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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austragen von partikelförmigem Baumaterial in einem 3D-Drucker, bei welchem partikelförmiges Baumaterial aus einem Aufträger in Form eines Baumaterialvorhangs auf ein Baufeld ausgetragen wird.
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Unter einem sogenannten Auftragen des partikelförmigen Baumaterials auf ein Baufeld wird sowohl das Austragen des partikelförmigen Baumaterials auf die Oberfläche des Baufeldes als auch das Glätten des ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials auf dem Baufeld verstanden.
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Die vorliegende Erfindung beeinflusst insbesondere das Austragen des partikelförmigen Baumaterials auf das Baufeld.
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Insbesondere soll das gleichmäßige Austragen des partikelförmigen Baumaterials auf einem Baufeld in einem 3D-Drucker überwacht und Unregelmäßigkeiten beim Austragen des aus einem Aufträger ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials erkannt werden. Für den Fall, dass derartige Unregelmäßigkeiten erkannt werden, werden diese mittels geeigneter Maßnahmen automatisch verringert oder beseitigt. Hierfür werden entsprechende Parameter für das Austragen des partikelförmigen Baumaterials beeinflusst.
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Bekannt ist es, zur Herstellung einzelner oder serienmäßiger Bauteile, Werkstücke oder Formen einen sogenannten 3D-Druck bzw. ein sogenanntes 3D-Druckverfahren einzusetzen. Bei derartigen Druckverfahren werden dreidimensionale Bauteile oder Werkstücke schichtweise aufgebaut hergestellt.
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Der Aufbau erfolgt rechnergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen. Vorgaben für die zu druckenden Bauteile oder Werkstücke können beispielsweise von sogenannten rechnerunterstützten Konstruktionssystemen (CAD engl. computer-aided design) bereitgestellt werden.
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Beim Druck der 3D-Strukturen bzw. 3D-Bauteile finden physikalische oder chemische Härtungsprozesse oder ein Schmelzprozess in einem partikelförmigen Baumaterial, welches auch als Formstoff bezeichnet wird, statt. Als Werkstoffe für derartige 3D-Druckverfahren werden Baumaterialien bzw. Formstoffe wie Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken, Mineralien, Sande und Metalle eingesetzt.
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Bei der Umsetzung von 3D-Druckverfahren sind verschiedene Fertigungsverfahrensabläufe bekannt.
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Mehrere dieser Verfahrensabläufe umfassen jedoch die nachfolgend beispielhaft dargestellten Verfahrensschritte:
- • Teil- oder vollflächiges Auftragen von partikelförmigem Baumaterial, auch als Partikelmaterial oder pulverförmiges Aufbaumaterial bezeichnet, auf ein sogenanntes Baufeld, um eine Schicht aus nichtverfestigtem Partikelmaterial zu bilden, wobei das Teil- oder vollflächige Auftragen von partikelförmigem Baumaterial das Austragen und das Glätten des partikelförmigen Baumaterials umfasst;
- • Selektives Verfestigen der aufgebrachten Schicht aus nichtverfestigtem partikelförmigem Baumaterial in vorbestimmten Teilbereichen, beispielsweise durch ein selektives Verdichten, Aufdrucken oder Aufbringen von Behandlungsmittel, wie beispielsweise einem Bindemittel oder Einsatz von Laser;
- • Wiederholung der vorhergehenden Verfahrensschritte in einer weiteren Schichtebene zum schichtweisen Aufbau des Bauteils oder Werkstücks. Hierfür ist es vorgesehen, das Bauteil oder Werkstück, welches auf dem Baufeld schichtweise aufgebaut bzw. aufgedruckt wird, mit dem Baufeld jeweils um eine Schichtebene oder Schichtdicke abzusenken oder die 3D-Druckvorrichtung jeweils um eine Schichtebene oder Schichtdicke gegenüber dem Baufeld anzuheben, bevor eine neue Schicht teil- oder vollflächig aufgetragen wird;
- • Nachfolgendes Entfernen von losem, nichtverfestigtem partikelförmigem Baumaterial, welches das gefertigte Bauteil oder Werkstück umgibt.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum Erzeugen einer 3D-Struktur bzw. zum Austragen und Auftragen von partikelförmigem Baumaterial auf ein Baufeld zur Erzeugung einer 3D-Struktur bekannt.
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Aus der
DE 10117875 C1 sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Auftragen von Fluiden sowie deren Verwendung bekannt.
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Das Verfahren zum Auftragen von Fluiden bezieht sich insbesondere auf Partikelmaterial, welches auf einen zu beschichtenden Bereich aufgetragen wird, wobei vor einer Klinge, in Vorwärtsbewegungsrichtung der Klinge gesehen, das Fluid auf den zu beschichtenden Bereich aufgetragen wird und danach die Klinge über dem aufgetragenen Fluid verfahren wird.
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Die Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung, ein Verfahren sowie eine Verwendung der Vorrichtung bereitzustellen, mit denen eine möglichst ebene Verteilung von fluidem Material auf einem zu beschichtenden Bereich erreicht werden kann.
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Zur Lösung ist es vorgesehen, dass die Klinge eine Schwingung nach Art einer Drehbewegung ausführt. Durch die schwingende Drehbewegung der Klinge wird das auf den zu beschichtenden Bereich aufgebrachte Fluid fluidisiert. Hierdurch kann nicht nur stark zur Agglomerierung neigendes Partikelmaterial möglichst eben und glatt aufgetragen werden, sondern es ist darüber hinaus möglich, auch die Verdichtung des Fluids durch die Schwingung zu beeinflussen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Auftragen des Fluids auf den zu beschichtenden Bereich im Überschuss erfolgt. So wird durch die ständige Bewegung der Klinge, die nach Art einer Drehbewegung oszilliert, das überschüssige Fluid, in Vorwärtsbewegungsrichtung der Klinge gesehen, vor der Klinge in einer aus Fluid bzw. Partikelmaterial durch die Vorwärtsbewegung der Klinge gebildeten Walze homogenisiert. Dadurch können etwaige Hohlräume zwischen einzelnen Partikelklumpen gefüllt werden und größere Klumpen Partikelmaterial werden durch die Walzenbewegung aufgebrochen.
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Ein Nachteil dieses bekannten Standes der Technik besteht darin, dass bei einem Austragen des partikelförmigen Baumaterials auf ein Baufeld die Menge des zur Ausbildung einer Schicht benötigten partikelförmigen Baumaterials unzureichend geregelt wird. Dies führt zu unterschiedlich großen Mengen des partikelförmigen Baumaterials vor einem Mittel zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials und somit beispielsweise zu unterschiedlichen Druckverhältnissen auf die unter der aktuell aufzutragenden Schicht liegenden Schichten. Derart kommt es zu Störungen im gleichmäßigen Aufbau der Schichten und zu einer Verschlechterung der Qualität der zu erzeugenden 3D-Struktur.
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Somit besteht ein Bedarf nach einer Verbesserung des bekannten Stands der Technik und somit an einem verbesserten Verfahren zum Austragen von partikelförmigem Baumaterial in einem 3D-Drucker.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Austragen von partikelförmigem Baumaterial in einem 3D-Drucker anzugeben, womit das partikelförmige Baumaterial gleichmäßiger ausgetragen wird.
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Das Verfahren soll sowohl eine Gleichmäßigkeit bezüglich der Höhe der ausgetragenen Schicht des partikelförmigen Baumaterials als auch die Gleichmäßigkeit der Dichte innerhalb der Schicht des ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials verbessern. Derart wird, nachdem das ausgetragene partikelförmige Baumaterial geglättet wurde, eine bessere Qualität der aufgetragenen Schicht des partikelförmigen Baumaterials erreicht.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Vorgesehen ist der Einsatz eines optischen Regelsystems bei einem Austragen des partikelförmigen Baumaterials auf das Baufeld in einem 3D-Drucker gemäß dem vorliegenden Verfahren.
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Hierfür ist es vorgesehen, dass eine optische Überwachung des partikelförmigen Baumaterials bei einem Arbeitsschritt eines Austragens des partikelförmigen Baumaterials mittels eines Aufträgers erfolgt. Diese optische Überwachung erfolgt vorzugsweise in einem Bereich zwischen dem Aufträger und dem Baufeld, in welchem sich ein sogenannter Baumaterialvorhang durch das aus dem Aufträger partikelförmige Baumaterial ausbildet. Dieser aus partikelförmigem Baumaterial, welches sich durch die Schwerkraft vom Aufträger zum Baufeld bewegt beziehungsweise welches fällt, bestehende Baumaterialvorhang weist eine vom Aufträger abhängige Breite auf. In einer Ausführung, in welcher ein Aufträger die gesamte Breite des Baufeldes mit partikelförmigem Baumaterial versorgen kann, weist der Baumaterialvorhang die Breite des gesamten nutzbaren Baufelds auf.
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In einer alternativen Ausführung weist ein Aufträger nur einen Teil der Breite des Baufeldes auf. In diesen Fällen kann mit mehreren Aufträgern gearbeitet werden, welche zusammen die gesamte Breite des Baufeldes abdecken beziehungsweise über die gesamte Breite des Baufeldes partikelförmiges Baumaterial austragen können. In diesem Fall weist der Baumaterialvorhang ebenfalls nur einen Teil der Breite des Baufeldes auf.
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Dieser Baumaterialvorhang weist außerdem eine ebenfalls vom Aufträger abhängige Dicke auf. Weiterhin weist der Baumaterialvorhang eine Höhe auf, welche dem kürzesten Abstand zwischen dem Aufträger und der Oberfläche des Baufeldes entsprechen kann. Da sich der Aufträger beim Austragen des partikelförmigen Baumaterials über die Oberfläche des Baufeldes bewegt, ist es möglich, dass der Baumaterialvorhang nicht senkrecht zur Oberfläche des Baufeldes entsteht, sondern einen von der Lotsenkrechten über dem Baufeld abweichenden Winkel aufweist. In diesem Fall ist die Höhe des Baumaterialvorhangs größer als der kürzeste Abstand zwischen dem Aufträger und der Oberfläche des Baufeldes.
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Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird das ausgetragene partikelförmige Baumaterial mittels eines Mittels zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials geglättet, wodurch eine gleichmäßige Stärke beziehungsweise Dicke des partikelförmigen Baumaterials bei der aktuell aufzutragenden Schicht auf der Oberfläche des Baufeldes erzeugt wird.
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Ein derartiges Mittel zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials können beispielsweise eine Abziehklinge, eine Schwingklinge, ein Messer, ein Rakel oder vergleichbare Mittel eines 3D-Druckers sein, mittels welcher das ausgetragene partikelförmige Baumaterial geglättet wird.
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Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, bewegen sich die oben beschriebenen Mittel in einem konstanten Abstand zum Baufeld und horizontal über das Baufeld. Gleichzeitig wird auch der Aufträger in einem konstanten Abstand zum Baufeld und horizontal über das Baufeld bewegt. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass der Aufträger in einem konstanten Abstand zum Mittel zum Glätten angeordnet ist, welcher sich bei einer gemeinsamen Bewegung über das Baufeld nicht verändert.
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Die Höhe beziehungsweise Schichtstärke des aufgetragenen partikelförmigen Baumaterials kann einen Wert aufweisen, welcher zwischen dem 0,5-fachen und dem 6-fachen des mittleren Partikeldurchmessers des partikelförmigen Baumaterials liegt. Um eine Höhe beziehungsweise Schichtstärke vom 0,5-fachen des mittleren Partikeldurchmessers des partikelförmigen Baumaterials zu erreichen, muss das partikelförmige Baumaterial auf das Baufeld ausgetragen und verdichtet werden.
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Der mittlere Partikeldurchmesser des partikelförmigen Baumaterials liegt beispielsweise bei einem Wert von etwa 0,14 mm.
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Als partikelförmiges Baumaterial wird allgemein eine Ansammlung einzelner Teilchen eines Stoffs oder eines Stoffgemischs verstanden, wobei jedes Teilchen eine dreidimensionale Erstreckung aufweist. Da diese Teilchen überwiegend als runde, ovale oder auch längliche Teilchen aufgefasst werden können, ist es möglich, einen durchschnittlichen Durchmesser für ein derartiges Teilchen anzugeben, welcher meist im Bereich zwischen 0,1 mm bis 0,4 mm liegt. Ein derartiges partikelförmiges Baumaterial weist fluide Eigenschaften auf.
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Das vom Aufträger auszutragende partikelförmige Baumaterial bildet zwischen dem Aufträger und der Oberfläche des Baufeldes den sogenannten Baumaterialvorhang aus. Die Breite des Baumaterialvorhangs entspricht für gewöhnlich der Breite der Austrittsöffnung beziehungsweise des Spalts am Aufträger. Die Dicke des Baumaterialvorhangs wird durch die Menge des durch den Aufträger auszutragenden partikelförmigen Baumaterials je Zeiteinheit beeinflusst. Nimmt die Menge des durch den Aufträger auszutragenden partikelförmigen Baumaterials je Zeiteinheit zu, so nimmt auch die Dicke des Baumaterialvorhangs zu und umgekehrt.
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Somit ist es möglich, durch eine Ermittlung der Dicke des Baumaterialvorhangs auf die Menge des vom Aufträger aktuell ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials zu schließen und somit durch die Ermittlung der Dicke des Baumaterialvorhangs eine Regelung der Menge des durch den Aufträger ausgetragenen partikelförmigen Baumaterial durchzuführen.
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Der Baumaterialvorhang bildet beim Auftreffen auf das Baufeld beziehungsweise beim Kontakt mit der Oberfläche des Baufeldes an einem sogenannten Auftreffort eine geometrische, in einer Seitenansicht meist dreieckige Form aus, wobei eine Seite dieses Dreiecks horizontal, also parallel zur Oberfläche des Baufeldes und dieser Oberfläche des Baufeldes zugewandt ausgerichtet ist. Dieser Zustand wird nachfolgend als sogenannte Baumaterialanhäufung bezeichnet. In einer räumlichen Ansicht weist diese Baumaterialanhäufung beispielsweise die Form eines gedachten Dreieckprismas auf, bei welchem die drei rechteckigen Mantelflächen mit ihren Längserstreckungen jeweils in einem rechten Winkel zu einer Bewegungsrichtung des Aufträgers über dem Baufeld liegen. Außerdem sind die Längsersteckungen parallel zur Oberfläche des Baufeldes ausgerichtet.
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Diese Baumaterialanhäufung bildet sich in Abhängigkeit der Menge des ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials aus. So wird die Baumaterialanhäufung für den Fall, dass eine größere Menge des partikelförmigen Baumaterials durch den Aufträger ausgetragen wird, zumindest eine größere Höhe und/oder größere Breite aufweisen, als wenn eine kleinere Menge des partikelförmigen Baumaterials ausgetragen wird.
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Somit ist es auch möglich, durch eine Ermittlung von Abmessungen der Baumaterialanhäufung auf die Menge des vom Aufträger aktuell ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials zu schließen und somit durch die Ermittlung der Abmessungen der Baumaterialanhäufung eine Regelung der Menge des durch den Aufträger ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials durchzuführen.
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Zu den Abmessungen einer derartigen prismaförmigen Baumaterialanhäufung mit einer dreieckigen Grund- und Deckfläche zählen ihre maximale Breite im unteren Bereich der Baumaterialanhäufung sowie ihre maximale Höhe. Darüber hinaus kann auch mindestens ein Winkel der dreieckförmigen Grund- und Deckfläche der dreieckprismaförmigen Baumaterialanhäufung als Abmessung genutzt werden. Ein derartiger Winkel kann beispielsweise ein sogenannter Böschungswinkel sein, welcher einen Anstieg der Baumaterialanhäufung gegenüber der ebenen Oberfläche des Baufeldes beschreibt.
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Durch eine gezielte Beeinflussung der Menge des je Zeiteinheit auszutragenden Baumaterials ist es möglich, die Gleichmäßigkeit der auf das Baufeld aufzutragenden Schicht zu verbessern. Erreicht diese Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Schicht des partikelförmigen Baumaterials eine entsprechende Genauigkeit beziehungsweise Qualität, wirkt sich das positiv auf die Qualität der zu erzeugenden 3D-Struktur aus. In besonderen Fällen kann es dann möglich sein, für bestimmte Anwendungen des 3D-Drucks auf ein Mittel zum Glätten zu verzichten.
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In einer derartigen Anwendung kann somit unmittelbar nach dem Austragen des partikelförmigen Baumaterials durch den Aufträger das selektive Verfestigen der aufgebrachten Schicht aus nichtverfestigtem partikelförmigen Baumaterial in vorbestimmten Teilbereichen erfolgen.
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Vorgesehen ist es, dass eine optische Überwachung des aus partikelförmigem Baumaterial bestehenden Baumaterialvorhangs in einem Arbeitsschritt eines Austragens des partikelförmigen Baumaterials auf das Baufeld erfolgt. Hierbei wird beispielsweise mittels einer oder mehrerer Kameras der Baumaterialvorhang aus mindestens einer Richtung beziehungsweise Perspektive erfasst.
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Ebenso vorgesehen ist es, dass eine optische Überwachung der dreieckprismaförmigen Baumaterialanhäufung am Auftreffort des partikelfömigen Baumaterials auf dem Baufeld erfolgt. Hierbei wird beispielsweise mittels einer oder mehrerer Kameras die Baumaterialanhäufung aus mindestens einer Richtung beziehungsweise Perspektive erfasst. Diese Richtung beziehungsweise Perspektive kann eine Seitenansicht oder eine perspektivische Sicht auf die dreieckprismaförmige Baumaterialanhäufung am Auftreffort sein.
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Allgemein kann man sagen, dass durch ein geeignetes Mittel zur optischen Überwachung des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials in einem Arbeitsschritt des Austragens des partikelförmigen Baumaterials eine Abbildung des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung am Auftreffort erzeugt wird. Ein derartiges Mittel kann beispielsweise mindestens eine Kamera, ein Laser, eine Kombination aus Projektor und/oder Laser und/oder Kamera oder eine vergleichbare Bildaufnahmeeinrichtung sein.
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In einer Alternative ist es vorgesehen, dass eine Abbildung eines Teilbereichs des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung erzeugt wird. Zur verfahrensgemäßen optischen Überwachung des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials ist es in einer Alternative des Verfahrens ausreichend, nur von einem Teil beziehungsweise einem Teilbereich des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung eine Abbildung zu erzeugen und verfahrensgemäß zu verarbeiten.
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Eine derartige Abbildung des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung kann beispielsweise eine Seitenansicht oder eine Frontalansicht des Baumaterialvorhangs und/oder eine Seitenansicht oder eine Frontalansicht der Baumaterialanhäufung zeigen. Alternativ kann auch eine perspektivische Ansicht beziehungsweise Perspektivansicht des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung als Abbildung erzeugt werden.
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Zum Einsatz kommen kann auch eine 3D-Aufnahmevorrichtung, bestehend aus mehreren Kameras oder 3D-Kameras, beispielsweise unter Nutzung einer Streifenlichtprojektion.
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Werden geeignete Mittel zur optischen Überwachung des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials, also des Baumateriavorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung, an verschiedene Stellen jeweils auf den Baumaterialvorhang ausgerichtet angeordnet, wird beispielsweise ein Mittel zur optischen Überwachung verfahrensgemäß ausgewählt. Außerdem besteht die Möglichkeit, gesteuert durch das vorliegende Verfahren, ein anderes Mittel zur optischen Überwachung wie eine Kamera auszuwählen oder auf dieses zur Erzeugung der Abbildung des Baumaterialvorhangs umzuschalten. Außerdem ist es vorgesehen, mehrere Mittel zur optischen Überwachung zeitgleich zu nutzen. Somit können beispielsweise zeitgleich Abbildungen des Baumaterialvorhangs aus verschiedenen Perspektiven erzeugt werden. Dies bietet die Möglichkeit, mehrere Abmessungen des Baumaterialvorhangs gleichzeitig zu bestimmen. Gleiches trifft auch auf die Baumaterialanhäufung zu.
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Beispielsweise kann mit einer eine Frontalansicht erzeugenden Kamera eine Abmessung der Breite des Baumaterialvorhangs bestimmt werden, nicht aber ein beispielsweise von der Lotsenkrechten abweichender Winkel des Baumaterialvorhangs. Zur Bestimmung dieses Winkels des Baumaterialvorhangs wird eine eine Seitenansicht des Baumaterialvorhangs erzeugende Kamera ausgewählt, mittels welcher andererseits die Breite des Baumaterialvorhangs nicht bestimmt werden kann.
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Mittels einer eine perspektivische Abbildung des Baumaterialvorhangs erzeugenden Kamera können sowohl die Breite des Baumaterialvorhangs als auch der Winkel des Baumaterialvorhangs bestimmt werden. Hierfür sind jedoch entsprechende Bildverarbeitungsalgorithmen, beispielsweise zur perspektivischen Entzerrung, vorzusehen, um korrekte Werte für die Breite und den Winkel des Baumaterialvorhangs zu ermitteln.
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Die Auflösung und Aufnahmerate der verwendeten Kamera muss entsprechend hoch sein, um bei jeder Geschwindigkeit, mit welcher sich beispielsweise ein Austräger und somit auch beispielsweise der Baumaterialvorhang über das Baufeld bewegt, eine hinreichend genaue Abbildung zu erzeugen. Hierbei wird unter hinreichend genau eine Abbildung des Baumaterialvorhangs verstanden, welche sich gemäß dem vorliegenden Verfahren weiterverarbeiten lässt, also beispielsweise für einen Bildvergleich oder eine Bestimmung von Abmessungen des Baumaterialvorhangs, wie beispielsweise eine Höhe und/oder eine Breite und/oder einen Winkel des Baumaterialvorhangs, geeignet ist.
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Die Kamera kann, je nach Befestigungsposition, mit einem Weitwinkelobjektiv ausgestattet sein beziehungsweise eine geeignete Perspektive bereitstellen, um möglichst den kompletten Bereich des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung aufzuzeichnen beziehungsweise abzubilden.
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Vorgesehen ist es auch, eine geeignete Software zu verwenden, mit deren Hilfe die Aufnahmen beziehungsweise Abbildungen normalisiert werden können oder eine Nachbearbeitung bezüglich des Kontrastes oder einer Filterung ermöglicht wird. In jedem Fall ist es das Ziel, eine für nachfolgende Verfahrensschritte ausreichende Qualität der Abbildungen des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung sicherzustellen.
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Vorgesehen ist es auch, dass beispielsweise auf der Grundlage der bei der optischen Überwachung erzeugten Abbildungen, wie einzelnen Bildern oder einem Video aus einer oder mehreren Ansichten des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung geometrische Abmessungen des aus partikelförmigem Baumaterial bestehenden Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung bestimmt werden.
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Hierbei können beispielsweise Grundabmessungen des Baumaterialvorhangs oder Informationen über die Außenkontur des Baumaterialvorhangs bestimmt werden.
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Zu den Grundabmessungen des Baumaterialvorhangs gehören Abmessungen wie beispielsweise eine Breite, eine Höhe oder ein Winkel des Baumaterialvorhangs.
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Bezüglich der Außenkontur des Baumaterialvorhangs können beispielsweise seine Form und seine Dicke bestimmt werden. Eine beispielhafte Form eines Baumaterialvorhangs kann eine Quaderform sein. Alternativ kann der Baumaterialvorhang ein Trapezprisma sein, wobei beispielsweise die Breite des auf dem Baufeld ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials größer als die Breite des aus dem Aufträger austretenden partikelförmigen Baumaterials ist. Ebenso kann die Dicke des auf dem Baufeld ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials größer als die Dicke des aus dem Aufträger austretenden partikelförmigen Baumaterials sein.
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Neben derartigen Abmessungen können Abmessungen entlang des Baumaterialvorhangs, also in seiner Längserstreckung, erfasst werden. Hier können beispielsweise entlang des Baumaterialvorhangs an verschiedenen Stellen unterschiedliche Dicken des Baumaterialvorhangs ermittelt werden. Außerdem können eine maximale und/oder minimale Dicke des Baumaterialvorhangs oder eine durchschnittliche Dicke des Baumaterialvorhangs ermittelt werden.
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Bezüglich der Baumaterialanhäufung können als Abmessungen eine maximale Breite im unteren Bereich der Baumaterialanhäufung, also eine etwa horizontale Seitenlänge des gedachten Dreiecks, sowie eine maximale Höhe der dreieckprismaförmigen Baumaterialanhäufung, wie eine Höhe im gedachten Dreieck, wobei die Höhe über der horizontalen Seitenlänge gemeint ist, genannt werden. Außerdem kann beispielsweise ein Innenwinkel der dreieckigen Grund- und Deckfläche der dreieckprismaförmigen Baumaterialanhäufung oder ein Böschungswinkel der Baumaterialanhäufung als Abmessung ermittelt und für einen späteren Vergleich mit einem vorgegebenen Wert für eine derartige Abmessung genutzt werden.
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Da sich die Partikel des partikelförmigen Baumaterials im Baumaterialvorhang bei der Bewegung vom Aufträger zum Baufeld ständig bewegen, kommt es durch diese Partikelbewegungen zu dynamischen Veränderungen innerhalb des Baumaterialvorhangs. Grund hierfür sind unterschiedliche Geschwindigkeiten beziehungsweise Fallgeschwindigkeiten und Zusammenstöße der Partikel des partikelförmigen Baumaterials. Dynamische Veränderungen treten ebenso in der Baumaterialanhäufung auf.
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Diese dynamischen Veränderungen beziehungsweise störenden Partikelbewegungen im Baumaterialvorhang und/oder der Baumaterialanhäufung können die Qualität der ausgetragenen Schicht des partikelförmigen Baumaterials auf der Oberfläche des Baufeldes beeinflussen. Wird in Testläufen ein Zusammenhang zwischen störenden Partikelbewegungen und beispielsweise der Menge des pro Zeiteinheit auszutragenden partikelförmigen Baumaterials erkannt, so kann der Austragsparameter Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials pro Zeiteinheit gezielt durch das Verfahren beeinflusst werden, für den Fall, dass das Verfahren eine ungewollte Abweichung innerhalb des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung bei einem Vergleich der erzeugten Abbildung des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung mit einer zugehörigen Referenzabbildung feststellt.
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Vorgesehen ist es, die Längserstreckung des Baumaterialvorhangs in Teilbereiche beziehungsweise Abschnitte zu unterteilen und innerhalb dieser Teilbereiche zugehörige Abbildungen zu erzeugen. Gleiches kann auch mit der Baumaterialanhäufung durchgeführt werden. Aus diesen Abbildungen werden beispielsweise abschnittsbezogene Abmessungen wie eine Höhe und/oder eine Dicke und/oder ein Winkel beispielsweise des Baumaterialvorhangs bestimmt. Hierbei können alle Teilbereiche in ihrer Summe beziehungsweise ihrer Aneinanderreihung die gesamte Länge des Baumaterialvorhangs oder der Baumaterialanhäufung in seiner beziehungsweise ihrer Längserstreckung abbilden.
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Vorgesehen ist es ebenso, dass die Abbildungen der Teilbereiche zur Auswertung beziehungsweise Analyse von Abweichungen mit zugehörigen Referenzabbildungen verglichen werden.
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Vorgesehen ist es weiterhin, einen Vergleich einer bestimmten Abmessung mit einem vorgegebenen Wert beziehungsweise Referenzwert für diese Abmessung durchzuführen. Wird bei diesem Vergleich eine Abweichung zwischen der Abmessung und dem vorgegebenen Wert beziehungsweise Referenzwert für diese Abmessung bestimmt, welche über einer vorgegebenen Toleranzgrenze liegt, so wird mindestens ein Parameter für das Austragen des partikelförmigen Baumaterials (Substratauftragsparameter), welcher nachfolgend als Austragsparameter bezeichnet wird, verändert.
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In einer Alternative zu einem Vergleich einer bestimmten Abmessung mit einem vorgegebenen Wert beziehungsweise Referenzwert für diese Abmessung oder zusätzlich zu diesem Vergleich ist es möglich, die erzeugte Abbildung mit einer zugehörigen Referenzabbildung zu vergleichen. Werden bei einem derartigen Vergleich wie einem Bildvergleich Abweichungen festgestellt, welche über einer vorgegebenen Toleranzgrenze liegen, so wird mindestens ein Parameter für das Austragen des partikelförmigen Baumaterials, also ein Austragsparameter, verändert und derart die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials reguliert oder gesteuert beziehungsweise verändert. Ziel ist es, dass die aktuell erzeugten Abbildungen mit den Referenzabbildungen in Übereinstimmung gebracht werden, um die Qualität beim Auftragen einer Schicht des partikelförmigen Baumaterials zu verbessern, also eine Gleichmäßigkeit bezüglich der Höhe beziehungsweise Schichtdicke der ausgetragenen Schicht des partikelförmigen Baumaterials zu verbessern.
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Wird beispielsweise bei einem Vergleich einer Abmessung mit ihrem Referenzwert festgestellt, dass die Dicke des Baumaterialvorhangs unter den vorgegebenen Referenzwert für die Dicke des Baumaterialvorhangs absinkt, so wird beispielsweise ein Austragsparameter, der die auszutragende Menge des partikelförmigen Baumaterials pro Zeiteinheit oder pro Fläche bestimmt, erhöht. Somit wird eine größere Menge des partikelförmigen Baumaterials aus einem Aufträger ausgeschüttet beziehungsweise ausgetragen. Infolgedessen ist es zu erwarten, dass die Dicke des Baumaterialvorhangs wieder zunimmt, da die Dicke in einem unmittelbaren Zusammenhang mit der Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials steht.
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Bei alternativen Vergleichen einer bestimmten Abmessung mit ihrem Referenzwert können auch die Länge, die Höhe oder ein ermittelter Winkel des Baumaterialvorhangs oder eine Länge, eine Breite, eine Höhe, ein Innenwinkel oder ein Böschungswinkel der dreieckförmigen Grund- beziehungsweise Deckfläche der Baumaterialanhäufung verwendet werden.
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Vorgesehen ist es, dass bei einem Einsatz eines sogenannten Fluidisierers zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials die Austragsparameter der auszutragenden Menge des partikelförmigen Baumaterials pro Zeiteinheit oder pro Fläche dadurch beeinflusst werden, dass eine unterschiedliche Anzahl von sogenannten porösen Gasaustrittsmitteln im Fluidisierer mittels eines unter Druck stehenden Gases angesteuert beziehungsweise beaufschlagt werden. Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung dieser Austragsparameter besteht darin, den Druck des Gases zu verändern. Eine weitere Alternative besteht darin, die Veränderung des Gasdrucks in ihrem Zeitverlauf periodisch durchzuführen, wobei dies beispielsweise mit einer einstellbaren Frequenz erfolgen kann.
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Vorgesehen ist es auch, dass mehrere Austragsparameter zeitgleich beeinflusst werden, infolge des Ergebnisses einer oder mehrerer ermittelter Abweichungen zwischen einer oder mehreren Abmessungen und ihren entsprechend vorgegebenen Werten.
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So ist es beispielsweise möglich, sowohl den Austragsparameter einer Bewegungsgeschwindigkeit der Arbeitsmittel des 3D-Druckers über der Oberfläche des Baufeldes zu verändern und gleichzeitig die Menge des aus einem Aufträger ausgetragen partikelförmigen Baumaterials zu erhöhen.
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Zu diesen Arbeitsmitteln des 3D-Druckers gehören insbesondere ein Aufträger für das partikelförmige Baumaterial wie auch die Mittel zum Glätten des ausgetragenen Baumaterials wie eine Abziehklinge, eine Schwingklinge, ein Messer oder ein Rakel.
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Durch die Unterteilung der optischen Überwachung des Baumaterialvorhangs in Teilbereiche ist es möglich, die Austragsparameter für jeden Teilbereich entsprechend der Abweichungen der Abmessungen von den vorgegebenen Werten in diesem Teilbereich zu verändern. Dies setzt voraus, dass die Mittel zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials, wie ein Aufträger, entsprechend unterteilt oder entsprechend mehrfach angeordnet sind. Eine derartige mehrfache Anordnung dieser Mittel kann derart erfolgen, dass die Austräger in einer Reihe nebeneinander oder in mindestens zwei Reihen und versetzt zueinander angeordnet sind. Einem Fachmann ist klar, dass es mittels einer derartigen Anordnung der Mittel immer möglich sein muss, dass das partikelförmige Baumaterial in einer Schicht gleichmäßig und in allen benötigten Bereichen auf dem Baufeld aufgetragen werden kann.
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Vorgesehen ist es ebenfalls, den Baumaterialvorhang bezüglich des dynamischen Verhaltens der Partikel zu analysieren. Das partikelförmige Baumaterial ist während des Arbeitsschritts des Austragens des partikelförmigen Baumaterials im Baumaterialvorhang in einer Bewegung beziehungsweise Fließbewegung. Hierbei ändern sich die Grundabmessungen des Baumaterialvorhangs und/oder die Außenkontur des Baumaterialvorhangs fortwährend. Diese dynamischen Veränderungen werden beispielsweise in ihrem zeitlichen Verlauf, beispielsweise mittels einer Videoaufzeichnung beziehungsweise einer Bilderfolge beziehungsweise eines Bildstreams, erfasst.
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Eine Auswertung dieser zeitlich veränderlichen Abmessungen wie beispielsweise einer Dicke des Baumaterialvorhangs liefert Informationen über den Bereich der Dickenänderung, also ein Minimum und ein Maximum der Abmessung Dicke. Darüber hinaus kann eine derartige Dickenänderung in ihrem zeitlichen Verlauf analysiert werden. Derart kann beispielsweise festgestellt werden, dass die Dickenänderung zwischen ihrem Minimum und ihrem Maximum periodisch erfolgt. Aus dieser zeitlichen Änderung kann beispielsweise eine mittlere Frequenz bestimmt werden, mit welcher sich der Vorgang der Dickenänderung im Baumaterialvorhang wiederholt.
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Durch in Versuchsreihen bestimmte Bezugs-Dickenänderungen können mittels eines Frequenzvergleichs zwischen der Frequenz der Dickenänderung und den bestimmten Bezugs-Frequenzen Aussagen über die Beeinflussung der Qualität der aufgetragenen Schicht des partikelförmigen Baumaterials in Abhängigkeit der Frequenz der Dickenänderung getroffen werden.
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Beispielsweise in Testläufen bestimmte Werte über derartige Dickenänderungen sowie die zugehörigen Bezugs-Frequenzen können mit der zu erreichenden Qualität der zu erzeugenden Schicht des partikelförmigen Baumaterials in einem Zusammenhang stehen. Somit ist es möglich, bei bestimmten Dickenänderungen oder Frequenzen derartiger Dickenänderungen Austragsparameter derart zu beeinflussen, dass die Dickenänderung geringer wird oder sich die Frequenz der Dickenänderung verändert, um derart die Qualität der aktuellen Schicht des aufzutragenden partikelförmigen Baumaterials zu verbessern.
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Als veränderbarer Austragsparameter kann beispielsweise eine Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials pro Zeiteinheit genannt werden. Weiterhin ist es möglich, die Menge des partikelförmigen Baumaterials pro Fläche zu verändern. Außerdem kann eine derartige Veränderung der Austragsmenge pro Zeiteinheit und/oder pro Fläche in ihrem zeitlichen Verlauf verändert werden, wobei diese Veränderung mit einer bestimmten oder veränderlichen beziehungsweise mit einer sich zeitlich ändernden Frequenz erfolgen kann. So kann beispielsweise der Wert der eingestellten Frequenz in ihrem zeitlichen Verlauf zunehmen oder abnehmen oder nacheinander zunehmen und abnehmen und so weiter. Vorgesehen ist es beispielsweise, mittels einer zeitlichen Veränderung des Austragsparameters Menge des partikelförmigen Baumaterials pro Zeiteinheit der zeitlichen Dickenveränderung im Baumaterialvorhang entgegenzuwirken und die zeitliche Dickenänderung zumindest zu verringern oder zu beseitigen.
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Somit kann die Partikelbewegung des partikelförmigen Baumaterials beziehungsweise die Kinematik gezielt verändert werden, um Störungen der Qualität beim Auftragen des partikelförmigen Baumaterials zu verhindern. Diese Beeinflussung der Partikelbewegung des partikelförmigen Baumaterials kann sowohl für den gesamten Baumaterialvorhang wie auch für Teilbereiche des Baumaterialvorhangs verschieden erfolgen, wenn die optische Überwachung bereits in diesen Teilbereichen getrennt erfolgt.
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Die zuvor erläuterten Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, welche zeigt:
- 1: ein Mittel zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials sowie ein Mit- tel zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials über einem Baufeld,
- 2: ein beispielhaftes Mittel zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials wie einen Aufträger in einem 3D-Drucker,
- 3: eine weiter beispielhafte Anordnung zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials in einem 3D-Drucker und
- 4: eine vergrößerte auszugsweise Darstellung des Bereichs des Baumaterialvorhangs sowie der Baumaterialanhäufung auf dem Baufeld.
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In der 1 ist ein Mittel 1 zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials 2 sowie ein Mittel 3 zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials 2 über einem Baufeld 4 dargestellt.
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Ein derartiges Mittel 1 zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials 2 kann beispielsweise ein sogenannter Aufträger 1 sein, während das dargestellte Mittel 3 zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials 2 beispielsweise eine Klinge ist.
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Der Aufträger 1 weist einen in der 1 nicht dargestellten Vorratsbehälter 15 auf, in welchem das auszutragende partikelförmige Baumaterial 2 bevorratet wird. Am unteren Ende des Aufträgers 1 kann ein Auslass 5 zum Auslassen des partikelförmigen Baumaterials 2 angeordnet sein. Um zu verhindern, dass partikelförmiges Baumaterial 2 aus dem Aufträger 1 unkontrolliert austritt, weist der Austräger 1 ein entsprechendes Verschlussmittel auf, welches in der 1 nicht dargestellt ist. Dieses Verschlussmittel ist derart ausgebildet, dass es den Auslass 5 oder eine entsprechende Öffnung im unteren Bereich des Aufträgers 1 öffnen und verschließen kann.
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Für den Fall, dass partikelförmiges Baumaterial 2 aus dem Aufträger 1 ausgelassen und somit auf das Baufeld 4 ausgetragen werden soll, wird das Verschlussmittel geöffnet. Das partikelförmige Baumaterial 2 wird ausgetragen und gelangt in Form eines sogenannten Baumaterialvorhangs 6 auf die Oberfläche des Baufeldes 4. Dieser Vorgang des Austragens von partikelförmigem Baumaterial 2 ist in der 1 dargestellt. Mit der Veränderung eines Austragsparameters wird die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 2 beeinflusst und gesteuert. Hierbei kann ein Austragsparameter die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 2 pro Zeiteinheit sein, während ein anderer Austragsparameter die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials pro Fläche ist.
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Wird beispielsweise die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 2 pro Zeiteinheit und die Geschwindigkeit der Bewegung des Aufträgers 1 in der Bewegungsrichtung 7 über dem Baufeld 4 entsprechend gesteuert, erfolgt der Austrag des partikelförmigen Baumaterials 2 auf die Oberfläche des Baufeldes 4 sehr gleichmäßig und somit in hoher Qualität.
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Wie in der 1 zu erkennen ist, wird mehr partikelförmiges Baumaterial 2 austragen als zum Erreichen der Schichtdicke 8 notwendig wäre. Da das Mittel 3 zum Glätten ebenfalls in der Bewegungsrichtung 7 über das Baufeld 4 bewegt wird, entsteht durch das zu viel ausgetragene partikelförmige Baumaterial 2 eine Ansammlung.
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Durch ein Mittel zur optischen Überwachung 9, wie beispielsweise einer Kamera 9, welche mit ihrem Aufnahmebereich 10 auf den Baumaterialvorhang 6 ausgerichtet ist, wird der Baumaterialvorhang 6 optisch überwacht und entsprechende Abbildungen durch die Aufnahme von Bildern oder Videoaufnahmen erstellt. In der 1 ist die Kamera 9 derart angeordnet, dass diese eine Frontalansicht des Baumittelvorhangs 6 liefert. Alternativ kann die Kamera 9 auch abweichend von der Darstellung der 1 derart angeordnet werden, dass die Kamera 9 eine Seitenansicht oder eine Perspektivansicht liefert. Ebenfalls möglich ist es, mehrere Kameras 9 anzuordnen, um mehrere Ansichten bereitzustellen, wie beispielsweise eine Frontalansicht des Baumittelvorhangs 6 und eine Seitenansicht des Baumittelvorhangs 6.
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Mittels dieser Abbildungen wird unter Verwendung einer geeigneten Bildverarbeitungssoftware beispielsweise die Abmessung der Dicke 11 oder des Winkels 12, zwischen der Oberfläche des Baufeldes 4 und dem Baumittelvorhang 6 bestimmt.
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Diese Abmessungen stehen in einem Zusammenhang mit der Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 3 beziehungsweise der Bewegungsgeschwindigkeit in der Bewegungsrichtung 7. Es ist allgemein davon auszugehen, dass eine Zunahme des Wertes für die Dicke 11 eine Zunahme der Menge des partikelförmigen Baumaterials 2 beim Arbeitsschritt des Austragens aufzeigt. Ebenso ist allgemein davon auszugehen, dass eine Abnahme des Wertes für den Winkel 12 eine Zunahme der Bewegungsgeschwindigkeit des Aufträgers 1 beim Arbeitsschritt des Austragens aufzeigt.
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Auch wenn in der 1 nur der Fall eines Winkels 12 von etwa 90 Grad gezeigt ist, kann der Winkel 12 kleinere Werte annehmen. Beispielsweise ist davon auszugehen, dass der Winkel 12 mit zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit des Austrägers 1 in der Bewegungsrichtung 7 kleiner wird.
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Weitere verfahrensgemäß zu ermittelnde Abmessungen des Baumaterialvorhangs 6, wie seine Länge 13 oder seine Höhe 14, sind in der 1 nicht dargestellt.
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Wird bei einem Vergleich der aktuell ermittelten Abmessungen, also beispielsweise der Werte für die Dicke 11 und oder den Winkel 12, festgestellt, dass diese von den zugehörigen vorgegebenen Werten abweichen, so erfolgt eine Veränderung von Austragsparametern. Diese Austragsparameter sind beispielsweise die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 2 pro Zeiteinheit sowie die Geschwindigkeit der Arbeitsmittel des 3D-Druckers in der Bewegungsrichtung 7. Hier werden als Arbeitsmittel der Austräger 1 sowie das Mittel 3 zum Glätten, also beispielsweise eine Klinge, verstanden.
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Beispielsweise für den Fall, dass der Wert für die Dicke 11 größer als der zugehörige vorgegebene Werte wird, kann beispielsweise die Geschwindigkeit in der Bewegungsrichtung 7 vergrößert werden. Ebenso kann der Austragsparameter Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 2 pro Zeiteinheit verringert werden, solange bis die Abmessungen wieder den vorgegebenen Werten entsprechen, wobei üblicherweise ein Toleranzbereich festgelegt wird. Diese Verringerung der Menge kann beispielsweise durch eine Beeinflussung der Größe des Auslasses 5 am Aufträger 1 erreicht werden.
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Die verfahrensgemäßen Veränderungen der beschriebenen Austragsparameter für das Auftragen des partikelförmigen Baumaterials 2 können auch in Teilbereichen unterschiedlich erfolgen. Dies setzt natürlich voraus, dass beispielsweise mehrere Aufträger 1 zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials 2 im 3D-Drucker und/oder dass mehrere Mittel 3 zum Glätten im 3D-Drucker angeordnet sind.
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In der 1 ist auch die Baumaterialanhäufung 20 mit ihrer beispielsweise dreieckförmigen Deckfläche oder Grundfläche dargestellt. Das dargestellte Dreieck soll als ein Hilfsmittel zeigen, wie sich ein Betrachter die dreieckprismaförmige Baumaterialanhäufung 20 mit ihrer gedachten dreieckförmigen Grund- und Deckfläche im Bereich des auf das Baufeld 4 auftreffenden partikelförmigen Baumaterials 2 vorstellen kann. Die Körperkanten des dargestellten Dreiecks sind natürlich im partikelförmigen Baumaterial 2 nicht erkennbar, können aber durch eine verfahrensgemäße Auswertung der bei der optischen Überwachung des aus partikelförmigem Baumaterial 2 bestehenden Baumaterialanhäufung 20 entstehenden Aufnahmen mittels einer geeigneten Software bestimmt werden. Hieraus lassen sich sodann weitere Abmessungen der Baumaterialanhäufung 20 bestimmen.
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Die 2 zeigt ein Mittel zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials 2 wie einen Aufträger 1 in einem 3D-Drucker, welcher über dem Baufeld 4 in der Bewegungsrichtung 7 horizontal bewegt werden kann.
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Der Aufträger 1 weist einen Vorratsbehälter 15 für das zu bevorratende partikelförmige Baumaterial 2 auf. Der Aufträger 1 weist in seinem unteren Bereich einen sich längserstreckenden Auslass 4 zum Auslassen des partikelförmigen Baumaterials 2 auf, welches sich dann in Form des Baumittelvorhangs 6 in Richtung der Oberfläche des Baufeldes 4 bewegt beziehungsweise fällt.
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Wie bereits beschrieben, ist es vorgesehen, dass mittels einer mit ihrem Aufnahmebereich 10 auf den Baumittelvorhang 6 ausgerichteten Kamera 9 Abbildungen des Baumittelvorhangs 6 erzeugt werden. Die Kamera 9 kann zu diesem Zweck beispielsweise eine Seitenansicht oder eine Frontalansicht des Baumittelvorhangs 6 zeigen. Eine weitere Möglichkeit der Ausrichtung der Kamera 9 besteht in einer Ausrichtung einer perspektivischen Ansicht auf den Baumittelvorhang 6, wie es in der 2 gezeigt ist. Hierfür ist die Kamera 9 beispielsweise fest mit dem Aufträger 1 verbunden und bewegt sich somit mit dem Aufträger 1 über das Baufeld 4.
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Nach der Erzeugung der Abbildungen durch die Kamera 9 können beispielsweise die dargestellten Abmessungen des Baumittelvorhangs 6 wie seine Dicke 11, seine Breite 13, seine Höhe 14 oder der Winkel 12 zwischen der Oberfläche des Baufeldes 4 und dem Baumittelvorhang 6 bestimmt werden.
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Auch in der 2 ist die Baumaterialanhäufung 20 mit ihrer gedachten dreieckförmigen Deckfläche oder Grundfläche dargestellt. Weiterhin gezeigt ist auch die Länge 21 der Baumaterialanhäufung 20, welche im Wesentlichen der Länge 13 des Baumaterialvorhangs 6 entspricht.
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Die 3 zeigt ein Mittel 1 zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials 2 in einem 3D-Drucker, welches über dem Baufeld 4 in der Bewegungsrichtung 7 horizontal bewegt werden kann. Dargestellt ist ein Mittel 1, welches auch als sogenannter Fluidisierer bezeichnet wird, in einer Momentaufnahme, in welcher partikelförmiges Baumaterial 2 durch den Auslass 5 austritt und als Baumaterialvorhang 6 zur Oberfläche des Baufeldes 4 gelangt, um dort eine neue Schicht des partikelförmigen Baumaterials 2 mit einer Schichtdicke 8 auszubilden. Das hierzu noch notwendige Mittel 3 ist in der 3 nicht dargestellt.
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Der Aufträger 1 weist zur Bevorratung des partikelförmigen Baumaterials 2 einen trichterförmigen Vorratsbehälter 15 auf. Dieser trichterförmige Vorratsbehälter 15 ist längsersteckt ausgebildet, wobei seine Länge ein Vielfaches seiner Breite aufweist.
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Der Vorratsbehälter 15 weist eine Öffnung beziehungsweise einen Auslass 5 auf. Im unteren Bereich des trichterförmigen Vorratsbehälters 15 sind zwei Sperrmittel 16 angeordnet, durch welche der Auslass 5 ausgebildet wird. In der Darstellung der 3 wird durch das linke Sperrmittel 16 an seiner oberen Seite ein Belüftungsspalt 17 ausgebildet.
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Durch eine derartige Anordnung der Sperrmittel 16 wird es verhindert, dass partikelförmiges Baumaterial 2 ungewollt auf das Baufeld 4 gelangt, da sich am Auslass 5 ein den Weg verschließender Sperrkegel aus dem partikelförmigen Baumaterial 2 ausbildet.
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Ein Auftragen des partikelförmigen Baumaterials 2 auf das Baufeld 4 wird dadurch erreicht, dass das partikelförmige Baumaterial 2 im Bereich des Auslasses 5 fluidisiert wird. Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, mindestens ein poröses Gasaustrittsmittel 18 in diesem Bereich anzuordnen. In der 3 sind zwei poröse Gasaustrittsmittel 18 an den Seitenwänden des Vorratsbehälters 15 angeordnet. Diese beiden porösen Gasaustrittsmittel 18 weisen je einen Gasanschluss 19 auf, welcher jeweils mit einer nicht dargestellten externen Einheit verbunden ist, welche ein in seinem Gasdruck steuerbares Gas erzeugt.
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Jedes poröse Gasaustrittsmittel 18 weist auf seiner dem partikelförmigen Baumaterial 2 zugewandten Seite ein gasdurchlässiges poröses Material auf.
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Das von der externen Einheit in seinem Gasdruck steuerbare Gas tritt aus dem porösen Gasaustrittsmittel 18 durch das gasdurchlässige poröse Material in Richtung des partikelförmigen Baumaterials 2 gleichmäßig verteilt aus und durchströmt das partikelförmige Baumaterial 2. Dieses ausströmende Gas ist in der 3 mittels mehrerer kleiner Pfeile an den porösen Gasaustrittsmitteln 18 dargestellt. Durch dieses austretende Gas wird das partikelförmige Baumaterial 2 fluidisiert, wodurch das partikelförmige Baumaterial 2 über den Auslass 5 ausgelassen, den Baumittelvorhang 6 bildend, zum Baufeld 4 gelangt.
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Zum Fluidisieren des partikelförmigen Baumaterials 2 wird nur ein poröses Gasaustrittsmittel 18 benötigt. Strömt das Gas aber über zwei poröse Gasaustrittsmittel 18 von zwei Seiten in das partikelförmige Baumaterial 2, wird der Effekt des Fluidisierens des partikelförmigen Baumaterials 2 verstärkt und eine größere Menge des partikelförmigen Baumaterials 2 über den Auslass 5 ausgelassen.
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Zur Steuerung der Menge des auszulassenden partikelförmigen Baumaterials 2 wird der Druck des Gases, welches in die porösen Gasaustrittsmittel 18 eingespeist wird, verändert. So kann beispielsweise mittels eines größeren Gasdrucks die Fluidisierung des partikelförmigen Baumaterials 2 verstärkt bzw. verbessert werden, infolgedessen mehr fluidisiertes partikelförmiges Baumaterial 2 durch den Auslass 5 austreten kann und beispielsweise die Dicke 11 des Baumaterialvorhangs 6 zunimmt.
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Alternativ kann mittels eines kleineren Gasdrucks die Fluidisierung des partikelförmigen Baumaterials 2 vermindert beziehungsweise verschlechtert werden, infolgedessen weniger partikelförmiges Baumaterial 2 ausgelassen wird.
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Eine Steuerung einer Abmessung Dicke 11 des Baumaterialvorhangs 6 kann also mittels einer Steuerung des Gasdrucks oder die Anzahl der genutzten porösen Gasaustrittsmittel 18 durch das vorliegende Verfahren erfolgen. Somit kann der verfahrensgemäße Austragsparameter der Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 2 pro Zeiteinheit oder der verfahrensgemäße Austragsparameter der Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 2 pro Fläche durch die Anzahl der genutzten porösen Gasaustrittsmittel 18 gesteuert beziehungsweise geregelt werden. Eine weitere Möglichkeit der Steuerung beziehungsweise Regelung dieser Austragsparameter ist der für die porösen Gasaustrittsmittel 18 genutzte Gasdruck.
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Bei einer speziellen Variante kann der Gasdruck beispielsweise pulsierend erzeugt werden, wodurch eine Verbesserung der Fluidisierung möglich ist und wobei sich auch die Menge des ausgelassenen partikelförmigen Baumaterials 2 in einem zeitlichen Verlauf verändern lässt.
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Die 4 zeigt eine vergrößerte auszugsweise Darstellung des Bereichs des Baumaterialvorhangs 6 sowie der Baumaterialanhäufung 20 auf dem Baufeld 4. Die 4 zeigt auch den Aufträger 1 mit seinem Auslass 5. Weiterhin ist ein Mittel 9a zur optischen Überwachung des Baumaterialvorhangs 6 mit seinem Aufnahmebereich 10a dargestellt. Auch die Dicke 11 des Baumaterialvorhangs 6 ist gezeigt.
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In der 4 ist ein weiteres Mittel 9b zur optischen Überwachung der Baumaterialanhäufung 20 dargestellt, wobei auch ein einziges Mittel 9 sowohl den Baumaterialvorhang 6 als auch die Baumaterialanhäufung 20 überwachen könnte. Die Darstellung der Mittel 9 in der 4 ist nur eine Prinzipskizze und stellt weder die genauen Größenverhältnisse noch die genauen Positionen der Mittel 9 dar, welche bedarfsgerecht angeordnet werden können. So können die Mittel 9 je nach ihrer Positionierung eine Frontalansicht, eine Seitenansicht oder eine perspektivische Sicht auf den Baumaterialvorhang 6 und/oder die Baumaterialanhäufung 20 zeigen.
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Verfahrensgemäß bestimmbare Abmessungen der dreieckprismaförmigen Baumaterialanhäufung 20 mit ihrer dreieckförmigen Grundfläche beziehungsweise Deckfläche sind mit einer Höhe 22, einer Breite 25, einem der Innenwinkel 23 sowie einem Böschungswinkel 24 dargestellt.
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Die Länge 21 der Baumaterialanhäufung 20 ist nicht in der 4 dargestellt, da die 4 eine Seitenansicht der Baumaterialanhäufung 20 zeigt, in welcher sich die Länge 21 der Baumaterialanhäufung 20 in die Tiefe der Darstellung erstrecken würde.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aufträger / Mittel zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials / Fluidisierer
- 2
- partikelförmiges Baumaterial
- 3
- Mittel zum Glätten / Klinge
- 4
- Baufeld
- 5
- Auslass für partikelförmiges Baumaterial
- 6
- Baumaterialvorhang
- 7
- Bewegungsrichtung
- 8
- Schichtdicke
- 9, 9a, 9b
- Mittel zur optischen Überwachung / Kamera
- 10, 10a, 10b
- Aufnahmebereich
- 11
- Dicke des Baumaterialvorhangs
- 12
- Winkel des Baumaterialvorhangs
- 13
- Länge des Baumaterialvorhangs
- 14
- Höhe des Baumaterialvorhangs
- 15
- Vorratsbehälter
- 16
- Sperrmittel
- 17
- Belüftungsspalt
- 18
- poröses Gasaustrittsmittel
- 19
- Gasanschluss
- 20
- Baumaterialanhäufung (mit gedachter dreieckförmiger Grundfläche beziehungsweise Deckfläche der dreieckprismaförmigen Baumaterialanhäufung)
- 21
- Länge der Baumaterialanhäufung
- 22
- Höhe der Baumaterialanhäufung
- 23
- Innenwinkel der Baumaterialanhäufung
- 24
- Böschungswinkel der Baumaterialanhäufung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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