DE112017004044T5

DE112017004044T5 - Stützlösung für "in-air"-geometrien bei additiver 3d-fertigung

Info

Publication number: DE112017004044T5
Application number: DE112017004044.2T
Authority: DE
Inventors: Balazs Nagy; Gregory A. Herman
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-06
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2019-05-16
Also published as: GB201903639D0; GB2568209A; WO2018104205A3; US11279122B2; CN110023061B; WO2018104205A2; CN110023061A; US20180154589A1

Abstract

Eine Stützbrücke zum Stützen einer In-Air-Oberfläche eines dreidimensionalen (3D) Objekts während eines Druckprozesses beinhaltet ein erstes Ende, ein zweites Ende und eine horizontale Überbrückung, die zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende überbrückt. Das erste Ende, das zweite Ende und die Überbrückung befinden sich in einer Zwischenschicht und das erste Ende und zweite Ende der Stützbrücke kontaktieren eine erste bzw. zweite Oberfläche einer Anlageschicht des 3D-Objekts. Die Stützbrücke wird während des Druckprozesses konstruiert und ist dazu ausgelegt, die In-Air-Oberfläche des 3D-Objekts zu stützen.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Bereitstellen einer Stütze für anderweitig ungestützte Oberflächen während additiver 3D-Herstellung und insbesondere das Bereitstellen einer derartigen Stütze, während die Menge an erforderlichem Druckmaterial optimiert wird, und auf eine Art und Weise, auf die eine derartige Stütze leicht entfernbar ist.
HINTERGRUND
3D-Druck oder additive Fertigung ist ein Prozess des Herstellens von dreidimensionalen festen Objekten basierend auf Entwürfen, die durch digitale Dateien bereitgestellt werden. Die Synthese des gewünschten 3D-Objekts wird erzielt, indem sukzessive Schichten eines additiven Materials (d. h. Druckmaterials) in einem Muster auf einer Plattform eines 3D-Druckers strategisch erzeugt werden, bis das gesamte Objekt erzeugt ist. Die Konstruktion des 3D-Objekts wird durch die digitalen Dateien, die die Spezifikationen bereitstellen, die beschreiben, wie das Muster von Schichten zu erzeugen ist, und die zum Erzeugen des Objekts verwendeten Materialien angetrieben. Die das Design spezifizierenden digitalen Dateien werden durch den Benutzer bereitgestellt und die durch den 3D-Drucker gelesenen digitalen Dateien können G-Code-Dateien, „CAD“-Dateien (CAD: Computer-Aided Design - computergestütztes Design), „STL“-CAD-Dateien (STL: STereoLithography - Stereolithografie) oder andere Dateitypen, die allgemein bei additiven Fertigungsprozessen verwendet werden, beinhalten.
Die Erzeugung der sukzessiven Schichten des additiven Materials kann zum Beispiel gemäß einem beliebigen der Folgenden durchgeführt werden: (1) badbasierte Photopolymerisation (Vat Photopolymerisation), (2) Freistrahl-Materialauftrag (Material Jetting), (3) Freistrahl-Bindemittelauftrag (Binder Jetting), (4) Materialauftrag mit gerichteter Energieeinbringung (Direction Energy Deposition), (5) pulverbettbasiertes Schmelzen (Powder Bed Fusion), (6) Schichtlaminierung (Sheet Lamination) oder (7) Materialextrusion (Material Extrusion). Spezifische Prozesse der Materialextrusion, die zum Erzeugen der sukzessiven Schichten verwendet werden, können das Herstellen von sequenziellen Abscheidungen unter Verwendung von Fused Deposition Modeling („FDM“ - Schmelzschichtung), Fused Filament Fabrication („FFF“ - Filamentschmelzherstellung) oder Direct Ink Writing („DIW“ - Direkttintenschreiben) beinhalten.
3D-Drucker werden allgemein durch ein Schutzgehäuse vor externen Einflüssen geschützt und innerhalb des Schutzgehäuses beinhaltet der 3D-Drucker typischerweise das Folgende: (1) einen Extruder, (2) ein Führungsschienensystem, (3) eine Bauplattform, (4) eine Filamentspule, (5) und einen Motor zum Manövrieren des mindestens einen Extruders. Der Extruder kann ein Kühlsystem zum Regeln der Temperatur des Extruders beinhalten.
Typischerweise wird während des Betriebs eines FFF-3D-Druckers ein Kunststofffilament von einer Filamentspule abgewickelt und an mindestens einen Extruder geliefert. Der Extruder wendet Wärme mit einer spezifischen Temperatur an, die das Kunststofffilament schmilzt, sodass der Materialfluss gestartet wird. Sobald das Kunststofffilament zu fließen angefangen hat, verwendet der Motor zum Manövrieren des Extruders das Führungsschienensystem, um den Extruder relativ zu der Bauplattform (sowohl horizontal als auch vertikal) zu positionieren, um eine erste Schicht des 3D-Objekts auf die Bauplattform aufzutragen. Aufgrund der Charakteristiken des Filaments und des Kühlsystems des Extruders kühlt das Filament kurz nach seiner Extrusion ab. Sobald die erste Schicht aufgetragen worden ist, wird der Extruder umpositioniert und eine zweite Schicht wird auf die Oberfläche der ersten Schicht aufgetragen. Dieser Prozess wird wiederholt, bis das 3D-Objekt vollständig konstruiert ist.
In Abhängigkeit von der speziellen Geometrie des gewünschten 3D-Objekts und dem implementierten Druckprozess werden möglicherweise Stützstrukturen benötigt, um eine Stütze für spezifische Schichten des 3D-Objekts bereitzustellen, die keine Stütze von der zuvor gedruckten darunter liegenden Schicht besitzen. Die Schichten, die keine Stütze von einer vorherigen Schicht besitzen, werden als „In-Air“ (in der Luft) angesehen, da sich in diesen Schichten erzeugte Oberflächen in der Luft befinden und keine Stütze vom 3D-Objekt selbst erhalten. Diese „In-Air“-Oberflächen können überhängende Teile, Hohlräume oder „Free-Space“(im freien Raum)-Oberflächen sein.
Das erste Verfahren beinhaltet Verwenden des Druckmaterials (d. h. des Materials, das zum Konstruieren des gewünschten 3D-Objekts verwendet wird), um die Stützstrukturen zu bauen. Sobald der Druckprozess beendet ist, werden die Stützstrukturen entfernt und weggeworfen. Das Entfernen der Stützstrukturen erfordert jedoch typischerweise ein manuelles Feilen, Ausschneiden und/oder Zerbrechen der Stützstrukturen vom 3D-Objekt. Dieser Prozess kann äußerst arbeitsintensiv und langwierig sein. Des Weiteren erfordern komplexe 3D-Objekte häufig eine erhebliche Menge an Stütze; somit wird, zusätzlich dazu, dass erhebliche Bemühungen zum Entfernen der Stützstrukturen erforderlich sind, eine große Menge an Druckmaterial bei der Konstruktion der Stützstrukturen verschwendet.
Das zweite Verfahren beinhaltet Verwenden eines ersten Druckmaterials zum Konstruieren des 3D-Objekts und ein zweites Stützmaterial zum Konstruieren der Stützstrukturen. Sobald der Druckprozess beendet ist, können die Stützstrukturen vom 3D-Objekt aufgrund des Mangels an Bindung zwischen dem Druckmaterial und dem Stützmaterial entfernt werden oder das Stützmaterial kann mit Wasser oder Alkohol aufgelöst werden. Dieser Prozess kann jedoch kostenineffizient sein, da er erfordert, dass der 3D-Drucker mindestens zwei Extruder zum Drucken der zwei unterschiedlichen Materialien aufweist. Zusätzlich dazu kann ein komplexes 3D-Objekt weiterhin eine erhebliche Anzahl von Stützstrukturen erfordern, was dazu führt, dass eine große Menge des zweiten Stützmaterials beim Konstruieren der Stützstrukturen verschwendet wird.
Beide oben beschriebenen Verfahren können auch unerwünschte Defekte bezüglich der unteren Oberfläche jeglicher ungestützter Oberflächen (d. h. „In-Air“-Oberflächen) erzeugen. Diese Defekte treten auf, da, trotz einer Vielzahl von Stützstrukturen, die während des Druckprozesses konstruiert werden, die ungestützte Oberfläche weiterhin ungestützte Längen zwischen Stützstrukturen aufweist und das fließende (d. h. geschmolzene) Filament weiterhin diese ungestützten Längen überbrücken muss. Im Vergleich zu gehärtetem (d. h. gekühltem) Filament weist das geschmolzene Filament eine erheblich reduzierte Festigkeit auf. Die Reduzierung der Festigkeit führt dazu, dass das geschmolzene Filament nicht in der Lage ist, eine jegliche erhebliche Menge an ungestützter Länge zu überbrücken; dementsprechend kann sich das geschmolzene Filament in den ungestützten Längen biegen, verformen und zerbrechen, was zu einer mangelhaften Oberflächengüte und/oder einem fehlgeschlagenen Druck führen kann. Diese Defekte können minimiert werden, indem mehr Stützstrukturen gedruckt werden, aber wie oben besprochen, kann das Drucken von Stützstrukturen ein zeit- und ressourcenaufwendiger Prozess sein. Zusätzlich dazu erzeugt jeder Kontaktpunkt einer Stützstruktur und der unteren Oberfläche der ungestützten Oberfläche Defekte in der ungestützten Oberfläche, da das Entfernen der Stützstruktur von der ungestützten Oberfläche schwierig sein kann und häufig zu einer weniger als glatten Oberfläche führt.
KURZDARSTELLUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen Verfahren und Systeme zum Konstruieren von Stützstrukturen bereit, die die Menge an Material, die zum Stützen von „In-Air“-Oberflächen benötigt wird, reduzieren und die Leichtigkeit des Entfernens der Stützstrukturen erhöhen, sobald das Drucken des 3D-Objekts beendet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft eine Stützbrücke zum Stützen einer ungestützten Oberfläche eines dreidimensionalen (3D) Objekts während eines Druckprozesses, wobei die Stützbrücke Folgendes umfasst: ein erstes Ende, das eine erste Anlagefläche in einer ersten Schicht kontaktiert; ein zweites Ende, das eine zweite Anlagefläche in der ersten Schicht kontaktiert, wobei sich das erste und zweite Ende in einer Zwischenschicht über der ersten Schicht befinden; und eine horizontale Überbrückung, die das erste Ende und das zweite Ende verbindet, wobei die Überbrückung dazu ausgelegt ist, eine Gesamtheit der ungestützten Oberfläche des 3D-Objekts zu stützen. Bei einem Ausführungsbeispiel gehören die erste Anlagefläche und die zweite Anlagefläche zum Beispiel zu einer Schicht des 3D-Objekts oder entsprechen dieser. Auf diese Art und Weise kann die Stützbrücke aus einem dünnen Material konstruiert werden, was die Menge an erforderlichem Material reduziert und die Stützbrücke leicht entfernbar macht. Die Stützbrücke kann zum Beispiel einfach unter Verwendung eines Messers zum Wegschneiden des horizontalen Überbrückungsteils der Stützbrücke entfernt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Stützbrücke durch einen 3D-Drucker konstruiert und die Stützbrücke und das 3D-Objekt bestehen aus unterschiedlichen Druckmaterialien, die jeweils durch einen jeweiligen anderen Extruder des 3D-Druckers extrudiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die ungestützte Oberfläche des 3D-Objekts direkt auf die Stützbrücke gedruckt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel besteht die Stützbrücke aus einem Elastomermaterial, und das erste Ende der Stützbrücke erstreckt sich horizontal in eine Richtung weg von der zweiten Anlagefläche und an einer Außenkante der ersten Anlagefläche vorbei, und das zweite Ende der Stützbrücke erstreckt sich horizontal in eine Richtung weg von der ersten Anlagefläche und an einer Außenkante der zweiten Anlagefläche vorbei. Bei einem Ausführungsbeispiel wird, sobald der Druckprozess beendet ist, eine ersten Kraft an dem ersten Ende der Stützbrücke ausgeübt und eine zweite Kraft wird an dem zweiten Ende der Stützbrücke ausgeübt, wobei die erste und zweite Kraft in entgegengesetzte Richtungen wirken und bewirken, dass sich die Stützbrücke von der Anlagefläche und der ungestützten Oberfläche abtrennt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die erste Anlagefläche Teil einer Schicht des 3D-Objekts und die zweite Anlagefläche ist Teil einer Schicht einer ersten Stützstruktur, die nicht Teil des 3D-Objekts ist. Gemäß einem anderen Beispiel ist die erste Anlagefläche Teil einer Schicht einer ersten Stützstruktur und die zweite Anlagefläche ist Teil einer Schicht einer zweiten Stützstruktur.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das 3D-Objekt mit einem Druckmaterial unter Verwendung eines ersten Extruders eines 3D-Druckers gedruckt und die erste Stützstruktur und die Stützbrücke werden mit einem zweiten Stützmaterial unter Verwendung eines zweiten Extruders des 3D-Druckers gedruckt. Bei einem Ausführungsbeispiel werden das 3D-Objekt und die erste Stützstruktur mit dem Druckmaterial gedruckt und die Stützbrücke wird mit dem zweiten Stützmaterial gedruckt. Bei einem Ausführungsbeispiel kontaktiert die erste Stützstruktur nicht das 3D-Objekt.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren zum Erzeugen der oben beschriebenen Stützbrücke. Ein Beispiel des Druckens einer Stützbrücke zum Stützen einer anderweitig ungestützten Oberfläche eines 3D-Objekts beinhaltet: Identifizieren einer Anlageschicht, einer Zwischenschicht, einer ungestützten Schicht und einer ungestützten Oberfläche; Konstruieren der Stützbrücke, die die Anlageschicht kontaktiert und Folgendes beinhaltet: ein erstes Ende, das eine erste Oberfläche der Anlageschicht kontaktiert, wobei sich das erste Ende in der Zwischenschicht befindet; ein zweites Ende, das eine zweite Oberfläche der Anlageschicht kontaktiert, wobei sich das zweite Ende in der Zwischenschicht befindet; und eine horizontale Überbrückung, die das erste Ende mit dem zweiten Ende verbindet, wobei die Überbrückung dazu ausgelegt ist, eine Gesamtheit der anderweitig ungestützten Oberfläche des 3D-Objekts zu stützen; und Drucken der ungestützten Schicht des 3D-Objekts auf die Stützbrücke, wobei sich die ungestützte Oberfläche in der ungestützten Schicht befindet.
Bei einem Ausführungsbeispiel, wenn relativ große horizontale Oberflächen eine Stütze benötigen, werden, um ein Durchhängen der Stützbrücke zu vermeiden, eine oder mehrere Stützsäulen zwischen den Anlageflächen des schon gedruckten Teils des 3D-Objekts gedruckt, um eine Zwischenstütze für die Stützbrücke bereitzustellen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren zum Drucken eines dreidimensionalen Objekts, wobei ein Beispiel des Druckens eines 3D-Objekts Folgendes beinhaltet: Drucken von einer oder mehreren Schichten des 3D-Objekts, wobei eine Stützstruktur angrenzend an die eine oder die mehreren Schichten des 3D-Objekts bereitgestellt ist, wobei die Stützstruktur eine Stützoberfläche aufweist; Drucken einer oder mehrerer Zwischenschichten des 3D-Objekts auf die eine oder die mehreren Schichten des 3D-Objekts, wobei die eine oder die mehreren Zwischenschichten nicht auf die Stützoberfläche der Stützstruktur gedruckt werden, so dass ein abgestuftes Profil gebildet wird; und Drucken einer horizontalen Schicht des 3D-Objekts durch Abscheiden eines Filaments in einer Querrichtung auf eine obere Oberfläche der einen oder der mehreren Zwischenschichten und auf die Stützoberfläche der Stützstruktur.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel entspricht das abgestufte Profil einem Abstand zwischen der oberen Oberfläche der einen oder der mehreren Zwischenschichten und der Stützoberfläche der Stützstruktur. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden mindestens zwei Zwischenschichten des 3D-Objekts gedruckt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kontaktiert die Stützstruktur das 3D-Objekt nur an einer unteren Oberfläche der horizontalen Schicht. Gemäß einem Ausführungsbeispiel entspricht die Stützoberfläche einer unteren Oberfläche der horizontalen Schicht.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit gewissen Ausführungsbeispielen und im Hinblick auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen durchweg gleiche Teile repräsentieren. Die ausführliche Beschreibung und die angehängten Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen jedoch nur spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung und sollen daher nicht als ihren Schutzumfang beschränkend aufgefasst werden, da die Erfindung andere, gleichermaßen wirksame Ausführungsformen einschließen kann.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Schnittansicht eines beispielhaften 3D-Objekts.
2 ist eine Perspektivansicht des beispielhaften 3D-Objekts, die ungestützte Oberflächen hervorhebt.
3 ist eine Perspektivansicht eines beispielhaften 3D-Objekts bezüglich eines Schritts seines Drucks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4A ist eine Perspektivansicht des beispielhaften 3D-Objekts bezüglich eines anderen Schritts seines Drucks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4B ist eine Perspektivansicht des beispielhaften 3D-Objekts bezüglich eines anderen Schritts seines Drucks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5A-5C sind detaillierte Schnittansichten entsprechend 3 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Perspektivansicht des beispielhaften 3D-Objekts bezüglich eines anderen Schritts seines Drucks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Perspektivansicht des beispielhaften 3D-Objekts bezüglich eines anderen Schritts seines Drucks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8A ist eine Perspektivansicht des beispielhaften 3D-Objekts bezüglich eines anderen Schritts seines Drucks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8B ist eine Perspektivansicht des beispielhaften 3D-Objekts bezüglich eines anderen Schritts seines Drucks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Perspektivansicht des beispielhaften 3D-Objekts bezüglich eines anderen Schritts seines Drucks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10 und 11 sind Perspektivansichten entsprechend dem Druck des 3D-Objekts unter Verwendung einer Stützbrücke, die temporäre Stützsäulen überbrückt, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Seitenansicht eines beispielhaften 3D-Objekts, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gedruckt wird.
13 ist eine Seitenansicht des beispielhaften 3D-Objekts bei einem Schritt seines Drucks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Seitenansicht des beispielhaften 3D-Objekts bei einem anderen Schritt seines Drucks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine Seitenansicht des beispielhaften 3D-Objekts bei einem weiteren Schritt seines Drucks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine Seitenansicht des beispielhaften 3D-Objekts bei einem anderen Schritt seines Drucks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine detaillierte Seitenansicht entsprechend 16 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine Seitenansicht des beispielhaften 3D-Objekts bei einem anderen Schritt seines Drucks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 ist eine perspektivische Schnittansicht eines beispielhaften 3D-Objekts 100, das unter Verwendung eines 3D-Druckprozesses, d. h. eines 3D-Druckers (nicht dargestellt), gedruckt wird. Das 3D-Objekt 100 kann zum Beispiel durch Starten bei einer Basisschicht 101 und Hinzufügen sukzessiver Schichten zu der Basisschicht 101 in eine Richtung 102, bis eine abschließende obere Schicht 103 erreicht wird, gedruckt werden. Das in 1 dargestellte, veranschaulichte beispielhafte 3D-Objekt 100 beinhaltet einen Seitenteil 104, einen oberen Teil 105 und einen Vertiefungsteil 106.
Wie in 1 dargestellt, kann das 3D-Objekt 100 auch ungestützte Schichten beinhalten. Das veranschaulichte 3D-Objekt 100 beinhaltet zum Beispiel eine erste ungestützte Schicht 107 und eine zweite ungestützte Schicht 108, die über der Basisschicht 102 und unter der abschließenden Schicht 103 gedruckt sind (obwohl die abschließende obere Schicht 103 bei einem Beispiel auch eine ungestützte Schicht sein kann). Die erste und zweite ungestützte Schicht 107 und 108 beinhalten eine erste bzw. zweite ungestützte Oberfläche 109 und 110, die nicht in der Lage sind, durch die Schichten, die unmittelbar unter den ungestützten Schichten 107 bzw. 108 gedruckt sind, gestützt zu werden. Die erste und zweite ungestützte Oberfläche 109 und 110 (d. h. „In-Air“-Oberflächen) treten aufgrund der spezifischen Geometrie des 3D-Objekts 100 sowie der Orientierung des 3D-Druckprozesses auf. Wie aus 1 hervorgeht, kann das 3D-Objekt 100, in Abhängigkeit von der Geometrie des 3D-Objekts 100 und des implementierten 3D-Druckprozesses, mehr oder weniger ungestützte Schichten mit entsprechenden ungestützten Oberflächen aufweisen.
Traditionelle Verfahren zum Stützen von ungestützten Oberflächen, wie etwa der ersten und zweiten ungestützten Oberfläche 109 und 110, während des 3D-Druckens erfordern ein Drucken von festen Stützstrukturen (in 1 nicht dargestellt) mit Oberflächenkonturen, die in entgegengesetzter Art und Weise jenen des zu druckenden 3D-Objekts entsprechen. Wie oben besprochen, würden diese Stützstrukturen entweder aus demselben Material, das zum Konstruieren des 3D-Objekts 100 verwendet wird, oder aus einem zweiten unterschiedlichen Stützmaterial gedruckt werden.
2 bildet eine Perspektivansicht des 3D-Objekts 100 ab, einschließlich der ersten und zweiten ungestützten Oberfläche 109 und 110 und des Seitenteils 104.
3 bildet eine Perspektivansicht des teilweise gedruckten 3D-Objekts 100 bei einer ersten Stufe 150 des 3D-Druckprozesses ab, bei der eine erste Anlageschicht 115 des Wandteils 104 in einer ersten Ebene 111, die durch Achsen 112 und 113 definiert wird, gedruckt worden ist. Bei einem Ausführungsbeispiel identifiziert 3D-Druckersoftware, wie etwa CAD-Software, die erste Ebene 111. Alternativ dazu identifiziert ein Benutzer die erste Ebene 111. (Die veranschaulichte erste Ebene 111 ist kein gedrucktes Objekt, sondern ist stattdessen eine schematische Darstellung zum Identifizieren der Ebene in der Figur.)
4A bildet eine Perspektivansicht des teilweise gedruckten 3D-Objekts 100 bei einer zweiten Stufe 155 des 3D-Druckprozesses ab. Die zweite Stufe 155 findet nach der ersten Stufe 150 statt und beinhaltet ein Konstruieren einer ersten Stützbrücke 116. Die erste Stützbrücke 116 befindet sich in einer ersten Zwischenschicht 114, wobei die erste Zwischenschicht der Schicht entspricht, die unmittelbar über der Anlageschicht 115 gedruckt wird. Die erste Stützbrücke 116 kontaktiert die erste Anlageschicht 115 des Wandteils 104 und beinhaltet ein erstes Ende 117, ein zweites Ende 118 und eine Überbrückung 119. Das erste Ende 117 wird durch eine erste Seite 120 der ersten Anlageschicht 115 des Seitenteils 104 gestützt und das zweite Ende 118 wird durch eine zweite Seite 121 der ersten Anlageschicht 115 des Seitenteils 104 gestützt. Die erste Stützbrücke 116 ist dazu ausgelegt, die ungestützte Oberfläche 109 zu stützen, und bei einer Ausführungsform ist die geometrische Konfiguration der ersten Stützbrücke 116 so konfiguriert, dass eine Gesamtheit der Oberfläche 109 durch die Stützbrücke 116 gestützt wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die geometrische Konfiguration der Stützbrücke 116 so konfiguriert, dass nur ein Teil der Oberfläche 109 durch die erste Stützbrücke 116 gestützt wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Lage der ersten Stützbrücke 116 relativ zu dem teilweise gedruckten 3D-Objekt 100 basierend auf einer Optimierung der geometrischen Eigenschaften des teilweise gedruckten 3D-Objekts 100, dem 3D-Druckprozess und/oder den strukturellen Eigenschaften der ersten Stützbrücke 116 bestimmt. Die strukturellen Eigenschaften der ersten Stützbrücke können zum Beispiel die Menge an Last, die durch die Brücke gestützt werden kann, die Materialzusammensetzung der Brücke, der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Ende usw. sein. In 4B wird zum Beispiel das erste Ende 117 der ersten Stützbrücke 116 durch eine dritte Seite 122 der ersten Anlageschicht 115 des Seitenteils 104 gestützt, und das zweite Ende 118 wird durch eine vierte Seite 123 der ersten Anlageschicht 115 des Seitenteils 104 gestützt. Zusätzlich dazu werden die geometrischen Eigenschaften der Stützbrücke 116 bei einem Ausführungsbeispiel basierend auf den Lasten, die auf die Stützbrücke 116 wirken werden, und/oder den strukturellen Eigenschaften des Materials, das zum Konstruieren der Stützbrücke 116 verwendet wird, bestimmt.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die erste Stützbrücke 116 zum Beispiel ein Film, ein Band oder eine beliebige andere zweckmäßig geeignete Art von dünnen und/oder flachen Medien. Bei einem Ausführungsbeispiel werden das 3D-Objekt und die erste Stützstruktur mit dem Druckmaterial gedruckt und die Stützbrücke wird mit einem zweiten Stützmaterial gedruckt.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Aufbringen der ersten Stützbrücke 116 auf die erste Anlagefläche 115 manuell durch einen Benutzer durchgeführt. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird die erste Stützbrücke 116 durch denselben Extruder gedruckt, der das 3D-Objekt druckt. Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel wird die erste Stützbrücke 116 durch einen zweiten Extruder unter Verwendung eines anderen Materials als das Material, das zum Drucken des 3D-Objekts verwendet wird, aufgetragen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die erste Stützbrücke 116 aus einem Elastomermaterial gebildet.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält die Stützbrücke 116 ein Haftmittel, das ermöglicht, dass die Stützbrücke 116 an der ersten Anlageschicht 115 des Wandteils 104 des 3D-Objekts 100 haftet.
Die 5A, 5B und 5C (in denen nicht schattierte Gebiete Abschnitten entsprechen, die kein 3D-Objekt-Druckmaterial enthalten und kein Stützbrückenmaterial enthalten) bilden ausführliche Querschnittansichten von Ausführungsbeispielen des Positionierens des ersten Endes 117 der ersten Stützbrücke 116 relativ zu der ersten Anlageschicht 115 ab. In 5A beinhaltet der Wandteil 104 eine zuvor gedruckte Schicht 124 und die erste Anlageschicht 115. Der Wandteil 104 weist eine Innenseite 125 und eine Außenseite 126 auf. Die erste Stützbrücke 116 ist auf eine derartige Weise konfiguriert, dass das erste Ende 117 der ersten Stützbrücke 116 über der ersten Anlageschicht 115 im Wesentlichen bündig mit der Außenseite 126 des Wandteils 104 ist. Im Gegensatz dazu befindet sich in 5B das erste Ende 117 der ersten Stützbrücke 116 über der ersten Anlageschicht 115 zwischen der Innenseite 125 und der Außenseite 126 des Wandteils 104. 5C bildet noch ein anderes Ausführungsbeispiel ab, bei dem sich das erste Ende 117 der ersten Stützbrücke 116 über der ersten Anlageschicht 115 horizontal, an der Außenseite 126 des Wandteils 104 vorbei, erstreckt.
Bei der in 5C abgebildeten Ausführungsform ist die erste Stützbrücke 116 gemäß einem Ausführungsbeispiel aus einem Elastomermaterial gebildet. Auf diese Weise kann ein Benutzer, nachdem das 3D-Objekt 100 vollständig gedruckt worden ist, das erste Ende 117 und das zweite Ende 118 (nicht dargestellt), die sich, an gegenüberliegenden Seiten, an der Außenseite 126 des Wandteils 104 vorbei erstrecken, in entgegengesetzte Richtungen ziehen, was bewirkt, dass sich die erste Stützbrücke 116 verformt, wodurch die Bindung zwischen der ersten Stützbrücke 116 und der ersten Anlageschicht 115 gebrochen wird, was eine leichte Entfernung der ersten Brücke 116 gestattet.
6 ist eine Perspektivansicht des teilweise gedruckten 3D-Objekts 100 bei einer dritten Stufe 160 des 3D-Druckprozesses, bei der eine zweite Anlageschicht 130 des Wandteils 104 und eine dritte Anlageschicht 131 des Vertiefungsteils 106 in einer zweiten Ebene 127, die durch Achsen 128 und 129 definiert wird, gedruckt worden sind. Bei einem Ausführungsbeispiel identifiziert 3D-Druckersoftware, wie etwa CAD-Software, die zweite Ebene 127. Alternativ dazu identifiziert ein Benutzer die zweite Ebene 127. (Die veranschaulichte zweite Ebene 127 ist kein gedrucktes Objekt, sondern ist stattdessen eine schematische Darstellung zum Identifizieren der Ebene in der Figur.)
Zusätzlich dazu bildet 6 die Konstruktion der ungestützten Oberfläche 109 ab, die nach der zweiten Stufe 155 auf der ersten Stützbrücke 116 gedruckt wurde. Die ungestützte Oberfläche 109 entspricht einer unteren Oberfläche des Vertiefungsteils 106.
7 ist eine Perspektivansicht des teilweise gedruckten 3D-Objekts 100 bei einer vierten Stufe 165 des 3D-Druckprozesses. Die vierte Stufe 165 findet nach der dritten Stufe 160 statt und beinhaltet ein Konstruieren einer zweiten Stützbrücke 132. Die zweite Stützbrücke 132 befindet sich in einer zweiten Zwischenschicht 129 und wird durch eine äußere Begrenzung 134, eine innere Begrenzung 135 und eine Überbrückung 136 definiert. Die innere Begrenzung 135 der zweiten Stützbrücke 132 kontaktiert die dritte Anlageschicht 131 des Vertiefungsteils 106 und die äußere Begrenzung 135 der zweiten Stützbrücke kontaktiert die zweite Anlageschicht 130 des Wandteils 104.
Die 8A und 8B veranschaulichen, dass die zweite Stützbrücke 132 zum Beispiel durch Auftragen der Stützbrücke 132 entweder in eine Richtung 137 oder in eine Richtung 138 konstruiert werden kann. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Stützbrücke 132 aus ersten Abschnitten, die in die Richtung 137 aufgetragen werden, und aus zweiten Abschnitten, die in die Richtung 138 aufgetragen werden, konstruiert. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Stützbrücke 132 als ein Blatt aufgetragen werden, das sich zwischen allen Wänden der Seitenteile 104 erstreckt, wobei die Mitte anschließend ausgeschnitten wird.
9 ist eine Perspektivansicht des 3D-Objekts 100 bei einer fünften Stufe 170 des 3D-Druckprozesses. Die fünfte Stufe findet nach der vierten Stufe 165 statt und beinhaltet das Drucken der zweiten ungestützten Oberfläche 110 auf die Stützbrücke 132.
10 ist eine Perspektivansicht eines teilweise gedruckten 3D-Objekts 200 bei einer zweiten Stufe 255 gemäß einer zweiten Ausführungsform (die der Stufe 155 einer zuvor beschriebenen Ausführungsform entspricht). Das 3D-Objekt 200 wird auf dieselbe Art und Weise wie das 3D-Objekt 100 gedruckt; anstatt, dass das erste Ende 117 und das zweite Ende 118 der ersten Stützbrücke 116 die erste Anlageschicht 115 im Wandteil 104 kontaktieren, kontaktiert das erste Ende 117 jedoch die Anlageschicht 115 bei einer Oberfläche 203 einer ersten Stützstruktur 201, und das zweite Ende 118 kontaktiert die Anlageschicht 115 bei einer Oberfläche 204 einer zweiten Stützstruktur 202. Auf diese Art und Weise kann die erste Stützbrücke 116 gedruckt werden, ohne den Wandteil 104 des 3D-Objekts 200 zu kontaktieren (was vorteilhaft ist, da es vermeidet, einen Hohlraum im Wandteil 104 zu lassen, wenn die Stützbrücke 116 später entfernt wird, oder gemäß einer Ausführungsform, bei der die Stützbrücke 116 nicht von der Oberseite einer gedruckten Oberfläche entfernt wird, sondern stattdessen um die gedruckte Oberfläche herum weggeschnitten wird, vermeidet es, Material der Stützbrücke 116 im Wandteil 104 zu lassen, bei einer Ausführungsform, bei der sich diese Materialien unterscheiden). Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Brücke 116 wie in den 4A-4B in Fällen konstruiert, bei denen gegenüberliegende Seiten des Wandteils 104 nahe genug zueinander liegen, dass sich die Stützbrücke 116 zwischen den gegenüberliegenden Seiten ohne Durchhängen erstrecken kann, aber wird wie in 10 in Fällen konstruiert, bei denen der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Wandteils 104 so weit voneinander entfernt ist, dass die Brücke 116 durchhängen würde, falls sie nur durch den Wandteil 104 gestützt wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Stützstrukturen 201 und 202 aus demselben Material gedruckt, das zum Konstruieren des 3D-Objekts 200 verwendet wird, z. B. unter Verwendung desselben Extruders. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel werden die Stützstrukturen 201 und 202 aus einem anderen Material als dem Material, das zum Konstruieren des 3D-Objekts 200 verwendet wird, gedruckt und können unter Verwendung eines zweiten separaten Extruders extrudiert werden.
11 ist eine Perspektivansicht eines 3D-Objekts 300 bei einer zweiten Stufe 355 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel (entsprechend den Stufen 155 und 255 von zuvor beschriebenen Ausführungsformen). Das 3D-Objekt 300 wird auf dieselbe Art und Weise wie das 3D-Objekt 100 gedruckt; anstatt, dass das erste Ende 117 der ersten Stützbrücke 116 die erste Anlageschicht 115 im Wandteil 104 kontaktiert, kontaktiert das erste Ende 117 jedoch die Anlageschicht 115 bei einer Oberfläche 302 einer ersten Stützstruktur 301. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Stützstruktur 301 aus demselben Material und/oder unter Verwendung desselben Extruders gedruckt, das bzw. der zum Konstruieren des 3D-Objekts 300 verwendet wird. Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Stützstruktur 301 aus einem anderen Material als dem Material, das zum Konstruieren des 3D-Objekts 300 verwendet wird, gedruckt und kann unter Verwendung eines zweiten separaten Extruders extrudiert werden.
12 ist eine Seitenansicht eines weiteren beispielhaften 3D-Objekts 400, das unter Verwendung eines 3D-Druckprozesses, d. h. mit einem 3D-Drucker (nicht dargestellt), unter Verwendung eines Verfahrens eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gedruckt wird, bei dem anfänglich ein falscher Boden bereitgestellt wird, um eine anderweitig ungestützte Schicht zu stützen, wobei der falsche Boden im Anschluss an das Drucken der ungestützten Schicht entfernt wird. Das 3D-Objekt 400 kann zum Beispiel durch Starten bei einer Basisschicht 401, die auf einer Druckoberfläche 402 gedruckt wird, und Hinzufügen sukzessiver Schichten zu der Basisschicht 401 in eine Richtung 403, bis eine abschließende obere Schicht 404 erreicht wird, gedruckt werden. Das in 12 dargestellte, veranschaulichte beispielhafte 3D-Objekt 400 beinhaltet einen ersten Seitenteil 405, einen zweiten Seitenteil 406 und einen oberen Teil 407. Das 3D-Objekt 400 beinhaltet auch eine horizontale Schicht 408. Die horizontale Schicht 408 weist einen gestützten Teil 409 und einen ungestützten Teil 410 auf. Der gestützte Teil 409 weist eine obere Oberfläche 411 und untere Oberfläche 412 auf. Der ungestützte Teil 410 weist eine obere Oberfläche 413 und ungestützte Oberfläche 414 auf. Bei einem Ausführungsbeispiel identifiziert 3D-Druckersoftware, wie etwa CAD-Software, die horizontale Schicht 408, den gestützten Teil 409, die untere Oberfläche 412 des gestützten Teils 409, die obere Oberfläche 411 des gestützten Teils 409, den ungestützten Teil 410, die obere Oberfläche 413 des ungestützten Teils 410 und die ungestützte Oberfläche 414 des ungestützten Teils 410.
13 bildet eine Seitenansicht des teilweise gedruckten 3D-Objekts 400 bei einer ersten Stufe 450 des 3D-Druckprozesses ab, bei dem der erste Seitenteil 405 und der zweite Seitenteil 406 teilweise gedruckt werden. Bei der ersten Stufe 450 wird die Stützstruktur 415 gedruckt, die Stützsäulen 416, eine Stützüberbrückung 417 und eine Stützoberfläche 418 der Stützüberbrückung 417 beinhaltet. Die Lage der Stützoberfläche 418 wird so ausgewählt, dass sie der ungestützten Oberfläche 414 entspricht, wie in 12 dargestellt. Der erste Seitenteil 405 weist eine obere Oberfläche 419 auf und der zweite Seitenteil 406 weist eine obere Oberfläche 420 auf.
14 bildet eine Seitenansicht des teilweise gedruckten 3D-Objekts 400 bei einer zweiten Stufe 460 des 3D-Druckprozesses ab, bei der eine erste Zwischenschicht 422 auf die obere Oberfläche 419 des ersten Seitenteils 405 und auf die obere Oberfläche 420 des zweiten Seitenteils 406 gedruckt wird. Die erste Zwischenschicht 422 wird nicht auf die Stützoberfläche 418 der Stützüberbrückung 417 gedruckt.
15 bildet eine Seitenansicht des teilweise gedruckten 3D-Objekts 400 bei einer dritten Stufe 470 des 3D-Druckprozesses ab, bei der eine zweite Zwischenschicht 423 auf die erste Zwischenschicht 422 gedruckt wird. Ähnlich zu der zweiten Stufe 460 wird die zweite Zwischenschicht 423 nicht auf die Stützoberfläche 418 der Stützüberbrückung 417 gedruckt. Aufgrund dessen, dass die erste Zwischenschicht 422 und die zweite Zwischenschicht 423 nicht auf die Stützoberfläche 418 der Stützüberbrückung 417 gedruckt werden, wird eine Lücke 424 während des Druckprozesses erzeugt.
16 bildet eine Seitenansicht des teilweise gedruckten 3D-Objekts 400 bei einer vierten Stufe 480 des 3D-Druckprozesses ab, bei der eine horizontale Schicht 408 auf die zweite Zwischenschicht 423 und auf die Stützoberfläche 418 der Stützüberbrückung 417 gedruckt wird. 17 ist eine detaillierte Seitenansicht der horizontalen Schicht 408. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die horizontale Schicht 408 durch einen Extruder des 3D-Druckers (nicht dargestellt) in eine Richtung 425 gedruckt werden.
Wie in 17 dargestellt, entspricht ein Abstand 426 der Dicke des gestützten Teils 409 der horizontalen Schicht 408 in einem Bereich über der zweiten Zwischenschicht 423 (d. h. dem Abstand von der oberen Oberfläche 411 der horizontalen Schicht 408 zu der oberen Oberfläche 427 der zweiten Zwischenschicht 423) und ein Abstand 428 entspricht der Dicke des ungestützten Teils 410 der horizontalen Schicht 408 (d. h. dem Abstand von der oberen Oberfläche 411 der horizontalen Schicht 408 zu der Stützoberfläche 418 der Stützüberbrückung 417). Die Lücke 424 ist auch in 17 veranschaulicht (obwohl die Lücke 424 schon bei der Stufe 480 eingefüllt worden ist).
Bei einem Ausführungsbeispiel, wenn sich der Extruder des 3D-Druckers während der Stufe 480 in die Richtung 425 bewegt, ändert sich der Abstand zwischen dem Extruder und der Oberfläche, auf die das Filament abgeschieden wird, vom Abstand 426 zum Abstand 428, wobei die Differenz zwischen dem Abstand 426 und dem Abstand 428 der Lücke 424 entspricht. Da die Lücke 424 vorhanden ist, muss das Filament, das vom Extruder des 3D-Druckers auf die Stützoberfläche 418 fließt, eine größere Distanz zurücklegen als das Filament, das vom Extruder des 3D-Druckers auf die obere Oberfläche 427 der zweiten Zwischenschicht 423 fließt. Zusätzlich dazu ist der Druck, der durch den Extruder des 3D-Druckers auf das Filament, das auf die Stützoberfläche 418 fließt, ausgeübt wird, geringer als der Druck, der auf das Filament, das auf die zweite Zwischenschicht 423 fließt, ausgeübt wird, da es eine Zunahme in der Fläche zwischen dem Extruder und der Oberfläche, auf die das Filament abgeschieden wird, gibt, wobei das Filament in die zugenommene Fläche fließen kann. Infolge einer Zunahme in der Fließdistanz (d. h. dem Abstand 428) und einer Abnahme im Druck bildet sich der ungestützte Teil 410 der horizontalen Schicht 408, verschmilzt jedoch nicht stark mit der Stützoberfläche 418. Des Weiteren, da der ungestützte Teil 410 der horizontalen Schicht 408 gedruckt wird, nachdem die erste Zwischenschicht 422 und die zweite Zwischenschicht 423 gedruckt werden, würde die Stützoberfläche 418 schon angefangen haben, zu härten (d. h. zu kühlen), während die Zeitschichten 422 und 423 gedruckt wurden, was zusätzlich dazu beiträgt, dass der ungestützte Teil 410 der horizontalen Schicht 408 nicht mit der ungestützten Oberfläche 418 verschmilzt.
18 bildet eine Seitenansicht des teilweise gedruckten 3D-Objekts 400 bei einer fünften Stufe 490 des 3D-Druckprozesses ab, bei der eine vierte Schicht 429 auf die horizontale Schicht 408 gedruckt wird. Bei der Stufe 490 kann der Druckprozess damit fortfahren, sukzessive Filamentschichten hinzuzufügen, bis das 3D-Objekt 400 vollständig ist. Die Stützstruktur 415 liefert eine Stütze für den anderweitig ungestützten Teil 410 während seines Drucks, sodass der ungestützte Teil 410 nicht durchhängt. Aufgrund des Mangels an Verschmelzung zwischen dem ungestützten Teil 410 und der Stützoberfläche 418 kann die Stützstruktur 415 von unterhalb des Teils 410 entfernt werden, ohne die Oberfläche 414 des Teils 410 zu beschädigen. Zusätzlich dazu, da die Säulen 416 die Oberfläche 414 nicht direkt kontaktieren, sondern die Stützüberbrückung 417 stattdessen auf die Säulen 416 gedruckt ist, wobei der Teil 410 auf die Stützüberbrückung 417 gedruckt ist, führt die Ungleichförmigkeit aufgrund der Zwischenräume zwischen den Säulen 416 zu einer unteren Oberfläche der Stützüberbrückung 417, während die Oberfläche 414 des Teils 410 im Wesentlichen glatt ist, da sie auf die relativ glatte Stützoberfläche 418 der Stützüberbrückung 417 gedruckt wird.
Obwohl die oben beschriebene Ausführungsform ein Drucken von zwei Zwischenschichten 422 und 423 zwischen einer Position, die der Stützoberfläche 418 entspricht, und dem Druck der horizontalen Schicht 408 beinhaltete, können bei anderen Beispielen weniger oder mehr Zwischenschichten gedruckt werden, zum Beispiel als eine Funktion eines Abstands der Extruderdüse von der Druckoberfläche und als eine Funktion einer Breite oder eines Durchmessers des Munds der Extruderdüse, aus dem das Filament zu der Druckoberfläche hin ausgestoßen wird. Diesbezüglich, je größer das Verhältnis der Breite oder des Durchmessers des Munds der Düse zu dem Abstand von der Druckoberfläche ist, desto größer ist der auf das Filament in einer typischen Druckschicht ausgeübte Druck und desto größer ist die Anzahl von ausgelassenen Druckschichten, die der Drucker in einem einzigen Durchgang einer Filamentextrusion einzufüllen in der Lage ist.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist auf einen oder mehrere Prozessoren ausgerichtet, die unter Verwendung einer beliebigen herkömmlichen Verarbeitungsschaltung und Einrichtung oder einer Kombination davon implementiert werden können, z. B. einer Zentralverarbeitungseinheit (CPU) eines Personal Computers (PC) oder eines anderen Arbeitsstationsprozessors, um Code auszuführen, der z. B. auf einem nichtflüchtigen computerlesbaren Medium einschließlich einer beliebigen herkömmlichen Speichereinrichtung bereitgestellt ist, um ein beliebiges der hierin beschriebenen Verfahren alleine oder in Kombination durchzuführen. Der eine oder die mehreren Prozessoren können in einem Server oder Benutzerendgerät oder einer Kombination davon umgesetzt sein. Das Benutzerendgerät kann zum Beispiel als ein Desktop, ein Laptop, eine in der Hand gehaltene Einrichtung, ein Personal Digital Assistant (PDA), ein Fernseher-Set-Top-Internet-Gerät, ein Mobiltelefon, ein Smartphone usw. oder als eine Kombination eines oder mehrerer davon umgesetzt sein. Die Speichereinrichtung kann beliebige herkömmliche permanente und/oder temporäre Speicherschaltungen oder eine Kombination davon beinhalten, von denen eine unvollständige Liste Direktzugriffspeicher (RAM), Nurlesespeicher (ROM), Compact Discs (CD), Digital Versatile Disc (DVD) und Magnetband beinhaltet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel führt ein Prozessor zum Beispiel Software aus, die ein Design eines zu druckenden Objekts gemäß einer Eingabespezifikation analysiert, um In-Air-Schichten des Objekts zu identifizieren, die, wenn das Objekt gedruckt wird, einen Teil des Objekts beinhalten würden, der über einer untersten Basisschicht des Objekts liegt, aber nicht durch irgendeine der unteren Schichten gestützt werden würde; der Prozessor hält dann einen Druck des 3D-Objekts automatisch an, wenn die identifizierte Schicht erreicht wird, sodass ein Benutzer eine Stützbrücke über die oberste Schicht, die schon gedruckt worden ist, ausbreiten kann. Wenn der Prozessor dann eine Benutzereingabe empfängt, die z. B. durch einen Benutzer über eine Eingabeeinrichtung, wie etwa eine Tastatur oder eine Soft- oder Hard-Taste, eingegeben wird, dass die Brücke gelegt worden ist, gibt der Prozessor ein Steuersignal aus, um den Drucker anzutreiben, mit dem Bau des 3D-Objekts fortzufahren. Der Prozessor würde für jegliche der Schichten, die als eine In-Air-Oberfläche enthaltend identifiziert werden, wiederholt werden. Gemäß einer Ausführungsform, in der ein Extruder verwendet wird, um die Brücke automatisch aus einem Material zu bauen, das sich von dem unterscheidet, das zum Bauen des 3D-Objekts verwendet wird, gibt der Prozessor Signale zum Anhalten des Druckens des 3D-Objekts aus, wodurch ein zweiter Extruder zum Bauen der Brücke aktiviert wird und anschließend der erste Extruder neu gestartet wird, um damit fortzufahren, das 3D-Objekt zu bauen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel, bei dem Stützstrukturen für die Stützbrücke verwendet werden, gibt der Prozessor bei einem Ausführungsbeispiel Signale zum Konstruieren der Stützstrukturen und dann zum Bauen der Stützbrücke oder zum Anhalten des Druckens, sodass ein Benutzer die Stützbrücke manuell ausbreiten kann, wie oben beschrieben, aus.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist auf ein oder mehrere nichtflüchtige computerlesbare Medien ausgerichtet, z. B. wie oben beschrieben, auf denen Anweisungen gespeichert sind, die durch einen Prozessor ausführbar sind und die, wenn die durch den Prozessor ausgeführt werden, die verschiedenen hierin beschriebenen Verfahren jeweils alleine oder in Kombination oder Unterschritte davon in Isolation oder in anderen Kombinationen durchführen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren, z. B. einer Hardwarekomponente oder Maschine, zum Übertragen von durch einen Prozessor ausführbaren Anweisungen ausgerichtet, um die verschiedenen hierin beschriebenen Verfahren jeweils alleine oder in Kombination oder Unterschritte davon in Isolation oder in anderen Kombinationen durchzuführen.
Es ist beabsichtigt, dass die obige Beschreibung veranschaulichend und nicht beschränkend ist. Es versteht sich anhand der vorhergegangenen Beschreibung für einen Fachmann, dass die vorliegende Erfindung in vielfältigen Formen implementiert werden kann und dass die verschiedenen Ausführungsformen allein oder in Kombination implementiert werden können. Daher sollte, obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit speziellen Beispielen davon beschrieben worden sind, der wahre Schutzumfang der Ausführungsformen und/oder Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht so beschränkt werden, da andere Modifikationen einem Fachmann bei einer Studie der Zeichnungen, Spezifikation und der folgenden Ansprüche ersichtlich werden.

Claims

Stützbrücke zum Stützen einer In-Air-Oberfläche eines dreidimensionalen (3D) Objekts während eines Druckprozesses, wobei die Stützbrücke Folgendes umfasst: ein erstes Ende, das eine erste Oberfläche des 3D-Objekts in einer ersten Anlageschicht kontaktiert, wobei sich das erste Ende in einer Zwischenschicht des 3D-Objekts befindet; ein zweites Ende, das eine zweite Oberfläche des 3D-Objekts in der ersten Anlageschicht kontaktiert, wobei sich das zweite Ende in der Zwischenschicht befindet; und eine horizontale Überbrückung, die zumindest teilweise in der Luft zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende überbrückt und so strukturiert ist, dass sie die In-Air-Oberfläche des 3D-Objekts stützt.
Stützbrücke nach Anspruch 1, wobei die Stützbrücke durch einen 3D-Drucker konstruiert wird und die Stützbrücke und das 3D-Objekt aus unterschiedlichen Druckmaterialien bestehen, die jeweils durch einen jeweiligen anderen Extruder des 3D-Druckers extrudiert werden.
Stützbrücke nach Anspruch 1, wobei die In-Air-Oberfläche des 3D-Objekts direkt auf die Stützbrücke gedruckt wird.
Stützbrücke nach Anspruch 1, wobei die Stützbrücke aus einem Elastomermaterial besteht.
Stützbrücke nach Anspruch 4, wobei sich das erste Ende horizontal weg von dem zweiten Ende und an einer Außenkante der ersten Oberfläche der Anlageschicht vorbei erstreckt und sich das zweite Ende horizontal weg von dem ersten Ende und an einer Außenkante der zweiten Oberfläche der Anlageschicht vorbei erstreckt.
Stützbrücke nach Anspruch 5, wobei die Stützbrücke derart strukturiert und angeordnet ist, dass, sobald der Druckprozess beendet ist, eine erste Kraft an dem ersten Ende der Stützbrücke ausgeübt werden kann und eine zweite Kraft an dem zweiten Ende der Stützbrücke in eine entgegengesetzte Richtung zu einer Richtung der ersten Kraft ausgeübt werden kann, was bewirkt, dass die Stützbrücke von der ersten und zweiten Oberfläche der Anlageschicht und von der In-Air-Oberfläche abgetrennt wird.
Stützbrücke zum Stützen einer In-Air-Oberfläche eines dreidimensionalen (3D) Objekts während eines Druckprozesses, wobei die Stützbrücke Folgendes umfasst: ein erstes Ende, das eine erste Oberfläche in einer ersten Anlageschicht des 3D-Objekts kontaktiert, wobei sich das erste Ende in einer Zwischenschicht des 3D-Objekts befindet; ein zweites Ende, das eine zweite Oberfläche in der ersten Anlageschicht des 3D-Objekts kontaktiert, wobei sich das zweite Ende in der Zwischenschicht befindet; und eine horizontale Überbrückung, die zumindest teilweise in der Luft zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende überbrückt und so strukturiert ist, dass sie die In-Air-Oberfläche des 3D-Objekts stützt; wobei jede der ersten Oberflächen eine jeweilige Oberfläche des 3D-Objekts oder eine jeweilige Oberfläche einer Stützstruktur ist.
Stützbrücke nach Anspruch 7, wobei die erste Oberfläche zu dem 3D-Objekt gehört und die zweite Oberfläche zu einer ersten Stützstruktur gehört.
Stützbrücke nach Anspruch 8, wobei das 3D-Objekt mit einem Druckmaterial unter Verwendung eines ersten Extruders eines 3D-Druckers gedruckt wird und die erste Stützstruktur und/oder die Stützbrücke mit einem Stützmaterial unter Verwendung eines zweiten Extruders des 3D-Druckers konstruiert wird bzw. werden.
Stützbrücke nach Anspruch 7, wobei die erste Oberfläche zu einer ersten Stützstruktur gehört und die zweite Oberfläche zu einer zweiten Stützstruktur gehört.
Stützbrücke nach Anspruch 10, wobei die erste und zweite Stützstruktur nicht das 3D-Objekt kontaktieren.
Verfahren zum Drucken einer Stützbrücke zum Stützen einer In-Air-Oberfläche eines dreidimensionalen (3D) Objekts während eines Druckprozesses, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Identifizieren, durch einen Verarbeitungsschaltkreis, einer Anlageschicht, einer Zwischenschicht, einer ungestützten Schicht und einer ungestützten Oberfläche; wobei der Verarbeitungsschaltkreis ein Drucken des 3D-Objekts zur Konstruktion der Stützbrücke pausiert oder die Konstruktion der Stützbrücke antreibt, wobei die Stützbrücke Folgendes beinhaltet: ein erstes Ende, das sich in der Zwischenschicht befindet und eine erste Oberfläche der Anlageschicht in dem 3D-Objekt kontaktiert; ein zweites Ende, das sich in der Zwischenschicht befindet und eine zweite Oberfläche der Anlageschicht in dem 3D-Objekt kontaktiert; und eine horizontale Überbrückung, die zwischen dem ersten und zweiten Ende überbrückt; und Ausgeben, durch den Verarbeitungsschaltkreis, eines Signals, das einen Drucker antreibt, die In-Air-Schicht auf die Stützbrücke zu drucken, wobei sich die In-Air-Oberfläche in der ungestützten Schicht befindet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste und zweite Oberfläche Oberflächen des 3D-Objekts sind.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Stützbrücke durch einen 3D-Drucker konstruiert wird, der durch den Verarbeitungsschaltkreis angetrieben wird, und aus einem Stützmaterial besteht, das durch einen ersten Extruder extrudiert wird, wobei sich das Stützmaterial von einem Druckmaterial unterscheidet, das durch einen zweiten Extruder des 3D-Druckers zum Drucken des 3D-Objekts extrudiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Stützbrücke aus einem Elastomermaterial besteht.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei sich das erste Ende horizontal weg von dem zweiten Ende und an einer Außenkante der ersten Oberfläche der Anlageschicht vorbei erstreckt und sich das zweite Ende horizontal weg von dem ersten Ende und an einer Außenkante der zweiten Oberfläche der Anlageschicht vorbei erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend, in Anschluss an die Beendigung des Druckprozesses: Ausüben einer ersten Kraft an dem ersten Ende der Stützbrücke; und Ausüben einer zweiten Kraft an dem zweiten Ende der Stützbrücke, wobei die erste und zweite Kraft in entgegengesetzte Richtungen wirken und bewirken, dass die Stützbrücke von der ersten und zweiten Oberfläche und von der In-Air-Oberfläche abgetrennt wird.
Dreidimensionales Drucksystem zum Drucken von 3D-Objekten, wobei das System Folgendes umfasst: einen Verarbeitungsschaltkreis, wobei der Verarbeitungsschaltkreis dazu ausgelegt ist, eine Anlageschicht, eine Zwischenschicht, eine ungestützte Schicht und eine In-Air-Oberfläche zu identifizieren; eine Extruderanordnung, wobei die Extruderanordnung, unter Steuerung des Verarbeitungsschaltkreises, ausgelegt ist zum: Drucken einer Schicht des 3D-Objekts durch Extrudieren von Material in die mindestens eine Anlageschicht; und Drucken, durch Materialextrusion, einer Stützbrücke, die Folgendes beinhaltet: ein erstes Ende, das eine erste Oberfläche der Anlageschicht kontaktiert, wobei sich das erste Ende in der Zwischenschicht befindet; ein zweites Ende, das eine zweite Oberfläche der Anlageschicht kontaktiert, wobei sich das zweite Ende in der Zwischenschicht befindet; und eine horizontale Überbrückung, die zwischen dem ersten und zweiten Ende überbrückt; und Drucken der In-Air-Oberfläche auf die Stützbrücke in der ungestützten Schicht.
System nach Anspruch 18, wobei die erste und/oder zweite Oberfläche Teil des 3D-Objekts ist.
Verfahren zum Drucken eines dreidimensionalen (3D) Objekts, das eine ungestützte Oberfläche beinhaltet, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Identifizieren, durch einen Verarbeitungsschaltkreis, einer Anlageschicht, einer Zwischenschicht, einer ungestützten Schicht und einer ungestützten Oberfläche; wobei der Verarbeitungsschaltkreis ein Drucken des 3D-Objekts zur Konstruktion der Stützbrücke pausiert oder die Konstruktion der Stützbrücke antreibt, wobei die Stützbrücke Folgendes beinhaltet: ein erstes Ende, das sich in der Zwischenschicht befindet und eine erste Oberfläche der Anlageschicht in dem 3D-Objekt kontaktiert; ein zweites Ende, das sich in der Zwischenschicht befindet und eine zweite Oberfläche der Anlageschicht in dem 3D-Objekt kontaktiert; und eine horizontale Überbrückung, die zwischen dem ersten und zweiten Ende überbrückt; und Ausgeben, durch den Verarbeitungsschaltkreis, eines Signals, das einen Drucker antreibt, die In-Air-Schicht auf die Stützbrücke zu drucken, wobei sich die In-Air-Oberfläche in der ungestützten Schicht befindet.
Verfahren zum Drucken eines dreidimensionalen (3D) Objekts, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Drucken einer oder mehrerer Schichten des 3D-Objekts, wobei eine Stützstruktur angrenzend an die eine oder die mehreren Schichten des 3D-Objekts bereitgestellt wird, wobei die Stützstruktur eine obere Stützoberfläche beinhaltet, die ungefähr eben mit einer Oberseite der einen oder der mehreren Schichten des 3D-Objekts ist; Drucken einer oder mehrerer Zwischenschichten des 3D-Objekts auf die eine oder die mehreren Schichten des 3D-Objekts, wodurch ein abgestuftes Profil durch eine Höhendifferenz zwischen dem 3D-Objekt einschließlich der einen oder den mehreren Zwischenschichten und der oberen Stützoberfläche der Stützstruktur, auf die die eine oder die mehreren Zwischenschichten nicht gedruckt werden, gebildet wird; und Drucken einer horizontalen Schicht des 3D-Objekts durch Abscheiden eines Filaments auf eine obere Oberfläche der einen oder der mehreren Zwischenschichten und auf die obere Stützoberfläche der Stützstruktur, sodass sich die horizontale Schicht quer von auf der oberen Oberfläche der einen oder der mehreren Zwischenschichten zu einer Position auf der oberen Stützoberfläche der Stützstruktur erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das abgestufte Profil einem vertikalen Abstand zwischen der oberen Oberfläche der einen oder der mehreren Zwischenschichten und der oberen Stützoberfläche der Stützstruktur entspricht.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei mindestens zwei Zwischenschichten gedruckt werden.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Stützstruktur das 3D-Objekt nur an einer unteren Oberfläche der horizontalen Schicht kontaktiert.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die obere Stützoberfläche einer unteren Oberfläche der horizontalen Schicht entspricht.