DE102022209986A1 - Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Drucken dreidimensionaler Objekte - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Betreiben eines Systems (40) zum Drucken dreidimensionaler Objekte (1) aus druckbaren Material (38).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Drucken dreidimensionaler Objekte.
  • Stand der Technik
  • Ein 3D-Drucker für ein in seiner Viskosität veränderliches Material erhält eine feste Phase dieses Materials als Ausgangsmaterial, erzeugt daraus eine flüssige Phase und bringt diese flüssige Phase selektiv an den Stellen, die zu dem zu erzeugenden Objekt gehören, auf. Ein solcher 3D-Drucker umfasst einen Druckkopf, in dem das Ausgangsmaterial druckfertig aufbereitet wird. Das Material wird dabei über Kanäle in dem Druckkopf weiterbefördert.
  • Weiterhin sind Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Druckkopf und der Arbeitsfläche, auf der das Objekt entstehen soll, vorgesehen. Dabei können entweder nur der Druckkopf, nur die Arbeitsfläche oder aber sowohl der Druckkopf als auch die Arbeitsfläche bewegt werden. Um den Austrag des Materials auf der Arbeitsfläche zu beeinflussen ist in der Regel ein Aktor im Druckkopf vorgesehen, welcher eine Kraft auf eine Dosierzone aufbringt.
  • Aus der WO 2018/086792 A1 ist ein Druckkopf für einen 3D-Drucker bekannt. Der Druckkopf weist eine Zuführung auf, über welche ein zu druckendes Rohmaterial dem Druckkopf zugeführt wird. In dem Druckkopf wird dieses Rohmaterial aufgeschmolzen und plastifiziert. Dieses aufgeschmolzene Material wird innerhalb des Druckkopfes zu einer Austrittsöffnung befördert, über die dieses Material auf einen Druckbereich aufgebracht wird.
  • DE 10 2019 219 083 A1 offenbart eine Druckeinrichtung, umfassend eine Dosiervorrichtung zum Schmelzen und Plastifizieren eines zu druckendenden Materials und eine Austragungsvorrichtung, zum Drucken des über die Dosiervorrichtung bereitgestellten Materials. Die Dosiervorrichtung und die Austragungsvorrichtung sind getrennt voneinander angeordnet und miteinander verbindbar, wobei die Austragungsvorrichtung zur Aufnahme von Material zu der Dosiervorrichtung transportierbar und zum Verbinden der Austragungsvorrichtung mit der Dosiervorrichtung eine Düse der Austragungsvorrichtung und eine Koppelstelle der Dosiervorrichtung miteinander zur Anlage kommen.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Drucken dreidimensionaler Objekte zur Verfügung zu stellen, welches Material und/oder Objekteigenschaften eines zu druckenden Materials eindeutig einer Austragungsvorrichtung zuweisen kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Drucken dreidimensionaler Objekte aus druckbaren Material bereitgestellt, wobei das Verfahren erfindungsgemäß folgende Schritte umfasst:
    • - Erfassen von Prozessdaten des Objekts,
    • - Optimieren der Prozessdaten des Objekts,
    • - Erfassen von Prozessdaten des Materials,
    • - Optimieren der Prozessdaten des Materials,
    • - Speichern der Prozessdaten in einer Speichereinheit oder in einem Netzwerk oder in einer Cloud,
    • - Identifikation der Prozessdaten des druckbaren Materials und/oder des dreidimensionalen Objekts,
    • - Befüllen einer Austragungsvorrichtung mit zu druckendem Material mit einer Dosiervorrichtung und eindeutige Zuordnung der Prozessdaten zur jeweiligen Austragungsvorrichtung,
    • - Transportieren der Austragungsvorrichtung zu einem zu druckenden Bereich,
    • - Auslesen der Prozessdaten aus der Speichereinheit oder dem Netzwerk oder der Cloud durch eine Druckvorrichtung,
    • - Drucken unter Berücksichtigung der Prozessdaten,
    • - Erfassen neuer Prozessdaten während des Drucks,
    • - Speichern der neuen Prozessdaten in einer Speichereinheit oder in einem Netzwerk oder in einer Cloud,
    • - Optimierung der Prozessdaten und
    • - Speichern der neuen Prozessdaten in einer Speichereinheit oder in einem Netzwerk oder in einer Cloud.
  • In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die neuen Prozessdaten zum Ausführen einer oder mehrerer der oben genannten Verfahrensschritte verwendet.
  • Die Austragungsvorrichtung weist dafür eine erste Markierungsvorrichtung zur Identifikation des druckbaren Materials und/oder des dreidimensionalen Objekts auf.
  • Die Materialeigenschaften, insbesondere beim Kunststoff-3D-Druck, haben einen großen Einfluss auf die Beschaffenheit und Funktion des fertigen Bauteils und der Druckprozess muss bezüglich verschiedener Ausgangsmaterialien entsprechend angepasst und validiert werden, um eine hohe Qualität des fertigen Bauteils zu gewährleisten.
  • Die Identifikation des druckbaren Materials und/oder des dreidimensionalen Objekts gewährleistet, dass sich korrektes Material in der jeweiligen Austragungsvorrichtung befindet und/oder dass der Austragungsvorrichtung korrekte Objektdaten zugeordnet sind. Falsches Material oder falsche Objektdaten können so in vorteilhafter Weise erkannt werden, wodurch ein sicherer Druckprozess garantiert werden kann.
  • Die Markierungsvorrichtung an der Austragungsvorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine einfache Identifikation des druckbaren Materials und/oder des dreidimensionalen Objekts zur Austragungsvorrichtung.
  • Die Austragungsvorrichtung kann auch als Kartusche, bzw. Druckkartusche bezeichnet werden. Nachdem die Austragungsvorrichtung über eine Dosiervorrichtung mit dem druckbaren Material befüllt wurde, kann diese nach dem Befüllen mit dem Material zu der Druckvorrichtung transportiert werden. Die Druckvorrichtung ist ein Drucker, bzw. ein Druckkopf. Die Austragungsvorrichtung, bzw. Kartusche ermöglicht es in vorteilhafter Weise, dass das Material in der Kartusche während einer Lagerung oder eines Transports eine gleichbleibende Restfeuchte, bzw. Trockenheit behält. Auch kann das Material nicht verunreinigt werden und ein Eindringen von Feuchtigkeit wird vermieden.
  • Die Dosiervorrichtung weist eine zweite Markierungsvorrichtung auf. Die Markierungsvorrichtung an der Dosiervorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise ein Kommunikation mit der ersten Markierungsvorrichtung der Austragu ngsvorrichtu ng.
  • Die Druckvorrichtung weist eine dritte Markierungsvorrichtung auf. Die Markierungsvorrichtung an der Druckvorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise ein Kommunikation mit der ersten Markierungsvorrichtung der Austragu ngsvorrichtu ng.
  • Es ist von Vorteil, dass das Material als Schüttgut, insbesondere als Granulat zur Verfügung gestellt wird.
  • Das System ist in vorteilhafter Weise derart ausgestaltet, dass Prozessdaten des druckbaren Materials und/oder des dreidimensionalen Objekts eindeutig der jeweiligen Austragungsvorrichtung zuzuordnen sind.
  • Die Prozessdaten umfassen validierte Merkmale des Materials und/oder des Bauteils, die den Druck, bzw. die Druckqualität erhöhen.
  • Die eindeutige Zuordnung der Prozessdaten des druckbaren Materials und/oder des dreidimensionalen Objekts zur jeweiligen Austragungsvorrichtung vereinfacht in vorteilhafter Weise die Identifikation des druckbaren Materials und/oder des dreidimensionalen Objekts zur Austragungsvorrichtung.
  • Dabei können die Prozessdaten in einer Speichereinheit der ersten Markierungsvorrichtung gespeichert werden, wobei die Speichereinheit an der Austragungsvorrichtung angeordnet ist.
  • Die Speicherung der Prozessdaten auf einer Speichereinheit der Austragungsvorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine direkte Zuordnung der Prozessparameter zur jeweiligen Austragungsvorrichtung. In vorteilhafter Weise können die Daten direkt von der Speichereinheit ausgelesen werden. Druckrelevante Merkmale befinden sich somit direkt an der Kartusche.
  • In einer weiteren Ausführung können die Prozessdaten in einem Netzwerk oder in einer Cloud gespeichert werden, wobei diese über einen auf der ersten Markierungsvorrichtung hinterlegten Identifikations-Code dem jeweiligen druckbaren Material und/oder dem dreidimensionalen Objekt zuzuordnen sind. Die Speicherung der Prozessdaten in einem Netzwerk oder in einer Cloud ermöglicht in vorteilhafter Weise eine sichere Speicherung der Daten. Eine direkte Zuordnung der Prozessparameter zur jeweiligen Austragungsvorrichtung ist durch den auf der ersten Markierungsvorrichtung hinterlegten Identifikations-Code möglich. In vorteilhafter Weise können die Daten ohne physischem Kontakt aus dem Netzwerk oder der Cloud geladen und gegebenenfalls bearbeitet werden.
  • Die erste Markierungsvorrichtung der Austragungsvorrichtung ist zur gegenseitigen Kommunikation mit der zweiten Markierungsvorrichtung der Dosiervorrichtung und zur gegenseitigen Kommunikation mit der dritten Markierungsvorrichtung der Druckvorrichtung geeignet, wodurch in vorteilhafter Weise eine Kommunikation der ersten Markierungsvorrichtung der Austragungsvorrichtung mit der zweiten Markierungsvorrichtung der Dosiervorrichtung und/ oder der dritten Markierungsvorrichtung der Druckvorrichtung stattfinden kann.
  • Dazu kann die erste Markierungsvorrichtung optisch oder über eine Empfängereinheit zur drahtlosen Kommunikation auslesbar ausgestaltet sein. Dies ermöglicht ein einfaches und sicheres Auslesen der Prozessdaten.
  • Ferner kann die erste Markierungsvorrichtung einen QR-Code oder einen Barcode umfassen, wodurch die Austragsvorrichtung einfach und sicher identifiziert werden kann.
  • Ferner kann die Markierungsvorrichtung derart ausgestaltet sein, dass Prozessdaten über WLAN, RFID, NFC, Bluetooth oder LoRa übertragbar sind. Dadurch wird erreicht, dass die erste Markierungsvorrichtung der Austragungsvorrichtung mit entsprechenden Sender/Empfänger Einheiten kommunizieren. kann.
  • Ferner können die Prozessdaten des druckbaren Materials spezifische Eigenschaften des Materials umfassen, wobei die spezifischen Eigenschaften des Materials den Degenerationsgrad und/ oder die Viskositätszahl und/ oder die Restfeuchte umfassen. Das Material ist somit qualifiziert, insbesondere bezüglich seiner chemischen Eigenschaften. Die chemischen Eigenschaften des Materials werden im Vorfeld des Befüllens der Austragungsvorrichtung verifiziert und sichergestellt, um ein für den entsprechenden Druckprozess korrektes Material bereitzustellen. Ferner ist es der Zustand des Materials bezüglich seines Degenerationsgrad oder der Viskositätszahl zu beurteilen, um einen stabilen Druckprozess zu gewährleisten. Weitere Materialeigenschaften können der Trocknungsgrad oder die Restfeuchte des Materials sein. Bei Mehrkomponentenmaterial ist die Glasfaserverteilung zu berücksichtigen.
  • Ferner können die Prozessdaten des dreidimensionalen Objekts spezifische Eigenschaften des dreidimensionalen Objekts umfassen, wobei die spezifischen Eigenschaften des dreidimensionalen Objekts zumindest Bewegungsprofile zur Herstellung des dreidimensionalen Objekts umfassen. Weitere validierte Prozessdaten ergeben sich aus dem Drucken von Prototypen und Testdrucken mit entsprechendem Materialien, wodurch Druckdaten gesammelt und beispielsweise bezüglich der resultieren Druckergebnisse ausgewertet werden. Diese Daten umfassen Parameter für die Prozessdaten bezüglich des Materials und des zu druckenden Bauteils, wie beispielsweise die Drucktemperatur und Bewegungsprofile. Ferner können validierte Prozessdaten wie ein möglicher Längenausgleich der Austragungsvorrichtung, bzw. der Kartusche aufgrund der Druckkraft und/oder die Schwindung des Materials beim Extrudieren die Druckqualität steigern.
  • Die Speicherung der Prozessdaten auf einer Speichereinheit der Austragungsvorrichtung ermöglicht eine direkte Zuordnung der Prozessparameter zur jeweiligen Austragungsvorrichtung. In vorteilhafter Weise können die Daten direkt von der Speichereinheit ausgelesen werden. Druckrelevante Merkmale befinden sich somit direkt an der Kartusche.
  • Die Speicherung der Prozessdaten in einem Netzwerk oder in einer Cloud ermöglicht in vorteilhafter Weise eine sichere Speicherung der Daten. Eine direkte Zuordnung der Prozessparameter zur jeweiligen Austragungsvorrichtung ist durch den auf der ersten Markierungsvorrichtung hinterlegten Identifikations-Code möglich. In vorteilhafter Weise können die Daten ohne physischem Kontakt aus dem Netzwerk oder der Cloud geladen und gegebenenfalls bearbeitet werden.
  • Ferner ist von Vorteil, dass ein oder mehrere Bauteile, bzw. Produkte auf der Kartusche gespeichert sein können. Diese kann der Kunde in seinem Drucker abrufen und drucken. Die Benutzerfreundlichkeit wird dadurch in vorteilhafter Weise stark erhöht und die Qualifizierung des Materials und des Druckprozesses wird stark vereinfacht.
    Dadurch müssen nicht mehr einzelne Bauteile auf Vorrat gefertigt, gelagert, vermessen und verschickt werden, sondern nur noch die Austragungsvorrichtungen, bzw. die Kartuschen mit den nötigen hinterlegten Daten. Dies ist insbesondere dann von großem Interesse, wenn die Stückzahlen sehr gering sind und eine hohe Varianz der Bauteile vorliegt.
  • Das Ermitteln von neuen, während des Druckprozesses entstehenden Prozessdaten, die beispielsweise über Sensoren erfasst werden können und das eindeutige Zuordnen dieser Prozessdaten des druckbaren Materials und/oder des dreidimensionalen Objekts zur Austragungsvorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise einen Abgleich der vorhandenen zu den neuen Prozessdaten und eine mögliche Optimierung von zukünftigen Prozessdaten.
  • Ferner unterstützt die eindeutig identifizierbare und kodierte Austragungsvorrichtung den Nutzer in vorteilhafter Weise bei der Verhinderung von Produktpiraterie und der Herstellung von Plagiaten. Ferner ermöglicht die Austragungsvorrichtung das Einbinden eines Drucksystems in das „Internet of Things“ und bietet Vorteile bezüglich der digitalisierten Fertigung in der „Industrie 4.0“ unter Beibehaltung von Qualität und entsprechenden Fertigungsstandards. Die Digitalisierung des Drucksystems ermöglicht das Sammeln von Daten innerhalb einer Fertigungsplattform und ermöglicht in vorteilhafter Weise die Analyse von Prozessdaten, bzw. Druckerdaten bezüglich ihrer aktuellen und zukünftigen Anwendung. Dabei können die beim Drucken angefallenen und aufgenommenen Prozessparameter, bzw. Daten verwendet werden, um alte Daten ersetzen oder optimieren zu können. Die somit erhobenen Daten ermöglichen eine vorteilhafte Dokumentation des Lebenszyklus eines Produktes.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 Beispiel einer Vorrichtung während einer Befüllung einer Austragungsvorrichtung nach Stand der Technik,
    • 2 ein Beispiel einer Druckeinrichtung mit mehreren Austragungseinheiten, welche in verschiedenen Druckkammereinheiten angeordnet sind nach Stand der Technik,
    • 3 eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines zu druckenden Materials gemäß eines erstes Ausführungsbeispiels,
    • 4 eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines zu druckenden Materials gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels,
    • 5 eine Druckvorrichtung gemäß eines erstes Ausführungsbeispiels,
    • 6 eine Druckvorrichtung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels,
    • 7 ein System zum Drucken eines dreidimensionalen Objekts gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels,
    • 8 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Drucken dreidimensionaler Objekte,
    • 9 einen 3D-Drucker mit einer Austragungsvorrichtung und
    • 10 ein Beispiel für ein Objekt.
  • 1 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung 20 zur Bereitstellung eines zu druckenden Materials 38 aus dem Stand der Technik während einer Befüllung einer Austragungsvorrichtung 14. Die 1 ist dabei in einer Schnittansicht der Vorrichtung 20 gezeigt. Die Vorrichtung 20 weist zusätzlich zu der Austragungsvorrichtung 14 eine Dosiervorrichtung 18 auf. Die Dosiervorrichtung 18 ist dabei gebildet aus einem Grundkörper 22 an welchem ein Einfülltrichter 26 angeordnet ist. In den Einfülltrichter 26 ist ein Rohmaterial 30 einfüllbar, welches in fester Form, insbesondere in als Granulat vorliegt. Der Einfülltrichter 26 ist direkt verbunden mit einem durch den Grundkörper 22 gebildeten Dosierraum 34. In diesem Dosierraum 34 wird das Rohmaterial 30, zur Bildung eines druckfähigen Materials 38, aufgeschmolzen und plastifiziert.
  • Der Dosierraum 34 weist eine seitliche Dosierkolbenöffnung 42 auf. In dieser Dosierkolbenöffnung 42 ist ein Dosierkolben 46 angeordnet, welcher in den Dosierraum 34 hineinragt. Über den Dosierkolben 46 kann eine Dosierkolbenkraft FD auf das Material 38 in dem Dosierraum 34 aufgebracht werden, so dass dieses in Richtung einer der Dosierkolbenöffnung 42 gegenüber liegenden Dosierförderöffnung 50 pressbar ist.
  • An der Dosierförderöffnung 50 weist die Dosiervorrichtung 18 ein Koppelelement 54 auf, welches einen Kanal 58 ausbildet, so dass das über die Dosierförderöffnung 50 ausgebrachte Material 38 an eine Koppelstelle 62 des Koppelementes 54 förderbar ist. An der Koppelstelle 62 ist die Austragungsvorrichtung 14 angeordnet, so dass diese Austragungsvorrichtung 14 das aufgeschmolzene Material 38 aufnehmen kann.
  • Die Austragungsvorrichtung 14 weist einen Austragungskörper 66 auf, welcher einen Austragungsraum 70 ausbildet, in welchem aufgeschmolzenes Material 38 aufnehmbar ist. An einem mit der Koppelstelle 62 verbundenen Ende des Austragungskörpers 66 ist eine Düse 74 ausgebildet, über die das aufgeschmolzene Material 38 aufgenommen werden kann. Ebenso wird das Material 38 durch diese Düse 74 auf ein Werkstück (nicht gezeigt) aufgebracht.
  • Innerhalb des Austragungsraums 70 ist ein Austragungskolben 78 angeordnet, über den das Material 38 ausgefördert werden kann. Oberhalb des Austragungskolben 78 ist ein Mittel 82 angeordnet, über welches während der Befüllung eine Kraft FF entgegen einer Befüllungsrichtung aufgebracht wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Mittel 82 als eine schematisch angedeutete Feder ausgeführt. Durch die auf den Austragungskolben 78 ausgeübte Kraft FF wird eine Befüllung der Austragungsvorrichtung 14 ohne Luft gewährleistet. Während des Befüllens wird der Austragungskolben 78 dabei in Richtung der Feder 82 verschoben.
  • 2 zeigt ein Beispiel einer Druckeinrichtung 101 mit mehreren Austragungseinheiten 14, welche in verschiedenen Druckkammereinheiten 102 angeordnet sind nach Stand der Technik. Jede Druckkammereinheit 102 fertigt dabei ein anderes Werkstück. In jeder Druckkammereinheit 102 ist eine Austragungseinheit 14 angeordnet, welche jeweils von einem Druckkopfkörper 106 aufgenommen ist, über den die Austragungseinheit 14 bewegbar ist.
  • Die Druckeinrichtung 101 weist ein Transportiersystem 86 auf. Dementsprechend können mehrere Austragungseinheiten 14 über ein einziges Transportiersystem 86 miteinander verbunden werden. Dadurch kann die Auslastung der Druckeinrichtung 101 verbessert werden.
  • 3 und 4 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 20 zur Bereitstellung eines zu druckenden Materials 38 zur Herstellung eines aus dem druckbaren Material 38 zu druckenden dreidimensionalen Objekts 1, welches beispielhaft in 10 dargestellt ist, für einen in 9 dargestellten 3D-Drucker 2, umfassend eine Dosiervorrichtung 18 zum Befüllen einer Austragungsvorrichtung 14 mit dem Material 38.
  • Die Vorrichtung 20 umfasst ein System 5 zur Identifikation des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1 mit einer Markierungsvorrichtung 52, wobei die Austragungsvorrichtung 14 eine erste Markierungsvorrichtung 52 umfasst und die Dosiervorrichtung 18 eine zweite Markierungsvorrichtung 51 umfasst. Der grundsätzliche Aufbau der Vorrichtung 20 zur Bereitstellung des zu druckenden Materials 38 entspricht dem Aufbau der Vorrichtung aus 1. In beiden Ausführungsbeispielen ist das System 5 zur Identifikation derart ausgestaltet, dass Prozessdaten 38', 1' des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1 eindeutig der jeweiligen Austragungsvorrichtung 14 zuzuordnen sind.
  • Die Prozessdaten 38` des druckbaren Materials 38 umfassen spezifische Eigenschaften des Materials 38, wobei die spezifischen Eigenschaften des Materials 38 den Degenerationsgrad und/oder die Viskositätszahl und/oder die Restfeuchte umfassen.
  • Die Prozessdaten 1' des dreidimensionalen Objekts 1 umfassen spezifische Eigenschaften des dreidimensionalen Objekts 1, wobei die spezifischen Eigenschaften des dreidimensionalen Objekts 1 zumindest Bewegungsprofile zur Herstellung des dreidimensionalen Objekts 1 umfassen.
  • Um die hohen Kräfte in der Dosiervorrichtung 18 zu gewährleisten, weist die Dosiervorrichtung 18 vorzugsweise den Dosierkolben 46 zum Ausfördern des Materials 38 aus der Dosiervorrichtung 18 auf, welcher über einen Hydraulik- oder einen Elektromotor angetrieben ist. Der Dosierkolben 46 ist dabei in der Dosiervorrichtung 18 bewegbar angeordnet und übt eine Kraft FD auf das Material 38 in der Dosiervorrichtung 18 aus, um dieses Material 38 aus der Dosiervorrichtung 18 in die Austragungsvorrichtung 14 zu befördern. Im Gegensatz zu der Austragungsvorrichtung 14, wo eine hohe Genauigkeit notwendig ist, können bei der Dosiervorrichtung 18 somit ausreichende Kräfte bereitgestellt werden. Durch die Trennung der Austragungsvorrichtung 14 von der Dosiervorrichtung 18 kann somit jede Vorrichtung 20 hinsichtlich der Funktion optimiert werden. Beim Verbinden der Dosiervorrichtung 18 mit der Austragungsvorrichtung 14 sind beide Vorrichtungen derart dichtend miteinander verbunden, so dass das Material 38 von der Dosiervorrichtung 18 zu der Austragungsvorrichtung 14 übertragbar ist.
  • Die Dosiervorrichtung 18 zum Befüllen der Austragungsvorrichtung 14 ist beispielsweise derart ausgestaltet, dass das zu druckende Material 38 vor dem Befüllen der Austragungsvorrichtung 14 aufgeschmolzen ist und das plastifizierte Material 38 über eine Öffnung 74 in die Austragungsvorrichtung 14 einbringbar ist. Ferner kann die Dosiervorrichtung 18 zum Befüllen der Austragungsvorrichtung 14 auch derart ausgestaltet sein, dass das zu druckende Material 38 vor dem Befüllen der Austragungsvorrichtung 14 verdichtet ist und das verdichtete Material 38 über eine Öffnung 74 in die Austragungsvorrichtung 14 einbringbar ist.
  • 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Dosiervorrichtung 18 des Systems 40 mit der Vorrichtung 20 zum Befüllen der Austragungsvorrichtung 14, wobei die Prozessdaten 38', 1' in einer Speichereinheit 6 der ersten Markierungsvorrichtung 52 gespeichert sind, wobei die Speichereinheit 6 an der Austragungsvorrichtung 14 angeordnet ist.
  • Die erste Markierungsvorrichtung 52 der Austragungsvorrichtung 14 ist zur gegenseitigen Kommunikation mit der zweiten Markierungsvorrichtung 51 der Dosiervorrichtung 18 geeignet. Die erste Markierungsvorrichtung 52 ist über die zweite Markierungsvorrichtung 51, die beispielsweise eine Empfängereinheit zur drahtlosen Kommunikation darstellt, auslesbar, wobei die erste Markierungsvorrichtung 52 derart ausgestaltet ist, dass Prozessdaten 38', 1' beispielsweise über WLAN, RFID, NFC, Bluetooth oder LoRa übertragbar sind. Ein Verfahren zur Bereitstellung des zu druckenden Materials 38 zur Herstellung des aus dem druckbaren Material 38 zu druckenden dreidimensionalen Objekts 1 für einen 3D-Drucker 2 mit der in 3 gezeigten Vorrichtung 20 speichert Prozessdaten 38', 1' des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1 vor, während oder nach einem Befüllvorgang der Austragungsvorrichtung 14 durch die Dosiervorrichtung 18 von der zweiten Markierungsvorrichtung 51 der Dosiervorrichtung 18 auf die Speichereinheit 6 der ersten Markierungsvorrichtung 52 der Austragungsvorrichtung 14.
  • 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Dosiervorrichtung 18 des Systems 40 mit der Vorrichtung 20 zum Befüllen der Austragungsvorrichtung 14, wobei die Prozessdaten 38', 1' in einem Netzwerk 80 oder in einer Cloud 81 gespeichert sind, wobei diese über einen auf der ersten Markierungsvorrichtung 52 hinterlegten Identifikations-Code 60 dem jeweiligen druckbaren Material 38 und/oder dem dreidimensionalen Objekt 1 zuzuordnen sind. Die erste Markierungsvorrichtung 52 ist optisch oder über die zweite Markierungsvorrichtung 51, die beispielsweise eine Empfängereinheit zur drahtlosen Kommunikation ist, auslesbar, wobei die Markierungsvorrichtung 52 beispielsweise einen QR-Code oder einen Barcode umfasst.
  • Ein Verfahren zur Bereitstellung des zu druckenden Materials 38 zur Herstellung des aus dem druckbaren Material 38 zu druckenden dreidimensionalen Objekts 1 für einen 3D-Drucker 2 mit der in 4 gezeigten Vorrichtung 20 speichert Prozessdaten 38`, 1' des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1 in einem Netzwerk 80 und/oder in einer Cloud 81, wobei diese durch einen auf der ersten Markierungsvorrichtung 52 der Austragungsvorrichtung 14 hinterlegten Identifikations-Code 60 dem jeweiligen druckbaren Material 38 und/oder dem dreidimensionalen Objekt 1 zugeordnet werden.
  • Die Prozessdaten 38', 1' des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1 werden vor, während oder nach einem Befüllvorgang der Austragungsvorrichtung 14 durch die Dosiervorrichtung 18 in dem Netzwerk 80 und/ oder in der Cloud 81 gespeichert und dem auf der ersten Markierungsvorrichtung 52 der Austragungsvorrichtung 14 hinterlegten Identifikations-Code 60 zugeordnet, wobei die zweite Markierungsvorrichtung 51 der Dosiervorrichtung 18 die erste Markierungsvorrichtung 52 der Austragungsvorrichtung 14 identifiziert.
  • 5 und 6 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel einer Druckvorrichtung 10 des Systems 40 zum Drucken eines zu druckenden Materials 38 zur Herstellung eines aus dem druckbaren Material 38 zu druckenden dreidimensionalen Objekts 1, welches beispielhaft in 10 dargestellt ist, für einen in 9 dargestellten 3D-Drucker 2, umfassend eine Austragungsvorrichtung 14 mit dem Material 38 und eine Aufnahmevorrichtung 11 zur Aufnahme der Austragungsvorrichtung 14.
  • Die Druckvorrichtung 10 weist ein System 5 zur Identifikation des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1 auf, wobei an der Austragungsvorrichtung 14 die erste Markierungsvorrichtung 52 angeordnet und an der Druckvorrichtung 10 eine dritte Markierungsvorrichtung 53 angeordnet ist.
  • Der grundsätzliche Aufbau der Druckvorrichtung 10 zum Drucken des zu druckenden Materials 38 sieht vor, dass die Aufnahmevorrichtung 11 der Druckvorrichtung 10 die Austragungsvorrichtung 14 und die zweite Markierungsvorrichtung 53 der Druckvorrichtung 10 aufnimmt. Die Austragungseinheit 14 weist den Austragungskörper 66 auf, welcher den Austragungsraum 70 ausbildet, in welchem das aufgeschmolzene Material 38 aufnehmbar ist. Am Ende des Austragungskörpers 66 ist die Düse 74 ausgebildet, über die das aufgeschmolzene Material 38 aus dem Austragungskörper 66 ausgebracht werden kann.
  • Zum Schmelzen des Materials 38 in der Austragungsvorrichtung 14 weist die Druckvorrichtung 10 an der Aufnahmevorrichtung 11 eine Heizung 98 auf, die an der Austragungsvorrichtung 14 angeordnet ist.
  • Innerhalb des Austragungsraums 70 ist der Austragungskolben 78 angeordnet, über den das Material 38 ausgefördert werden kann. Oberhalb des Austragungskolben 78 ist ein Mittel 82 zur Ausbringung von Material 38 aus der Austragungsvorrichtung 14 angeordnet. Der Austragungskolben 78 wirkt derart mit dem Mittel 82 zusammen, dass eine Kraft FF zur Ausbringung von Material 38 aus der Austragungsvorrichtung 14 aufbringbar ist. Das Mittel 82 zur Ausbringung von Material 38 kann hydraulisch oder elektrisch betätigt werden.
  • Ferner ist in beiden Ausführungsbeispielen das System 5 zur Identifikation derart ausgestaltet, dass Prozessdaten 38', 1' des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1 eindeutig der jeweiligen Austragungsvorrichtung 14 zuzuordnen sind. Die Prozessdaten 38` des druckbaren Materials 38 umfassen spezifische Eigenschaften des Materials 38, wobei die spezifischen Eigenschaften des Materials 38 den Degenerationsgrad und/oder die Viskositätszahl und/oder die Restfeuchte umfassen.
  • Die Prozessdaten 1' des dreidimensionalen Objekts 1 umfassen spezifische Eigenschaften des dreidimensionalen Objekts 1, wobei die spezifischen Eigenschaften des dreidimensionalen Objekts 1 zumindest Bewegungsprofile zur Herstellung des dreidimensionalen Objekts 1 umfassen.
  • 5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Systems 40 mit der Druckvorrichtung 10, wobei die Prozessdaten 38', 1' in einer Speichereinheit 6 der ersten Markierungsvorrichtung 52 gespeichert sind, wobei die Speichereinheit 6 an der Austragungsvorrichtung 14 angeordnet ist. Die erste Markierungsvorrichtung 52 der Austragungsvorrichtung 14 ist zur gegenseitigen Kommunikation mit der dritten Markierungsvorrichtung 53 der Druckvorrichtung 10 geeignet. Die erste Markierungsvorrichtung 52 ist über die dritte Markierungsvorrichtung 53, die beispielsweise eine Empfängereinheit zur drahtlosen Kommunikation darstellt, auslesbar, wobei die erste Markierungsvorrichtung 52 derart ausgestaltet ist, dass Prozessdaten 38', 1' beispielsweise über WLAN, RFID, NFC, Bluetooth oder LoRa übertragbar sind. Das Verfahren zum Drucken eines zu druckenden Materials 38 zur Herstellung eines aus dem druckbaren Material 38 zu druckenden dreidimensionalen Objekts 1 für einen 3D-Drucker 2 mit der in 5 gezeigten Druckvorrichtung 10 sieht vor, dass von der dritten Markierungsvorrichtung 53 der Druckvorrichtung 10 Prozessdaten 38', 1' des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1 vor dem Drucken des dreidimensionalen Objekts 1 aus der Speichereinheit 6 der ersten Markierungsvorrichtung 52 der Austragungsvorrichtung 14 ausgelesen werden.
  • 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Systems 40 mit der Druckvorrichtung 10, wobei die Prozessdaten 38', 1' in einem Netzwerk 80 oder in einer Cloud 81 gespeichert sind, wobei diese über einen auf der ersten Markierungsvorrichtung 52 hinterlegten Identifikations-Code 60 dem jeweiligen druckbaren Material 38 und/oder dem dreidimensionalen Objekt 1 zuzuordnen sind. Die erste Markierungsvorrichtung 52 der Austragungsvorrichtung 14 ist zur gegenseitigen Kommunikation mit der dritten Markierungsvorrichtung 53 der Druckvorrichtung 10 geeignet. Die erste Markierungsvorrichtung 52 ist optisch oder über die dritte Markierungsvorrichtung 53, die beispielsweise eine Empfängereinheit zur drahtlosen Kommunikation ist, auslesbar, wobei die Markierungsvorrichtung 52 beispielsweise einen QR-Code oder einen Barcode umfasst.
  • Das Verfahren zum Drucken des zu druckenden Materials 38 zur Herstellung des aus dem druckbaren Material 38 zu druckenden dreidimensionalen Objekts 1 für einen 3D-Drucker 2 mit der in 6 gezeigten Druckvorrichtung 10 speichert Prozessdaten 38', 1' des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1 in einem Netzwerk 80 und/oder in einer Cloud 81, wobei diese durch einen auf der ersten Markierungsvorrichtung 52 der Austragungsvorrichtung 14 hinterlegten Identifikations-Code 60 dem jeweiligen druckbaren Material 38 und/oder dem dreidimensionalen Objekt 1 zugeordnet werden.
  • Vor dem Drucken des dreidimensionalen Objekts 1 wird der Identifikations-Code 60 der ersten Markierungsvorrichtung 52 der Austragungsvorrichtung 14 durch die dritte Markierungsvorrichtung 53 der Druckvorrichtung 10 ausgelesen und die dem ausgelesenen Identifikations-Code 60 zugeordneten Prozessdaten 38', 1' des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1 werden aus dem Netzwerk 80 oder der Cloud 81 geladen und verarbeitet.
  • Während des Druckens des dreidimensionalen Objekts 1 werden neue Prozessdaten 38', 1' des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1 von der Druckvorrichtung 10 ermittelt. Anschließend werden diese nach dem Drucken durch die dritte Markierungsvorrichtung 53 der Druckvorrichtung 10 dem Identifikations-Code 60 der Austragungsvorrichtung 14 zugeordnet und die Prozessdaten 38`, 1` werden dann durch die dritte Markierungsvorrichtung 53 in das Netzwerk 80 oder in die Cloud 81 geladen und verarbeitet.
  • 7 zeigt ein System 40 zum Drucken des dreidimensionalen Objekts 1 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels. Das System 40 zum Drucken des dreidimensionalen Objekts 1 aus dem druckbaren Material 38 umfasst die Druckvorrichtung 10 für einen 3D-Drucker 2, die Dosiervorrichtung 18 zum Befüllen des zu druckenden Materials 38 und die Austragungsvorrichtung 14, zum Drucken des über die Dosiervorrichtung 18 bereitgestellten Materials 38, wobei die Austragungsvorrichtung 14 die erste Markierungsvorrichtung 52 zur Identifikation des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1 aufweist. Die Dosiervorrichtung 18 weist die zweite Markierungsvorrichtung 51 auf. Die Druckvorrichtung 10 weist die dritte Markierungsvorrichtung 53 auf.
  • Das System 40 ist derart ausgestaltet, dass Prozessdaten 38`, 1` des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1 eindeutig der jeweiligen Austragungsvorrichtung 14 zuzuordnen sind. Die Prozessdaten 38', 1' sind in der Cloud 81 gespeichert, wobei diese über den auf der ersten Markierungsvorrichtung 52 hinterlegten Identifikations-Code 60 dem jeweiligen druckbaren Material 38 und/oder dem dreidimensionalen Objekt 1 zuzuordnen sind.
  • Die erste Markierungsvorrichtung 52 der Austragungsvorrichtung 14 ist zur gegenseitigen Kommunikation mit der zweiten Markierungsvorrichtung 51 der Dosiervorrichtung 18 und zur gegenseitigen Kommunikation mit der dritten Markierungsvorrichtung 53 der Druckvorrichtung 10 geeignet.
  • Das Verfahren zum Drucken eines dreidimensionalen Objekts 1 aus einem druckbaren Materials 38 durch das System 40 wird ausgeführt, indem Prozessdaten 38', 1' des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1 in dem Netzwerk 80 oder in einer Cloud 81 gespeichert werden, wobei diese durch einen auf der ersten Markierungsvorrichtung 52 der Austragungsvorrichtung 14 hinterlegten Identifikations-Code 60 dem jeweiligen druckbaren Material 38 und/oder dem dreidimensionalen Objekt 1 zugeordnet werden.
  • Ferner werden in einem weiteren Verfahrensschritt des Verfahrens Prozessdaten 38', 1' des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1 vor, während oder nach einem Befüllvorgang der Austragungsvorrichtung 14 durch die Dosiervorrichtung 18 in dem Netzwerk 80 oder in der Cloud 81 gespeichert und werden dem auf der ersten Markierungsvorrichtung 52 der Austragungsvorrichtung 14 hinterlegten Identifikations-Code 60 zugeordnet, wobei die zweite Markierungsvorrichtung 51 der Dosiervorrichtung 18 die erste Markierungsvorrichtung 52 der Austragungsvorrichtung 14 identifiziert.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt des Verfahrens wird vor dem Drucken des dreidimensionalen Objekts 1 der Identifikations-Code 60 der ersten Markierungsvorrichtung 52 der Austragungsvorrichtung 14 durch die dritte Markierungsvorrichtung 53 der Druckvorrichtung 10 ausgelesen und die dem ausgelesenen Identifikations-Code 60 zugeordneten Prozessdaten 38', 1' des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1 werden aus dem Netzwerk 80 oder der Cloud 81 geladen und verarbeitet.
  • Anschließend werden in einem nächsten Verfahrensschritt während des Druckens des dreidimensionalen Objekts 1 aufgenommene Prozessdaten 38", 1" in der Druckvorrichtung 10 gespeichert und nach dem Drucken des dreidimensionalen Objekts 1 werden die neuen Prozessdaten 38", 1" dem Identifikations-Code 60 der ersten Markierungsvorrichtung 52 der Austragungsvorrichtung 14 zugewiesen und durch die dritte Markierungsvorrichtung 53 der Druckvorrichtung 10 in das Netzwerk 80 oder die Cloud 81 gesendet, gespeichert und verarbeitet.
  • Diese Daten 38", 1" können dann für einen erneuten Befüllvorgang einer Austragungsvorrichtung 14 zugewiesen werden.
  • 8 zeigt ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Betreiben des Systems 40 zum Drucken dreidimensionaler Objekte 1, wobei folgende Schritte gezeigt sind:
    • - Erfassen 110 von Prozessdaten 1' des Objekts 1,
    • - Optimieren 120 der Prozessdaten 1' des Objekts 1,
    • - Erfassen 130 von Prozessdaten 38` des Materials 38,
    • - Optimieren 140 der Prozessdaten 38` des Materials 38,
    • - Speichern 150 der Prozessdaten 38`, 1' in einer Speichereinheit 6 oder in einem Netzwerk 80 oder in einer Cloud 81,
    • - Identifikation 160 der Prozessdaten 38', 1' des druckbaren Materials 38 und/oder des dreidimensionalen Objekts 1,
    • - Befüllen 170 einer Austragungsvorrichtung 14 mit zu druckendem Material 38 mit einer Dosiervorrichtung 18 und eindeutige Zuordnung 180 der Prozessdaten 38', 1' zur jeweiligen Austragungsvorrichtung 14,
    • - Transportieren 190 der Austragungsvorrichtung 14 zu einem zu druckenden Bereich,
    • - Auslesen 200 der Prozessdaten 38', 1' aus der Speichereinheit 6 oder dem Netzwerk 80 oder der Cloud 81 durch eine Druckvorrichtung 10,
    • - Drucken 210 unter Berücksichtigung der Prozessdaten 38`, 1`,
    • - Erfassen 220 neuer Prozessdaten 38", 1" während des Drucks,
    • - Speichern 230 der neuen Prozessdaten 38", 1" in einer Speichereinheit 6 oder in einem Netzwerk 80 oder in einer Cloud 81,
    • - Optimierung 240 der Prozessdaten 38", 1" und
    • - Speichern 250 der neuen Prozessdaten 38", 1" in einer Speichereinheit 6 oder in einem Netzwerk 80 oder in einer Cloud 81.
  • Die neuen Prozessdaten 38", 1" können zum Ausführen einer oder mehrerer der Verfahrensschritte 160 bis 250 verwendet werden.
  • 9 zeigt den 3D-Drucker 2 mit einer Austragungsvorrichtung 14 und in 10 ist ein Beispiel für das Objekt 1 in schematischer perspektivischer Zeichnung gezeigt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2018086792 A1 [0004]
    • DE 102019219083 A1 [0005]

Claims (2)

  1. Verfahren (100) zum Betreiben eines Systems (40) zum Drucken dreidimensionaler Objekte (1) aus druckbaren Material (38), wobei das Verfahren (100) die Schritte umfasst: - Erfassen (110) von Prozessdaten (1') des Objekts (1), - Optimieren (120) der Prozessdaten (1') des Objekts (1), - Erfassen (130) von Prozessdaten (38`) des Materials (38), - Optimieren (140) der Prozessdaten (38`) des Materials (38), - Speichern (150) der Prozessdaten (38`, 1') in einer Speichereinheit (6) oder in einem Netzwerk (80) oder in einer Cloud (81), - Identifikation (160) der Prozessdaten (38`, 1') des druckbaren Materials (38) und/oder des dreidimensionalen Objekts (1), - Befüllen (170) einer Austragungsvorrichtung (14) mit zu druckendem Material (38) mit einer Dosiervorrichtung (18) und eindeutige Zuordnung (180) der Prozessdaten (38`, 1') zur jeweiligen Austragungsvorrichtung (14), - Transportieren (190) der Austragungsvorrichtung (14) zu einem zu druckenden Bereich, - Auslesen (200) der Prozessdaten (38`, 1') aus der Speichereinheit (6) oder dem Netzwerk (80) oder der Cloud (81) durch eine Druckvorrichtung (10), - Drucken (210) unter Berücksichtigung der Prozessdaten (38`, 1'), - Erfassen (220) neuer Prozessdaten (38", 1") während des Drucks, - Speichern (230) der neuen Prozessdaten (38", 1") in einer Speichereinheit (6) oder in einem Netzwerk (80) oder in einer Cloud (81), - Optimierung (240) der Prozessdaten (38", 1") und - Speichern (250) der neuen Prozessdaten (38", 1") in einer Speichereinheit (6) oder in einem Netzwerk (80) oder in einer Cloud (81).
  2. Verfahren (100) zum Betreiben eines System (40) zum Drucken dreidimensionaler Objekte (1) aus druckbaren Material (38), wobei die neuen Prozessdaten (38", 1") zum Ausführen einer oder mehrerer der Verfahrensschritte (160) bis (250) nach Anspruch 1 verwendet werden.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018086792A1 (de) 2016-11-14 2018-05-17 Robert Bosch Gmbh Besser kontrollierbarer druckkopf für 3d-drucker
DE102019219083A1 (de) 2019-12-06 2021-06-10 Robert Bosch Gmbh Druckeinrichtung für einen 3D-Drucker

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