DE102021209868B3 - Method for determining a density distribution of printing material within a green body and device for producing a green body by means of an additive manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Dichteverteilung (14) von Druckmaterial (1) innerhalb eines Grünkörpers (2) mit mehreren Schichten (Ni). Zunächst wird ein Bild (12) für jede Schicht (Ni) der mehreren Schichten (Ni) des Grünkörpers (2) bereitgestellt. Ein optischer Parameter (10, 11) betreffend das Druckmaterial (1) wird anhand des Bildes (12) mittels eines Filters (9) ermittelt. Eine lokale Dichteverteilung (13) des Druckmaterials (1) wird in der jeweiligen Schicht (Ni) in Abhängigkeit von dem ermittelten optischen Parameter (10, 11) berechnet. Die Dichteverteilung (14) des Druckmaterials (1) innerhalb des Grünkörpers (2) wird anhand der jeweiligen lokalen Dichteverteilung (13) der jeweiligen Schicht (Ni) bestimmt.The invention relates to a method for determining a density distribution (14) of printing material (1) within a green body (2) with a plurality of layers (Ni). First, an image (12) is provided for each layer (Ni) of the multiple layers (Ni) of the green body (2). An optical parameter (10, 11) relating to the print material (1) is determined using the image (12) using a filter (9). A local density distribution (13) of the printing material (1) is calculated in the respective layer (Ni) as a function of the determined optical parameters (10, 11). The density distribution (14) of the printing material (1) within the green body (2) is determined on the basis of the respective local density distribution (13) of the respective layer (Ni).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Dichteverteilung von Druckmaterial innerhalb eines Grünkörpers. Ebenfalls betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Grünkörpers mittels eines generativen Fertigungsverfahrens. Mittlerweile können diverse Bauteile oder Komponenten mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt werden. Auch im Privatbereich kommen sogenannte 3D-Drucker als generatives Fertigungsverfahren zum Einsatz. Das Erzeugnis unmittelbar im Anschluss nach einem generativen Fertigungsverfahren beziehungsweise nach einem Abschluss des Druckverfahrens eines 3D-Druckers kann als Grünkörper oder Grünling bezeichnet werden. Der Grünkörper oder der Grünling repräsentiert insbesondere einen Rohling, der in der Regel zu einem Endprodukt weiterverarbeitet wird. Diese Weiterverarbeitung kann beispielsweise eine thermische Behandlung oder eine Sinterung sein.The invention relates to a method for determining a density distribution of printing material within a green body. The invention also relates to a device for producing a green body using an additive manufacturing method. Various parts or components can now be manufactured using an additive manufacturing process. So-called 3D printers are also used in the private sector as an additive manufacturing process. The product immediately after a generative manufacturing process or after the printing process of a 3D printer has been completed can be referred to as a green body or green body. The green body or the green body represents in particular a blank that is usually further processed into an end product. This further processing can be, for example, thermal treatment or sintering.
Bei dieser Nachbehandlung können unregelmäßige Verteilungen von Partikeln innerhalb des Grünkörpers die nachfolgende Weiterbearbeitung maßgeblich beeinflussen. Beispielsweise spielen Inhomogenitäten der Partikelverteilungen innerhalb von Grünlingen bei einem sogenannten „Metal-Binder-Jetting“-Verfahren eine große Rolle bei der Herstellung von maßhaltigen und fehlerfreien Komponenten. Aufgrund einer geringen Festigkeit lassen sich die Grünlinge insbesondere nicht einfach durch konventionelle metallographische Analysen zur Bestimmung der Dichteverteilung untersuchen. Andererseits kann eine Untersuchung vieler Legierungen mittels einer nicht zerstörenden Prüfung, wie zum Beispiel einer Computertomographie, ebenfalls nicht möglich sein.During this post-treatment, irregular distributions of particles within the green body can have a significant impact on subsequent processing. For example, inhomogeneities in the particle distributions within green compacts play a major role in the production of dimensionally stable and flawless components in a so-called “metal binder jetting” process. Due to their low strength, the green compacts cannot easily be examined by conventional metallographic analyzes to determine the density distribution. On the other hand, examination of many alloys using non-destructive testing, such as computed tomography, may also not be possible.
Es besteht insbesondere die Aufgabe, eine Information bezüglich von Grünkörpern zu ermitteln, um die Möglichkeit zu eröffnen, eine nachfolgende Weiterbehandlung zu optimieren.In particular, there is the task of determining information relating to green bodies in order to open up the possibility of optimizing subsequent further processing.
Die Druckschrift
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Dichteverteilung von Druckmaterial innerhalb des Grünkörpers eine weitere Nachbearbeitung oder Nachbehandlung maßgeblich beeinflussen kann. Beispielsweise können bei einem Tempern oder Sintern starke Verzüge auftreten. Verzüge können insbesondere interne Spannungen in dem Grünkörper verursacht durch Schrumpfprozesse sein. Im schlimmsten Fall kann bei der Nachbehandlung der Grünkörper ähnlich wie Eiswürfel, die in das warme Wasser geworfen werden, auseinanderbrechen. Bei einer Kenntnis der Dichteverteilung innerhalb des Grünkörpers könnte bereits im Vorfeld festgestellt werden, ob der betreffende Grünling der Nachbehandlung standhalten wird. Alternativ kann mit Hilfe der Dichteverteilung ein generatives Fertigungsverfahren zur Herstellung des Grünlings verbessert oder optimiert werden.The invention is based on the finding that a density distribution of printing material within the green body can significantly influence further post-processing or post-treatment. For example, severe distortions can occur during tempering or sintering. Distortions can in particular be internal stresses in the green body caused by shrinkage processes. In the worst case, the green body can break apart during post-treatment, similar to ice cubes thrown into warm water. If the density distribution within the green body is known, it could be determined in advance whether the green body in question is the action will withstand. Alternatively, a generative manufacturing process for producing the green body can be improved or optimized with the aid of the density distribution.
Daher schlägt diese Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer Dichteverteilung von Druckmaterial innerhalb des Grünkörpers vor. Ein erster Aspekt dieser Erfindung betrifft dieses Verfahren zum Bestimmen der Dichteverteilung innerhalb des Grünkörpers. Der Grünling kann als Grünkörper bezeichnet werden. Der Grünkörper weist bevorzugt mehrere Schichten auf. Insbesondere kann der Grünkörper durch ein generatives oder additives Fertigungsverfahren hergestellt werden. Der Begriff „generativ“ bedeutet insbesondere „schichtweise“. Ein solches additives oder generatives Fertigungsverfahren ist insbesondere ein Herstellungsverfahren, welches den Grünkörper schichtweise aufbaut oder aufschichtet. Ein Drucken des Grünkörpers mithilfe eines 3D-Druckers stellt beispielsweise ein generatives Verfahren dar. Zunächst kann ein Bild für jede Schicht der mehreren Schichten des Grünkörpers bereitgestellt werden. Die Bilder können anhand einer optischen Erfassungseinheit erfasst werden oder bereits als digitale Daten vorliegen. Beispielsweise kann eine Kamera von jeder Schicht oder einer Auswahl mehrerer Schichten des Grünkörpers ein Bild aufnehmen. Alternativ kann die optische Erfassungseinheit mehrere Bilder zu jeder Schicht der mehreren Schichten aufnehmen.Therefore, this invention proposes a method for determining a density distribution of print material within the green body. A first aspect of this invention relates to this method for determining the density distribution within the green body. The green body can be referred to as a green body. The green body preferably has several layers. In particular, the green body can be produced by a generative or additive manufacturing process. The term "generative" means in particular "layered". Such an additive or generative manufacturing method is in particular a manufacturing method which builds up or stacks the green body in layers. Printing the green body using a 3D printer represents a generative method, for example. First, an image can be provided for each layer of the multiple layers of the green body. The images can be captured using an optical capture unit or already exist as digital data. For example, a camera can take an image of each layer or a selection of multiple layers of the green body. Alternatively, the optical acquisition unit can capture multiple images for each slice of the multiple slices.
In einem weiteren Schritt kann ein optischer Parameter betreffend das Druckmaterial anhand des Bildes mittels eines Filters ermittelt werden. Der optische Parameter kann eine Farbverteilung, Helligkeitsverteilung und/oder Musterverteilung des Druckmaterials sein. Diese Verteilungen werden bevorzugt basierend auf dem Bild ermittelt. Zusätzlich oder alternativ kann für den optischen Parameter eine Intensitätsverteilung der Farben, Helligkeit und/oder Muster betreffend das Druckmaterial mittels des Filters ermittelt werden. Der Filter kann insbesondere ein optischer Filter, wie zum Beispiel ein Filter für eine Kanten- oder Ecken-Detektion sein. Sämtliche in der Bildverarbeitung üblichen Filter können im Rahmen dieses Verfahrens zum Einsatz kommen. Somit kann der Filter die Farbverteilung, Helligkeitsverteilung und/oder Musterverteilung des Druckmaterials aus dem Bild erkennen. Das Ermitteln des optischen Parameters kann mittels einer Recheneinheit erfolgen. Die Recheneinheit kann somit den Filter auf das Bild anwenden. Alternativ können mehrere Filter zum Ermitteln des optischen Parameters eingesetzt werden. Jeder Filter kann insbesondere für einen spezifischen optischen Parameter, wie zum Beispiel der Farbverteilung oder der Musterverteilung, abgestimmt oder ausgelegt sein. Alternativ ist es möglich, dass das Bild vor einer Anwendung des Filters vorverarbeitet wird.In a further step, an optical parameter relating to the print material can be determined on the basis of the image using a filter. The optical parameter can be a color distribution, brightness distribution and/or pattern distribution of the printing material. These distributions are preferably determined based on the image. Additionally or alternatively, an intensity distribution of the colors, brightness and/or pattern relating to the print material can be determined for the optical parameter by means of the filter. In particular, the filter can be an optical filter, such as a filter for edge or corner detection. All filters commonly used in image processing can be used in this process. Thus, the filter can recognize the color distribution, brightness distribution and/or pattern distribution of the print material from the image. The optical parameter can be determined by means of a computing unit. The computing unit can thus apply the filter to the image. Alternatively, multiple filters can be used to determine the optical parameter. In particular, each filter can be tuned or designed for a specific optical parameter, such as the color distribution or the pattern distribution. Alternatively, it is possible for the image to be pre-processed before the filter is applied.
In einem weiteren Schritt kann die lokale Dichteverteilung des Druckmaterials in der jeweiligen Schicht in Abhängigkeit von dem ermittelten optischen Parameter betreffend das Druckmaterial berechnet oder ermittelt werden. Die lokale Dichteverteilung des Druckmaterials bezieht sich bevorzugt auf die jeweilige Schicht. Für jede Schicht kann ein separater optischer Parameter ermittelt werden. Die lokale Dichteverteilung kann sich insbesondere auf die jeweilige Schicht beziehen. Die Dichteverteilung des Druckmaterials innerhalb des Grünkörpers kann insbesondere als eine gesamte oder globale Dichteverteilung des Druckmaterials des gesamten Grünkörpers aufgefasst werden.In a further step, the local density distribution of the print material in the respective layer can be calculated or determined as a function of the determined optical parameter relating to the print material. The local density distribution of the printing material preferably relates to the respective layer. A separate optical parameter can be determined for each layer. The local density distribution can relate in particular to the respective layer. The density distribution of the printing material within the green body can be understood in particular as an overall or global density distribution of the printing material of the entire green body.
Eine Dichteverteilung über mehrere Schichten, jedoch nicht alle Schichten des Grünkörpers, kann als eine regionale Dichteverteilung aufgefasst werden. Das Druckmaterial kann insbesondere einen Binder sowie Metallpartikel beinhalten. Der Binder kann insbesondere ein flüssiger Klebstoff sein. Die Metallpartikel können insbesondere als Pulverform vorhanden sein. Die Metallpartikel können Aluminium, Kupfer, Stahl, Edelstahl, Eisen, Gold, Silber und/oder Blei aufweisen. Die Metallpartikel können Mischungen der genannten Metalle beinhalten.A density distribution over several layers, but not all layers of the green body, can be understood as a regional density distribution. The printing material can in particular contain a binder and metal particles. In particular, the binder can be a liquid adhesive. The metal particles can in particular be present in powder form. The metal particles can include aluminum, copper, steel, stainless steel, iron, gold, silver and/or lead. The metal particles can contain mixtures of the metals mentioned.
In einem weiteren Schritt kann die Dichteverteilung des Druckmaterials innerhalb des Grünkörpers anhand der jeweiligen lokalen Dichteverteilung der jeweiligen Schicht bestimmt werden. Insbesondere kann in Abhängigkeit von mehreren lokalen Dichteverteilungen der jeweiligen Schichten eine globale Dichteverteilung des Druckmaterials innerhalb des Grünkörpers bestimmt werden. Insbesondere kann anhand von mehreren lokalen Dichteverteilungen zu bereits hergestellten Schichten die globale Dichteverteilung ermittelt werden. Somit kann für jede Schicht eine eigene lokale Dichteverteilung ermittelt werden. Aus mehreren lokalen Dichteverteilungen oder allen lokalen Dichteverteilungen kann die globale Dichteverteilung des Druckmaterials in dem Grünkörper bestimmt oder ermittelt werden. Die Begriffe „Berechnen“, „Bestimmen“ und „Ermitteln“ können als Synonyme betrachtet werden. Die Dichteverteilung bezieht sich auf das Druckmaterial des Grünkörpers oder des Druckmaterials in dem Grünkörper.In a further step, the density distribution of the printing material within the green body can be determined using the respective local density distribution of the respective layer. In particular, a global density distribution of the printing material within the green body can be determined as a function of a plurality of local density distributions of the respective layers. In particular, the global density distribution can be determined using a number of local density distributions for layers that have already been produced. A separate local density distribution can thus be determined for each layer. The global density distribution of the printing material in the green body can be determined or ascertained from a plurality of local density distributions or from all local density distributions. The terms "calculate", "determine" and "determine" can be considered as synonyms. The density distribution refers to the print material of the green body or the print material in the green body.
Die lokale Dichteverteilung repräsentiert insbesondere eine Dichteverteilung in einer zweidimensionalen Ebene, der jeweiligen Schicht. Bei der lokalen Dichteverteilung kann eine vorgegebene Schichtdicke zugrunde gelegt werden, um einen Wert für die lokale Dichteverteilung zu erhalten. Die Dichteverteilung des Druckmaterials innerhalb des Grünkörpers repräsentiert insbesondere eine dreidimensionale Dichteverteilung innerhalb des Grünkörpers und kann als „globale Dichteverteilung“ des Grünkörpers betrachtet werden. Die lokale Dichteverteilung ist bevorzugt zweidimensional, also auf die jeweilige Schicht begrenzt. Die globale Dichteverteilung ist insbesondere dreidimensional und umfasst bevorzugt den gesamten Grünkörper. Die regionale Dichteverteilung ist bevorzugt ebenfalls dreidimensional, umfasst jedoch insbesondere nur einen Teil des Grünkörpers.In particular, the local density distribution represents a density distribution in a two-dimensional plane, the respective layer. A predetermined layer thickness can be taken as a basis for the local density distribution in order to obtain a value for the local density distribution. In particular, the density distribution of the printing material within the green body represents a three-dimensional density distribution within the green body and can be regarded as the “global density distribution” of the green body. The local density distribution is preferably two-dimensional, i.e. limited to the respective layer. The global density distribution is in particular three-dimensional and preferably includes the entire green body. The regional density distribution is preferably also three-dimensional, but in particular comprises only part of the green body.
Diese dreidimensionale Dichteverteilung wird insbesondere in Abhängigkeit von mehreren zweidimensionalen Dichteverteilungen der jeweiligen Schichten berechnet. Dieser Vorgang kann als „Mapping auf 3D“ bezeichnet werden. Mit diesem Verfahren kann bereits bei einer Herstellung des Grünkörpers zusätzlich die Dichteverteilung des Druckmaterials innerhalb des Grünkörpers bestimmt werden. Somit kann bereits bei einem generativen Fertigungsverfahren ein wichtiger Parameter, nämlich die Dichteverteilung, für eine weitere Nachbearbeitung gewonnen werden. Diese Dichteverteilung kann bevorzugt bei einer thermischen Nachbearbeitung oder einem Sinterverfahren berücksichtigt werden. Beispielsweise können Temperaturverläufe oder Parameter des Sinterverfahrens auf die ermittelte Dichteverteilung des Druckmaterials innerhalb des Grünkörpers angepasst werden. Dadurch kann die Nachbearbeitung des Grünkörpers effizienter ausgestaltet werden. Insbesondere kann das Herstellungsverfahren des Grünkörpers insoweit optimiert werden, so dass die Dichteverteilung des Druckmaterials möglichst homogen ist. Damit können spätere Verzüge oder Brüche bei der Nachbehandlung besser vermieden werden.This three-dimensional density distribution is calculated in particular as a function of a number of two-dimensional density distributions of the respective layers. This process can be referred to as "mapping to 3D". With this method, the density distribution of the printing material within the green body can already be determined during production of the green body. Thus, an important parameter, namely the density distribution, can already be obtained for further post-processing in a generative manufacturing process. This density distribution can preferably be taken into account in a thermal post-processing or a sintering process. For example, temperature curves or parameters of the sintering process can be adapted to the determined density distribution of the printing material within the green body. As a result, the post-processing of the green body can be designed more efficiently. In particular, the manufacturing process of the green body can be optimized to the extent that the density distribution of the printing material is as homogeneous as possible. This makes it easier to avoid later distortions or fractures during post-processing.
Ferner ist vorgesehen, dass in der jeweiligen Schicht durch den Filter Kanten und/oder Ecken als der optische Parameter detektiert werden und mittels der detektierten Kanten und/oder Ecken die Dichteverteilung abgeleitet wird. Dies kann die lokale Dichteverteilung und/oder die globale Dichteverteilung betreffen. Insbesondere kann die lokale Dichteverteilung des Druckmaterials in der jeweiligen Schicht in Abhängigkeit von den detektierten Kanten und/oder Ecken ermittelt werden. In diesem Fall ist der Filter insbesondere als Kanten-Filter und/oder Ecken-Filter ausgebildet. Mit Hilfe der erfassten Kanten und/oder Ecken können unterschiedliche Bereiche in der jeweiligen Schicht erkannt werden. Beispielsweise können anhand von Ecken oder Kanten Phasengrenzen von Metallpartikeln zu dem Bindemittel erfasst werden. So können beispielsweise Metallpartikel innerhalb des Klebstoffes erkannt werden. Ebenfalls können andere Partikel oder Verunreinigungen detektiert werden. Zusätzlich oder alternativ können mehrere Bereiche in einer Schicht mit unterschiedlicher Farbverteilung, Helligkeitsverteilung und/oder Musterverteilung des Druckmaterials erfasst werden. In diesem Fall beziehet sich der optische Parameter auf die Farbverteilung, Helligkeitsverteilung und/oder Musterverteilung des Druckmaterials. Zusätzlich oder alternativ dazu kann sich der optische Parameter auf unterschiedliche Intensitätsverteilungen der Farben, Helligkeit und/oder Muster beziehen. Somit können mit Hilfe entsprechender Filter Unterschiede hinsichtlich der genannten Verteilungen sowie Unterschiede der genannten Intensivitätsverteilungen erfasst oder detektiert werden. In Abhängigkeit von diesen erfassten Unterschieden kann insbesondere die lokale Dichteverteilung berechnet werden. Anhand mehrerer lokaler Dichteverteilungen kann die Dichteverteilung des Druckmaterials innerhalb des Grünkörpers bestimmt werden. Basierend auf genannten detektierten Unterschieden ist es möglich, eine klare Grenze zwischen gleichmäßiger und ungleichmäßiger Verteilung von dem Druckmaterial zu erkennen und zu definieren. Die entsprechenden Filter können dabei vorgegebene Schwellenwerte für eine Kantendetektion und/oder Eckendetektion verwenden.Provision is also made for the filter to detect edges and/or corners as the optical parameter in the respective layer and for the density distribution to be derived by means of the detected edges and/or corners. This can affect the local density distribution and/or the global density distribution. In particular, the local density distribution of the printing material in the respective layer can be determined as a function of the detected edges and/or corners. In this case, the filter is designed in particular as an edge filter and/or corner filter. With the help of the recorded edges and/or corners, different areas in the respective layer can be recognized. For example, phase boundaries between metal particles and the binder can be detected using corners or edges. For example, metal particles can be detected within the adhesive. Other particles or impurities can also be detected. Additionally or alternatively, several areas in a layer with different color distribution, brightness distribution and/or pattern distribution of the printing material can be detected. In this case the optical parameter refers to the color distribution, brightness distribution and/or pattern distribution of the print material. In addition or as an alternative to this, the optical parameter can relate to different intensity distributions of the colors, brightness and/or patterns. Thus, with the help of appropriate filters, differences with regard to the named distributions as well as differences in the named intensity distributions can be recorded or detected. In particular, the local density distribution can be calculated as a function of these detected differences. The density distribution of the printing material within the green body can be determined on the basis of several local density distributions. Based on said detected differences, it is possible to recognize and define a clear boundary between even and uneven distribution of the print material. The corresponding filters can use predefined threshold values for edge detection and/or corner detection.
Eine zusätzliche oder alternative Ausführungsform ermöglicht, dass jede Schicht des Grünkörpers durch ein generatives Fertigungsverfahren erzeugt wird und/oder von jeder Schicht mittels einer Kamera ein Bild erfasst wird. Die Kamera weist bevorzugt eine entsprechend hohe Auflösung von beispielsweise mehr als zwei Megapixeln auf. Insbesondere nimmt die Kamera nach einer Fertigstellung einer betreffenden Schicht ein Bild von dieser Schicht auf, bevor die nächste Schicht durch das generative Fertigungsverfahren erzeugt wird. So kann bereits während des generativen Fertigungsverfahrens zeitgleich die (globale) Dichteverteilung des bereits hergestellten Grünkörpers ermittelt werden. Das generative Fertigungsverfahren kann bevorzugt in Abhängigkeit von einer bereits ermittelten Dichteverteilung angepasst werden. Das generative Fertigungsverfahren wird bevorzugt so angepasst, dass eine inhomogene Dichteverteilung homogenisiert wird, also ein Grad an Inhomogenität bei der Dichteverteilung reduziert wird. Dadurch können mechanische Eigenschaften des Grünkörpers verbessert werden. Sie können in einem Sinterofen leichter gesintert werden, ohne Verzüge oder Beschädigungen befürchten zu müssen. Dies kann insbesondere durch die Herstellung von homogenen Grünlingen gelingen. Mit Hilfe des Verfahrens zum Bestimmen der Dichteverteilung von Druckmaterial innerhalb des Grünlings und die Berücksichtigung dieser Dichteverteilung während des generativen Fertigungsverfahrens kann ein weitgehend homogener Grünling erzeugt werden. Der Grad von Homogenität hinsichtlich der Dichteverteilung von Druckmaterial innerhalb des Grünkörpers beeinflusst insbesondere unterschiedliche Bauteil-Materialeigenschaften, wie zum Beispiel Maßhaltigkeit, Festigkeit und Fehlerfreiheit.An additional or alternative embodiment makes it possible for each layer of the green body to be produced by an additive manufacturing process and/or for each layer to be imaged using a camera. The camera preferably has a correspondingly high resolution of more than two megapixels, for example. In particular, after a relevant layer has been completed, the camera takes an image of this layer before the next layer is produced by the additive manufacturing method. In this way, the (global) density distribution of the green body that has already been produced can be determined simultaneously during the additive manufacturing process. The generative manufacturing process can preferably be adapted as a function of a density distribution that has already been determined. The generative manufacturing method is preferably adapted in such a way that an inhomogeneous density distribution is homogenized, ie a degree of inhomogeneity in the density distribution is reduced. As a result, mechanical properties of the green body can be improved. They can be sintered more easily in a sintering furnace without fear of distortion or damage. This can be achieved in particular by producing homogeneous green compacts. A largely homogeneous green body can be produced with the aid of the method for determining the density distribution of printing material within the green body and by taking this density distribution into account during the additive manufacturing process. The degree of homogeneity with regard to the density distribution of printing material within the green body influences in particular different component material properties, such as dimensional accuracy, strength and freedom from defects.
Eine zusätzliche oder alternative Ausführungsform ermöglicht, dass mehrere Schichten zu einer Zone zusammengefasst werden, eine regionale Dichteverteilung der Zone mittels eines gleitenden Durchschnitts über die Schichten der Zone ermittelt wird und basierend auf einer oder mehrerer regionalen Dichteverteilungen die Dichteverteilung innerhalb des Grünkörpers ermittelt wird. Bei dem generativen Fertigungsverfahren kann das Bindemittel, also der flüssige Klebstoff, in mehrere Schichten eindringen. Der flüssige Klebstoff kann beispielsweise in bereits hergestellte Schichten einsickern. Ebenso ist es möglich, dass der Binder oder flüssige Klebstoff in eine darüberliegende Schicht eindringt. Dies kann dazu führen, dass der optische Parameter bezüglich des Druckmaterials in dem Bild noch nicht konstant ist. Um eine unnötige Verzögerung bei der Herstellung des Grünkörpers zu vermeiden, wird bevorzugt die lokale Dichteverteilung basierend auf dem Bild ermittelt, auch wenn der optische Parameter noch nicht konstant ist beziehungsweise sich noch ändert. Eine eventuelle Verfälschung des optischen Parameters kann durch eine Mittelung in Form des gleitenden Durchschnitts über mehrere Schichten der Zone ausgeglichen werden.An additional or alternative embodiment allows multiple layers to be added are combined in a zone, a regional density distribution of the zone is determined by means of a moving average over the layers of the zone and the density distribution within the green body is determined based on one or more regional density distributions. In the additive manufacturing process, the binder, i.e. the liquid adhesive, can penetrate several layers. The liquid adhesive can, for example, seep into layers that have already been produced. It is also possible that the binder or liquid adhesive penetrates into an overlying layer. This can lead to the fact that the optical parameter with regard to the printing material in the image is not yet constant. In order to avoid an unnecessary delay in the production of the green body, the local density distribution is preferably determined based on the image, even if the optical parameter is not yet constant or is still changing. Any falsification of the optical parameter can be compensated for by averaging in the form of a moving average over several layers of the zone.
Die regionale Dichteverteilung stellt somit insbesondere eine Mittelung mehrerer lokaler Dichteverteilungen der jeweiligen Schichten dar. Eventuelle Abweichungen der Dichteverteilungen in den jeweiligen Schichten können durch den gleitenden Durchschnitt, der zu der regionalen Dichteverteilung führt, ausgeglichen werden. Der gleitende Durchschnitt kann insbesondere entlang einer Druckausrichtung eines 3D-Druckers ermittelt werden. Die Druckausrichtung kann beispielsweise vertikal nach oben ausgerichtet sein. Somit kann die Dichteverteilung auch dann sinnvoll bestimmt werden, wenn das Bindematerial noch keinen endgültigen Zustand erreicht hat. Eine unnötige Verzögerung des generativen Fertigungsverfahrens kann so vermieden werden.The regional density distribution thus represents in particular an averaging of several local density distributions of the respective layers. Any deviations in the density distributions in the respective layers can be compensated for by the moving average, which leads to the regional density distribution. In particular, the moving average may be determined along a print orientation of a 3D printer. For example, the print orientation may be vertically up. In this way, the density distribution can be meaningfully determined even if the binding material has not yet reached its final state. An unnecessary delay in the additive manufacturing process can thus be avoided.
Eine zusätzliche oder alternative Ausführungsform ermöglicht, dass durch ein neuronales Netz mindestens ein Schwellenwert für den einen oder mehreren Filter definiert wird. Insbesondere kann ein Schwellenwert für die Detektion der Kanten und/oder Ecken durch das neuronale Netz festgelegt werden. Dabei wird bevorzugt ein trainiertes neuronales Netz eingesetzt. Zusätzlich oder alternativ kann das neuronale Netz anhand mehrerer Bilder lernen, den mindestens einen Schwellenwert zu definieren und/oder anhand der mehreren Bilder trainiert werden, um den mindestens einen Schwellenwert festzulegen. Bei dem Trainieren des neuronalen Netzes können Machine-Learning-Algorithmen (maschinelles Lernen) eingesetzt werden. Mittels maschinellen Lernens kann das neuronale Netz bezüglich der Definition der jeweiligen Schwellenwerte optimiert werden. Dadurch kann das Ermitteln oder Erfassen des optischen Parameters optimiert und/oder beschleunigt werden. Das Bestimmen der Dichteverteilung des Druckmaterials innerhalb des Grünkörpers kann so beschleunigt oder verbessert werden.An additional or alternative embodiment allows at least one threshold value for the one or more filters to be defined by a neural network. In particular, a threshold value for the detection of the edges and/or corners can be specified by the neural network. A trained neural network is preferably used here. Additionally or alternatively, the neural network can learn to define the at least one threshold value on the basis of a plurality of images and/or be trained on the basis of the plurality of images in order to define the at least one threshold value. When training the neural network, machine learning algorithms (machine learning) can be used. Using machine learning, the neural network can be optimized with regard to the definition of the respective threshold values. As a result, the determination or detection of the optical parameter can be optimized and/or accelerated. Determining the density distribution of the printing material within the green body can thus be accelerated or improved.
Eine zusätzliche oder alternative Ausführungsform ermöglicht, dass die lokale Dichteverteilung und/oder die Dichteverteilung innerhalb des Grünkörpers zusätzlich in Abhängigkeit von einem Metall in dem Druckmaterial, einer Partikelform des Metalls, einer Partikelgrößenverteilung des Metalls, einer Düsenform eines 3D-Druckers, eines Sprühsystems des 3D-Druckers, einer Geschwindigkeit eines Druckkopfs des 3D-Druckers beim Erzeugen der jeweiligen Schicht und/oder eines Zustands des Druckkopfs bestimmt wird. Diese Ausführungsform bezieht sich bevorzugt auf ein generatives Fertigungsverfahren, insbesondere eines 3D-Druckers. Ein Druckprozess des 3D-Druckers hängt insbesondere von unterschiedlichen Faktoren, wie zum Beispiel der Pulverform, der Partikelgrößenverteilung, dem Sprühsystem, der Druckkopf-Geschwindigkeit, einem Druckkopf-Status etc. ab. Diese genannten Faktoren können beim Bestimmen der Dichteverteilung berücksichtigt werden. Beispielsweise kann anhand der Geschwindigkeit des Druckkopfs oder der Düsenform eine Verteilung von noch nicht erstarrtem Druckmaterial in dem Grünkörper prognostiziert werden. Da der flüssige Klebstoff innerhalb des Grünkörpers noch etwas fließen kann, können sich bezüglich der Dichteverteilung noch geringfügige Unterschiede ergeben. Mit Hilfe der vorgenannten Parameter, wie zum Beispiel der Partikelgrößenverteilung des Metalls, der Düsenform des 3D-Druckers, des Sprühsystems des 3D-Druckers und/oder der Geschwindigkeit des Druckkopfs des 3D-Druckers kann ein Fließverhalten des flüssigen Klebstoffs oder des Druckmaterials innerhalb des Grünkörpers prognostiziert werden. Damit kann ermittelt werden, inwiefern das Druckmaterial in bereits erzeugten Schichten noch fließen wird. So kann eine nachträgliche Veränderung der Dichteverteilung bei bereits erzeugten Schichten des Grünkörpers ermittelt und bei der Bestimmung der Dichteverteilung des Grünkörpers berücksichtigt werden.An additional or alternative embodiment allows the local density distribution and/or the density distribution within the green body to be additionally dependent on a metal in the printing material, a particle shape of the metal, a particle size distribution of the metal, a nozzle shape of a 3D printer, a spray system of the 3D -Printer, a speed of a print head of the 3D printer when generating the respective layer and/or a state of the print head is determined. This embodiment preferably relates to an additive manufacturing method, in particular a 3D printer. A printing process of the 3D printer depends in particular on different factors, such as the powder form, the particle size distribution, the spray system, the print head speed, a print head status, etc. These factors mentioned can be taken into account when determining the density distribution. For example, based on the speed of the print head or the shape of the nozzle, a distribution of print material that has not yet solidified in the green body can be predicted. Since the liquid adhesive can still flow a little inside the green body, there can still be slight differences in the density distribution. With the help of the aforementioned parameters, such as the particle size distribution of the metal, the nozzle shape of the 3D printer, the spray system of the 3D printer and/or the speed of the print head of the 3D printer, a flow behavior of the liquid adhesive or the printing material within the green body be forecast. This can be used to determine the extent to which the printing material will still flow in layers that have already been created. In this way, a subsequent change in the density distribution in layers of the green body that have already been produced can be determined and taken into account when determining the density distribution of the green body.
Bereits beim Berechnen der lokalen Dichteverteilung des Druckmaterials in der jeweiligen Schicht können die zuvor genannten Faktoren wie Partikelform des Metalls oder die Geschwindigkeit des Druckkopfs des 3D-Druckers berücksichtigt werden. Die lokale Dichteverteilung des Druckmaterials in der jeweiligen Schicht kann sich beispielsweise anhand unterschiedlicher Farben, Muster, Helligkeiten und/oder Intensivitäten davon äußern. Anhand dieser Unterschiede kann eine eindeutige Grenze zwischen gleichmäßiger und ungleichmäßiger Verteilung definiert werden. Mit Hilfe dieser zusätzlichen Faktoren kann das Berechnen der lokalen Dichteverteilung verbessert oder präzisiert werden.The factors mentioned above, such as the particle shape of the metal or the speed of the print head of the 3D printer, can already be taken into account when calculating the local density distribution of the printing material in the respective layer. The local density distribution of the printing material in the respective layer can be expressed, for example, on the basis of different colors, patterns, brightnesses and/or intensities thereof. Based on these differences, a clear boundary between even and uneven distribution can be defined. With the help of these additional factors, the calculation of the local density distribution can be improved or made more precise.
Eine zusätzliche oder alternative Ausführungsform ermöglicht, dass ein Erzeugen weiterer Schichten des Grünkörpers in Abhängigkeit von der ermittelten lokalen Dichteverteilung einer vorgegebenen Anzahl von Schichten erfolgt. Diese Ausführungsform bezieht sich auf einen Grünkörper, der sich im Herstellungsprozess befindet, also noch nicht vollständig hergestellt ist. An additional or alternative embodiment makes it possible for further layers of the green body to be produced as a function of the determined local density distribution of a predetermined number of layers. This embodiment relates to a green body that is in the manufacturing process, ie has not yet been completely manufactured.
In der Folge können bereits ermittelte lokale Dichteverteilungen berücksichtigt werden, um nachfolgende Schichten so anzupassen, dass eine möglichst homogene Dichteverteilung des Grünkörpers erreicht wird. Hierbei können Fließprozesse des Druckmaterials zusätzlich berücksichtigt werden. Die bereits erwähnten Vorteile und Beispiele gelten sinngemäß und analog für diese Ausführungsform.As a result, local density distributions that have already been determined can be taken into account in order to adapt subsequent layers in such a way that the most homogeneous possible density distribution of the green body is achieved. Flow processes of the printing material can also be taken into account here. The advantages and examples already mentioned apply mutatis mutandis and analogously to this embodiment.
Eine zusätzliche oder alternative Ausführungsform ermöglicht, dass der Grünkörper in Abhängigkeit von der Dichteverteilung zu einem Bauteil nachbehandelt, insbesondere gesintert und/oder temperaturbehandelt wird. Das Nachbehandeln des Grünkörpers erfolgt somit bevorzugt basierend auf der ermittelten Dichteverteilung des Druckmaterials innerhalb des Grünkörpers. Zusätzlich oder alternativ können mittels digitaler Daten eine Position sowie eine Pose des Bauteils bestimmt werden. Bevorzugt wird die Position oder Pose zusätzlich bei der Nachbehandlung berücksichtigt. Mit Hilfe von CAD-Daten kann eine entsprechende Position aller Bauteile des Grünkörpers bekannt sein. Die Nachbehandlung kann ein Sintern in einem Sinterofen und/oder eine thermische Nachbehandlung in einem Ofen sein. Bei einer thermischen Nachbehandlung kann der Grünling gehärtet werden. Insbesondere können detektierte Inhomogenitäten bei der Dichteverteilung bei der Nachbehandlung berücksichtigt werden. Beispielsweise können Bereiche mit einem höheren Maß an Inhomogenitäten einer kürzeren oder weniger intensiveren Nachbehandlung ausgesetzt werden. Beispielsweise können Bereiche des Grünkörpers mit einem höheren Grad an Inhomogenitäten bei der Dichteverteilung einer geringeren Temperatur und/oder einer geringeren Einwirkzeit ausgesetzt werden. Aufgrund der bestimmten Dichteverteilung kann eine Information bezüglich von Inhomogenitäten abgeleitet werden, welche bei der Nachbehandlung des Grünkörpers effizient eingesetzt werden kann.An additional or alternative embodiment allows the green body to be post-treated, in particular sintered and/or heat-treated, depending on the density distribution to form a component. The post-treatment of the green body is therefore preferably based on the determined density distribution of the printing material within the green body. Additionally or alternatively, a position and a pose of the component can be determined using digital data. The position or pose is preferably also taken into account in the follow-up treatment. A corresponding position of all components of the green body can be known with the aid of CAD data. The post-treatment can be sintering in a sintering furnace and/or thermal post-treatment in a furnace. The green compact can be hardened in a thermal post-treatment. In particular, detected inhomogeneities in the density distribution can be taken into account during the post-treatment. For example, areas with a higher degree of inhomogeneity can be subjected to a shorter or less intensive post-treatment. For example, areas of the green body with a higher degree of inhomogeneity in the density distribution can be exposed to a lower temperature and/or a shorter exposure time. Based on the determined density distribution, information regarding inhomogeneities can be derived, which can be used efficiently in the after-treatment of the green body.
Ein zweiter Aspekt dieser Erfindung betrifft eine Vorrichtung eines Grünkörpers mittels eines generativen Fertigungsverfahrens. Diese Vorrichtung kann beispielsweise ein 3D-Drucker sein. Die Vorrichtung weist insbesondere Druckmaterial in Form eines Binders mit Metallpartikeln auf. Das Druckmaterial beinhaltet damit bevorzugt den Binder und mehrere Metallpartikel. Der Binder ist bevorzugt als flüssiger Klebstoff ausgebildet. Die Vorrichtung weist ein Pulverbett auf, worauf der Grünkörper schichtweise fertigbar ist. Bei dem Fertigungsverfahren kann der Grünkörper Schicht für Schicht auf dem Pulverbett hergestellt werden. Dazu kann das Druckmaterial schichtweise auf dem Pulverbett aufgeschichtet werden. Die Vorrichtung weist eine optische Erfassungseinheit auf, um ein Bild für jede Schicht des Grünkörpers zu erfassen. Die optische Erfassungseinheit ist bevorzugt eine Kamera. Zudem weist die Vorrichtung eine Recheneinheit auf. Die Recheneinheit ist insbesondere ausgestaltet, jedes beschriebene Verfahren sowie jede beschriebene Ausführungsform auszuführen. Insbesondere kann die Recheneinheit einen optischen Parameter des Druckmaterials anhand des Bildes mittels eines Filters ermitteln. Der Filter kann Teil der Recheneinheit sein. Die Recheneinheit kann eine lokale Dichteverteilung des Druckmaterials in der jeweiligen Schicht in Abhängigkeit von dem ermittelten optischen Parameter berechnen oder ermitteln. Des Weiteren kann die Recheneinheit die (globale) Dichteverteilung des Druckmaterials innerhalb des Grünkörpers anhand der jeweiligen lokalen Dichteverteilung der jeweiligen Schicht bestimmen.A second aspect of this invention relates to a device for a green body using an additive manufacturing method. This device can be a 3D printer, for example. In particular, the device has printing material in the form of a binder with metal particles. The printing material thus preferably includes the binder and a plurality of metal particles. The binder is preferably designed as a liquid adhesive. The device has a powder bed, on which the green body can be produced in layers. In the manufacturing process, the green body can be produced layer by layer on the powder bed. For this purpose, the printing material can be layered on the powder bed. The device has an optical acquisition unit to acquire an image for each layer of the green body. The optical detection unit is preferably a camera. In addition, the device has a computing unit. The computing unit is designed in particular to execute each described method and each described embodiment. In particular, the computing unit can determine an optical parameter of the print material based on the image using a filter. The filter can be part of the computing unit. The computing unit can calculate or determine a local density distribution of the printing material in the respective layer as a function of the determined optical parameter. Furthermore, the computing unit can determine the (global) density distribution of the printing material within the green body based on the respective local density distribution of the respective layer.
Die im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Bestimmen der Dichteverteilung gemäß dem ersten dem ersten Aspekt der Erfindung vorgestellten Merkmale, Ausführungsformen sowie deren Vorteile gelten entsprechend für die Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und umgekehrt. Vorrichtungsmerkmale können somit als Verfahrensmerkmale interpretiert werden sowie umgekehrt.The features, embodiments and advantages presented in connection with the method for determining the density distribution according to the first aspect of the invention apply correspondingly to the device according to the second aspect of the invention and vice versa. Device features can thus be interpreted as process features and vice versa.
Die Vorrichtung kann die Recheneinheit beinhalten. Die Recheneinheit kann eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform eines Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor, zumindest einen Mikrocontroller, zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array), zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) und/oder ein neuronales Netz aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Die Recheneinheit kann eine interne oder externe Speichereinheit umfassen. Die externe Speichereinheit kann als Cloudeinheit ausgebildet sein.The device can contain the computing unit. The processing unit can have a processor device that is set up to carry out an embodiment of a method. For this purpose, the processor device can have at least one microprocessor, at least one microcontroller, at least one FPGA (Field Programmable Gate Array), at least one DSP (Digital Signal Processor) and/or a neural network. Furthermore, the processor device can have program code which is set up to carry out the embodiment of the method when executed by the processor device. The program code can be stored in a data memory of the processor device. The computing unit can include an internal or external storage unit. The external storage unit can be in the form of a cloud unit.
Die Vorrichtung kann ein Computerprogramm[produkt], umfassen, welches Befehle beinhaltet, die bewirken, dass jede Ausführungsform des Verfahrens ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem computerlesbares Medium gespeichert sein.The device may comprise a computer program [product] containing instructions that cause each embodiment of the method to be carried out. The computer program product can be stored on a computer-readable medium.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes developments of the method according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the motor vehicle according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of features of the described embodiments.
Die Erfindung wird nun anhand beispielhaft beigefügter Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen geben dabei mögliche Ausführungsbeispiele für die Erfindung an, ohne den Umfang der Erfindung dabei einzuschränken. Sämtliche in den Ausführungsbeispielen und Ausführungsformen geschilderten Merkmale können separat extrahiert und entsprechend mit anderen Ausführungsformen und Beispielen kombiniert werden. Dabei zeigt:
-
1 : eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Grünkörpers oder Grünlings in Form eines 3D-Druckers; -
2 : eine schematische Darstellung eines beispielhaften Verfahrens; -
3 : eine schematische Darstellung eines Beispiels zum Bestimmen der Dichteverteilung anhand zweier ausgewählter Schichten des Grünlings.
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1 1: a schematic representation of a device for producing a green body or green body in the form of a 3D printer; -
2 : a schematic representation of an exemplary method; -
3 : a schematic representation of an example for determining the density distribution using two selected layers of the green body.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar. In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.The exemplary embodiments explained below are preferred exemplary embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also develop the invention independently of one another and are therefore also to be regarded as part of the invention individually or in a combination other than that shown. Furthermore, the exemplary embodiments described can also be supplemented by further features of the invention already described. Elements with the same function are each provided with the same reference symbols in the figures.
In
Der 3D-Drucker 100 kann für ein Metal-Binder-Jetting-Verfahren eingesetzt werden. Dabei kann das Druckmaterial 1 auf das Pulverbett 4 gedruckt werden, um die Metallpartikel in dem Druckmaterial 1 schichtweise zu verbinden. So kann der Grünkörper 2 hergestellt werden. Der Grünkörper 2 kann eine hohe Porosität und schlechte Materialeigenschaften aufweisen, wenn er im Nachgang nicht weiterbehandelt wird. Dazu können die Grünlinge 2 in einem Sinterofen gesintert werden. Durch diese Nachbehandlung können diese mechanischen Eigenschaften der Grünkörper 2 verbessert werden. Insbesondere die (globale) Dichteverteilung 14 beziehungsweise eine Inhomogenitätsverteilung der Dichte kann die mechanischen Eigenschaften des Grünkörpers 2 beeinträchtigen.The
In
In einem fünften Schritt S5 können die mehreren lokalen Dichteverteilungen 13 zusammengeführt werden. Dabei können die jeweiligen Schichten Ni jeweiligen Bereichen des Grünkörpers 2 zugeordnet werden. Bevorzugt repräsentiert jede Schicht Ni eine entsprechende Ausdehnung des Grünkörpers 2 in der jeweiligen Ebene der Schicht Ni. Die Schichten Ni sind bevorzugt als ebene Querschnitte ausgebildet. Diese Querschnitte können horizontal und/oder parallel zu einer Grundfläche des Pulverbetts 4 ausgerichtet sein. In einem sechsten Schritt S6 kann mittels einer Mittelung über alle lokalen Dichteverteilungen 13 eine globale Dichteverteilung 14 des Druckmaterials 1 innerhalb des Grünkörpers 2 bestimmt werden. So kann eine globale Dichteverteilung 14 bestimmt werden.In a fifth step S5, the multiple
In
Die Bilder 12 können durch die Recheneinheit 5 und/oder durch das neuronale Netz einer weiteren Bildbearbeitung unterzogen werden. Dabei kommt bevorzugt der Filter 9 zum Einsatz. Ebenfalls können mehrere Filter 9 eingesetzt werden. Jeder dieser Filter 9 kann speziell zur Erkennung eines spezifischen optischen Parameters 10, 11 ausgebildet sein. Der optische Parameter 10, 11 kann eine Farbverteilung, eine Helligkeitsverteilung, eine Musterverteilung sowie eine Verteilung von Ecken 10 und/oder Kanten 11 sein. Der optische Parameter 10, 11 kann darüber hinaus eine Intensitätsverteilung von Farben, Helligkeiten, Mustern, Kanten, Ecken und/oder Linien umfassen. Durch das Filtern des Bilds 12 durch die Recheneinheit 5 mittels der Filter 9 kann das Bild 12 in das modifizierte Bild 12' überführt werden. Das modifizierte Bild 12' zeigt bevorzugt eine Struktur, welche sich hinsichtlich des optischen Parameters 10, 11 analysieren lässt. Anhand dieses modifizierten Bildes 12' kann die Recheneinheit 5 die lokale Dichteverteilung 13 bestimmen. Die erste lokale Dichteverteilung 13 zeigt beispielsweise im linken oberen Bereich einen Umriss innerhalb der Schicht N210. In diesem Bereich kann beispielsweise weniger Druckmaterial 1 vorhanden sein als im restlichen Bereich der betreffenden Schicht N210.The
Die untere lokale Dichteverteilung 13 zeigt beispielsweise, dass ein trapezförmiger Bereich ausgehend von einer unteren Kante der Schicht N85 kein Druckmaterial 1 enthält. Die hierbei dargestellten lokalen Dichteverteilungen 13 sind beispielhaft mögliche lokale Dichteverteilungen 13. Andere lokale Dichteverteilungen 13 sind entsprechend denkbar. Die Recheneinheit 5 kann für jede einzelne Schicht Ni des Grünkörpers 2 die entsprechende lokale Dichteverteilung 13 bestimmen. Dazu werden die jeweiligen Bilder 12 mittels der Filter 9 in die modifizierten Bilder 12' überführt. Die modifizierten Bilder 12` können durch die Recheneinheit 5 mittels speziell angepasster Filter 9 die jeweiligen optischen Parameter 10, 11 bestimmen und daraus die lokale Dichteverteilung 13 ableiten.For example, the lower
Insbesondere kann die Recheneinheit 5 das Erzeugen des modifizierten Bildes 12' überspringen und direkt anhand des Bildes 12 mit Hilfe der Filter 9 die optischen Parameter 10, 11 erfassen und daraus die lokale Dichteverteilung 13 bestimmen. Insbesondere kann die Recheneinheit 5 anhand unterschiedlicher Farben, Muster, Helligkeiten sowie Intensitäten Ecken 10 sowie Kanten 11 zwischen einer gleichmäßigen und einer ungleichmäßigen Verteilung erkennen. Die Recheneinheit 5 kann dadurch unterschiedliche Zonen innerhalb der jeweiligen Schicht Ni erkennen. Dazu kann die Recheneinheit 5 oder das neuronale Netz Schwellenwerte für die Erkennung der Kanten oder Ecken anwenden und/oder kalibrieren. Dabei kann die Recheneinheit 5 oder das neuronale Netz anhand vorgegebener Bilder 12 lernen, die Schwellenwerte zu definieren. Dazu können Machine-Learning-Algorithmen, also maschinelles Lernen zum Beispiel durch das neuronale Netz, eingesetzt werden. Anhand der mehreren lokalen Dichteverteilungen 13 kann die globale Dichteverteilung 14 ermittelt werden. Dazu können die mehreren Schichten Ni jeweils zueinander ausgerichtet werden und mit Hilfe einer Durchschnittsbildung die mehreren lokalen Dichteverteilungen 13 in die globale Dichteverteilung 14 umgerechnet werden. Eine Teilmenge mehrerer Schichten Ni kann dabei zu einer regionalen Zone definiert werden. Dabei kann zusätzlich eine regionale Dichteverteilung für diese regionale Zone ermittelt werden. Dies kann das Bestimmen der lokalen Dichteverteilung 13 erleichtern.In particular, the
Die globale Dichteverteilung 14 kann genutzt werden, um den Grünling 2 effektiver nachzubehandeln. Ein Aushärten in einem Wärmeofen und/oder ein Sintern in einem Sinterofen kann so basierend auf der globalen Dichteverteilung 14 besser angepasst werden. So können mechanische Spannungen innerhalb des Grünlings 2 und/oder Beschädigungen am Grünling 2 besser vermieden werden. Damit kann zugleich eine bessere Qualitätssicherung bezüglich der Grünlinge 2 erreicht werden. Die Recheneinheit 5 kann darüber hinaus weitere Parameter wie zum Beispiel die Metallart, die Partikelform des Metalls, eine Partikelgrößenverteilung des Metalls, die Form der Düse 7, eine Geschwindigkeit des Druckkopfs 6 sowie ein Sprühsystem des 3D-Druckers 100 bei der Bestimmung der Dichteverteilung berücksichtigen. Anhand dieser Parameter kann die Recheneinheit 5 ein Fließverhalten des Druckmaterials 1 innerhalb bereits erzeugter Schichten Ni ermitteln oder vorhersagen. Basierend auf der Ermittlung dieses Fließverhaltens kann das Erzeugen weiterer Schichten Ni entsprechend auf das ermittelte Fließverhalten des Druckmaterials 1 angepasst werden, um eine möglichst homogene Dichteverteilung zu erreichen.The
Die Recheneinheit 5 kann eine Korrelationsanalyse zwischen den optischen Parametern sowie der lokalen oder globalen Dichteverteilung 13, 14 durchführen. Beispielsweise kann eine Korrelation zwischen der Geschwindigkeit des Druckkopfs 6 und eines Homogenitätsgrades bezüglich der globalen Dichteverteilung 14 bestimmt werden. Somit kann die Recheneinheit 5 eine Vielzahl von Korrelationen zwischen einem oder mehreren Parametern und der lokalen oder globalen Dichteverteilung aufstellen oder ermitteln. Mittels dieser Korrelationsanalysen kann der Grünling 2 mit einem möglichst hohen Maß an Homogenität, also einem möglichst geringen Grad an Inhomogenität hergestellt werden.The
Insbesondere kann die globale Dichteverteilung 14 oder die lokale Dichteverteilung 13 während der additiven Fertigung bestimmt werden. Somit kann die Dichteverteilung online beim Druckverfahren bestimmt werden und zugleich während des Druckverfahrens berücksichtigt werden, um den Grünkörper 2 möglichst homogen herzustellen. Die bekannten Nachteile bei der Nachbehandlung, wie zum Beispiel mechanische Verspannungen oder Brüche, können so vermindert oder zumindest reduziert werden.In particular, the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Druckmaterial (Binder, Metallpulver)Printing material (binder, metal powder)
- 22
- Grünling, GrünkörperGreen compact, green body
- 33
- optische Erfassungseinheit, Kameraoptical detection unit, camera
- 44
- Pulverbettpowder bed
- 55
- Recheneinheitunit of account
- 66
- Druckkopfprinthead
- 77
- Düsenformnozzle shape
- 88th
- Bedienfeldcontrol panel
- 99
- Filterfilter
- S1S1
- erster Schrittfirst step
- S2S2
- zweiter Schrittsecond step
- S3S3
- dritter SchrittThird step
- S4S4
- vierter Schrittfourth step
- S5S5
- fünfter Schrittfifth step
- S6S6
- sechster Schrittsixth step
- 1010
- Ecken, optischer ParameterCorners, optical parameter
- 1111
- Kanten, optischer Parameteredges, optical parameter
- 1212
- BildPicture
- 12'12'
- modifiziertes Bildmodified image
- 1313
- lokale Dichteverteilunglocal density distribution
- 1414
- Dichteverteilung, globale DichteverteilungDensity distribution, global density distribution
- Nino
- jeweilige Schicht(en)respective layer(s)
- N210N210
- 210. Schicht210th layer
- N85N85
- 85. Schicht85th layer
Claims (9)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102021209868.1A DE102021209868B3 (en) | 2021-09-07 | 2021-09-07 | Method for determining a density distribution of printing material within a green body and device for producing a green body by means of an additive manufacturing process |
Publications (1)
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---|---|
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ID=84889692
Family Applications (1)
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Citations (4)
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-
2021
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Title |
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OLEFF, A.; KÜSTER, B.; STONIS, M. [et al.]: Process monitoring for material extrusion additive manufacturing: a state-of-the-art review. In: Progress in Additive Manufacturing, Vol. 6, 2021, S. 705–730. - https://doi.org/10.1007/s40964-021-00192-4 |
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