DE112018002616T5

DE112018002616T5 - 3d-drucker-düsenspalteinstellung durch kraftrückkopplung

Info

Publication number: DE112018002616T5
Application number: DE112018002616.7T
Authority: DE
Inventors: Gregory A. Herman
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2018-07-16
Publication date: 2020-05-20
Also published as: CN110891769A; US20190030818A1; GB2578068A; GB202000342D0; US10807310B2; WO2019020413A1

Abstract

Ein System und ein Verfahren zum Steuern eines 3D-Druckers beinhaltet einen Prozessor zum Erhalten von einem Sensor jeweiliger Sensorwerte für jede von mehreren Distanzen zwischen einer Düse des 3D-Druckers und einer Aufbauplatte des 3D-Druckers, wobei die Sensorwerte jeweils ein Charakteristikum von Filamentdeponierung von der Düse und auf die Aufbauplatte bei den jeweiligen Distanzen, denen die Sensorwerte entsprechen, charakterisieren; Identifizieren auf der Grundlage der erhaltenen Sensorwerte, eines Maximal- und/oder Minimalwerts des Charakteristikums; und Einstellen auf der Grundlage des identifizierten Maximums und/oder Minimums, eines Anfangsspalts zwischen der Düse und der Aufbauplatte, bei dem eine erste Schicht eines zu synthetisierenden Objekts deponiert werden soll.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Einstellen eines Spalts zwischen einer Aufbauoberfläche und einer Düse eines dreidimensionalen(3D)-Druckers für eine Anfangsdruckschicht.
HINTERGRUND
3D-Drucken, oder additive Herstellung, ist ein Prozess des Erstellens dreidimensionaler massiver Objekte, beispielsweise auf der Grundlage von Blaupausen, die durch Digitaldateien bereitgestellt werden, und/oder durch Scannen eines durch den 3D-Drucker zu kopierenden massiven Objekts. Die Synthese des gewünschten 3D-Massivobjekts wird durch strategisches sukzessives Schichten eines additiven Materials in einem Muster auf einer Aufbauoberfläche einer Plattform eines 3D-Druckers, bis das gesamte Objekt geschaffen ist, erzielt. Die Synthese des 3D-Objekts kann beispielsweise durch die Digitaldateien, die die Spezifikationen bereitstellen, die beschreiben, wie die Schichtmuster zu erschaffen sind, und die zum Erzeugen des Objekts verwendeten Materialien angetrieben werden.
3D-Drucker sind im Allgemeinen gegenüber äußeren Einflüssen durch einen Aufbaukäfig geschützt, und innerhalb des Aufbaukäfigs beinhaltet der 3D-Drucker eine Aufbauplattform mit der Aufbauoberfläche, auf welcher der Syntheseprozess ausgeführt wird. Vor dem Aufbauen (Drucken) eines 3D-Objekts auf der Aufbauplattform sollte die Aufbauplattform ins Wasser gestellt werden. Zu diesem Zweck kann die Aufbauplattform einen Plattformrahmen auf Beinen, z. B. zwei Vorderbeine und ein mittiges Hinterbein, und eine Plattformplatte auf dem Plattformrahmen, mit Federn, beispielsweise an Positionen, die jedem der zwei Vorderbeine entsprechen, die die Plattformplatte von dem Plattformrahmen weg nach oben vorspannen, allerdings unabhängig zusammendrückbar sind, aufweisen, um die Plattformplatte an den zwei Vorderbeinen näher an den Plattformrahmen nach unten zu bewegen bis die Aufbauplattform als im Wasser stehend bestimmt wird, wobei dann die Position der Plattformplatte relativ zu dem Plattformrahmen festgelegt werden kann.
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.
Die als „Tinte“ des 3D-Druckers zum Erzeugen des 3D-Objekts verwendeten Materialien können beispielsweise Filamente aus beliebigen der Folgenden beinhalten: Pulvermaterial, Polymermaterial, Thermoplaste, eutektische Metalle, essbare Materialien, Gummis, Modellierlehm, Plastilin, Metalllehm, keramische Materialien, Metalllegierungen, Papier, aus Keramik und metallischen Materialien zusammengesetzte Verbundmaterialien („Cermet“), Metallmatrixverbunde, Keramikmatrixverbunde, Photopolymere, Gips, Edelstahl, Aluminium, Kunststofffilm und Metallfolie. Das Filament wird im Druckkopf erhitzt, durch eine Düse extrudiert und auf einer Aufbauoberfläche der Aufbauplattform deponiert, wie beispielsweise in der US-Patentanmeldung mit der Nummer 15/195,456, eingereicht am 28. Juni 2016, und in der US-Patentanmeldung mit der Nummer 15/371,018, eingereicht am 6. Dezember 2016, beschrieben ist, deren jeweiliger Inhalt hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird.
Die Düse wird anfangs in einer Anfangsdistanz in der z-Richtung (z-Distanz) von der Aufbauoberfläche positioniert, d. h. mit einem Anfangsspalt (Anfangs-z-Spalt), um eine erste Schicht des zu synthetisierenden Objekts durch Filamentextrusion durch die Düse zu deponieren, während die Düse in der x-y-Ebene verlagert wird. Nachdem jede Schicht deponiert wurde, wird die z-Distanz zwischen der Düse und der Aufbauoberfläche dort, wo eine weitere Schicht deponiert werden soll, um einen voreingestellten Betrag erhöht, indem die Düse in der z-Richtung aufwärts verlagert wird oder indem die Aufbauoberfläche in der z-Richtung abwärts verlagert wird, und die nächste Schicht wird dann auf einer zuvor deponierten Schicht deponiert.
Viele 3D-Drucker stellen den Anfangs-z-Spalt zwischen der Düse und der Aufbauoberfläche unter Verwendung eines Sondensensors ein, um Vorhandensein und Position der Aufbauoberfläche zu erfassen und dann die Aufbauoberfläche oder die Düse zu verlagern, um den Anfangs-z-Spalt auf eine vordefinierte Einstellung zu ändern.
KURZDARSTELLUNG
Der Anfangs-z-Spalt, der üblicherweise ungefähr 0,2-0,3 mm ist, bei dem die erste Schicht eines zu synthetisierenden Objekts auf der Druckoberfläche deponiert wird, ist bei FFF-Herstellung kritisch. Wenn der Anfangs-z-Spalt breiter als 0,3 mm ist, haftet die Anfangsbasisdeponieschicht möglicherweise nicht adäquat an der Aufbauoberfläche, was zu einem fehlerhaften Druck führt. Falls der Anfangs-z-Spalt andererseits kleiner als 0,2 mm ist, kann das synthetisierte Objekt aufgrund dessen, dass das geschmolzene die Düse verlassende Filament ausschmatzt, wenn es auf der Aufbauoberfläche abgelegt wird, deformiert werden, das gedruckte Objekt kann zu stark an der Aufbauoberfläche anhaften, was zu möglicher Beschädigung des Objekts führt, wenn es von der Aufbauoberfläche entfernt wird, die Düse kann durch das Filament verstopft werden, was zu Beschädigung am Drucker und/oder zu einem verunstalteten synthetisierten Objekt führen kann, das Filament kann für das Extrudieren zum Aufbauen der ersten Schicht des Objekts blockiert sein usw.
Prozesse, die den z-Spalt unter Verwendung eines Sondensensors auf einen voreingestellten Wert einstellen, z. B. zwischen 0,2-0,3 mm, sind hinsichtlich Kalibrierung der beim Erfassen von Messungen involvierten Komponenten und hinsichtlich der Genauigkeit der Messungen fehleranfällig.
Das Folgende ist eine Kurzdarstellung gewisser unten ausführlich beschriebener Ausführungsformen. Die beschriebenen Aspekte sind lediglich präsentiert, um dem Leser eine kurze Darstellung dieser gewissen Ausführungsformen zu geben und die Beschreibung dieser Aspekte soll den Schutzumfang dieser Offenbarung nicht beschränken. Tatsächlich kann diese Offenbarung eine Vielfalt von Aspekten einschließen, die unten möglicherweise nicht explizit dargelegt werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen ein System und ein Verfahren bereit, das Rückkopplung hinsichtlich einer erfassten Kraft, die durch die Filamentdeponierung auf der Aufbauoberfläche erzeugt wird, verwendet, um den Anfangs-z-Spalt einzustellen. In dieser Hinsicht ist die durch die Filamentdeponierung auf der Aufbauoberfläche erzeugte Kraft aufgrund der Begrenzung der Größe des Raums, in welchem sich das deponierte geschmolzene Filament ausbreiten kann, umso größer, je kleiner der Anfangs-z-Spalt ist.
In einem Ausführungsbeispiel erhalten das System und das Verfahren einen Wert der geringsten von der Filamentdeponierung auf der Aufbauoberfläche erzeugten Kraft, die einer äußerst unbehinderten Deponierung bei einem großen Anfangs-z-Spalt entspricht, und verwenden Rückkopplung von einem Sensor zum Identifizieren einer maximalen erfassten Kraft, die sich aus der Filamentdeponierung auf die Aufbauoberfläche ergibt, entsprechend dem kleinsten Anfangs-z-Spalt. Das System und das Verfahren stellen dann den Anfangs-z-Spalt auf der Grundlage der identifizierten maximalen erfassten Kraft ein. In einem Ausführungsbeispiel wird der erhaltene Wert der geringsten von der Filamentdeponierung erzeugten Kraft auch zum Einstellen des Anfangs-z-Spalts verwendet.
In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet das Einstellen des Anfangs-z-Spalts auf der Grundlage der identifizierten maximalen erfassten Kraft Einstellen des Anfangs-z-Spalts auf einen Wert, bei dem eine durch die Filamentdeponierung erzeugte Kraft ein vorbestimmter Prozentsatz zwischen dem erhaltenen Wert der geringsten erzeugten Kraft und der identifizierten maximalen erfassten Kraft ist.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel beinhaltet das Einstellen des Anfangs-z-Spalts auf der Grundlage der identifizierten maximalen erfassten Kraft Vergrößern des Anfangs-z-Spalts um einen vordefinierten Betrag, z. B. 0,2 mm, von einer Position, an welcher die maximale erfasste Kraft erfasst wurde.
In einem Ausführungsbeispiel produziert ein Sensor Signale, die der durch die Filamentdeponierung erzeugten Kraft entsprechen, wenn die Düse ein Filament deponiert, während sie in der x-y-Ebene an jedem von mehreren z-Spalten verlagert wird, die durch Einstellen der z-Position der Düse oder der Aufbauplatte, deren obere Oberfläche die Aufbauoberfläche ist, eingestellt wird. Die verschiedenen den unterschiedlichen z-Spalten entsprechenden Ausgangssignale werden verarbeitet, um die maximale erfasste Kraft zu identifizieren.
In einem Ausführungsbeispiel erfasst der Sensor eine Leistungsmenge, die zum Antreiben eines Motors benötigt wird, um das Filament um eine vordefinierte Distanz durch ein zur Düse führendes Verbindungsrohr zu verlagern, wobei die erfasste Menge an benötigter Leistung einer Stärke einer elektromotorischen Gegenkraft (Gegen-EMK) entspricht, die die elektromotorische Kraft ist, die gegen den den Motor antreibenden Strom drängt. Beispielsweise beinhaltet ein Treiber, der eine den Motor bestromende Leistungsquelle steuert, einen Sensor, der erfasst, dass sich der Motor nicht ausreichend bewegt, um das Filament um die vorbestimmte Distanz zu bewegen, der den Betrag bestimmt, um den die Leistung angehoben werden muss, um den Motor ausreichend zu bewegen, und der die Leistungsquelle ansteuert, den bestimmten Leistungsbetrag zu liefern, der der durch die Filamentdeponierung erzeugten Kraft entspricht.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel erfasst ein Sensor eine Winkelverschiebung eines von dem Motor unter dem Einfluss eines voreingestellten Antriebsleistungsbetrags angetriebenen Antriebszahnrads, wobei je kleiner die Winkelbewegung bei dem voreingestellten Betrag von Antriebsleistung ist, z. B. pro Zeiteinheit, umso größer die durch die Filamentdeponierung erzeugte Kraft ist.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel erfasst ein Sensor eine Winkelverschiebung eines Losrads, das sich dreht, wenn sich das Filament unter dem Einfluss des Antriebszahnrads, das wiederum durch den Motor unter dem Einfluss eines voreingestellten Betrags von Antriebsleistung angetrieben wird, linear durch das Verbindungsrohr voran bewegt, wobei je kleiner die Winkelbewegung bei dem voreingestellten Betrag von Antriebsleistung ist, z. B. pro Zeiteinheit, umso größer die durch die Filamentdeponierung erzeugte Kraft ist.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel erfasst ein Sensor eine Linearverschiebung des Filaments, wenn sich das Filament unter dem Einfluss des Antriebszahnrads, das wiederum durch den Motor unter dem Einfluss eines voreingestellten Betrags von Antriebsleistung angetrieben wird, linear durch das Verbindungsrohr voran bewegt, wobei je kleiner die Linearbewegung bei dem voreingestellten Betrag von Antriebsleistung ist, z. B. pro Zeiteinheit, umso größer die durch die Filamentdeponierung erzeugte Kraft ist.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel erfasst ein Drucksensor einen während der Filamentdeponierung auf die Aufbauplatte ausgeübten Druck, der von der durch die Filamentdeponierung erzeugten Kraft abhängt und daher dem Anfangs-z-Spalt entspricht.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel erfasst ein Drucksensor einen während der Filamentdeponierung auf die Düse ausgeübten Druck, der von der durch die Filamentdeponierung erzeugten Kraft abhängt und daher dem Anfangs-z-Spalt entspricht.
Es sei angemerkt, dass es in den Ausführungsformen, in denen Winkelverschiebungs-, Linearverschiebungs- oder Drucksensoren verwendet werden, nicht notwendig ist, die Sensorausgangssignale von Winkelverschiebungs-, Linearverschiebungs- oder Drucksensorwerten zum Einstellen des Anfangs-z-Spalts in Kraftwerte umzuwandeln, sondern stattdessen können diese Sensorwerte direkt zum Einstellen des Anfangs-z-Spalts auf dieselbe Weise verwendet werden, wie in den Ausführungsformen beschrieben wurde, in welchen der Anfangs-z-Spalt auf der Grundlage von Kraftwerten eingestellt wird. Es sei ferner angemerkt, dass, gemäß der Ausführungsform, in welcher der Anfangs-z-Spalt um einen vordefinierten Betrag von der Position, an welcher eine Außengrenze des erfassten Charakteristikums erfasst wurde, vergrößert wurde, wobei anstelle von Kraft eine Verschiebung verwendet wird, die Außengrenze des erfassten Charakteristikums eher der minimale Sensorwert als der maximale Sensorwert ist, d. h. die Vergrößerung ist von einem vordefinierten Betrag von der Position, an welcher die minimale erfasste Verschiebung erfasst wurde. Dem ist so, da die Kraft und die Verschiebung invers zusammenhängen, d. h. je größer die Kraft, umso kleiner die Verschiebung.
In einem Ausführungsbeispiel wird das Erhalten des Werts der geringsten erzeugten Kraft durch das System und das Verfahren unter Verwendung von Rückkopplung von dem Sensor durchgeführt, um den Wert der geringsten erzeugten Kraft zu identifizieren. Insbesondere stellen das System und das Verfahren in einem Ausführungsbeispiel die Düse oder die Aufbauplatte auf eine vordefinierte z-Position ein, bei welcher der z-Spalt zwischen der Düse und der Aufbauplatte sehr groß ist und das System und das Verfahren erhalten einen Kraftsensorwert (oder ein Äquivalent) für den z-Spalt als einen Grundlinienkraftwert.
Das System und das Verfahren verringern dann inkrementell den z-Spalt um einen vordefinierten Betrag und erhalten eine neue Sensorauslesung bei jedem der z-Spalte, bis detektiert wird, dass der maximale Kraftsensorwert (oder ein äquivalenter Sensorwert) erreicht wurde. Beispielsweise detektieren das System und das Verfahren in einem Ausführungsbeispiel, dass der maximale Kraftsensorwert erreicht wurde, wenn, nachdem bestimmt wurde, dass sich Sensorwerte für Änderungen von z-Spalten änderten, dann bestimmt wird, dass sich die Sensorwerte zwischen aufeinanderfolgenden z-Spalteinstellungen, an welchen Sensorwerte erhalten wurden, nicht geändert haben oder sich nicht um mindestens einen Schwellenbetrag geändert haben. Alternativ detektieren das System und das Verfahren in einem Ausführungsbeispiel, dass der maximale Kraftsensorwert erreicht wurde, wenn es eine große Spitze bei der Änderung der Sensorwerte zwischen aufeinanderfolgenden z-Spalteinstellungen gibt. Beispielsweise erwartet man, dass es eine große Spitze zwischen dem bei dem z-Spalt, bei welchem eine maximale Kraft erzeugt wird, erhaltenen Wert und dem bei dem unmittelbar vorangehend eingestellten z-Spalt erhaltenen Wert gibt, und man erwartet, dass, sobald der z-Spalt, bei welchem eine maximale Kraft erzeugt wird, erreicht wird, die danach erhaltenen Werte den Schwellenbetrag zwischen aufeinanderfolgenden Sensorauslesungen nicht ändern würden.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft eine 3D-Druckeranordnung, die einen 3D-Drucker, einen Sensor und Verarbeitungsschaltungen beinhaltet, wobei die Verarbeitungsschaltungen ausgelegt sind zum Erhalten von dem Sensor von Signalen, die Kraftauslesungen entsprechen (oder einer äquivalenten Messung), verursacht durch das Deponieren von Filamenten durch den 3D-Drucker auf einer Aufbauoberfläche einer Aufbauplatte des 3D-Druckers bei verschiedenen z-Spalten, Identifizieren eines maximalen Kraftsignals der erhaltenen Kraftsignale, Auswählen eines z-Spalts, der als ein Anfangs-z-Spalt für eine erste Schicht eines Drucks eines Objekts verwendet wird, und Steuern einer Komponente des 3D-Druckers zum Verlagern zu einer Position, an welcher der ausgewählte z-Spalt eingestellt würde.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegende Erfindung betrifft Verarbeitungsschaltungen, die ausgelegt sind zum Erhalten von einem Sensor von Signalen, die Kraftauslesungen entsprechen (oder einer äquivalenten Messung), verursacht durch das Deponieren von Filamenten durch den 3D-Drucker auf einer Aufbauoberfläche einer Aufbauplatte des 3D-Druckers bei verschiedenen z-Spalten, Identifizieren eines maximalen Kraftsignals der erhaltenen Kraftsignale, Auswählen eines z-Spalts, der als ein Anfangs-z-Spalt für eine erste Schicht eines Drucks eines Objekts verwendet wird, und Ausgeben eines Steuersignals zum Steuern einer Komponente des 3D-Druckers zum Verlagern zu einer Position, an welcher der ausgewählte z-Spalt eingestellt würde.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein nichttransitorisches computerlesbares Medium, auf welchem Anweisungen gespeichert sind, die durch einen Prozessor ausführbar sind und die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen zum Durchführen eines Verfahrens, das Folgendes beinhaltet: Erhalten von einem Sensor von Signalen, die Kraftauslesungen entsprechen (oder einer äquivalenten Messung), verursacht durch das Deponieren von Filamenten durch den 3D-Drucker auf einer Aufbauoberfläche einer Aufbauplatte des 3D-Druckers bei verschiedenen z-Spalten, Identifizieren eines maximalen Kraftsignals der erhaltenen Kraftsignale, Auswählen eines z-Spalts, der als ein Anfangs-z-Spalt für eine erste Schicht eines Drucks eines Objekts verwendet wird, und Ausgeben eines Steuersignals zum Steuern einer Komponente des 3D-Druckers zum Verlagern zu einer Position, an welcher der ausgewählte z-Spalt eingestellt würde.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein von einem Prozessor durchgeführtes Verfahren, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Erhalten von einem Sensor von Signalen, die Kraftauslesungen entsprechen (oder einer äquivalenten Messung), verursacht durch das Deponieren von Filamenten durch den 3D-Drucker auf einer Aufbauoberfläche einer Aufbauplatte des 3D-Druckers bei verschiedenen z-Spalten, Identifizieren eines maximalen Kraftsignals der erhaltenen Kraftsignale, Auswählen eines z-Spalts, der als ein Anfangs-z-Spalt für eine erste Schicht eines Drucks eines Objekts verwendet wird, und Ausgeben eines Steuersignals zum Steuern einer Komponente des 3D-Druckers zum Verlagern zu einer Position, an welcher der ausgewählte z-Spalt eingestellt würde.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern eines dreidimensionalen(3D)-Druckers Folgendes: Erhalten, durch einen Prozessor und von einem Sensor, jeweiliger Sensorwerte für jede von mehreren Distanzen, oder z-Spalten, zwischen einer Düse des 3D-Druckers und einer Aufbauplatte des 3D-Druckers, wobei die Sensorwerte jeweils ein Charakteristikum von Filamentdeponierung von der Düse und auf die Aufbauplatte bei den jeweiligen Distanzen, denen die Sensorwerte entsprechen, charakterisieren; Identifizieren, durch den Prozessor und auf der Grundlage der erhaltenen Sensorwerte, eines Maximal- und/oder Minimalwerts des Charakteristikums; und Einstellen, durch den Prozessor und auf der Grundlage des identifizierten Maximal- und/oder Minimalwerts, eines Anfangsspalts zwischen der Düse und der Aufbauplatte, bei dem eine erste Schicht eines zu synthetisierenden Objekts deponiert werden soll.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Charakteristikum eine durch das Deponieren erzeugte Kraft. In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet das Einstellen Einstellen des Anfangsspalts auf einen, in dem die durch die Filamentdeponierung erzeugte Kraft ein vordefinierter Prozentsatz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert ist. In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet das Einstellen Einstellen des Anfangsspalts derart, dass er um einen vorbestimmten Betrag kleiner als der Spalt ist, bei dem der Maximalwert auftritt. In einem Ausführungsbeispiel ist die Kraft eine elektromotorische Gegenkraft (Gegen-EMK) gegen einen Motor, der ein Filament während der Deponierung durch die Düse treibt. In einem Ausführungsbeispiel ist die Kraft eine gegen die Aufbauplatte eingebrachte Kraft. In einem Ausführungsbeispiel ist die Kraft eine gegen die Düse eingebrachte Kraft.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Charakteristikum ein durch das Deponieren erzeugter Druck. In einem Ausführungsbeispiel ist der Druck ein gegen die Aufbauplatte und/oder die Düse eingebrachter Druck.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Charakteristikum eine Verschiebung einer Komponente des oder innerhalb des 3D-Druckers während der Deponierung. In einem Ausführungsbeispiel ist die Verschiebung eine Winkelverschiebung einer Komponente des 3D-Druckers während der Deponierung. In einem Ausführungsbeispiel ist die Winkelverschiebung eine von einem Zahnrad, das sich dreht, um das Filament linear zu verschieben, um das Filament durch die Düse auszutreiben. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Winkelverschiebung eine von einem Losrad, das sich dreht, wenn das Filament linear verschoben wird, um das Filament durch die Düse auszutreiben. In einem Ausführungsbeispiel ist die Verschiebung eine Linearverschiebung, die in dem 3D-Drucker während der Deponierung auftritt. In einem Ausführungsbeispiel ist die Linearverschiebung eine des Filaments. In einem Ausführungsbeispiel basiert das Einstellen des Anfangsspalts auf dem Minimalwert und beinhaltet Auswählen einer Vertikalposition der Düse oder der Aufbauplatte, die eine vordefinierte Distanz von der Vertikalposition der Düse oder der Aufbauplatte ist, bei welcher die Distanz, der der Minimalwert entspricht, hergestellt wird.
In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet das Erhalten der Sensorwerte Folgendes: Einstellen des Spalts auf einen anfangs großen Wert und iteratives stufenweises Verringern des Spalts um einen vordefinierten Betrag, z. B. 0,1 mm; Steuern des 3D-Druckers zum Deponieren eines Filaments in jeder Iteration; und Empfangen, von dem Sensor, eines jeweiligen Sensorwerts in jeder Iteration, zum Charakterisieren der Deponierung während der jeweiligen Iteration. In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet das Identifizieren das Bestimmen, dass die von zwei oder mehr unmittelbar benachbarten der Iterationen erhaltenen Sensorwerte im Wesentlichen dieselben sind, nachdem sie sich zwischen vorherigen der Iterationen geändert haben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein System Folgendes: einen 3D-Drucker, der eine Düse und eine Aufbauplatte beinhaltet; einen Sensor; und Verarbeitungsschaltungen, die kommunizierend mit dem Sensor gekoppelt sind, wobei die Verarbeitungsschaltungen ausgelegt sind zum: Erhalten, von dem Sensor, jeweiliger Sensorwerte für jede von mehreren Distanzen zwischen einer Düse des 3D-Druckers und einer Aufbauplatte des 3D-Druckers, wobei die Sensorwerte jeweils ein Charakteristikum von Filamentdeponierung von der Düse und auf die Aufbauplatte bei den jeweiligen Distanzen, denen die Sensorwerte entsprechen, charakterisieren; Identifizieren, auf der Grundlage der erhaltenen Sensorwerte, eines Maximal- und/oder Minimalwerts des Charakteristikums; und Einstellen, auf der Grundlage des identifizierten Maximal- und/oder Minimalwerts, eines Anfangsspalts zwischen der Düse und der Aufbauplatte, bei dem eine erste Schicht eines zu synthetisierenden Objekts deponiert werden soll.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung speichert ein nichttransitorisches computerlesbares Medium Anweisungen, die durch einen Prozessor ausführbar sind und die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen zum Durchführen eines Verfahrens zum Steuern eines dreidimensionalen(3D)-Druckers, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Erhalten, von einem Sensor, jeweiliger Sensorwerte für jede von mehreren Distanzen zwischen einer Düse des 3D-Druckers und einer Aufbauplatte des 3D-Druckers, wobei die Sensorwerte jeweils ein Charakteristikum von Filamentdeponierung von der Düse und auf die Aufbauplatte bei den jeweiligen Distanzen, denen die Sensorwerte entsprechen, charakterisieren; Identifizieren, auf der Grundlage der erhaltenen Sensorwerte, eines Maximalwerts und/oder eines Minimalwerts des Charakteristikums; und Einstellen, auf der Grundlage des identifizierten Maximalwerts und/oder Minimalwerts, eines Anfangsspalts zwischen der Düse und der Aufbauplatte, bei dem eine erste Schicht eines zu synthetisierenden Objekts deponiert werden soll.
Es sei angemerkt, dass, da das Einstellen des Anfangs-z-Spalts auf einem erfassten Maximum von Kräften basiert, die bei jedem von mehreren z-Spalten erfasst wurden, das Einstellen im Wesentlichen selbstkalibrierend ist, da es auf einem Messwert relativ zu anderen Messwerten basiert, und daher ist das Einstellen des Anfangs-z-Spalts besonders zuverlässig.
Obgleich verschiedene Aspekte der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unabhängig voneinander beschrieben sein können, versteht sich, dass hier auf Kombinationen der Ausführungsbeispiele Bezug genommen wird. Zusätzlich und umgekehrt versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale separierbar sind und sich für eine funktionale und nützliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise gegenseitig bedingen oder voneinander abhängen, obgleich ein Merkmal in dem Kontext einer Kombination mit anderen Merkmalen beschrieben wird.
Die in dem Voranstehenden beschriebenen Aspekte sind lediglich präsentiert, um eine kurze Kurzfassung dieser Ausführungsbeispiele zu geben und diese Aspekte sind nicht dafür gedacht, den Schutzumfang dieser Offenbarung zu beschränken. Tatsächlich kann die vorliegende Erfindung auch eine Bandbreite anderer Aspekte einschließen. Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden weiter durch die folgende ausführliche Beschreibung von gewissen Ausführungsbeispielen im Hinblick auf die begleitenden Zeichnungen verdeutlicht, in welchen gleiche Bezugszeichen durchweg gleiche Teile repräsentieren.
Figurenliste

1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Einstellen eines z-Spalts eines 3D-Druckers veranschaulicht, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 veranschaulicht Einstellen eines z-Spalts gemäß dem Zielkraftwert, der als ein vordefinierter Prozentsatz der Differenz zwischen dem Minimum- und dem Maximumkraftwert definiert ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Einstellen eines z-Spalts eines 3D-Druckers veranschaulicht, gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Diagramm, das schematisch Komponenten eines 3D-Drucksystems veranschaulicht, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In Schritt 100 steuert der Prozessor eine Düse oder eine Aufbauplatte eines 3D-Druckers an, die angesteuerte Komponente in eine Position zu bewegen, an der es einen vordefinierten großen Start-z-Spalt zwischen der Düse und der Aufbauplatte gibt. Der große Start-z-Spalt ist definiert, weit außerhalb des plausiblen Bereichs zum Drucken zu liegen, um zu gewährleisten, dass die kleinste Kraft erzeugt wird. In Schritt 102 extrudiert die Düse des 3D-Druckers ein Filament, während sie sich in der x-y-Ebene über der Aufbauplatte bewegt. In Schritt 104 erhält der Prozessor ein Sensorsignal, das von einem Sensor ausgegeben wird und das einen Wert einer durch die Extrusion des Filaments erzeugten Kraft angibt.
Nach der ersten Iteration des Erhaltens des Kraftwerts machen das System und das Verfahren mit dem Schritt 106 weiter, in welchem der Prozessor die Düse oder die Aufbauplatte ansteuert, die angesteuerte Komponente von Iteration zu Iteration für eine schrittweise Verringerung des z-Spalts in eine neue Position zu bewegen, in welcher der z-Spalt im Vergleich zu der vorigen Iteration um einen vordefinierten Betrag verringert ist.
Nach dem Durchführen des Schritts 104 in nachfolgenden Iterationen gehen das System und das Verfahren vor dem Einstellen einer Zielkraft zum Schritt 108 weiter. In Schritt 108 vergleicht der Prozessor den neuesten Kraftwert mit dem Kraftwert der vorigen Iteration, um zu bestimmen, ob die Maximalkraft erreicht wurde.
Beispielsweise detektiert der Prozessor in einem Ausführungsbeispiel, dass der maximale Kraftsensorwert erreicht wurde, wenn, nachdem bestimmt wurde, dass sich Sensorwerte zuvor zwischen Paaren von früheren Iterationen von Änderungen der z-Spalte änderten, dann bestimmt wird, dass sich die Sensorwerte zwischen aufeinanderfolgenden z-Spalteinstellungen, an welchen Kraftwerte erhalten wurden, nicht geändert haben oder sich nicht um mindestens einen Schwellenbetrag geändert haben. Alternativ bestimmt der Prozessor in einem Ausführungsbeispiel, dass der maximale Kraftsensorwert erreicht wurde, wenn es eine große Spitze bei der Änderung der Sensorwerte zwischen aufeinanderfolgenden z-Spalteinstellungen gibt. Beispielsweise erwartet man, dass es eine große Spitze zwischen dem bei dem z-Spalt, bei welchem eine maximale Kraft erzeugt wird, erhaltenen Wert und dem bei dem unmittelbar vorangehend eingestellten z-Spalt erhaltenen Wert gibt, und man erwartet, dass, sobald der z-Spalt, bei welchem eine maximale Kraft erzeugt wird, erreicht wird, die danach erhaltenen Werte den Schwellenbetrag zwischen aufeinanderfolgenden Sensorauslesungen nicht ändern würden.
Es sei angemerkt, dass selbst vor dem Erreichen der Maximalkraft erwartet wird, dass es eine Spitze in den Werten geben wird, und man erwartet, dass es Anfangspaare von Iterationen geben wird, ohne dass die Kraftwerte den Schwellenbetrag ändern. Insbesondere kann es, bevor der z-Spalt den ungefähren Bereich erreicht, in dem Drucken eintritt, d. h., während der z-Spalt sehr groß ist, eine Reihe von Iterationen ohne jegliche Zunahme der Kraftwerte geben, und dann, wenn sich der z-Spalt innerhalb des Bereichs, bei dem Drucken auftritt, schließt, kann es eine anfängliche Spitze des Kraftwerts geben, mit einer weiteren graduellen Zunahme des Kraftwerts für jede weitere Iteration, bis die Düse an der Aufbauplatte entlangkratzt, wobei es an diesem Punkt eine große Spitze des Kraftwerts geben kann, ohne jegliche signifikanten weiteren Änderungen des Kraftwerts zwischen aufeinanderfolgenden Iterationen. Daher identifiziert der Prozessor in einem Ausführungsbeispiel das Erreichen der Maximalkraft durch Identifikation von aufeinanderfolgenden Iterationen ohne eine Schwellenänderung des Kraftwerts oder durch Identifikation einer signifikanten Spitze des Kraftwerts, nachdem eine frühere Spitze auftrat und/oder nur nachdem zuvor Änderungen der Kraftwerte von aufeinanderfolgenden Iterationen detektiert wurden.
Falls nicht bestimmt wurde, dass die Maximalkraft erreicht wurde, gehen das System und das Verfahren wieder zu Schritt 106 weiter.
Falls bestimmt wurde, dass die Maximalkraft erreicht wurde, gehen das System und das Verfahren zu Schritt 110 weiter, in dem der Prozessor einen Kraftzielwert auf einen Wert einstellt, der ein vordefinierter Prozentsatz der Differenz zwischen dem Minimalkraftwert, der bei dem Start-z-Spalt erhalten wurde, und dem Maximalkraftwert ist.
Das System und das Verfahren stellen dann den z-Spalt auf der Grundlage des Kraftzielwerts ein. Der Prozessor steuert in Schritt 112 die Düse oder die Aufbauplatte an, um den z-Spalt um einen vordefinierten Schrittbetrag zu erhöhen, erhält in Schritt 104 den Kraftwert bei dem neuerlich eingestellten z-Spalt und bestimmt in Schritt 114, ob der erhaltene Kraftwert den Kraftzielwert erfüllt. Falls der Kraftzielwert noch nicht erreicht wurde, gehen das System und das Verfahren wieder zu Schritt 112 weiter. Sobald der Kraftzielwert erreicht wurde, wurde der Anfangs-z-Spalt zum Synthetisieren eines Objekts erreicht und das Verfahren endet.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren für jeden neuen Objektdruckjob durchgeführt werden. Alternativ wird die Position der Düse oder der Aufbauplatte, welche in der z-Richtung bewegbar ist, wenn auf den Anfangs-z-Spalt eingestellt, in einem Ausführungsbeispiel aufgezeichnet, so dass sie für eine Reihe von Druckjobs auf dieselbe Position eingestellt werden kann.
2 veranschaulicht unter Verwendung eines Graphen das Einstellen des z-Spalts gemäß dem auf einen vordefinierten Prozentsatz der Differenz zwischen dem Minimal- und dem Maximalkraftwert eingestellten Kraftzielwert. Die Abszisse des Graphen repräsentiert den Prozentsatz einer Kraft, die durch Filamentdeponierung erzeugt wird, der Differenz zwischen dem Minimal- und dem Maximalkraftwert.
In einem Fall, in dem sich der z-Spalt zwischen der Düse 2040 und der Aufbauplatte 2060 in einer zu breiten Position 200 befindet, ist der z-Spalt breiter als die Position, an welcher der vordefinierte Prozentsatz verwirklicht wird. Beispielsweise ist die zum Drehen des Zahnrads 2000 nötige Antriebskraft zu klein, um das Filament 2010 zwischen dem Zahnrad 2000 und dem Losrad 2020 nach unten und durch das Verbindungsrohr 2030 und aus der Düse 2040, die durch den Heizblock 2050 beheizt wird, heraus zu bewegen.
In einem Fall, in dem sich der z-Spalt zwischen der Düse 2040 und der Aufbauplatte 2060 in einer zu dichten Position 202 befindet, ist der z-Spalt kleiner als die Position, an welcher der vordefinierte Prozentsatz verwirklicht wird. Beispielsweise ist die zum Drehen des Zahnrads 2000 nötige Antriebskraft zu hoch, um das Filament 2010 zwischen dem Zahnrad 2000 und dem Losrad 2020 nach unten und durch das Verbindungsrohr 2030 und aus der Düse 2040, die durch den Heizblock 2050 beheizt wird, heraus zu bewegen.
In einem Fall, in dem sich der z-Spalt zwischen der Düse 2040 und der Aufbauplatte 2060 in der korrekten Position 204 befindet, ist der z-Spalt in der Position, an welcher der vordefinierte Prozentsatz (hier als ungefähr 50% gezeigt) verwirklicht wird. Beispielsweise befindet sich die zum Drehen des Zahnrads 2000 nötige Antriebskraft bei dem Zielprozentsatz der Differenz zwischen dem Minimal- und dem Maximalkraftwert, um das Filament 2010 zwischen dem Zahnrad 2000 und dem Losrad 2020 nach unten und durch das Verbindungsrohr 2030 und aus der Düse 2040, die durch den Heizblock 2050 beheizt wird, heraus zu bewegen.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Verfahren gemäß diesem alternativen Ausführungsbeispiel beinhaltet auch die Schritte 100, 102, 104, 106 und 108 und der Kürze halber werden diese Schritte daher nicht nochmal im Hinblick auf dieses alternative Verfahren erläutert. Das Folgende ist eine Beschreibung der Schritte, die sich von denen des mit Bezug auf 1 beschriebenen Verfahrens unterscheiden. Zunächst sei angemerkt, dass das Verfahren gemäß diesem alternativen Ausführungsbeispiel nicht die Schritte 110-114 enthält. Gemäß dieser Ausführungsform gehen das System und das Verfahren, sobald der Prozessor bestimmt, dass der Maximalkraftwert erreicht wurde, zum Schritt 312 weiter, in dem der Prozessor die Düse oder die Aufbauplatte ansteuert, den z-Spalt um einen vordefinierten Betrag zu vergrößern, wobei hier der Anfangs-z-Spalt zum Synthetisieren eines Objekts erreicht wurde und das Verfahren endet. In einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren für jeden neuen Objektdruckjob durchgeführt werden. Alternativ zeichnet der Prozessor in einem Ausführungsbeispiel die Position der Düse oder Aufbauplatte (die in der z-Richtung bewegbar ist) auf, an welcher der z-Spalt auf den vordefinierten Betrag größer als der z-Spalt, bei dem der Maximalkraftwert aufgezeichnet wurde, eingestellt wird, so dass die in z-Richtung bewegbare Düse oder Aufbauplatte später für mehrere Druckjobs auf die aufgezeichnete Position eingestellt werden kann, um den Anfangs-z-Spalt zu erreichen.
4 ist ein Diagramm, das schematisch Komponenten eines 3D-Drucksystems veranschaulicht, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Leistungsquelle 304 liefert unter Kontrolle einer Steuerung 300 Leistung, um einen Motor 306 anzutreiben, der das Zahnrad 2000 antreibt. Ein Sensor 302 erfasst Kräfte (oder äquivalente Charakteristika) und gibt Sensorsignale an die Steuerung 300 aus, welche die Signale verarbeitet, und auf der Grundlage der verarbeiteten Signale den z-Spalt einstellt und die Komponenten des 3D-Druckers zum Verlagern ansteuert, wodurch der z-Spalt modifiziert wird. In einem Ausführungsbeispiel steuert die Steuerung 300 auch die Leistungsquelle 304, die nötige Leistung zum Antreiben des Motors 306 zu liefern, um zu bewirken, dass das Filament 2010 extrudiert wird.
In einem Ausführungsbeispiel erfasst der Sensor 302 eine Leistungsmenge, die zum Antreiben des Motors 306 benötigt wird, um das Filament 2010 um eine vordefinierte Distanz durch das zur Düse 2050 führende Verbindungsrohr 2030 zu verlagern, wobei die erfasste Menge an benötigter Leistung einer Stärke einer elektromotorischen Gegenkraft (Gegen-EMK) entspricht, die die elektromotorische Kraft ist, die gegen den den Motor antreibenden Strom drängt.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel erfasst der Sensor 302 eine Winkelverschiebung des von dem Motor 306 unter dem Einfluss eines voreingestellten Antriebsleistungsbetrags angetriebenen Antriebszahnrads 2000, wobei je kleiner die Winkelbewegung bei dem voreingestellten Betrag von Antriebsleistung ist, z. B. pro Zeiteinheit, umso größer die durch die Deponierung des Filaments 2010 erzeugte Kraft ist.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel erfasst der Sensor 302 eine Winkelverschiebung des Losrads 2020, das sich dreht, wenn sich das Filament 2010 unter dem Einfluss des Antriebszahnrads 2000, das wiederum durch den Motor 306 unter dem Einfluss eines voreingestellten Betrags von Antriebsleistung angetrieben wird, linear durch das Verbindungsrohr 2030 voran bewegt, wobei je kleiner die Winkelbewegung bei dem voreingestellten Betrag von Antriebsleistung ist, z. B. pro Zeiteinheit, umso größer die durch die Deponierung des Filaments 2010 erzeugte Kraft ist.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel erfasst der Sensor 302 eine Linearverschiebung des Filaments 2010, wenn sich das Filament unter dem Einfluss des Antriebszahnrads 2000, das wiederum durch den Motor 306 unter dem Einfluss eines voreingestellten Betrags von Antriebsleistung angetrieben wird, linear durch das Verbindungsrohr 2030 voran bewegt, wobei je kleiner die Linearbewegung bei dem voreingestellten Betrag von Antriebsleistung ist, z. B. pro Zeiteinheit, umso größer die durch die Deponierung des Filaments 2010 erzeugte Kraft ist.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Sensor 302 ein Drucksensor, der einen während der Filamentdeponierung auf die Aufbauplatte 2060 ausgeübten Druck erfasst, wobei der Druck von der durch die Filamentdeponierung erzeugten Kraft abhängt und daher dem z-Spalt entspricht.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Sensor 302 ein Drucksensor, der einen während der Filamentdeponierung auf die Düse 2040 ausgeübten Druck erfasst, wobei der Druck von der durch die Filamentdeponierung erzeugten Kraft abhängt und daher dem z-Spalt entspricht.
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, um einen 3D-Drucker zu steuern und/oder Sensorsignale zu verarbeiten. 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.
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 sie 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.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen, die auf beispielhaftem Wege gezeigt und beschrieben wurden, und viele von deren Vorteilen werden anhand der obigen Beschreibung verständlich sein und es wird offensichtlich werden, dass vielfältige Änderungen an Form, Konstruktion und Anordnung der Komponenten vorgenommen werden können, ohne von dem offenbarten Gegenstand abzuweichen oder ohne einen oder mehrere von dessen Vorteilen aufzugeben. Tatsächlich sind die beschriebenen Formen von diesen Ausführungsformen lediglich erläuternd. Diese Ausführungsformen sind für vielfältige Modifikationen und alternative Formen empfänglich und die folgenden Ansprüche sind dafür beabsichtigt, solche Änderungen einzuschließen und zu beinhalten und nicht auf die bestimmten offenbarten Formen beschränkt zu sein, sondern vielmehr alle unter das Wesen und den Schutzumfang dieser Offenbarung fallenden Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken.
Das heißt, dass die obige Beschreibung veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll, und in dem Kontext einer bestimmten Anwendung und deren Anforderungen bereitgestellt 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. Obgleich die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit bestimmten Beispielen davon beschrieben wurden, können die allgemeinen hier definierten Prinzipien daher auf andere Ausführungsformen und andere Anwendungen angewandt werden, ohne vom Wesen und Schutzumfang der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen, und der wahre Schutzumfang der Ausführungsformen und/oder Verfahren der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, da verschiedene Modifikationen einem Fachmann beim Studieren der Zeichnungen, der Spezifikation und der folgenden Ansprüche sofort einleuchten. Beispielsweise können Komponenten und Funktionalität auf andere als die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Weisen getrennt oder kombiniert sein und können unter Verwendung anderer Terminologie beschrieben werden. Diese und andere Varianten, Modifikationen, Ergänzungen und Verbesserungen können in den Schutzumfang der Offenbarung fallen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Verfahren zum Steuern eines dreidimensionalen(3D)-Druckers, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erhalten, durch einen Prozessor und von einem Sensor, jeweiliger Sensorwerte für jede von mehreren Distanzen zwischen einer Düse des 3D-Druckers und einer Aufbauplatte des 3D-Druckers, wobei die Sensorwerte jeweils ein Charakteristikum von Filamentdeponierung von der Düse und auf die Aufbauplatte bei den jeweiligen Distanzen, denen die Sensorwerte entsprechen, charakterisieren; Identifizieren, durch den Prozessor und auf der Grundlage der erhaltenen Sensorwerte, eines Maximalwerts und/oder eines Minimalwerts des Charakteristikums; und Einstellen, durch den Prozessor und auf der Grundlage des identifizierten Maximalwerts und/oder Minimalwerts, eines Anfangsspalts zwischen der Düse und der Aufbauplatte, bei dem eine erste Schicht eines zu synthetisierenden Objekts deponiert werden soll.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Charakteristikum eine durch die Deponierung erzeugte Kraft ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Einstellen Einstellen des Anfangsspalts auf einen, in dem die durch die Filamentdeponierung erzeugte Kraft ein vordefinierter Prozentsatz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert ist, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Einstellen Einstellen des Anfangsspalts derart, dass er um einen vorbestimmten Betrag kleiner als der Spalt ist, bei dem der Maximalwert auftritt, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Kraft eine elektromotorische Gegenkraft (Gegen-EMK) gegen einen Motor, der ein Filament während der Deponierung durch die Düse treibt, ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Kraft eine gegen die Aufbauplatte eingebrachte Kraft ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Kraft eine gegen die Düse eingebrachte Kraft ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Charakteristikum ein durch die Deponierung erzeugter Druck ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Druck ein gegen die Aufbauplatte und/oder die Düse eingebrachter ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Charakteristikum eine Verschiebung einer Komponente des oder innerhalb des 3D-Druckers während der Deponierung ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Verschiebung eine Winkelverschiebung einer Komponente des 3D-Druckers während der Deponierung ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Winkelverschiebung eine von einem Zahnrad, das sich dreht, um das Filament linear zu verschieben, um das Filament durch die Düse auszutreiben, ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Winkelverschiebung eine von einem Losrad, das sich dreht, wenn das Filament linear verschoben wird, um das Filament durch die Düse auszutreiben, ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Verschiebung eine Linearverschiebung ist, die in dem 3D-Drucker während der Deponierung auftritt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Linearverschiebung die des Filaments ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Einstellen des Anfangsspalts auf dem Minimalwert basiert und Auswählen einer Vertikalposition der Düse oder der Aufbauplatte, die eine vordefinierte Distanz von der Vertikalposition der Düse oder der Aufbauplatte ist, bei welcher die Distanz, der der Minimalwert entspricht, hergestellt wird, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erhalten Folgendes beinhaltet: Einstellen des Spalts auf einen anfangs großen Wert und iteratives stufenweises Verringern des Spalts um einen vordefinierten Betrag; Steuern des 3D-Druckers zum Deponieren eines Filaments in jeder Iteration; und Empfangen, von dem Sensor, eines jeweiligen Sensorwerts in jeder Iteration, zum Charakterisieren der Deponierung während der jeweiligen Iteration.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Identifizieren das Bestimmen beinhaltet, dass die von zwei oder mehr unmittelbar benachbarten der Iterationen erhaltenen Sensorwerte im Wesentlichen dieselben sind, nachdem sie sich zwischen vorherigen der Iterationen geändert haben.
System, das Folgendes umfasst: einen 3D-Drucker, der eine Düse und eine Aufbauplatte beinhaltet; einen Sensor; und Verarbeitungsschaltungen, die kommunizierend mit dem Sensor gekoppelt sind, wobei die Verarbeitungsschaltungen ausgelegt sind zum: Erhalten, von dem Sensor, jeweiliger Sensorwerte für jede von mehreren Distanzen zwischen einer Düse des 3D-Druckers und einer Aufbauplatte des 3D-Druckers, wobei die Sensorwerte jeweils ein Charakteristikum von Filamentdeponierung von der Düse und auf die Aufbauplatte bei den jeweiligen Distanzen, denen die Sensorwerte entsprechen, charakterisieren; Identifizieren, auf der Grundlage der erhaltenen Sensorwerte, eines Maximalwerts und/oder eines Minimalwerts des Charakteristikums; und Einstellen, auf der Grundlage des identifizierten Maximalwerts und/oder Minimalwerts, eines Anfangsspalts zwischen der Düse und der Aufbauplatte, bei dem eine erste Schicht eines zu synthetisierenden Objekts deponiert werden soll.
Nichttransitorisches computerlesbares Medium, auf welchem Anweisungen gespeichert sind, die durch einen Prozessor ausführbar sind und die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen zum Durchführen eines Verfahrens zum Ansteuern eines dreidimensionalen(3D)-Druckers, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erhalten, von einem Sensor, jeweiliger Sensorwerte für jede von mehreren Distanzen zwischen einer Düse des 3D-Druckers und einer Aufbauplatte des 3D-Druckers, wobei die Sensorwerte jeweils ein Charakteristikum von Filamentdeponierung von der Düse und auf die Aufbauplatte bei den jeweiligen Distanzen, denen die Sensorwerte entsprechen, charakterisieren; Identifizieren, auf der Grundlage der erhaltenen Sensorwerte, eines Maximalwerts und/oder eines Minimalwerts des Charakteristikums; und Einstellen, auf der Grundlage des identifizierten Maximalwerts und/oder Minimalwerts, eines Anfangsspalts zwischen der Düse und der Aufbauplatte, bei dem eine erste Schicht eines zu synthetisierenden Objekts deponiert werden soll.