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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts durch selektive Verfestigung eines harzbasierten flüssigen Baumaterials, wobei in einem ersten Verfestigungsschritt wenigstens ein einen ersten Verfestigungsgrad aufweisender Strukturabschnitt ausgebildet wird, der wenigstens einen flüssiges Baumaterial aufnehmenden Innenraum begrenzt und in einem zweiten Verfestigungsschritt ein einen von dem ersten Verfestigungsgrad verschiedenen zweiten Verfestigungsgrad aufweisender Funktionsabschnitt aus dem in dem Innenraum aufgenommenen flüssigen Baumaterial ausgebildet wird.
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Verfahren zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte aus harzbasierten, flüssigen Baumaterialien sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise wird durch einen Energieeintrag, insbesondere mittels Strahlung, eine Verfestigung des flüssigen Baumaterials erreicht, wobei das Baumaterial, beispielsweise abhängig von der Intensität oder der Dauer der Verfestigung unterschiedliche Verfestigungsgrade aufweisen kann. Hierzu ist es zum Beispiel bekannt, Strukturen auszubilden, die verschiedene Verfestigungsgrade aufweisen, zum Beispiel einen Strukturabschnitt mit einem ersten Verfestigungsgrad, der einen Innenraum begrenzt, in dem ein Funktionsabschnitt mit einem zweiten Verfestigungsgrad aufgenommen ist.
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Dazu wird insbesondere in einem ersten Verfestigungsschritt der Strukturabschnitt ausgebildet und somit eine feste Wand erzeugt, die flüssiges Baumaterial in dem Innenraum umgibt, welches flüssige Baumaterial anschließend in dem zweiten Verfestigungsschritt zur Ausbildung des Funktionsabschnitts verfestigt wird.
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Hierbei ist ferner bekannt, dass bei der Ausbildung der vergleichsweise harten Hülle und des demgegenüber weicheren Kerns Deformationen auftreten können, die beispielsweise aufgrund eines während des Prozesses entstehenden Unterdrucks im Innenraum erzeugt werden können. Dies kann dazu führen, dass die äußere Struktur, d.h. der wenigstens eine Strukturabschnitt, von seinem Nennmaß abweicht bzw. Toleranzen nicht eingehalten werden, da der herrschende Druck Kräfte auf die den Innenraum begrenzenden Wände erzeugt, die eine Verformung bewirken. Zwar besteht grundsätzlich die Möglichkeit, durch Erhöhung der Wandstärken bzw. Ertüchtigung des Objekts derartige Verformungen zu reduzieren, dies ist jedoch, beispielsweise bei Objekten mit filigranen Strukturen, definierten Bauraumanforderungen oder Funktionsbauteilen, nur eingeschränkt möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts durch selektive Verfestigung eines harzbasierten flüssigen Baumaterials anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen.
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Wie beschrieben, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts durch selektive Verfestigung eines harzbasierten flüssigen Baumaterials, bei dem ein Strukturabschnitt ausgebildet wird, der einen ersten Verfestigungsgrad aufweist und wenigstens einen Innenraum begrenzt, in dem in einem zweiten Verfestigungsschritt durch Verfestigung des zuvor flüssigen Baumaterials ein Funktionsabschnitt mit einem zweiten Verfestigungsgrad ausgebildet wird. Mit anderen Worten kann zunächst durch einen ersten Verfestigungsschritt der wenigstens eine, insbesondere formgebende, Strukturabschnitt ausgebildet werden, der den Innenraum begrenzt, in dem nach Abschluss des ersten Verfestigungsschritts noch flüssiges Baumaterial vorliegt. Anschließend kann in dem zweiten Verfestigungsschritt das bis dahin flüssige Baumaterial in dem Innenraum verfestigt werden, um den Funktionsabschnitt mit dem zweiten Verfestigungsgrad auszubilden. Üblicherweise ist der erste Verfestigungsgrad höher als der zweite Verfestigungsgrad, sodass der Strukturabschnitt härter bzw. fester ausgebildet ist als der Funktionsabschnitt. Der Funktionsabschnitt kann insbesondere als Deformationsabschnitt ausgebildet sein.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass wenigstens ein Strukturabschnitt als Tragwerkstruktur ausgebildet wird oder als ein eine Tragwerkstruktur aufweisender Strukturabschnitt ausgebildet wird, welche Tragwerkstruktur derart geformt ist, dass die Tragwerkstruktur dazu ausgebildet ist, auf den Strukturabschnitt wirkende, insbesondere durch einen Unterdruck in dem Innenraum bewirkte, Kräfte aufzunehmen. Der beschriebene Strukturabschnitt, der letztlich den Innenraum begrenzt, kann somit wenigstens eine Tragwerkstruktur aufweisen oder als Tragwerkstruktur ausgebildet sein. Die Tragwerkstruktur ist dafür vorgesehen bzw. dazu ausgebildet, Kräfte, die auf den Strukturabschnitt einwirken, insbesondere Kräfte, die durch einen Unterdruck in dem Innenraum erzeugt werden, aufzunehmen und in dem Strukturabschnitt bzw. anderen festen Strukturen oder anderen Strukturabschnitten abzuleiten.
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Vorteilhafterweise kann dadurch erreicht werden, dass der Strukturabschnitt nicht verformt wird und verhindert wird, dass die Geometrie des Objekts von einer gewünschten Geometrie abweicht. Stattdessen wird eine Tragwerkstruktur geschaffen, die die in dem Herstellungsprozess vorherrschenden Kräfte aufnehmen bzw. „tragen“ kann. Die Tragwerkstruktur kann somit der Deformation, die üblicherweise durch den Unterdruck erzeugt wird, entgegenwirken und Kräfte, die auf den Strukturabschnitt wirken, aufnehmen bzw. ableiten. Die Tragwerkstruktur übernimmt daher eine Tragwerkfunktion im Sinne der Statik. Ferner wird erreicht, dass die grundlegenden mechanischen Eigenschaften, die über das Ausbilden des wenigstens einen Strukturabschnitts und des Funktionsabschnitts erreicht werden, nicht behindert werden. Beispielsweise kann eine gezielte Verformbarkeit des Objekts durch den Funktionsabschnitt erhalten bleiben.
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Die Tragwerkstruktur kann insbesondere eine gerundete Struktur aufweisen bzw. zumindest abschnittsweise als gerundete Struktur ausgebildet sein. Die Kraft, die auf eine Außenfläche des Strukturabschnitts wirkt, beispielsweise auf eine den Innenraum begrenzende Wandfläche, wird somit über die Tragwerkstruktur aufgenommen und abgestützt, sodass sich die Form bzw. die Anordnung der Wandflächen nicht verändert und nicht von einer Sollform bzw. Sollposition abweicht. Dadurch wird insbesondere verhindert, dass der im Verhältnis gesehen „weichere Kern“ im Herstellungsprozess deformiert wird und dabei eine Verformung des Strukturabschnitts bzw. der „harten Schale“ einhergeht. Stattdessen stützt die Tragwerkstruktur den Strukturabschnitt ab, sodass die „harte Schale“ ihre Form behält. Wie beschrieben, kann die Tragwerkstruktur gekrümmt bzw. gebogen oder abgerundet sein. Hierbei kann ein Krümmungsmittelpunkt innerhalb des Innenraums liegen, beispielsweise auf einer Mittelebene des Innenraums oder in einem Mittelpunkt des Innenraums bzw. einer Seitenfläche des Innenraums.
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Die Tragwerkstruktur wenigstens eines Strukturabschnitts kann als Flächentragwerk ausgebildet sein bzw. ausgebildet werden und/oder wenigstens zwei denselben Innenraum begrenzende Tragwerkstrukturen können ein Volumentragwerk ausbilden.
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Als Flächentragwerk wird eine Tragwerkstruktur verstanden, die einer bestimmten Seitenfläche, beispielsweise einer Wandfläche oder einer Deckenfläche oder einer Bodenfläche zugeordnet ist und diese abschnittsweise flächig ausbildet oder unterstützt. Wie zuvor beschrieben, kann grundsätzlich jede Wand des Innenraums durch den wenigstens einen Strukturabschnitt begrenzt werden, wobei der Innenraum auch vollumfänglich bzw. zu jeder Seite, durch jeweils einen Strukturabschnitt begrenzt werden kann.
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Ebenso sind Innenräume möglich, die grundsätzlich durch einen vergleichsweise starken Teil des Objekts begrenzt werden und nur zu einzelnen Seiten von einem Strukturabschnitt abgeschlossen bzw. begrenzt werden. Wird der Innenraum von mehreren Strukturabschnitten begrenzt, können diese zusammen ein Volumentragwerk ausbilden. Dabei können die einzelnen Flächentragwerke zu dem Volumentragwerk kombiniert werden und somit eine besonders gute Abstützung von auf die Strukturabschnitte wirkenden Kräften bewirken. Insbesondere kann ein Innenraum zu allen Seiten von Strukturabschnitten begrenzt werden, die jeweils als Flächentragwerk ausgebildet sind bzw. solche aufweisen, sodass ein, beispielsweise symmetrisches Volumentragwerk entsteht, das das Objekt in alle Richtungen stützt.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Tragwerkstruktur als Gewölbestruktur ausgebildet wird. Die Gewölbestrukturweist eine gewölbte Form auf, deren Krümmung bzw. Wölbung dem Innenraum abgewandt ist, das bedeutet, dass der Krümmungsmittelpunkt auf der Seite des Innenraums liegt. Im Rahmen dieser Anmeldung wird eine Kuppel bzw. eine Kuppelstruktur ebenfalls als Gewölbestruktur verstanden. Die Gewölbestruktur kann somit in einer Ausführungsform als Kuppel ausgeführt sein. Durch die Gewölbestruktur, insbesondere deren gewölbte Form, werden auf die Fläche des Strukturabschnitts einwirkende Kräfte, beispielsweise erzeugt durch einen Unterdruck in dem Innenraum, besonders gut in den Strukturabschnitt eingeleitet und auf diesen verteilt, sodass eine besonders vorteilhafte Abstützung möglich ist. Hierbei bieten sich verschiedene Gewölbestrukturen an, die als Tragwerkstruktur verwendet werden können bzw. können Tragwerkstrukturen basierend auf einer Vielzahl von Gewölbestrukturen ausgebildet werden.
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Hierbei kann wenigstens eine Tragwerkstruktur, insbesondere flächig, eine Krümmung und/oder einen Bogen und/oder eine Abrundung aufweisen. Gegenüber üblicherweise aus dem Stand der Technik bekannten Stützstrukturen, die beispielsweise säulenartig unterhalb einer abzustützenden Fläche angeordnet werden, beispielsweise um Überhänge bauen zu können, weist die abzustützende Fläche des Strukturabschnitts selbst eine Tragwerkstruktur auf, die gekrümmt, bogenförmig oder abgerundet ausgebildet ist. Die entsprechende Krümmung, Bogenform oder Abrundung kann sich über die gesamte Fläche erstrecken, beispielsweise in Form einer zylinderartigen Struktur oder einer Kugelstruktur oder eines oder mehrerer entsprechender Segmente.
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Wie beschrieben, können grundsätzlich beliebige Formen oder Arten von Tragwerkstrukturen verwendet werden bzw. Strukturabschnitte die als solche Tragwerkstrukturen ausgebildet sind oder solche aufweisen ausgebildet werden. Wenigstens eine Tragwerkstruktur kann als eine der folgenden Strukturen ausgebildet sein oder eine solche umfassen: Tonnengewölbe, Kreuzgewölbe, Kreuzrippengewölbe, Klostergewölbe, Spiegelgewölbe, Muldengewölbe, Netzgewölbe, Sterngewölbe. Beispielsweise kann die Art oder die Form der Tragwerkstruktur basierend auf der Art und der Form des Objekts bzw. des Strukturabschnitts festgelegt oder ausgewählt werden. Je nach Geometrie des Strukturabschnitts bzw. auftretender oder zu erwartender Kräfte auf den Strukturabschnitt, kann die geeignete Form der Tragwerkstruktur festgelegt werden.
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Wenigstens ein Strukturabschnitt kann nach einer weiteren Ausgestaltung wenigstens zwei gleichartige oder verschiedene Tragwerkstrukturen aufweisen, die aneinandergereiht sind und/oder wenigstens zwei denselben Innenraum begrenzende Strukturabschnitte können gleichartige oder unterschiedliche Tragwerkstrukturen aufweisen. In der ersten zuvor beschriebenen Alternative kann wenigstens ein Strukturabschnitt des Objekts zwei oder mehr Tragwerkstrukturen aufweisen, die in einer Richtung aneinandergereiht sind, beispielsweise entlang einer Achse eines Koordinatensystems. Hierbei sind jedwede Ausrichtungen der Aneinanderreihung der Tragwerkstrukturen möglich, beispielsweise entlang der X-Achse, der Y-Achse oder der Z-Achse oder einer beliebigen schräg zu einer der Achsen oder mehreren Achsen verlaufenden Richtung. Hierbei können sowohl gleichartige Tragwerkstrukturen aneinandergereiht werden, beispielsweise um mehrere gleichartige Tragwerkstrukturen in einem Strukturabschnitt auszubilden, zum Beispiel bei länglichen Strukturabschnitten. Ebenso ist es möglich, dass verschiedenartige Tragwerkstrukturen zu einem Strukturabschnitt kombiniert werden, zum Beispiel wenn geometrische Eigenheiten des Objekts oder des Innenraums bzw. des Strukturabschnitts dies erfordern.
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Nach der zweiten zuvor beschriebenen Alternative können wenigstens zwei Strukturabschnitte, die denselben Innenraum begrenzen, also beispielsweise zwei Strukturabschnitte, die unterschiedlichen Wandflächen desselben Innenraums zugeordnet sind und diese zumindest abschnittsweise ausbilden, gleichartige oder unterschiedliche Tragwerkstrukturen aufweisen. Ist ein Objekt in verschiedenen Richtungen bzw. von verschiedenen Seitenflächen, Deckelflächen oder Bodenflächen denselben Kräften unterworfen, kann es sich anbieten, den unterschiedlichen Wandflächen gleichartige Tragwerkstrukturen zuzuordnen, da diese voraussichtlich auch die gleichen Kräfte aufnehmen müssen. Hierbei können insbesondere gleiche Absolutwerte der Kräfte sowie Kraftverteilungen auf die einzelnen Strukturabschnitte wirken, sodass diese aufgrund gleichartiger Tragwerkstrukturen aufgenommen und abgeleitet werden können. Ebenso besteht die Möglichkeit, wenigstens zwei Strukturabschnitten, die demselben Innenraum zugeordnet sind, beispielsweise an verschiedenen Wandflächen des Innenraums ausgebildet oder zugeordnet sind, verschiedene Tragwerkstrukturen zuzuordnen oder diese als solche auszubilden. Ist eine zu erwartende Krafteinwirkung auf die Strukturabschnitte ungleichförmig, kann es sich anbieten, auch ungleichförmige Tragwerkstrukturen oder verschiedene Tragwerkstrukturen zu verwenden, die eine auf die zu erwartende Krafteinwirkung angepasste Aufnahme der Kräfte ermöglichen.
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Bei den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen ist es zum einen möglich, verschiedene gleichartige Tragwerkstrukturen nebeneinander an derselben Wandfläche anzuordnen, das bedeutet, nebeneinander angeordnet in Bezug auf die Ausrichtung der Ebene der Wandfläche. Ebenso ist es möglich, verschiedene oder gleichartige Strukturen hintereinander bezogen auf eine Richtung senkrecht zur Wandfläche, also senkrecht auf der Ebene, in der die Wandfläche angeordnet ist, anzuordnen, beispielsweise nach Bauart eines Aquädukts.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens eine Tragwerkstruktur mit einer Abstützung verbunden werden. Die Abstützung kann beispielsweise als Säule der Tragwerkstruktur verstanden werden, in die von der Tragwerkstruktur aufgenommene Kräfte eingeleitet werden können. Beispielsweise kann bei einer viereckigen Grundform der Wandfläche eine Abstützung über vier Abstützungen erfolgen, die an den Ecken der Tragwerkstruktur angeordnet werden können. Bei sich gegenüberliegenden Tragwerkstrukturen können die Abstützungen der einen Tragwerkstruktur mit den Abstützungen der gegenüberliegenden Tragwerkstruktur verbunden oder mit diesen identisch sein. Im Speziellen bei einer Vielzahl von Tragwerkstrukturen, die denselben Innenraum begrenzt, können die Abstützungen ineinander übergehen oder miteinander verbunden sein, sodass diese die Last auf die Tragwerkstrukturen übernehmen und somit vollständig abstützen können.
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Hierbei kann auch eine einzelne Abstützung vorgesehen sein, die mit mehreren Ecken einer Tragwerkstruktur oder mehrerer Tragwerkstrukturen verbunden ist, beispielsweise nach Art einer innerhalb des Innenraums angeordneten Säule, die die Ecken der Tragwerkstruktur bzw. mehrerer Tragwerkstrukturen trägt.
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Das zuvor beschriebene Verfahren kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass basierend auf einem Strukturparameter wenigstens ein Strukturabschnitt als Tragwerkstruktur ausgebildet wird oder als ein eine Tragwerkstruktur aufweisender Strukturabschnitt ausgebildet wird. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Ausbildung der Tragwerkstruktur in Abhängigkeit des Strukturparameters ausgeführt wird. Bei der Herstellung des Objekts können Strukturabschnitte ausgebildet werden, die das Ausbilden einer Tragwerkstruktur erfordern, beispielsweise vergleichsweise filigrane oder dünne Strukturabschnitte, wohingegen andere Strukturabschnitte, die Bestandteil einer Kernstruktur des Objekts und damit deutlich dicker und widerstandsfähiger gegen Verformungen, ausgeführt sein können, keine Tragwerkstruktur erfordern. Nach dem Verfahren ist es somit möglich wahlweise den Strukturabschnitt als Tragwerkstruktur auszubilden bzw. den Strukturabschnitt als einen eine Tragwerkstruktur aufweisenden Strukturabschnitt auszubilden oder den Strukturabschnitt ohne Tragwerkstruktur auszubilden, falls dies durch den Strukturparameter angezeigt ist.
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Somit kann selektiv ausgewählt werden, welcher oder welche der Strukturabschnitte als Tragwerkstruktur auszubilden sind und welche Strukturabschnitte ohne das Ausbilden von Tragwerkstrukturen auskommt. Als Strukturparameter können grundsätzlich beliebige Parameter, zum Beispiel physische oder geometrische Parameter des Strukturabschnitts herangezogen werden. Zum Beispiel kann der Strukturparameter die Dicke des Strukturabschnitts, eine Auswahl durch einen Benutzer oder eine Relevanzinformation beinhalten oder umfassen. Als Relevanzinformation wird insbesondere verstanden, inwieweit ein Einhalten einer Toleranz für einen ausgewählten Strukturabschnitt relevant bzw. erforderlich ist. Die Relevanzinformation kann beispielsweise für verschiedene Strukturabschnitte des Objekts von einem Benutzer vorgegeben werden.
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Der Strukturparameter kann objektbasiert und/oder konstruktionsbasiert erzeugt werden. Zum Beispiel kann ein Konstrukteur bereits bei der Konstruktion also der Vorgabe der Objektdaten, beispielsweise in CAD-Daten, hinterlegen oder auswählen oder festlegen welche Strukturabschnitte als Tragwerkstruktur ausgebildet sein sollen oder eine Tragwerkstruktur aufweisen sollen und wiederum welche Strukturabschnitte keine Tragwerkstruktur erfordern. Ebenso ist es möglich, dass dies objektbasiert festgelegt wird, beispielsweise in Abhängigkeit des auszubildenden Objekts festgelegt wird, ob bzw. welche Strukturabschnitte des Objekts eine Tragwerkstruktur erfordern. Hierbei ist insbesondere ein automatisches Vorsehen von Tragwerkstrukturen möglich, für Strukturabschnitte, die Tragwerkstrukturen erfordern. Dies kann beispielsweise im Wege eines sogenannten „generated designs“ vorgenommen werden.
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Der Strukturparameter kann somit Abschnitt des Objekts, beispielsweise des Strukturabschnitts und/oder des Funktionsabschnitts beschreiben, sodass anhand des Strukturparameters die Tragstruktur ausgebwählt bzw. festgelegt oder verändert werden kann. Beispielsweise kann die Tragstruktur in Abhängigkeit des Strukturparameters erzeugt werden und daher variabel auf die Umgebung und die herrschenden Verhältnisse im 3D-Druck angepasst werden. Im Speziellen kann die Größe der Kavität bzw. des Innenraums als Strukturparameter verwendet werden oder der Strukturparameter kann derartige Größen oder Parameter umfassen. In den Strukturparameter kann ferner wenigstens eine Anforderung an den Objektabschnitt, zum Beispiel den Funktionsabschnitt einbezogen werden. Die Erzeugung bzw. Auswahl oder Festlegung der Tragstruktur basierend auf dem Strukturparameter kann beispielsweise parametrisch oder simulativ erfolgen.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung ein Objekt, das durch ein Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts hergestellt ist, insbesondere ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Objekt wenigstens einen einen ersten Verfestigungsgrad aufweisenden Strukturabschnitt aufweist, der wenigstens einen Innenraum begrenzt und einen einen von dem ersten Verfestigungsgrad verschiedenen zweiten Verfestigungsgrad aufweisenden Funktionsabschnitt aufweist, der in dem Innenraum ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Strukturabschnitt als Tragwerkstruktur ausgebildet ist oder als ein eine Tragwerkstruktur aufweisender Strukturabschnitt ausgebildet ist, welche Tragwerkstruktur derart geformt ist, dass die Tragwerkstruktur dazu ausgebildet ist, auf den Strukturabschnitt wirkende, insbesondere durch einen Unterdruck in dem Innenraum bewirkte, Kräfte aufzunehmen.
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Sämtliche Vorteile, Einzelheiten, Ausführungen und/oder Merkmale, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, sind vollständig auf das Objekt übertragbar. Das Objekt wird insbesondere durch ein zuvor beschriebenes Verfahren hergestellt. Das Objekt weist somit sämtliche in Bezug das Verfahren beschriebenen Merkmale auf, insbesondere den Strukturabschnitt und die Tragwerkstruktur betreffend.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine Prinzipdarstellung eines Ablaufschemas des Verfahrens;
- 2 eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts eines in dem Verfahren hergestellten Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine Explosionsdarstellung des Objekts von 2; und
- 4a-4i je eine Prinzipdarstellung verschiedener Formen von Tragwerkstrukturen.
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1 zeigt schematisch und abstrahiert ein Verfahren bzw. ausgewählte Verfahrensschritte zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts 1 in einem schematisch dargestellten Bauraum 2. Das Objekt 1 wird aus einem eingangs flüssigen harzbasierten Baumaterial 3 hergestellt. In einem ersten Verfahrensschritt bzw. Verfestigungsschritt wird ein Teil des Baumaterials 3 selektiv verfestigt, beispielsweise durch selektiven Energieeintrag, um mehrere Strukturabschnitte 4-9, von denen der Einfachheit halber bzw. bedingt durch die Schnittdarstellung nur die Strukturabschnitte 4, 5, 6, 7 dargestellt sind. Die Strukturabschnitte 4-9 sind mit einem ersten Verfestigungsgrad hergestellt, d.h., dass diese einen bestimmten Verfestigungsgrad aufweisen, der beispielsweise über den Energieeintrag, im Speziellen eine Belichtungsstärke bzw. Belichtungsdauer, in das Baumaterial 3 gesteuert werden kann.
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Die Strukturabschnitte 4-9 begrenzen einen Innenraum 10, in dem nach dem ersten Verfahrensschritt immer noch unverfestigtes Baumaterial 3 vorliegt, d.h., dass im Innenraum 10 das Baumaterial 3 noch flüssig vorliegt. In einem zweiten Verfahrensschritt bzw. Verfestigungsschritt wird das flüssige Baumaterial 3 im Innenraum 10 auf einen zweiten Verfestigungsgrad verfestigt, beispielsweise durch Temperierung, der insbesondere niedriger liegt als der erste Verfestigungsgrad. Die Strukturabschnitte 4-9 sind daher härter bzw. fester ausgebildet als ein Funktionsabschnitt 11 im Innenraum 10.
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Um unbeabsichtigte Verformungen der Strukturabschnitte 4-9 zu verhindern, können die Strukturabschnitte 4-9 oder ausgewählte Strukturabschnitte 4-9 als Tragwerkstruktur ausgeführt werden oder Strukturabschnitte 4-9 ausgebildet werden, die wenigstens eine Tragwerkstruktur aufweisen. Verschiedene Formen von Tragwerkstrukturen sind in 4a-4i dargestellt, wobei jeder der Strukturabschnitte 4-9 zunächst wahlweise eine Tragwerkstruktur aufweisen kann oder als Tragwerkstruktur ausgeführt werden kann oder nicht. Dies kann beispielsweise in Abhängigkeit eines Strukturparameters entschieden bzw. basierend darauf ausgeführt werden.
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Beispielsweise kann objektbasiert, konstruktionsbasiert oder durch einen Benutzer ausgewählt werden, ob der Strukturparameter der Strukturabschnitte 4-9 des Objekts 1 das Ausbilden bzw. Vorsehen einer Tragwerkstruktur als erforderlich anzeigt. Demnach kann selektiv entschieden werden, welcher der Strukturabschnitte 4-9 als Tragwerkstruktur ausgeführt werden soll oder eine Tragwerkstruktur umfassen soll. Der Strukturparameter 4-9 kann zum Beispiel eine Dicke des Strukturabschnitts 4-9 oder angrenzender Geometrien darstellen. Ebenso ist es möglich, dass der Benutzer einstellen kann, ob die Maßhaltigkeit eines der Strukturabschnitte 4-9 relevant genug ist, um eine Tragwerkstruktur auszubilden.
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2, 3 zeigen ein beispielhaftes Objekt 1, das insbesondere nach dem in Bezug auf 1 beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Ebenfalls lediglich beispielhaft ist bei dem gezeigten Objekt 1 jeder der Strukturabschnitte 4-9 als Tragwerkstruktur 12 ausgebildet, die beispielhaft in 4a dargestellt ist. Der Übersichtlichkeit halber zeigt 2 das Objekt 1 im Ganzen und 3 zeigt eine beispielhafte bzw. schematische Explosionsdarstellung, bei der die einzelnen Strukturabschnitte 4-9 von dem Innenraum 10 entfernt dargestellt sind.
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Hierbei ist lediglich beispielhaft dargestellt, dass sämtliche Strukturabschnitte 4-9 mit einer Tragwerkstruktur 12 versehen sind bzw. als solche ausgebildet sind. Es ist ebenso möglich, nur einzelne Strukturabschnitte 4-9, d.h. wenigstens einen Strukturabschnitt 4-9 oder beliebige Kombinationen von Strukturabschnitten 4-9 als Tragwerkstruktur 12 auszuführen. Wie nachfolgend noch erläutert wird, kann anstatt der Tragwerkstruktur 12 jede andere der in 4a-4i dargestellten Tragwerkstrukturen verwendet werden. Hierbei kann auch eine beliebige Kombination von Tragwerkstrukturen verwendet werden, sodass die einzelnen Strukturabschnitte 4-9 aus beliebigen unterschiedlichen oder gleichartigen oder beliebigen Kombination von Tragwerkstrukturen ausgeführt sein können. Hierbei ist es wiederum möglich, dass ein Strukturabschnitt 4-9 durch mehrere verschiedene oder gleichartige aneinandergereihte Tragwerkstrukturen ausgebildet ist, beispielsweise eine Kombination von einer Tragwerkstruktur 12 nach 4a und einer Tragwerkstruktur 13 nach 4b. Ebenso können eine Vielzahl beliebiger Tragwerkstrukturen in Reihe in beliebigen Ausrichtungen parallel zu einer der Wandflächen des Innenraums 10 oder senkrecht dazu hintereinander angeordnet werden.
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Die als Tragwerkstruktur 12 beschriebenen ausgebildeten Strukturabschnitte 4-9 verbessern die Aufnahme von Kräften, da diese über ihre gebogene bzw. gewölbte Formgebung eine Aufnahme bzw. Abstützung der Kräfte verbessern, die beispielsweise durch einen Druckunterschied zwischen dem Innenraum 10 und dem Außenraum außerhalb der Strukturabschnitte 4-9 erzeugt werden. Hierzu kann die Tragwerkstruktur 12 mit Abstützungen 14 verbunden werden bzw. verbunden sein bzw. können Abstützungen 14 zusammen mit dem Ausbilden der Strukturabschnitte 4-9 ausgebildet werden. Die Abstützungen 14 können als Stützen bzw. Pfeiler oder Pfosten verstanden werden, die die auf die Strukturabschnitte 4-9 wirkenden Kräfte, die über die Tragwerkstruktur 12 aufgenommen werden, abstützen bzw. weiterleiten. Die Kräfte können hierbei an der gegenüberliegenden Tragwerkstruktur 12, die ebenfalls entsprechende Abstützungen 14 aufweist, abgestützt werden, sodass in der in 2, 3 dargestellten Ausführungsform eine gleichförmige Abstützung zu allen Seiten erreicht wird. Die Beschreibung ist auf die Verwendung andersartiger Tragwerkstrukturen als der Tragwerkstruktur 12 ebenfalls übertragbar.
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Die in den 4a-4i dargestellten Tragwerkstrukturen sind beispielhaft zu verstehen. Weitere bzw. abgewandelte Tragwerkstrukturen können ebenfalls verwendet werden. 4b zeigt eine Tragwerkstruktur 13, die als Tonnengewölbe ausgeführt ist. Die Tragwerkstruktur 12, 13 und alle weiteren Tragwerkstrukturen weisen eine gekrümmte bzw. gewölbte Form auf, wobei der Krümmungsmittelpunkt im Innenraum 10 bzw. dem Innenraum 10 zugewandt ist oder auf der Seite des Strukturabschnitts 4-9 angeordnet ist, auf der sich der Innenraum 10 befindet. Das Tonnengewölbe der Tragwerkstruktur 13 erstreckt sich, beispielsweise mit einer konstanten Krümmung flächig über die Tragwerkstruktur 13.
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4c zeigt eine Tragwerkstruktur 15 in Form eines Kreuzgewölbes, die Bogenstrukturen aufweisen, die flächig in einer Mitte der Tragwerkstruktur 15 zusammenlaufen. 4d zeigt eine Tragwerkstruktur 16 in Form eines Kreuzrippengewölbes, die zusätzlich zu den Bogenstrukturen des Kreuzgewölbes diagonal verlaufende Bogenstrukturen aufweist, die sich in der Mitte schneiden.
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4e zeigt eine als Spiegelgewölbe ausgebildete Tragwerkstruktur 17 und 4f zeigt eine als Muldengewölbe ausgebildete Tragwerkstruktur 18, die im Speziellen vorteilhaft für Abstützungen von Kräften sind, die sich nicht symmetrisch erstrecken, sondern die in einer Ausdehnungsrichtung stärker auf den Innenraum 10 einwirken als in einer anderen Ausdehnungsrichtung. 4g zeigt eine als Sterngewölbe ausgebildete Tragwerkstruktur 19, die beispielsweise durch Hintereinanderanordnung und/oder Verschmelzung mit weiteren Tragwerkstrukturen 19, die ebenfalls als Sterngewölbe ausgebildet sind, die in 4h abgebildete Tragwerkstruktur 20 ergeben können, die als Netzgewölbe ausgebildet ist.
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Daraus kann entnommen werden, dass sämtliche der gezeigten Tragwerkstrukturen 12, 13, 15-20 beliebig miteinander verschmolzen bzw. kombiniert oder nebeneinander angeordnet werden können. 4i zeigt eine weitere Kombination von Tragwerkstrukturen 21-23, die sowohl in einer ersten Richtung 24 als auch in einer senkrecht dazu angeordneten zweiten Richtung 25 und, beispielsweise aus der Zeichenebene heraus, in einer dritten Richtung hintereinander angeordnet werden können. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind beispielhaft in einer zweiten Richtung 25 Tragwerkstrukturen 21 an Tragwerkstrukturen 22 und diese wiederum in der zweiten Richtung 25 an Tragwerkstrukturen 23 angeordnet, wobei die jeweiligen Tragwerkstrukturen 21-23 reihenartig in der ersten Richtung 24 aneinander angeordnet sind. Das bedeutet, dass in der zweiten Richtung 25 ausgehend von einem beispielhaft dargestellten Innenraum 10 sich eine erste Tragwerkstruktur 21 an den Innenraum 10 anschließt, wobei auf die Tragwerkstruktur 21 eine Tragwerkstruktur 22 folgt und an dieser wiederum eine Tragwerkstruktur 23 angeordnet ist. Ersichtlich nimmt die Anzahl der reihenartig angeordneten Tragwerkstrukturen 21-23 mit dem Abstand von dem Innenraum 10 zu. Die einzelnen Reihen können somit unterschiedliche Anzahlen an Tragwerkstrukturen 21-23 aufweisen.
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Dieses Muster wird in der ersten Richtung 24 fortgesetzt, sodass in der ersten Richtung 24 in den drei Ebenen jeweils gleichartige Tragwerkstrukturen 21 bzw. Tragwerkstrukturen 22 bzw. Tragwerkstrukturen 23 vorliegen. An dem gegenüberliegend dargestellten Strukturabschnitt 4-9 ist eine umgekehrte bzw. räumlich gespiegelte Anordnung ausgebildet. Grundsätzlich kann die gezeigte Anordnung für jeden der Strukturabschnitte 4-9 ausgeführt werden. Die einzelnen Tragwerkstrukturen 21-23 sind wiederum als Beispiel zu verstehen und können durch jede der in 4a-4i gezeigte andere Tragwerkstruktur ersetzt oder mit dieser kombiniert werden.
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Die in den einzelnen Ausführungsbeispielen gezeigten Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar, aufeinander übertragbar und untereinander austauschbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Objekt
- 2
- Bauraum
- 3
- Baumaterial
- 4-9
- Strukturabschnitt
- 10
- Innenraum
- 11
- Funktionsabschnitt
- 12, 13
- Tragwerkstruktur
- 14
- Abstützung
- 15-23
- Tragwerkstruktur
- 24, 25
- Richtung
