagnetische Felder überwacht werden kann. Beispielsweise können Impedanz, Phasenverschiebung oder Feldschwächung erfasst werden.The field source is preferably a field source for generating an electromagnetic field, so that the influence of the shape and / or nature of the object on one or more electromagnetic fields can be monitored. For example, impedance, phase shift or field weakening can be recorded.

Zur Ermittlung von Referenzgrößen werden zunächst ein oder mehrere Referenz-Gegenstände hergestellt. Der oder die Feldsensoren (Antennen, Messspulen etc.) nehmen charakteristische Messwerte auf (i.d.R. ein elektrisches transientes Signal), die von der Form und/oder Beschaffenheit des hergestellten Produkts abhängen. Sind die produzierten Teile hinreichend funktionell und in Ihrer Genauigkeit ebenfalls wertig, so werden die aufgezeichneten Parameterverläufe als Referenzmuster gespeichert. Im nachfolgenden Seriendruckprozess werden die Parameter vorzugsweise kontinuierlich gemessen und mit der Referenz vorzugsweise fortlaufend abgeglichen. Wenn die Messwerte zu stark vom Muster abweichen, kann der Druck angehalten werden.To determine reference quantities, one or more reference objects are first produced. The field sensor or sensors (antennas, measuring coils etc.) record characteristic measured values (usually an electrical transient signal) that depend on the shape and / or nature of the product being manufactured. If the produced parts are sufficiently functional and also valuable in their accuracy, the recorded parameter curves are saved as reference samples. In the subsequent serial printing process, the parameters are preferably measured continuously and preferably continuously compared with the reference. If the measured values deviate too much from the sample, printing can be stopped.

Ferner ist es möglich, den Druck des Bauteils vorher „trocken“ durchzufahren, d. h. der Druckkopf und die gesamte Herstellungsmaschine simuliert den Druck, indem sie genau die Schritte ausführt, die nötig wären um den Gegenstand herzustellen, ohne jedoch dabei Material aufzutragen. Diese „Nullreferenz“ kann mit der späteren Referenz verrechnet werden, um noch sensitiver gegenüber auftretenden Abweichungen zu werden.It is also possible to print the component “dry” beforehand, ie. H. the printhead and the entire manufacturing machine simulate the pressure by performing exactly the steps that would be necessary to manufacture the item, but without adding any material. This “zero reference” can be offset against the later reference in order to become even more sensitive to deviations that occur.

Die Felderzeugung kann frequenzvariabel sein, beispielsweise kann die Frequenz des elektromagnetischen Feldes einen vorgegebenen Frequenzbereich durchlaufen (Sweep). Ebenso ist eine Multifrequenzanregung, d. h. die Überlagerung mehrerer Frequenzen, möglich. Es ist weiterhin möglich, dass ein Testsignal auf eine besonders geeignete Trägerfrequenz moduliert wird. Geeignete Testsignale können durch entsprechende Laborversuche bestimmt werden, die sich auf die größtmögliche Empfindlichkeit richten. Die Auswertung der Messsignale kann mit gängigen Methoden der Signalverarbeitung, beispielsweise Analyse des Amplituden- und Phasenverlaufs, Frequenzanalyse (Fourieranalyse), Filtern von Rauschen (beispielsweise ein 50Hz Filter zur Ausblendung von Netzstörungen), etc. erfolgen. Beispielsweise können bekannte Verfahren, wie die sogenannte Error-Peak-Auswertung (wie oft wird kurzzeitig ein vorgegebener zulässiger Bereich unter oder überschritten) verwandt werden, oder eine mittlere Abweichung berechnet werden.The field generation can be variable in frequency, for example the frequency of the electromagnetic field can sweep through a predetermined frequency range (sweep). Multi-frequency excitation, ie the superposition of several frequencies, is also possible. It is also possible for a test signal to be modulated onto a particularly suitable carrier frequency. Suitable test signals can be determined by appropriate laboratory tests, which are aimed at the greatest possible sensitivity. The evaluation of the measurement signals can be done with common methods of Signal processing, for example analysis of the amplitude and phase curve, frequency analysis (Fourier analysis), filtering of noise (for example a 50 Hz filter to mask out network disturbances), etc. take place. For example, known methods such as the so-called error peak evaluation (how often is a specified permissible range briefly below or exceeded) can be used, or a mean deviation can be calculated.

Zur Erfassung einer sich verändernden Resonanzfrequenz kann am Druckkopf ein Signalgenerator angeschlossen werden, der Impulse in unterschiedlichen Frequenzbändern aussendet. Mit einem Empfänger in der Nähe des herzustellenden Gegenstandes kann die Dämpfungsrate einer oder mehrerer Schwingungen gemessen werden. In der einfachsten Ausführungsform wird abwechselnd über einen Sender und Empfänger am Druckkopf gesendet und empfangen. Die Resonanzfrequenz ist stark von der Form und den elektrischen Eigenschaften der aufgetragenen Schicht abhängig. Kleinste Änderungen können hierbei sofort detektiert werden. Um die Toleranzbänder des Bauteils im Hinblick auf die Abweichung zur Referenz zu definieren, kann stichprobenartig eine Funktions- und Genauigkeitsuntersuchung stattfinden.To record a changing resonance frequency, a signal generator can be connected to the print head, which sends out pulses in different frequency bands. With a receiver in the vicinity of the object to be produced, the damping rate of one or more vibrations can be measured. In the simplest embodiment, transmission and reception are alternately carried out via a transmitter and receiver on the print head. The resonance frequency is strongly dependent on the shape and the electrical properties of the applied layer. The smallest changes can be detected immediately. In order to define the tolerance bands of the component with regard to the deviation from the reference, a function and accuracy test can be carried out on a random basis.

Eine weitere Ausführungsform sieht den Druck eines eindeutigen und für den dreidimensionalen Gegenstand individuellen Identifikationsmerkmals oder Informationsträgers mit einem additiven Fertigungsverfahren (3D-Druck), beispielsweise in Form eines maschinenlesbaren Codes, vorzugsweise eines Barcodes oder 2D-Codes (Stapelcode, Matrixcode), auf den dreidimensionalen Gegenstand vor. Ein solcher maschinenlesbarer Code kann optisch abtastbar sein, möglich sind aber auch nicht unbedingt optisch detektierbare Codes, beispielsweise gebildet aus leitfähigen Flächen in einer ansonsten elektrisch nicht leitfähigen Oberfläche des dreidimensionalen Gegenstands, die beispielsweise einen Barcode ausbilden und elektrisch abtastbar sind. Der Vorteil des 3D-Drucks eines Identifikationsmerkmals oder Informationsträgers liegt darin, dass das Identifikationsmerkmal oder der Informationsträger eine Einheit mit dem Gegenstand bildet. Durch das Identifikationsmerkmal oder den Informationsträger kann der Gegenstand mit dem Herstellungsprozess eindeutig verknüpft werden. Diese Verknüpfung kann beim Hersteller hinterlegt werden, beispielsweise in einer Datenbank. Folglich kann das Identifikationsmerkmal oder der Informationsträger als Originalitätsnachweis dienen. Darüber hinaus kann das Identifikationsmerkmal oder der Informationsträger dazu dienen, den Gegenstand zu identifizieren. In einer Ausführungsform wird der Druck des Identifikationsmerkmals oder Informationsträgers nur dann vorgenommen, wenn der dreidimensionale Gegenstand den Qualitätsanforderungen genügt, d. h. eine Abweichung der gemessenen physikalischen Größe oder einer von der gemessenen physikalischen Größe abgeleiteten Größe oder einer aus mehreren gemessenen oder abgeleiteten physikalischen Größen ermittelten Größe von einer Referenzgröße einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet.Another embodiment provides for the printing of a unique identification feature or information carrier that is unique to the three-dimensional object using an additive manufacturing process (3D printing), for example in the form of a machine-readable code, preferably a barcode or 2D code (stack code, matrix code), on the three-dimensional Subject before. Such a machine-readable code can be optically scanned, but not necessarily optically detectable codes are also possible, for example formed from conductive areas in an otherwise electrically non-conductive surface of the three-dimensional object which, for example, form a barcode and can be electrically scanned. The advantage of 3D printing an identification feature or information carrier is that the identification feature or information carrier forms a unit with the object. The object can be clearly linked to the manufacturing process by means of the identification feature or the information carrier. This link can be stored by the manufacturer, for example in a database. Consequently, the identification feature or the information carrier can serve as proof of authenticity. In addition, the identification feature or the information carrier can serve to identify the object. In one embodiment, the identification feature or information carrier is only printed if the three-dimensional object meets the quality requirements; H. a deviation of the measured physical variable or a variable derived from the measured physical variable or a variable determined from a plurality of measured or derived physical variables from a reference variable does not exceed a predetermined limit value.

In einer weiteren Ausführungsform kann das Identifikationsmerkmal charakteristisch für den Grad der Abweichung der gemessenen physikalischen Größe oder einer von der gemessenen physikalischen Größe abgeleiteten Größe oder einer aus mehreren gemessenen oder abgeleiteten physikalischen Größen ermittelten Größe von einer Referenzgröße sein. So werden Produkte mit unterschiedlichen Qualitätsstandards gekennzeichnet. Durch Überprüfen des Identifikationsmerkmals oder des Informationsträgers des Produkts kann daher abgeleitet werden, welchen Qualitätsanforderungen das Produkt genügt und ob es die Qualitätskontrolle erfolgreich durchlaufen hat. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein Gerät, insbesondere ein medizintechnisches Gerät, welches mit einem derart hergestellten dreidimensionalen Gegenstand interagieren soll, derart eingerichtet ist, dass es das Identifikationsmerkmal oder den Informationsträger einliest und abhängig von einer Überprüfung den dreidimensionalen Gegenstand akzeptiert oder die Interaktion verweigert. Hierzu kann das Gerät beispielsweise Zugriff auf eine Datenbank haben, in der die Identifikationsmerkmale zertifizierter Produkte sowie Informationen über deren Benutzung gespeichert sind. Somit wird die Gefahr von der Verwendung nicht vom Hersteller zertifizierter Produkte sowie die Gefahr von nicht erlaubter Wiederbenutzung verringert.In a further embodiment, the identification feature can be characteristic of the degree of deviation of the measured physical variable or a variable derived from the measured physical variable or a variable determined from a plurality of measured or derived physical variables from a reference variable. Products are labeled with different quality standards. By checking the identification feature or the information carrier of the product, it can therefore be derived which quality requirements the product meets and whether it has successfully passed the quality control. Furthermore, it can be provided that a device, in particular a medical device which is intended to interact with a three-dimensional object produced in this way, is set up in such a way that it reads the identification feature or the information carrier and, depending on a check, accepts the three-dimensional object or refuses the interaction. For this purpose, the device can, for example, have access to a database in which the identification features of certified products and information about their use are stored. This reduces the risk of using products that have not been certified by the manufacturer and of unauthorized re-use.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.In the following, exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the figures.

Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur additiven Fertigung von dreidimensionalen Gegenständen in vereinfachter schematischer Darstellung und
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur additiven Fertigung.

Show it:

1 an embodiment of the device for additive manufacturing of three-dimensional objects in a simplified schematic representation and
2 another embodiment of the device for additive manufacturing.

Die Vorrichtung zur additiven Fertigung von dreidimensionalen Gegenständen, insbesondere Medizinprodukten, weist eine Auflageeinrichtung 1 zur Auflage des herzustellenden Gegenstandes 2 und eine Druckeinrichtung 3 auf.The device for additive manufacturing of three-dimensional objects, in particular medical products, has a support device 1 for supporting the object to be manufactured 2 and a printing device 3 on.

1 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung eine erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur additiven Fertigung. Die Auflageeinrichtung 1 verfügt über eine aus einem leitenden Material bestehende Auflage 1A, beispielsweise eine leitfähige Platte, die an einem Gestell 1B befestigt ist. Die Druckeinrichtung 3 weist einen oberhalb der Auflage angeordneten Druckkopf 3A auf, mit dem ein leitfähiges Material schichtweise aufgebracht werden kann. Der Antrieb des Druckkopfes erfolgt mit einer Antriebseinrichtung 3B, die derart ausgebildet ist, dass der Druckkopf 3A in einem X/Y/Z-Koordinatensystem verfahren werden kann. Für die Ansteuerung der Antriebseinrichtung 3B des Druckkopfes ist 3A ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die Bestandteil der zentralen Steuereinrichtung 4 der Vorrichtung zur additiven Fertigung sein kann. Die Steuereinrichtung 4 ist derart konfiguriert, dass mit dem Druckkopf Material Schicht für Schicht aufgebracht wird, so dass ein Gegenstand mit einer vorgegebenen Form „gedruckt“ wird (3D-Drucker). 1 shows a simplified schematic representation of a first embodiment of the device for additive manufacturing. The support device 1 has a pad made of a conductive material 1A , for example a conductive plate attached to a rack 1B is attached. The printing facility 3 has a print head arranged above the support 3A on, with which a conductive material can be applied in layers. The print head is driven by a drive device 3B , which is designed such that the print head 3A can be moved in an X / Y / Z coordinate system. For controlling the drive device 3B 3A, a control device is provided which is part of the central control device 4th the device for additive manufacturing can be. The control device 4th is configured in such a way that the print head applies material layer by layer so that an object with a predetermined shape is “printed” (3D printer).

Die zentrale Steuereinrichtung 4 kann allgemeine Prozessoren, digitale Signalprozessoren (DSP) zur kontinuierlichen Bearbeitung digitaler Signale, Mikroprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), aus Logikelementen bestehende integrierte Schaltkreise (FPGA) oder andere integrierte Schaltkreise (IC) oder Hardware-Komponenten aufweisen. Auf den Hardware-Komponenten kann ein Datenverarbeitungsprogramm (Software) laufen, um die für Steuerung erforderlichen Operationen auszuführen.The central control device 4th may include general processors, digital signal processors (DSP) for continuous processing of digital signals, microprocessors, application-specific integrated circuits (ASIC), integrated circuits made up of logic elements (FPGA), or other integrated circuits (IC) or hardware components. A data processing program (software) can run on the hardware components in order to carry out the operations required for control.

Darüber hinaus weist die Vorrichtung zur additiven Fertigung eine Messeinrichtung 5 auf, die derart ausgebildet ist, dass beim schichtweisen Aufbau des Gegenstandes 2 eine physikalische Größe, die von der Form und/oder Beschaffenheit des dreidimensionalen Gegenstandes beeinflusst wird, gemessen wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Messeinrichtung 5 eine erste Spanungsquelle U₁ und eine zweite Spanungsquelle U₂ und einen ersten Strommesser A₁ und einen zweiten Strommesser A₂ auf. Die Spannungsquellen haben jeweils zwei Anschlusskontakte, wobei der eine Anschlusskontakt der ersten Spanungsquelle und der eine Anschlusskontakt der zweiten Spanungsquelle mit dem Druckkopf (a, a) elektrisch verbunden sind und der andere Anschlusskontakt der ersten Spanungsquelle an einer Seite der Auflage 1A (b) und der andere Anschlusskontakt der zweiten Spanungsquelle an einer anderen Seite der Auflage 1A (c) angeschlossen sind, was in 1 gezeigt ist. Da der Druckkopf 3A aus einem elektrisch leitenden Material besteht, kann ein elektrischer Strom I von dem einen Anschlusskontakt (a, a) durch den Druckkopf 3A, den Sprühstrahl 3AA und den Gegenstand 2 zu dem anderen Anschlusskontakt (b bzw. c) fließen. Die beiden Strommesser A₁ und A₂ messen die beiden Ströme I₁ und I₂. Anstelle einer Spannungsquelle kann auch eine Stromquelle vorgesehen sein.In addition, the device for additive manufacturing has a measuring device 5 which is designed such that when the object is built up in layers 2 a physical variable that is influenced by the shape and / or nature of the three-dimensional object is measured. In the present exemplary embodiment, the measuring device 5 a first voltage source U ₁ and a second voltage source U ₂ and a first ammeter A ₁ and a second ammeter A ₂ . The voltage sources each have two connection contacts, one connection contact of the first voltage source and one connection contact of the second voltage source being electrically connected to the print head (a, a) and the other connection contact of the first voltage source on one side of the support 1A (b) and the other connection contact of the second voltage source on another side of the support 1A (c) what is connected in 1 is shown. As the printhead 3A consists of an electrically conductive material, an electrical current I can flow from one connection contact (a, a) through the print head 3A , the 3AA spray and the object 2 to the other connection contact (b or c). The two ammeters A ₁ and A ₂ measure the two currents I ₁ and I ₂ . Instead of a voltage source, a current source can also be provided.

Zur Auswertung der Messergebnisse weist die Vorrichtung zur additiven Fertigung eine Auswerteeinrichtung 6 auf, die die Messwerte empfängt. Die Auswerteeinrichtung 6, die auch Bestandteil der Steuereinrichtung 4 sein kann, ist derart konfiguriert, dass nach dem ohmschen Gesetz ein erster und ein zweiter Wert für den elektrischen Widerstand R₁, R₂ zwischen den jeweiligen Anschlusspunkten (a, b, c) berechnet wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinrichtung 6 weiterhin derart konfiguriert, dass der erste und der zweite Wert jeweils mit einem Referenzwert verglichen werden. Es ist aber auch möglich aus dem ersten und zweiten Wert eine charakteristische Größe, beispielsweise durch Berechnung eines Mittelwertes, zu ermitteln, die mit einem Referenzwert verglichen wird. Die Messwerte werden in vorgegebenen Zeitabständen oder kontinuierlich gemessen und in einer Speichereinrichtung 7 gespeichert. Die gespeicherten Daten umfassen nicht nur die Messwerte, sondern auch den Zeitpunkt der Messung (Zeitstempel). Bei einer kontinuierlichen Messung wird der zeitliche Verlauf des Messsignals oder der Messignale gespeichert.The additive manufacturing device has an evaluation device for evaluating the measurement results 6 that receives the measured values. The evaluation device 6 , which is also part of the control device 4th can be, is configured such that a first and a second value for the electrical resistance R ₁ , R ₂ between the respective connection points (a, b, c) are calculated according to Ohm's law. In the present embodiment, the evaluation device 6 further configured such that the first and second values are each compared with a reference value. However, it is also possible to determine a characteristic variable from the first and second value, for example by calculating a mean value, which is compared with a reference value. The measured values are measured at predetermined time intervals or continuously and are stored in a storage device 7th saved. The stored data not only include the measured values, but also the time of the measurement (time stamp). In the case of a continuous measurement, the course of the measurement signal or signals over time is stored.

Der zuvor ermittelte Referenzwert oder die Referenzwerte, die für einen Gegenstand charakteristisch sind, der den Qualitätsanforderungen genügt, sind in der Speichereinrichtung 7 abgespeichert. Die Auswerteeinrichtung 6 vergleicht die Messwerte zu den einzelnen Zeitpunkten mit den für diese Zeitpunkte hinterlegten Referenzwerten bzw. den Signalverlauf der Messung und mit dem Signalverlauf der Referenz. Wenn eine vorgegebene Toleranz überschritten wird, erzeugt die Auswerteinrichtung 6 ein Alarmsignal, das eine Alarmeinrichtung 8 empfängt, und/oder ein Steuersignal, das die Steuereinrichtung 4 empfängt. Die Alarmeinrichtung 8 gibt dann einen akustischen und/oder optischen Alarm und/oder die Steuereinrichtung 4 hält den Druckkopf 3A an, um die Fertigung des Gegenstandes zu unterbrechen.The previously determined reference value or the reference values which are characteristic of an object that meets the quality requirements are in the storage device 7th saved. The evaluation device 6 compares the measured values at the individual points in time with the reference values stored for these points in time or the signal curve of the measurement and with the signal curve of the reference. If a specified tolerance is exceeded, the evaluation device generates 6 an alarm signal that an alarm device 8th receives, and / or a control signal that the control device 4th receives. The alarm device 8th then gives an acoustic and / or visual alarm and / or the control device 4th holds the printhead 3A to interrupt the production of the item.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Messeinrichtung anstelle einer oder mehrerer Gleichspannungsquellen (Gleichstromquellen) einen oder mehrere Frequenzgeneratoren zur Erzeugung einer oder mehrerer Wechselspannungen, um anstelle des Gleichstromwiderstands den Wechselstromwiderstand (Impedanz) zu ermitteln, der ebenfalls eine charakteristische Kenngröße ist. Die Impedanz kann für eine oder mehrere Wechselspannungen, die unterschiedliche Frequenzen haben können, ermittelt werden. Beispielsweise kann die Messeinrichtung einen Signalgenerator zur Erzeugung einer sinusförmigen Wechselspannung aufweisen.In a further embodiment, instead of one or more direct voltage sources (direct current sources), the measuring device comprises one or more frequency generators for generating one or more alternating voltages in order to determine the alternating current resistance (impedance) instead of the direct current resistance, which is also a characteristic parameter. The impedance can be determined for one or more alternating voltages, which can have different frequencies. For example, the measuring device can have a signal generator for generating a sinusoidal alternating voltage.

Nachfolgend wird eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung zur additiven Fertigung unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, die sich von dem Ausführungsbeispiel von 1 dadurch unterscheidet, dass die gemessene physikalische Größe, die für die Form und/oder die Materialeigenschaften des Gegenstandes charakteristisch ist, nicht der Widerstand ist, sondern der Einfluss des Gegenstandes auf ein elektromagnetisches Feld ausgewertet wird. Die einander entsprechenden Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.An alternative embodiment of the device for additive manufacturing is described below with reference to FIG 2 which differ from the embodiment of 1 differs in that the measured physical quantity, which is characteristic of the shape and / or the material properties of the object, is not the resistance, but the influence of the object on an electromagnetic field is evaluated. The parts corresponding to one another are provided with the same reference symbols.

Die Messeinrichtung 5' der Vorrichtung zur additiven Fertigung weist eine Feldquelle 9 (Sender) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds und einen Feldsensor 10 (Empfänger) zum Empfangen eines elektromagnetischen Feldes auf. Feldquelle 9 und Feldsensor 10 sind so angeordnet, dass ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird, in dem sich zumindest ein Teil des herzustellenden Gegenstandes 2 befindet. Die Feldquelle 9 kann an dem Druckkopf 3A und der Feldsensor 10 in der Nähe des herzustellenden Gegenstandes 2 angeordnet sein.The measuring device 5 ' The additive manufacturing device has a field source 9 (Transmitter) for generating an electromagnetic field and a field sensor 10 (Receiver) to receive an electromagnetic field. Field source 9 and field sensor 10 are arranged in such a way that an electromagnetic field is generated in which at least part of the object to be manufactured is located 2 is located. The field source 9 can on the printhead 3A and the field sensor 10 in the vicinity of the object to be manufactured 2 be arranged.

In Analogie zu dem ersten Ausführungsbeispiel empfängt die Auswerteeinrichtung 6 die in vorgegebenen Zeitintervallen gemessenen Messwerte oder das kontinuierlich gemessene Messsignal des Feldsensors 10 und vergleicht die Messwerte mit Referenzwerten, die zuvor empirisch ermittelt worden sind, bzw. das Messsignal mit einem zuvor empirisch ermittelten Referenzsignal, wobei die Referenzwerte oder das Referenzsignal in der Speichereinrichtung 6 gespeichert sind. Das Steuer- und/oder Alarmsignal wird erzeugt, wenn die Abweichung größer als ein tolerierbarer Wert bzw. Wertebereich ist.In analogy to the first exemplary embodiment, the evaluation device receives 6 the measured values measured at specified time intervals or the continuously measured measurement signal of the field sensor 10 and compares the measured values with reference values that have previously been determined empirically, or the measurement signal with a previously empirically determined reference signal, the reference values or the reference signal in the storage device 6 are stored. The control and / or alarm signal is generated when the deviation is greater than a tolerable value or range of values.

Wenn die Abweichung nicht größer als ein tolerierbarer Wert bzw. Wertebereich ist, wird im 3D-Druckverfahren ein Identifikationsmerkmal oder ein Informationsträger, beispielsweise in Form eines maschinenlesbaren Codes, vorzugsweise eines Barcodes oder 2D-Codes (Stapelcode, Matrixcode) auf den dreidimensionalen Gegenstand gedruckt. Anhand des Identifikationsmerkmals oder Informationsträgers kann dann verifiziert werden, ob das Produkt den Qualitätsanforderungen genügt, d. h. das Produkt die Qualitätskontrolle bestanden hat. Ansonsten wird das Identifikationsmerkmal oder der Informationsträger nicht gedruckt.If the deviation is not greater than a tolerable value or value range, an identification feature or an information carrier, for example in the form of a machine-readable code, preferably a barcode or 2D code (stack code, matrix code), is printed on the three-dimensional object in the 3D printing process. On the basis of the identification feature or information carrier, it can then be verified whether the product meets the quality requirements, i. H. the product passed quality control. Otherwise the identification feature or the information carrier will not be printed.

Die Vorrichtung zur additiven Fertigung ist derart ausgebildet ist, dass die Auswerteeinrichtung 6 ein zweites Steuersignal für die Steuereinrichtung 4 erzeugt, wenn eine Abweichung der gemessenen physikalischen Größe oder einer von der gemessenen physikalischen Größe abgeleiteten Größe oder einer aus mehreren gemessenen oder abgeleiteten physikalischen Größen ermittelten Größe von einer Referenzgröße eine vorgegebene Toleranz nicht überschreitet oder die gemessene Größe gleich der Referenzgröße ist. Wenn die Steuereinrichtung 4 das zweite Steuersignal empfängt, steuert die Steuereinrichtung 4 die Druckeinrichtung 3 derart an, dass die Druckeinrichtung 3 ein Identifikationsmerkmal oder einen Informationsträger in Form eines maschinenlesbaren Codes im 3D-Druck druckt. Das Identifikationsmerkmal oder der Informationsträger weist dann darauf hin, dass das Produkt den Qualitätsanforderungen entspricht.The device for additive manufacturing is designed such that the evaluation device 6 a second control signal for the control device 4th generated when a deviation of the measured physical quantity or a quantity derived from the measured physical quantity or a quantity determined from several measured or derived physical quantities from a reference quantity does not exceed a predetermined tolerance or the measured quantity is equal to the reference quantity. When the controller 4th receives the second control signal, controls the control device 4th the printing facility 3 such that the printing device 3 prints an identification feature or an information carrier in the form of a machine-readable code in 3D printing. The identification feature or the information carrier then indicates that the product meets the quality requirements.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Auswerteeinrichtung 6 ein zweites Steuersignal für die Steuereinrichtung 4 erzeugt, wenn eine Abweichung der gemessenen physikalischen Größe oder einer von der gemessenen physikalischen Größe abgeleiteten Größe oder einer aus mehreren gemessenen oder abgeleiteten physikalischen Größen ermittelten Größe von einer Referenzgröße eine vorgegebene Toleranz nicht überschreitet, wobei das das Identifikationsmerkmal oder der Informationsträger derart ausgebildet ist, dass das Identifikationsmerkmal oder der Informationsträger für den Grad der Abweichung charakteristisch ist. Das Identifikationsmerkmal oder der Informationsträger weist dann auch auf die Qualität des Produktes hin.Another embodiment provides that the evaluation device 6 a second control signal for the control device 4th generated when a deviation of the measured physical variable or a variable derived from the measured physical variable or a variable determined from several measured or derived physical variables from a reference variable does not exceed a predetermined tolerance, the identification feature or the information carrier being designed such that the identification feature or the information carrier is characteristic of the degree of deviation. The identification feature or the information carrier then also indicates the quality of the product.

Das Identifikationsmerkmal kann mit einem Lesegerät einer Vorrichtung, insbesondere eines medizintechnisches Geräts, die mit einem derart hergestellten dreidimensionalen Gegenstand interagieren soll, gelesen werden. Die Vorrichtung kann den dreidimensionalen Gegenstand dann akzeptieren oder die Interaktion verweigern. Hierzu kann die Vorrichtung Zugriff auf eine Datenbank haben, in der die Identifikationsmerkmale zertifizierter Produkte sowie Informationen über deren Benutzung gespeichert sind, und das gelesene Identifikationsmerkmal mit den gespeicherten Identifikationsmerkmalen vergleichen. Bei einer Übereinstimmung kann die Vorrichtung eine Interaktion mit dem Gegenstand akzeptieren.The identification feature can be read with a reading device of a device, in particular a medical device, which is intended to interact with a three-dimensional object produced in this way. The device can then accept the three-dimensional object or refuse to interact. For this purpose, the device can have access to a database in which the identification features of certified products and information about their use are stored, and can compare the read identification feature with the stored identification features. If there is a match, the device can accept an interaction with the object.

Claims

Additive manufacturing process for the manufacture of three-dimensional objects, in particular for the manufacture of medical products, in which the material of the shape of the object (2) to be manufactured is applied layer by layer, characterized in that a physical variable is measured when the three-dimensional object (2) is built up in layers that is influenced by the shape and / or nature of the object, wherein the measured physical variable or a variable derived from the measured physical variable or a variable determined from several measured or derived physical variables is compared with a reference variable that applies to the shape and / or the nature of a three-dimensional reference object is characteristic, and in the event of a deviation that exceeds a predetermined tolerance, an alarm is given and / or an intervention in the manufacturing process is carried out.

Additive manufacturing process according to Claim 1 , characterized in that in the event of a deviation which exceeds a predetermined tolerance, the manufacturing process is interrupted and the object (2) is discarded.

Additive manufacturing process according to Claim 1 or 2 , characterized in that the physical variable is measured in the layer-by-layer construction of the three-dimensional object (2) at predetermined time intervals or continuously.

Additive manufacturing process according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that with a measuring device (5) which has at least one voltage source (U ₁ , U ₂ ) or current source, the electrical resistance (R ₁ , R ₂ ) of the three-dimensional object is determined between two measuring points, or several electrical resistances can be determined between two measuring points, the measured value or the measured values being compared with one or more reference values.

Additive manufacturing process according to Claim 4 , characterized in that the material is applied with a 3D printer which has a movable print head (3A) for applying the material and a support (1A) for the object (2) to be produced, the connection contacts of the voltage source (U ₁ , U ₂ ) or power source are provided on the one hand on the print head (3A) and on the other hand on the support (1A).

Additive manufacturing process according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that at least one field is generated with a measuring device (5 ') which has at least one field source (9) and at least one field sensor (10), in which at least a part of the three-dimensional object is arranged, the at least one Field is measured with the at least one field sensor and the measured value or the measured values of the field sensor or the field sensors are compared with one or more reference values.

Additive manufacturing process according to Claim 6 , characterized in that the field source (9) is a field source for generating an electromagnetic field.

Additive manufacturing process according to Claim 7 , characterized in that the frequency of the electromagnetic field passes through a predetermined frequency range.

Additive manufacturing process according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that the three-dimensional object is provided with an identification feature or information carrier by the additive manufacturing process.

Additive manufacturing process according to Claim 9 , characterized in that the three-dimensional object is only provided with an identification feature or information carrier if a deviation of the measured physical variable or a variable derived from the measured physical variable or a variable determined from several measured or derived physical variables from a reference variable is a predetermined Tolerance does not exceed or the measured size is the same as the reference size, or the three-dimensional object is provided with an identification feature or information carrier, if a deviation of the measured physical size or a size derived from the measured physical size or one of several measured or derived physical sizes is determined Size of a reference size does not exceed a predetermined tolerance, the identification feature or the information carrier being designed such that the identification m feature or the information carrier is characteristic of the degree of deviation.

Device for additive manufacturing of three-dimensional objects, in particular medical products, which has a support device (1) for supporting the object (2) to be produced and a printing device (3) for applying material in layers according to the shape of the object to be produced and a control device (4) for actuation of the printing device, characterized in that the device for additive manufacturing of three-dimensional objects furthermore has: a measuring device (5, 5 ') which is designed in such a way that when the object (2) is built up in layers, a physical variable that depends on the shape and / or the nature of the three-dimensional object is influenced, measured, a storage device (7) for storing reference variables which are characteristic of the shape and / or nature of a three-dimensional reference object, and an evaluation device (6) which is designed in this way that the gem The measured physical variable or a variable derived from the measured physical variable or a variable determined from a plurality of measured or derived physical variables is compared with a reference variable stored in the memory device (7), with an alarm signal for in the event of a deviation that exceeds a predetermined tolerance an alarm device and / or a control signal for the control device (4) is generated.

Device for additive manufacturing according to Claim 11 , characterized in that the control device (4) is configured such that after the production process is interrupted when the control signal is received.

Device for additive manufacturing according to Claim 11 or 12 characterized in that the measuring device (5, 5 ') is designed in such a way that the physical variable when the three-dimensional object (2) is built up in layers is measured at predetermined time intervals or continuously.

Device for additive manufacturing according to one of the Claims 11 to 13 , characterized in that the measuring device (5) has at least one voltage source (U ₁ , U ₂ ) or current source, the measuring device (5) being designed in such a way that the electrical resistance (R ₁ , R ₂ ) of the three-dimensional object (2 ) is determined between two measuring points, or several electrical resistances are determined between two measuring points, the measured value or the measured values being compared with one or more reference values.

Device for additive manufacturing according to Claim 14 , characterized in that the printing device (3) has a movable print head (3A) which is electrically conductive, the connection contacts of the voltage source (U ₁ , U ₂ ) or power source on the one hand on the print head (3A) and on the other hand on an electrically conductive one Support (1A) of the support device (1) are provided.

Device for additive manufacturing according to one of the Claims 11 to 13 , characterized in that the measuring device (5 ') has at least one field source (9) and at least one field sensor (10), wherein the measuring device (5') is designed and arranged such that at least one field is generated in which at least a part of the object (2) built up in layers is located, the at least one field being measured with the at least one field sensor and the measured value or values of the field sensor or field sensors being compared with one or more reference values.

Device for additive manufacturing according to Claim 16 , characterized in that the field source (9) is a field source for generating an electromagnetic field.

Device for additive manufacturing according to Claim 17 , characterized in that the field source (9) is designed such that the frequency of the electromagnetic field passes through a predetermined frequency range.

Device for additive manufacturing according to one of the Claims 11 to 18th , characterized in that the evaluation device (6) is designed in such a way that a second control signal for the control device (4) is generated if a deviation of the measured physical variable or a variable derived from the measured physical variable or one of several measured or derived physical variables determined size of a reference size does not exceed a specified tolerance or the measured size is equal to the reference size.

Device for additive manufacturing according to Claim 19 , characterized in that the control device (4) is configured in such a way that the printing device (3) is caused to apply an identification feature or information carrier in layers by the additive manufacturing method when the second control signal is generated.

Device for additive manufacturing according to Claim 20 , characterized in that the identification feature or the information carrier is designed such that the identification feature or the information carrier is characteristic of the degree of deviation.