DE112019007777T5

DE112019007777T5 - Bearbeitungsprogramm-erzeugungsvorrichtung, 3d-druckgerät, bearbeitungsprogramm-erzeugungsverfahren, 3d-druckverfahren und vorrichtung zum maschinellen lernen

Info

Publication number: DE112019007777T5
Application number: DE112019007777.5T
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Shinohara; Daiji Morita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-10-03
Filing date: 2019-10-03
Publication date: 2022-09-08
Also published as: CN114450122A; JPWO2021064952A1; WO2021064952A1; JP7086306B2; CN114450122B; US20220331904A1

Abstract

Eine Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung (110) erzeugt ein Bearbeitungsprogramm zum Steuern eines 3D-Druckgeräts, das einen Gegenstand bildet, indem es eine Vielzahl von Schichten aufeinanderstapelt, die eine Perle beinhalten, die erhalten wird, indem ein geschmolzenes Bearbeitungsmaterial auf eine Zieloberfläche aufgebracht wird, während eine Bearbeitungsposition einen Bearbeitungspfad entlangbewegt wird. Die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung (110) beinhaltet: eine Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit (113), die eine Vielzahl von Stützpunkten, die auf einem Endpunkt, einem Kreuzungspunkt und einem Wendepunkt des Bearbeitungspfads basieren, aus Bearbeitungspfaddaten extrahiert, die eine Form und eine Position des Bearbeitungspfads zum Bilden von jeder der Vielzahl von Schichten angeben, und die eine Bearbeitungsroute erzeugt, indem zu dem Bearbeitungspfad eine Formungsreihenfolge hinzugefügt wird, die angibt, dass zuerst das Formen der Stützpunkte auszuführen ist und anschließend das Formen eines Abstandsliniensegments auszuführen ist, das die Vielzahl von geformten Stützpunkten verbindet; und eine Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinheit (114), die ein Bearbeitungsprogramm zum Steuern des 3D-Druckgeräts gemäß der Bearbeitungsroute erzeugt.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung, ein 3D-Druckgerät, ein Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsverfahren, ein 3D-Druckverfahren und eine Vorrichtung zum maschinellen Lernen zur Bildung eines dreidimensionalen Gegenstands.
Hintergrund
Die additive Fertigung (Additive Manufacturing, AM) ist eine allgemein bekannte Technologie zur Bildung eines dreidimensionalen Gegenstands. Geräte, die einen dreidimensionalen Gegenstand mithilfe der Technologie der additiven Fertigung bilden, werden auch als 3D-Druckgeräte bezeichnet. Es gibt mehrere Arten von additiven Fertigungsverfahren, wobei die gerichtete Energieabscheidung (Directed Energy Deposition, DED) anderen additiven Fertigungsverfahren aufgrund ihrer kurzen Formungszeit, des einfachen Wechsels der Bearbeitungsmaterialien und der geringen Beschränkung bezüglich der Grundmaterialien überlegen ist. Darüber hinaus reduziert die DED den Abfall an Bearbeitungsmaterial und kann sowohl Pulver als auch Draht als Bearbeitungsmaterialien verwenden, indem die Konfiguration des Bearbeitungskopfs verändert wird. Insbesondere ist Draht als fertiger Schweißdraht kostengünstig und leicht erhältlich.
Bei der additiven Fertigung kann in Abhängigkeit von der Form von jeder einer Vielzahl von Schichten, aus denen der Gegenstand besteht, eine ungleichmäßige Menge an Bearbeitungsmaterial aufgebracht werden, was dazu führt, dass der Gegenstand eine Höhe aufweist, die sich von der Zielhöhe unterscheidet. In diesem Fall ist die Formgenauigkeit des Gegenstands verringert.
Die Patentliteratur 1 offenbart ein DED-basiertes 3D-Druckverfahren. Bei dem in der Patentliteratur 1 offenbarten 3D-Druckverfahren werden ein Schweißroboter für additive Bearbeitung, der eine additive Bearbeitung ausführt, und ein Schweißroboter für abtragende Bearbeitung, der eine abtragende Bearbeitung ausführt, verwendet. Nachdem der Schweißroboter für die additive Bearbeitung die additive Bearbeitung durchgeführt hat, wird die Höhenänderung des Gegenstands detektiert. Anschließend führt, wenn die detektierte Höhe niedriger als die Zielhöhe ist, der Schweißroboter für die additive Bearbeitung eine zusätzliche additive Bearbeitung durch, und wenn die detektierte Höhe größer als die Zielhöhe ist, führt der Schweißroboter für die abtragende Bearbeitung eine abtragende Bearbeitung durch. Dieses Verfahren ermöglicht es, einen Gegenstand mit einer Höhe nahe der Zielhöhe zu bilden und die Formgenauigkeit des Gegenstands zu verbessern.
Liste der zitierten Dokumente
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2018-149570
Kurzdarstellung
Technisches Problem
Die oben beschriebene herkömmliche Technik erfordert jedoch einen zusätzlichen Prozess, bei dem bestimmt wird, ob in Abhängigkeit von der Höhenänderung des Gegenstands eine additive Bearbeitung oder eine abtragende Bearbeitung auszuführen ist, wobei nach der additiven Bearbeitung jeder Schicht wiederholt eine abtragende Bearbeitung durchgeführt wird, was zu einer problematischen Zunahme der Formungszeit führt.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Ausführungen entwickelt, wobei eine Aufgabe davon darin besteht, eine Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung zu schaffen, die imstande ist, die Formungsgenauigkeit zu erhöhen und gleichzeitig eine Zunahme der Formungszeit zu verhindern.
Lösung des Problems
Um das oben beschriebene Problem zu lösen und die Aufgabe zu erfüllen, wird eine Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, die ein Bearbeitungsprogramm zum Steuern eines 3D-Druckgeräts erzeugt, das einen Gegenstand bildet, indem es eine Vielzahl von Schichten aufeinanderstapelt, die eine Perle beinhalten, die erhalten wird, indem ein geschmolzenes Bearbeitungsmaterial auf eine Zieloberfläche aufgebracht wird, während eine Bearbeitungsposition einen Bearbeitungspfad entlangbewegt wird, wobei die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung Folgendes beinhaltet: eine Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit zum Extrahieren einer Vielzahl von Stützpunkten, die auf einem Endpunkt, einem Kreuzungspunkt und einem Wendepunkt des Bearbeitungspfads basieren, aus den Bearbeitungspfaddaten, die eine Form und eine Position des Bearbeitungspfads zum Bilden von jeder der Vielzahl von Schichten angeben, und zum Erzeugen einer Bearbeitungsroute, indem zu dem Bearbeitungspfad eine Formungsreihenfolge hinzugefügt wird, die angibt, dass zuerst das Formen der Stützpunkte auszuführen ist und anschließend das Formen eines Abstandsliniensegments, das die Vielzahl von geformten Stützpunkten verbindet, auszuführen ist; und eine Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines Bearbeitungsprogramms zum Steuern des 3D-Druckgeräts gemäß der Bearbeitungsroute.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Formungsgenauigkeit zu verbessern und gleichzeitig eine Zunahme der Formungszeit zu verhindern.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines 3D-Drucksystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das Drehrichtungen des Drehmechanismus des in 1 dargestellten 3D-Druckgeräts zeigt.
3 ist ein Diagramm, das eine funktionelle Konfiguration der in 1 dargestellten Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung zeigt.
4 ist ein Diagramm, das ein erstes Beispiel einer Hardware-Konfiguration zur Implementierung der Funktionen der in 1 dargestellten Steuervorrichtung zeigt.
5 ist ein Diagramm, das ein zweites Beispiel einer Hardware-Konfiguration zur Implementierung der Funktionen der in 1 dargestellten Steuervorrichtung zeigt.
6 ist ein Diagramm, in dem das in 1 dargestellte 3D-Druckgerät eine Vielzahl von linearen Perlen mit der gleichen Länge in Richtung der Z-Achse aufeinanderstapelt.
7 ist ein Diagramm, in dem das in 1 dargestellte 3D-Druckgerät Kugelperlen aufeinanderstapelt, die in einer feststehenden Richtung vom Anfangsende zum Abschlussende hin angeordnet sind.
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Konstruktionsform zeigt, die eine Bearbeitungspfad-Kreuzung beinhaltet.
9 ist eine Draufsicht, die den in 8 dargestellten Bearbeitungspfad-Kreuzungsteil zeigt.
10 ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B' von 9.
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Bearbeitungsroute zeigt, die von dem in 1 dargestellten 3D-Druckgerät verwendet wird.
12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem das in 11 dargestellte Abstandsliniensegment durch Punktformen geformt wird.
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Reihenfolge zeigt, in der das in 1 dargestellte 3D-Druckgerät den in 9 dargestellten Bearbeitungspfad formt.
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Form eines Bearbeitungspfads zeigt, der singuläre Punkte an den Ecken aufweist.
15 ist ein Fließdiagramm, das eine Prozedur zur Verarbeitung zur Erzeugung eines Bearbeitungsprogramms zeigt, die durch eine Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem ein 3D-Druckgerät gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Abstandsliniensegment zwischen einer Vielzahl von Stützpunkten zur Gänze durch Punktformen formt.
17 ist ein Diagramm, das eine Prozesskarte als Beispiel einer Bedingungstabelle zeigt, die von einer Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
18 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines 3D-Drucksystems gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
19 ist ein Fließdiagramm, das ein Beispiel des Betriebs des in 18 dargestellten 3D-Drucksystems zeigt.
20 ist ein Fließdiagramm, das eine Modifikation des in 19 dargestellten Betriebs zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden eine Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung, ein 3D-Druckgerät, ein Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsverfahren, ein 3D-Druckverfahren und eine Vorrichtung zum maschinellen Lernen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform.
1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines 3D-Drucksystems 200 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das 3D-Drucksystem 200 beinhaltet ein 3D-Druckgerät 100 und eine Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110. Das 3D-Druckgerät 100 ist ein DED-basiertes Gerät zur additiven Fertigung, das einen dreidimensionalen Gegenstand 18 herstellt, indem es eine additive Bearbeitung wiederholt, d. h. indem es einen Draht 5 aufbringt, der geschmolzen wird, indem ein Strahl zu einer Zieloberfläche 22 eines Werkstücks ausgestrahlt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Strahl ein Laserstrahl 24, und der Draht 5 ist ein drahtförmiges Metall, bei dem es sich um ein Beispiel eines Bearbeitungsmaterials handelt. Es ist anzumerken, dass ein anderes Bearbeitungsmaterial als Metall verwendet werden kann. Die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 ist eine Vorrichtung zur computergestützten Fertigung (CAM), die ein Bearbeitungsprogramm zum Steuern des 3D-Druckgeräts 100 erzeugt.
Das 3D-Druckgerät 100 bildet den Gegenstand 18, indem es eine Vielzahl von Schichten aufeinanderstapelt, die eine Perle beinhalten, die erhalten wird, indem ein geschmolzenes Bearbeitungsmaterial auf die Zieloberfläche 22 aufgebracht wird, während eine Bearbeitungsposition 26 einen Bearbeitungspfad entlangbewegt wird. Das 3D-Druckgerät 100 bildet den Gegenstand 18 aus Metallmaterial auf der Zieloberfläche 22 eines Grundmaterials 17, indem Perlen auf das Grundmaterial 17 aufgebracht werden. Eine Perle ist eine erstarrte Form des geschmolzenen Drahts 5 und bildet den Gegenstand 18. Bei der vorliegenden Ausführungsform bildet das 3D-Druckgerät 100 eine Perle mit einer Kugelform oder eine Perle mit einer Linienform. Im Folgenden wird eine Perle mit einer Kugelform als Kugelperle bezeichnet, und eine Perle mit einer Linienform wird als Linienperle bezeichnet. Darüber hinaus wird das Formen einer Kugelperle als Punktformen bezeichnet, und das Formen einer Linienperle wird als Linienformen bezeichnet. D. h. eine Kugelperle ist ein kugelähnliches Metall, zu dem der Draht 5 geschmolzen und anschließend erstarrt wurde, und eine Linienperle ist ein lineares Metall, zu dem der Draht 5 geschmolzen und anschließend erstarrt wurde.
Das Grundmaterial 17 ist auf einer Plattform 15 angeordnet. Das Werkstück bezieht sich auf das Grundmaterial 17 und den Gegenstand 18. Die Oberfläche des Werkstücks, auf die eine Perle aufgebracht wird, wird als Zieloberfläche 22 bezeichnet. Das in 1 dargestellte Grundmaterial 17 weist eine Plattenform auf. Das Grundmaterial 17 kann eine andere Form als die Plattenform aufweisen. Die Plattform 15 ist an einem Drehglied 16a eines Drehmechanismus 16 angebracht und wird durch den Drehmechanismus 16 um eine erste Achse oder eine zweite Achse (die später beschrieben werden) gedreht. Die zweite Achse ist senkrecht zur ersten Achse.
Das 3D-Druckgerät 100 beinhaltet einen Bearbeitungskopf 10, der den Laserstrahl 24 zu der Bearbeitungsposition 26 ausstrahlt, um den Draht 5, d. h. das Bearbeitungsmaterial, zu schmelzen, und eine Kopfantriebsvorrichtung 14, die den Bearbeitungskopf 10 bewegt. Der Bearbeitungskopf 10 beinhaltet eine Strahldüse 11, die den Laserstrahl 24 zu der Bearbeitungsposition 26 ausstrahlt, eine Drahtdüse 12, die den Draht 5, d. h. das Bearbeitungsmaterial, zu der Bearbeitungsposition 26 liefert, und eine Gasdüse 13, die ein Schutzgas 25 zu der Bearbeitungsposition 26 ausstößt. Bei der Bearbeitungsposition 26 handelt es sich um eine Position auf der Zieloberfläche 22 und um einen Bereich, auf den das Bearbeitungsmaterial aufgebracht wird. Die Bearbeitungsposition 26 wird während des additiven Bearbeitungsprozesses den Bearbeitungspfad entlangbewegt.
Die Strahldüse 11 sendet den Laserstrahl 24, bei dem es sich um eine Wärmequelle zum Schmelzen des Bearbeitungsmaterials handelt, zur Bearbeitungsposition 26 auf dem Werkstück aus. Die Energiequelle zum Schmelzen des Bearbeitungsmaterials kann anstelle des Laserstrahls 24 auch ein Elektronenstrahl, eine Bogenentladung oder dergleichen sein. Die Drahtdüse 12 veranlasst den Draht 5, sich in Richtung der Bestrahlungsposition des Laserstrahls 24 auf dem Werkstück zu bewegen. D. h. die Drahtdüse 12 liefert den Draht 5 in Richtung der Bearbeitungsposition 26 auf der Zieloberfläche 22 des Werkstücks.
Anstatt den Draht 5 von der Drahtdüse 12 zu der Bearbeitungsposition 26 zu liefern, kann das 3D-Druckgerät 100 ein Formungsverfahren anwenden, bei dem Metallpulver als Bearbeitungsmaterial aus der Düse ausgestoßen wird. Im Fall der Verwendung von Metallpulver als Bearbeitungsmaterial ist es möglich, Folgendes zu verwenden: ein Verfahren, bei dem der Unterdruck des Schutzgases verwendet wird, ein Verfahren des Druckinjizierens von Metallpulver aus einem Pulverförderrohr, das zu einem Formungszeitpunkt Metallpulver transportiert, und dergleichen. In diesem Fall ist die Düse zum Ausstoßen von Metallpulver derart angeordnet, dass die säulenförmige Mittelachse des ausgestoßenen Metallpulvers der Mittelachse des zu der Bearbeitungsposition 26 gelieferten Drahts 5 entspricht. Der Draht 5 und das in einer säulenförmigen Form ausgestoßene Metallpulver bilden ein säulenförmiges Bearbeitungsmaterial, das von der Düse zu der Bearbeitungsposition 26 geliefert wird.
Die Gasdüse 13 stößt das Schutzgas 25 in Richtung der Bearbeitungsposition 26 auf der Zieloberfläche 22 aus, um eine Oxidation des Gegenstands 18 zu verhindern und die Linienperlen zu kühlen. Die Strahldüse 11, die Drahtdüse 12 und die Gasdüse 13 sind am Bearbeitungskopf 10 befestigt, sodass die Positionsbeziehung zwischen ihnen eindeutig bestimmt ist. D. h. der Bearbeitungskopf 10 legt die relative Positionsbeziehung zwischen der Strahldüse 11, der Drahtdüse 12 und der Gasdüse 13 fest.
Das 3D-Druckgerät 100 beinhaltet ferner eine Steuervorrichtung 1, die das 3D-Druckgerät 100 gemäß einem Bearbeitungsprogramm steuert, einen Laseroszillator 2, der den aus der Strahldüse 11 des Bearbeitungskopfs 10 auszusendenden Laserstrahl 24 in Schwingung versetzt, eine Drahtzufuhreinheit 19, die der Drahtdüse 12 des Bearbeitungskopfs 10 den Draht 5 zuführt, und eine Gaszufuhrvorrichtung 7, die der Gasdüse 13 des Bearbeitungskopfs 10 das Schutzgas 25 zuführt. Der Laseroszillator 2 und der Bearbeitungskopf 10 sind durch ein Faserkabel 3 miteinander verbunden. Die Gaszufuhrvorrichtung 7 und der Bearbeitungskopf 10 sind durch ein Rohr 8 miteinander verbunden. Der durch den Laseroszillator 2 erzeugte Laserstrahl 24 wird über das Faserkabel 3 zu der Strahldüse 11 geliefert. Das Schutzgas 25 wird von der Gaszufuhrvorrichtung 7 durch das Rohr 8 zu der Gasdüse 13 geliefert.
Der Laseroszillator 2, das Faserkabel 3 und die Strahldüse 11 bilden eine Bestrahlungseinheit, die den Laserstrahl 24 zum Schmelzen des Drahts 5 auf nicht koaxiale Weise zur Mittelachse des Drahts 5 auf die Zieloberfläche 22 aussendet. Die Gaszufuhrvorrichtung 7, das Rohr 8 und die Gasdüse 13 bilden eine Gaszufuhreinheit, die das Schutzgas 25 zu der Bearbeitungsposition 26 ausstößt.
Der Draht 5 ist um eine Drahtspule 6 gewickelt, bei der es sich um die Quelle zur Zufuhr von Bearbeitungsmaterial handelt. Die Drahtspule dreht sich, wenn ein Rotationsmotor 4, bei dem es sich um einen Servomotor handelt, angetrieben wird, wodurch der Draht 5 aus der Drahtspule 6 herausgeführt wird. Der aus der Drahtspule 6 herausgeführte Draht 5 läuft durch die Drahtdüse 12 und wird zu der Bearbeitungsposition 26 geliefert. Der Rotationsmotor 4, die Drahtspule 6 und die Drahtdüse 12 bilden die Drahtzufuhreinheit 19.
Die Kopfantriebsvorrichtung 14 bewegt den Bearbeitungskopf 10 jeweils in der X-Achsen-Richtung, der Y-Achsen-Richtung und der Z-Achsen-Richtung. Die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse sind drei Achsen, die senkrecht zueinander sind. Die X-Achse und die Y-Achse sind Achsen, die parallel zur horizontalen Richtung sind. Die Z-Achsen-Richtung ist die vertikale Richtung. Die Kopfantriebsvorrichtung 14 beinhaltet einen Servomotor, der einen Betätigungsmechanismus zur Bewegung des Bearbeitungskopfs 10 in der X-Achsen-Richtung bildet, einen Servomotor, der einen Betätigungsmechanismus zur Bewegung des Bearbeitungskopfs 10 in der Y-Achsen-Richtung bildet, und einen Servomotor, der einen Betätigungsmechanismus zur Bewegung des Bearbeitungskopfs 10 in der Z-Achsen-Richtung bildet. Die Kopfantriebsvorrichtung 14 ist ein Betätigungsmechanismus, der eine Translationsbewegung in der Richtung jeder der drei Achsen ermöglicht. In 1 sind die Servomotoren nicht dargestellt. Das 3D-Druckgerät 100 kann die Bestrahlungsposition des Laserstrahls 24 auf der Zieloberfläche 22 bewegen, indem der Bearbeitungskopf 10 mit der Kopfantriebsvorrichtung 14 bewegt wird.
Der in 1 dargestellte Bearbeitungskopf 10 veranlasst den Laserstrahl 24, sich in der Z-Achsen-Richtung ausgehend von der Strahldüse 11 vorwärtszubewegen. Die Drahtdüse 12 ist an einer Position angeordnet, die von der Strahldüse 11 in der XY-Ebene entfernt ist, und veranlasst den Draht 5, sich in einer Richtung schräg zur Z-Achse vorwärtszubewegen. D. h. die Drahtdüse 12 veranlasst den Draht 5, sich auf nicht koaxiale Weise mit dem von der Strahldüse 11 ausgesendeten Laserstrahl 24 vorwärtszubewegen. Die Drahtdüse 12 wird verwendet, um den Vorschub des Drahts 5 derart zu begrenzen, dass der Draht 5 zu einer gewünschten Position geliefert wird.
In dem Bearbeitungskopf 10 ist die Gasdüse 13 koaxial mit der Strahldüse 11 an der Außenumfangsseite der Strahldüse 11 in der XY-Ebene angeordnet und stößt das Schutzgas 25 entlang der Mittelachse des von der Strahldüse 11 ausgesendeten Laserstrahls 24 aus. D. h. die Strahldüse 11 und die Gasdüse 13 sind koaxial miteinander angeordnet. Es ist anzumerken, dass der Bearbeitungskopf 10 zusätzlich eine Schwenkwelle beinhalten kann. Beispielsweise kann die Schwenkwelle derart angebracht sein, dass sie zur Mitte der X-Achse des Bearbeitungskopfs 10 geneigt ist. Die Verwendung der Schwenkwelle ermöglicht es dem Bearbeitungskopf 10, die Neigungswinkel der A- und B-Achsen in dem Fünfachsenantrieb so einzustellen, dass der abgeschiedene Gegenstand 18 nicht geneigt werden muss. In einem Fall, in dem der Gegenstand 18 groß und schwer ist, kann die Neigung des Gegenstands 18 die Bewegung des 3D-Druckgeräts 100 instabil machen. Durch die Verwendung der Schwenkwelle kann daher das schwere Grundmaterial in vertikaler Richtung fixiert werden, und die Stabilität kann verbessert werden.
Obwohl dies hier nicht dargestellt ist, kann die Drahtdüse 12 koaxial mit der Strahldüse 11 sein. Dies kann mit einer Konfiguration erreicht werden, bei der sich die Drahtdüse 12 in der Mitte befindet und die Gasöffnung der Gasdüse 13 und die Laseraussendeöffnung der Strahldüse 11 konzentrisch mit der Drahtdüse 12 angeordnet sind. Darüber hinaus kann eine Vielzahl von Drahtdüsen 12 angeordnet sein, die die Strahldüse 11 umgeben, sodass die Richtung des Verlaufs des Lasers und die Richtung, in der der Draht 5 geliefert wird, konstant gehalten werden können, oder sodass eine Vielzahl von verschiedenen Bearbeitungsmaterialien von den verschiedenen Drahtdüsen 12 geliefert wird.
Der Drehmechanismus 16 ist ein Betätigungsmechanismus, der es der Plattform 15 ermöglicht, sich um die erste Achse zu drehen und sich um die zweite Achse zu drehen, die senkrecht zu der ersten Achse ist. In dem in 1 dargestellten Drehmechanismus 16 ist die erste Achse die A-Achse, die parallel zur X-Achse ist, und die zweite Achse ist die C-Achse, die parallel zur Z-Achse ist. Der Drehmechanismus 16 beinhaltet einen Servomotor, der einen Betätigungsmechanismus zum Drehen der Plattform 15 um die erste Achse bildet, und einen Servomotor, der einen Betätigungsmechanismus zum Drehen der Plattform 15 um die zweite Achse bildet. Der Drehmechanismus 16 ist ein Betätigungsmechanismus, der eine Drehbewegung um jede der zwei Achsen ermöglicht. In 1 sind die Servomotoren nicht dargestellt. Das 3D-Druckgerät 100 kann die Stellung oder Position des Werkstücks ändern, indem die Plattform 15 mit dem Drehmechanismus 16 gedreht wird. Durch die Verwendung des Drehmechanismus 16 können komplizierte Formen mit einer sich verjüngenden Form geformt werden. 2 ist ein Diagramm, das die Drehrichtungen des Drehmechanismus 16 des in 1 dargestellten 3D-Druckgeräts 100 zeigt. Der Drehmechanismus 16 beinhaltet das Drehglied 16a, das sich um die C Achse dreht, bei der es sich um die zweite Achse handelt, wobei die Plattform 15 an dem Drehglied 16a angebracht ist. Mit dem in 2 dargestellten Drehmechanismus 16 kann der C-Achsen-Tisch selbst, einschließlich des Drehglieds 16a, in der A-Achsen-Richtung gedreht werden.
Die Steuervorrichtung 1 steuert das 3D-Druckgerät 100 in Übereinstimmung mit einem Bearbeitungsprogramm, das von der Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 übertragen wird. Das Bearbeitungsprogramm gibt eine Bearbeitungsroute an, d. h. eine Route zum Formen des festen Gegenstands 18 gemäß einer Bewegungsroutenanweisung zum Bewegen des Bearbeitungskopfs 10 in Bezug auf das auf der Plattform 15 angeordnete Werkstück, mit anderen Worten, eine Route zum Bewegen der Bestrahlungsposition des Laserstrahls 24.
Die Steuervorrichtung 1 steuert die Drahtzufuhreinheit 19, die Bestrahlungseinheit und die Gaszufuhreinheit, um eine Steuerung zur Formung des Gegenstands 18 mit einer Vielzahl von Linienperlen durchzuführen, die durch Schmelzen des Drahts 5 gebildet werden. Die Steuervorrichtung 1 ist zum Beispiel eine numerische Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung 1 gibt einen Bewegungsbefehl an die Kopfantriebsvorrichtung 14 aus, um den Antrieb der Kopfantriebsvorrichtung 14 zu steuern und den Bearbeitungskopf 10 zu bewegen. Die Steuervorrichtung 1 steuert die Laseroszillation durch den Laseroszillator 2, indem sie an den Laseroszillator 2 einen Befehl ausgibt, der von den Strahlausgabebedingungen abhängt.
Die Steuervorrichtung 1 steuert den Antrieb des Rotationsmotors 4, indem sie an den Rotationsmotor 4 einen Befehl ausgibt, der von den Bedingungen im Zusammenhang mit der Menge der Bearbeitungsmaterialzufuhr abhängt. Die Steuervorrichtung 1 stellt die Geschwindigkeit des von der Drahtspule 6 zur Bestrahlungsposition laufenden Drahts 5 ein, indem sie den Antrieb des Rotationsmotors 4 steuert. In der folgenden Beschreibung kann die Geschwindigkeit des von der Drahtspule 6 zur Bestrahlungsposition laufenden Drahtes 5 als Drahtzufuhrvolumengeschwindigkeit bezeichnet werden.
Die Steuervorrichtung 1 steuert die Menge des von der Gaszufuhrvorrichtung 7 zu der Gasdüse 13 gelieferten Schutzgases 25, indem sie einen Befehl ausgibt, der von den Bedingungen im Zusammenhang mit der Menge der Gaszufuhr zu der Gaszufuhrvorrichtung 7 abhängt. Die Steuervorrichtung 1 steuert den Antrieb des Drehmechanismus 16, indem sie einen Drehbefehl an den Drehmechanismus 16 ausgibt. D. h. die Steuervorrichtung 1 steuert das gesamte 3D-Druckgerät 100, indem sie verschiedene Befehle ausgibt.
Die Steuervorrichtung 1 kann die Bearbeitungsposition 26 verändern, indem sie den Bearbeitungskopf 10 und die Plattform 15 durch einen koordinierten Betrieb der Kopfantriebsvorrichtung 14 und des Drehmechanismus 16 bewegt, sodass ein Gegenstand 18 mit einer gewünschten Form erhalten werden kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform steuert die Steuervorrichtung 1 den Bearbeitungskopf 10 gemäß dem Bearbeitungsprogramm derart, dass zuerst eine Vielzahl von Stützpunkten geformt werden kann, die auf den End-, Kreuzungs- und Wendepunkten des Bearbeitungspfads zur Bildung von jeder einer Vielzahl von Schichten basieren, die den Gegenstand 18 bilden, und anschließend ein Abstandsliniensegment geformt werden kann, das die Vielzahl von geformten Stützpunkten verbindet.
3 ist ein Diagramm, das eine funktionelle Konfiguration der in 1 dargestellten Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 zeigt. Die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 beinhaltet eine Dateneingabeeinheit 111, eine Datenspeichereinheit 112, eine Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit 113 und eine Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinheit 114. Diese Komponenten der Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 können Informationen aneinander senden und voneinander empfangen.
Die Dateneingabeeinheit 111 empfängt Daten zur computergestützten Konstruktion (CAD-Daten) 120, d. h. Konstruktionsformdaten, die von einer externen Vorrichtung, die sich außerhalb der Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 befindet, in die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 eingegeben werden, und sendet die CAD-Daten 120 an die Datenspeichereinheit 112. Die Konstruktionsformdaten beinhalten Informationen zu der zu bildenden Form, d. h. zu der fertigen Form des Gegenstands 18, der durch die additive Fertigung mithilfe des 3D-Druckgeräts 100 gebildet werden soll, und Informationen zur Materialqualität. Die zu bildende Form ist eine finale dreidimensionale Form. Es ist anzumerken, dass die Konstruktionsformdaten nicht auf die CAD-Daten 120 beschränkt sind. Bei den Konstruktionsformdaten kann es sich um jegliche Daten handeln, die von der Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 interpretiert werden können.
Darüber hinaus empfängt die Dateneingabeeinheit 111 Abscheidungsbedingungsdaten 130, die Linienperlenbildungsinformationen oder Kugelperlenbildungsinformationen enthalten, d. h. Informationen zu den Bedingungen für die Bildung einer Linienperle oder einer Kugelperle, die vom Benutzer eingegeben werden, und sendet die Abscheidungsbedingungsdaten 130 an die Datenspeichereinheit 112. Bei den Linienperlenbildungsinformationen handelt es sich um Informationen, die die Form einer Linienperle angeben und die zur Erzeugung eines (später beschriebenen) Bearbeitungsprogramms verwendet werden. Die Linienperlenbildungsinformationen beinhalten Informationen zur Breite einer Linienperle und Informationen zur Höhe einer Linienperle. Dasselbe gilt auch für die Kugelperlenbildungsinformationen.
Die Datenspeichereinheit 112 speichert die CAD-Daten 120 und die Abscheidungsbedingungsdaten 130, die von der Dateneingabeeinheit 111 gesendet werden.
Die Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit 113 empfängt die CAD-Daten 120, die von der Dateneingabeeinheit 111 gesendet werden. Die Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit 113 erzeugt eine Bearbeitungsroute, indem sie die CAD-Daten 120 und die Abscheidungsbedingungsdaten 130 analysiert, die verwendet werden, um die Abscheidung der Perlen zu steuern, und sendet die Bearbeitungsroute an die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinheit 114. Die Bearbeitungsroute ist eine Route, auf der die additive Bearbeitung der Linienperlen oder Kugelperlen durchgeführt wird, mit anderen Worten, ein Werkzeugpfad für den Bearbeitungskopf 10. Das Bearbeitungsprogramm beschreibt die Bearbeitungsroute, indem sie den Weg des Bearbeitungskopfs 10 zur Bildung von Linienperlen oder Kugelperlen angibt.
Die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinheit 114 empfängt die von der Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit 113 gesendeten Bearbeitungsrouteninformationen. Die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinheit 114 wandelt die von der Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit 113 erzeugten Bearbeitungsrouteninformationen in ein Bearbeitungsprogramm um und sendet das Bearbeitungsprogramm an die Steuervorrichtung 1.
4 ist ein Diagramm, das ein erstes Beispiel einer Hardware-Konfiguration zur Implementierung der Funktionen der in 1 dargestellten Steuervorrichtung 1 zeigt. Die Steuervorrichtung 1 wird durch ein Steuerprogramm implementiert, bei dem es sich um ein Programm zur Ausübung von Kontrolle über das 3D-Druckgerät 100 handelt.
Die Steuervorrichtung 1 beinhaltet eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 41, die verschiedene Prozesse ausführt, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 42 mit einem Datenspeicherbereich, einen Festwertspeicher (ROM) 43, bei dem es sich um einen nichtflüchtigen Speicher handelt, eine externe Speichervorrichtung 44 und eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 45 zum Eingeben von Informationen in die Steuervorrichtung 1 und zum Ausgeben von Informationen aus der Steuervorrichtung 1. Die in 4 dargestellten Komponenten sind über einen Bus 46 miteinander verbunden.
Die CPU 41 führt Programme aus, die im ROM 43 und in der externen Speichervorrichtung 44 gespeichert sind. Die Gesamtsteuerung des 3D-Druckgeräts 100 durch die Steuervorrichtung 1 wird mithilfe der CPU 41 realisiert.
Die externe Speichervorrichtung 44 ist ein Festplattenlaufwerk (HDD) oder ein Solid State Drive (SSD). Die externe Speichervorrichtung 44 speichert das Steuerprogramm und verschiedene Daten. Der ROM 43 speichert Software oder ein Programm zum Steuern von Hardware, das ein Bootloader wie z. B. ein Basic Input/Output System (BIOS) oder ein Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) ist, also ein Programm zur Steuerung des grundlegenden Betriebs des Computers oder der Steuereinrichtung, d. h. der Steuervorrichtung 1. Es ist anzumerken, dass das Steuerprogramm in dem ROM 43 gespeichert sein kann.
Die in dem ROM 43 und der externen Speichervorrichtung 44 gespeicherten Programme werden in den RAM 42 geladen. Die CPU 41 entwickelt das Steuerprogramm in dem RAM 42 und führt verschiedene Prozesse aus. Die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 45 ist eine Schnittstelle zur Verbindung mit einer Vorrichtung außerhalb der Steuervorrichtung 1. Ein Bearbeitungsprogramm wird in die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 45 eingegeben. Die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 45 gibt verschiedene Befehle aus. Die Steuervorrichtung 1 kann eine Eingabevorrichtung, wie z. B. eine Tastatur und eine Zeigevorrichtung, und eine Ausgabevorrichtung, wie z. B. ein Display, beinhalten.
Das Steuerprogramm kann auf einem vom Computer lesbaren Speichermedium aufgezeichnet sein. Die Steuervorrichtung 1 kann die externe Speichervorrichtung 44 veranlassen, das auf dem Speichermedium aufgezeichnete Steuerprogramm zu speichern. Bei dem Speichermedium kann es sich um ein tragbares Speichermedium handeln, d. h. um eine flexible Platte oder einen Flash-Speicher, d. h. um einen Halbleiterspeicher. Das Steuerprogramm kann über ein Kommunikationsnetzwerk von einem anderen Computer oder einer Servereinrichtung auf dem Computer oder der Steuereinrichtung, d. h. der Steuervorrichtung 1, installiert werden.
5 ist ein Diagramm, das ein zweites Beispiel einer Hardware-Konfiguration zur Implementierung der Funktionen der in 1 dargestellten Steuervorrichtung 1 zeigt. Die Funktionen der Steuervorrichtung 1 können auch durch Verarbeitungsschaltungen 47 implementiert werden, bei denen es sich um die in 5 dargestellte dedizierte Hardware handelt. Bei den Verarbeitungsschaltungen 47 handelt es sich um eine einzelne Schaltung, eine zusammengesetzte Schaltung, einen programmierten Prozessor, einen parallel programmierten Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Field Programmable Gate Array (FPGA) oder eine Kombination davon. Es ist anzumerken, dass einige der Funktionen der Steuervorrichtung 1 durch dedizierte Hardware implementiert werden können und die anderen Funktionen durch Software oder Firmware implementiert werden können.
Es ist anzumerken, dass die Funktionen der Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 durch ein Steuerprogramm implementiert werden können, bei dem es sich um ein Programm zur Ausübung von Kontrolle über die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 handelt, das auf Hardware ausgeführt ist, die eine Konfiguration aufweist, wie sie in 4 dargestellt ist. Darüber hinaus können die Funktionen der Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 mithilfe der Verarbeitungsschaltungen 47 implementiert werden, bei denen es sich um dedizierte Hardware handelt, wie sie in 5 dargestellt ist.
Nachfolgend wird eine Verringerung der Formungsgenauigkeit beschrieben, die an einem Endpunkt, einem Kreuzungspunkt oder dergleichen einer geraden Linie auftreten kann, wenn das in 1 dargestellte 3D-Druckgerät 100 eine lineare additive Bearbeitung durchführt, indem der Bearbeitungskopf 10 parallel zur XY-Ebene bewegt wird.
6 ist ein Diagramm, in dem das in 1 dargestellte 3D-Druckgerät 100 eine Vielzahl von linearen Perlen mit der gleichen Länge in Richtung der Z-Achse aufeinanderstapelt. Wie in 6 dargestellt, hat das geschmolzene Bearbeitungsmaterial an der Bearbeitungsposition die Eigenschaft, zu einem benachbarten Abschnitt gezogen zu werden, der bereits geformt wurde. Wenn ein Liniensegment nacheinander entlang einer feststehenden Richtung vom Anfangsende zum Abschlussende geformt wird, erfahren daher das Anfangsende und das Abschlussende, die keinen benachbarten Abschnitt haben, der bereits geformt wurde, eine Kraft, die sie zur Innenseite des Liniensegments zieht, was häufig zu einer geneigten Form führt. Darüber hinaus fließt geschmolzenes Metall am Anfangsende und am Abschlussende der unteren Linearperlenschichten aufgrund der Viskosität oder Oberflächenspannung der Flüssigkeit nach außen, wobei ihre Form die oberen Linearperlenschichten beeinflusst. Daher kommt es beim Aufeinanderstapeln der Schichten zu einer allmählichen Verschlechterung der Vertikalität des Anfangsendes und des Abschlussendes. Dieses Phänomen tritt auf ähnliche Weise auch dann auf, wenn alle Teile unter Verwendung von Kugelperlen geformt werden.
7 ist ein Diagramm, in dem das in 1 dargestellte 3D-Druckgerät 100 Kugelperlen aufeinanderstapelt, die in einer feststehenden Richtung vom Anfangsende zum Abschlussende hin angeordnet sind. In 7 geben die zu den Kugelperlen hinzugefügten Ziffern (1) bis (6) die Reihenfolge an, in der diese Kugelperlen geformt werden. Wie oben beschrieben, hat das geschmolzene Bearbeitungsmaterial an der Bearbeitungsposition die Eigenschaft, zu einem benachbarten Abschnitt gezogen zu werden, der bereits geformt wurde. Daher erfahren die Kugelperlen, die nacheinander in der Reihenfolge (1) bis (6) geformt werden, wie dies in 7 dargestellt wird, eine Kraft, die sie zu einer benachbarten Kugelperle zieht, die bereits geformt wurde. Insbesondere erfährt die zweite geformte Kugelperle (2) eine Kraft in Richtung der ersten geformten Kugelperle (1). In dem in 7 dargestellten Beispiel ist der Abstand zwischen benachbarten Kugelperlen „a“, wobei es sich um einen konstanten Wert handelt. In Anbetracht der Flachheit des mit den Kugelperlen zu bildenden Zwischenliniensegments kann jedoch das Verhältnis der Überlappung zwischen benachbarten Kugelperlen je nach der Art des Bearbeitungsmaterials und der Kugelgröße derart eingestellt werden, dass Höhenänderungen insgesamt vermieden werden können. An einem Endpunkt des Bearbeitungspfads, wo es keine rechte oder linke Kugelperle gibt, entsteht jedoch auf unabhängige Weise eine halbkugelförmige geneigte Oberfläche. Aufgrund der Zugkraft zwischen den Kugelperlen fließt geschmolzenes Bearbeitungsmaterial nach außen, was zu der halbkugelförmigen Form der geneigten Oberfläche führt, die zusammenbricht und sich nach außen ausbreitet. In diesem Fall fließt zum Zeitpunkt der Formung der oberen Kugelperlen- oder Linienperlenschichten geschmolzenes Metall die Schrägen entlang, die an den Endpunkten der unteren Schichten vorhanden sind, wodurch sich die Höhe pro Kugelperle ändert. Daher verschlechtert sich die Vertikalität an den Endpunkten, wenn die Schichten aufeinandergestapelt werden.
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Konstruktionsform zeigt, die eine Bearbeitungspfad-Kreuzung beinhaltet. 9 ist eine Draufsicht, die den in 8 dargestellten Bearbeitungspfad-Kreuzungsteil zeigt. 10 ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B' von 9. Bei Vorhandensein einer Bearbeitungspfad-Kreuzung, wie sie z. B. in 8 dargestellt ist, weist die Kreuzung, wenn der Kreuzungsteil durch zwei geraden Linien gebildet wird, eine größere Perlenhöhe als die anderen Teile auf, wie dies in 9 und 10 dargestellt ist. Hierbei ist es möglich, den Unterschied in der Perlenhöhe an der Kreuzung zu verringern, indem eine der beiden sich kreuzenden geraden Linien bevorzugt geformt wird. In diesem Fall tritt jedoch auf ähnliche Weise das Problem an einem Endpunkt der linearen Formung auf: Geschmolzenes Metall fließt aufgrund der Viskosität oder Oberflächenspannung der Flüssigkeit nach außen, was zu einer Verschlechterung der Formungsgenauigkeit führt.
In vielen Fällen sind die Höhenveränderungen pro Schicht mit einigen um bis einigen zehn um gering, da jedoch mehrere dutzend oder mehrere hundert Schichten aufeinandergestapelt werden, um eine gewünschte Form zu bilden, akkumulieren sich die Höhenunterschiede und üben einen erheblichen Einfluss auf die endgültige Form aus.
In Anbetracht dessen formt das 3D-Druckgerät 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zuerst eine Vielzahl von Stützpunkten, die auf den End-, Kreuzungs- und Wendepunkten des Bearbeitungspfads basieren, und formt anschließend ein Abstandsliniensegment, das die Vielzahl von geformten Stützpunkten verbinden, wie dies unten beschrieben wird, wodurch die Formungsgenauigkeit verbessert werden kann.
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Bearbeitungsroute zeigt, die von dem in 1 dargestellten 3D-Druckgerät 100 verwendet wird. Wie in 11 dargestellt, formt im Fall der Formung entlang eines Bearbeitungspfads, der Endpunkte, nämlich ein Anfangsende und ein Abschlussende, enthält, das 3D-Druckgerät 100 zuerst jede Schicht, indem es Folgendes formt: einen Anfangsende-Stützpunkt, d. h. einen Stützpunkt, der auf das Anfangsende des Bearbeitungspfads zentriert ist, und einen Abschlussende-Stützpunkt, d. h. einen Stützpunkt, der auf das Abschlussende des Bearbeitungspfads zentriert ist, wobei es anschließend ein Abstandsliniensegment formt, das den Anfangsende-Stützpunkt und den Abschlussende-Stützpunkt verbindet. Hierbei wird der Anfangsende-Stützpunkt der ersten Schicht als erster Anfangsende-Stützpunkt bezeichnet, der Abschlussende-Stützpunkt der ersten Schicht wird als erster Abschlussende-Stützpunkt bezeichnet, und das Abstandsliniensegment der ersten Schicht wird als erstes Abstandsliniensegment bezeichnet.
Dabei führt das 3D-Druckgerät 100 ein Punktformen durch, um eine Vielzahl von Stützpunkten zu bilden, d. h. den Anfangsende-Stützpunkt und den Abschlussende-Stützpunkt. D. h. die Stützpunkte werden mit Perlen geformt, die eine Kugelform aufweisen. Die Stützpunkte werden in diesem Beispiel mit Perlen geformt, die eine Kugelform mit dem Radius b aufweisen.
Der erste Anfangsende-Stützpunkt, der erste Abschlussende-Stützpunkt und das erste Abstandsliniensegment der ersten Schicht sind Teile des Bearbeitungspfads, die durch Unterteilen des Bearbeitungspfads der ersten Schicht gebildet werden. Das 3D-Druckgerät 100 formt den ersten Anfangsende-Stützpunkt und den ersten Abschlussende-Stützpunkt durch Punktformen. Folglich werden Stützpunkte am Anfangsende und am Abschlussende jedes Bearbeitungspfads erzeugt, und das dazwischen befindliche erste Abstandsliniensegment wird durch Linienformen geformt, wobei es während dieses Prozesses möglich ist, das Auftreten einer Kantenneigung zu verhindern. Was die Bearbeitungsbedingungen für Stützpunkte betrifft, so wird ein Punktformen durchgeführt, um einen Punkt zu bilden, der die gleiche Höhe wie die Form aufweist, die unter den Bearbeitungsbedingungen für das Linienformen oder das Punktformen gebildet wurde, die beim Formen des ersten Abstandsliniensegments verwendet wurden. Der Radius b muss lediglich einen Wert innerhalb des akzeptablen Fehlerbereichs für die gewünschte Form oder einen Wert innerhalb des akzeptablen Bereichs der Schleifdicke für die Endbearbeitung haben.
12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem das in 11 dargestellte Abstandsliniensegment durch Punktformen geformt wird. In 12 geben die zu den Kugelperlen hinzugefügten Ziffern (1) bis (6) die Reihenfolge an, in der diese Kugelperlen geformt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird nach dem Formen der Stützpunkte am Anfangsende und am Abschlussende ein Abstandsliniensegment geformt, das die Vielzahl von geformten Stützpunkten verbindet. Wenn sich kein Gegenstand 18 angrenzend an einen Stützpunkt befindet, fließt hier das dem Stützpunkt zugeführte geschmolzene Bearbeitungsmaterial gleichmäßig nach beiden Seiten. In diesem Beispiel wird die erste Kugelperle (1) am Anfangsende geformt, anschließend wird die zweite Kugelperle (2) an dem vom Anfangsende entfernten Abschlussende geformt, und danach wird die dritte Kugelperle (3) an der Position angrenzend an die erste Kugelperle (1) geformt. Daher kann die Erstarrung der ersten Kugelperle (1) zu dem Zeitpunkt, zu dem die dritte Kugelperle (3) geformt wird, bereits fortgeschritten sein. Auch wenn die dritte Kugelperle (3) eine Kraft erfährt, die sie zu der ersten Kugelperle (1) zieht, hat die erste Kugelperle (1) somit bereits begonnen, in einem zweiseitig symmetrischen Muster zu erstarren, wodurch eine stabilisierte Form gebildet wird. Daher ist es wünschenswert, dass mit dem Formen eines Abstandsliniensegments an dem Abschnitt begonnen wird, der zu dem früher geformten Stützpunkt benachbart ist, und nicht an dem zuletzt geformten Stützpunkt. Darüber hinaus ist die zweite Kugelperle (2) am Abschlussende bereits geformt, wenn die sechste Kugelperle (6) geformt wird; daher ist es wahrscheinlich, dass das Bearbeitungsmaterial zur Formung der sechsten Kugelperle (6) gleichmäßig nach beiden Seiten fließt, wodurch eine stabilisierte Form gebildet wird.
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Reihenfolge zeigt, in der das in 1 dargestellte 3D-Druckgerät 100 den in 9 dargestellten Bearbeitungspfad formt. Um einen Bearbeitungspfad mit einem Kreuzungspunkt zu formen, wählt das 3D-Druckgerät 100 eines der beiden sich kreuzenden Liniensegmente und formt den Anfangsende-Stützpunkt und den Abschlussende-Stützpunkt des ausgewählten Liniensegments sowie ein Abstandsliniensegment, das den Anfangsende-Stützpunkt und den Abschlussende-Stützpunkt verbindet. Die numerischen Werte in 13 geben die Formungsreihenfolge an. In 13 geben „1“, „2“ und „3“ den Anfangsende-Stützpunkt, den Abschlussende-Stützpunkt bzw. das Abstandsliniensegment an, die in dieser Reihenfolge geformt werden.
Danach formt das 3D-Druckgerät 100 die restlichen Abschnitte des Bearbeitungspfads mit Ausnahme der geformten Abschnitte. Dabei formt das 3D-Druckgerät 100 Stützpunkte an einer Position in Kontakt mit dem Kreuzungsabschnitt der geformten Perlen und an einem Endpunkt, wobei es anschließend ein Abstandsliniensegment formt, das die Vielzahl von geformten Stützpunkten verbindet. Die Ziffern „4“, „5“ und „6“ bezeichnen den Stützpunkt an der Position in Kontakt mit dem Kreuzungsabschnitt der geformten Perlen, den Endpunkt bzw. das Abstandsliniensegment, die in dieser Reihenfolge geformt werden.
Ferner formt das 3D-Druckgerät 100 Stützpunkte an der Position in Kontakt mit dem Kreuzungsabschnitt der geformten Perlen auf der dem geformten vierten Stützpunkt gegenüberliegenden Seite und an einem Endpunkt, wobei es anschließend ein Abstandsliniensegment formt, das die Vielzahl von geformten Stützpunkten verbindet. Die Ziffern „7“, „8“ und „9“ bezeichnen den Stützpunkt an der Position in Kontakt mit dem Kreuzungsabschnitt der geformten Perlen, den Endpunkt bzw. das Abstandsliniensegment, die in dieser Reihenfolge geformt werden.
In 13 formt das 3D-Druckgerät 100 zuerst ein Paar von Stützpunkten, und unmittelbar darauf formt es ein Abstandsliniensegment, das das Paar von Stützpunkten verbindet, die vorliegende Ausführungsform ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die Stützpunkte können zu jeder Zeit vor der Bildung des Abstandsliniensegments geformt werden. Beispielsweise kann das 3D-Druckgerät 100 auf kollektive Weise ein Punktformen durchführen, um alle einer Vielzahl von Stützpunkten jeder Schicht zu bilden, und anschließend Abstandsliniensegmente formen.
Darüber hinaus kann das 3D-Druckgerät 100 ein Abstandsliniensegment mittels Punktformen und/oder Linienformen formen. Beispielsweise kann das 3D-Druckgerät 100 ein Abstandsliniensegment nur mittels Punktformen formen, oder es kann ein Abstandsliniensegment nur mittels Linienformen formen. Zudem kann das 3D-Druckgerät 100 in Abhängigkeit von den Bearbeitungsbedingungen ein Abstandsliniensegment auch mittels Punktformen und Linienformen formen.
In der obigen Beschreibung wurde ein Verfahren zur Verbesserung der Formungsgenauigkeit an den Endpunkten, die ein Anfangsende und ein Abschlussende beinhalten, und an einem Kreuzungspunkt beschrieben. Ein Phänomen, das jenem ähnlich ist, das an den End- und Kreuzungspunkten auftritt, tritt aufgrund des Einflusses der Beschleunigung/Verlangsamung des Bearbeitungskopfs 10 jedoch auch an einem Wendepunkt an einer Ecke eines Bearbeitungspfads auf. 14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Form eines Bearbeitungspfads zeigt, der singuläre Punkte an den Ecken aufweist. Der in 14 dargestellte Bearbeitungspfad weist drei singuläre Punkte auf: den singulären Punkt Nr. 1, den singulären Punkt Nr. 2 und den singulären Punkt Nr. 3. Der Begriff „singulärer Punkt“ bezieht sich hier auf einen Punkt, an dem zwei Liniensegmente des Bearbeitungspfads eine gemeinsame Tangente haben, und wird auch als Scheitelpunkt bezeichnet. Wenn die Kopfantriebsvorrichtung 14 den Bearbeitungskopf 10 entlang der XY-Achsen beschleunigt und abbremst, erfährt die axiale Bewegung zum Formen momentane, vorübergehende Stopps an den singulären Punkten, wobei diese temporären Stopps in jeder Schicht wiederholt werden, wodurch die endgültige Höhe des Gegenstands 18 ungleichmäßig wird. Um dieses Problem zu lösen, wird die Linienperle einfach an den singulären Punkten geteilt, wodurch ein Phänomen auftritt, das jenem ähnlich ist, das bei der Formung einer Linie auftritt, die ein Anfangsende und ein Abschlussende aufweist.
Daher formt das 3D-Druckgerät 100 Wendepunkte wie z. B. singuläre Punkte auf die gleiche Weise, wie es die End- und Kreuzungspunkte formt: Es formt einen auf einem Wendepunkt basierenden Stützpunkt, insbesondere einen auf den Wendepunkt zentrierten Stützpunkt, mit einer Perle, die eine Kugelform aufweist, und es formt ein Segment zwischen den Stützpunkten durch Linienformen oder Punktformen.
Wie oben beschrieben, formt das 3D-Druckgerät 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zuerst Stützpunkte, und anschließend formt es ein Abstandsliniensegment, das die Vielzahl von geformten Stützpunkten verbindet. Daher ist die Form der Perlen leicht zu stabilisieren, und die Formungsgenauigkeit kann verbessert werden. Dies kann erreicht werden, indem einfach die Formungsreihenfolge verändert wird; daher ist es möglich, die Formungsgenauigkeit zu verbessern und gleichzeitig eine Zunahme der Formungszeit zu verhindern.
Insbesondere wird bei der vorliegenden Ausführungsform zuerst ein auf einem Kreuzungspunkt eines Bearbeitungspfads basierender Stützpunkt, z. B. ein Stützpunkt in Kontakt mit dem Kreuzungspunkt, geformt, und anschließend wird ein Abstandsliniensegment geformt, das eine Vielzahl von geformten Stützpunkten verbindet. Daher gibt es keine Überlappung von Perlen an dem Kreuzungspunkt, wie sie in 10 dargestellt ist, und eine Veränderung der Perlenhöhe am Kreuzungspunkt kann verhindert werden.
Darüber hinaus wird bei der vorliegenden Ausführungsform zuerst ein auf einem Wendepunkt eines Bearbeitungspfads basierender Stützpunkt z. B. ein auf den Wendepunkt zentrierter Stützpunkt, geformt, und anschließend wird ein Abstandsliniensegment geformt, das eine Vielzahl von geformten Stützpunkten verbindet. Daher kommt es bei der axialen Bewegung zu keinem vorübergehenden Stopp an dem Wendepunkt, und eine Veränderung der Perlenhöhe an dem Wendepunkt kann verhindert werden.
Darüber hinaus wird bei der vorliegenden Ausführungsform zuerst ein auf einem Endpunkt eines Bearbeitungspfads basierender Stützpunkt, z. B. ein auf den Endpunkt zentrierter Stützpunkt, geformt, und anschließend wird ein Abstandsliniensegment geformt, das eine Vielzahl von geformten Stützpunkten verbindet. Dadurch wird verhindert, dass das geschmolzene Bearbeitungsmaterial an dem Endpunkt nach außen fließt, sodass die Form des Endpunkts stabilisiert wird und eine Veränderung der Perlenhöhe an dem Endpunkt verhindert werden kann.
Zweite Ausführungsform.
Als erste Ausführungsform wurde das 3D-Druckgerät 100 beschrieben, das zuerst Stützpunkte formt, die auf End-, Kreuzungs- und/oder Wendepunkten basieren, die in einem Bearbeitungspfad enthalten sind, und das anschließend ein Abstandsliniensegment formt, das die geformten Stützpunkte verbindet. Als zweite Ausführungsform wird ein Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsverfahren zum Erzeugen eines Bearbeitungsprogramms beschrieben, das das 3D-Druckgerät 100 veranlasst, das im Rahmen der ersten Ausführungsform beschriebene 3D-Druckverfahren auszuführen.
Dieses Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsverfahren wird in der in 1 und 3 dargestellten Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 ausgeführt. 15 ist ein Fließdiagramm, das eine Prozedur zur Verarbeitung zur Erzeugung eines Bearbeitungsprogramms zeigt, die durch die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Die Grundvoraussetzung der in 15 dargestellten Verarbeitung lautet, dass die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 in der Dateneingabeeinheit 111 die vom Benutzer eingegebenen Abscheidungsbedingungsdaten 130 empfangen hat und die empfangenen Abscheidungsbedingungsdaten 130 in der Datenspeichereinheit 112 gespeichert hat. Auf ähnliche Weise hat die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 die CAD-Daten 120 in der Dateneingabeeinheit 111 empfangen und die empfangenen CAD-Daten 120 in der Datenspeichereinheit 112 gespeichert.
Die Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit 113 der Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 liest die Abscheidungsbedingungsdaten 130 aus der Datenspeichereinheit 112 aus (Schritt S10). Die Abscheidungsbedingungsdaten 130 beinhalten Parameter, die das 3D-Druckgerät 100 bei der Durchführung der additiven Bearbeitung verwendet, wie z. B. den Abscheidungsabstand, die Perlenbreite, die Obergrenze der Laserausgangsleistung, die Brennweite des Lasers, den Durchmesser des Lasers, die Drahtzufuhrgeschwindigkeit, das Material des Drahts 5 und die Konfiguration der beweglichen Welle.
Die Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit 113 liest die CAD-Daten 120 des Gegenstands aus der Datenspeichereinheit 112 aus (Schritt S20).
Die Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit 113 erzeugt eine erste Bearbeitungsroute als Basisbearbeitungsroute auf Basis der zu bildenden Form, die durch die CAD-Daten 120 und die Abscheidungsbedingungsdaten 130 angegeben wird (Schritt S30). Hierbei ist die erste Bearbeitungsroute eine Route zum Bewegen des Bearbeitungskopfs 10, um die zu bildende Form in jeder Schicht zu bilden: Im Fall der Formung eines Liniensegments ist dies eine Route zum sequenziellen Formen ausgehend vom Anfangsende in Richtung des Abschlussendes. In einem Bearbeitungspfad mit einem Anfangsende und einem Abschlussende ist die Richtung des Formens beispielsweise die Richtung vom Anfangsende in Richtung des Abschlussendes, wie dies in 6 dargestellt wird. Für einen Bearbeitungspfad mit einem Kreuzungspunkt beinhaltet die Formungsroute überlappende Linien von Perlen, wie dies in 9 und 10 dargestellt wird.
Die Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit 113 bestimmt auf Basis der CAD-Daten 120, ob die erste Bearbeitungsroute wenigstens einen aus einem Endpunkt, einem Kreuzungspunkt und einem Wendepunkt aus den Bearbeitungspfaddaten beinhaltet, die die Form und Position des Bearbeitungspfads zur Bildung von jeder einer Vielzahl von Schichten angeben (Schritt S40).
Als Reaktion auf die Bestimmung, dass die erste Bearbeitungsroute wenigstens einen aus einem Endpunkt, einem Kreuzungspunkt und einem Wendepunkt beinhaltet (Schritt S40: ja), erzeugt die Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit 113 eine zweite Bearbeitungsroute, um zuerst eine Vielzahl von Stützpunkten zu formen, die auf dem auf der ersten Bearbeitungsroute vorhandenen Endpunkt, Kreuzungspunkt und/oder Wendepunkt basieren, und um anschließend ein Abstandsliniensegment zu formen, das die geformten Stützpunkte verbindet (Schritt S50).
Als Reaktion auf die Bestimmung, dass die erste Bearbeitungsroute keinen von einem Endpunkt, einem Kreuzungspunkt und einem Wendepunkt beinhaltet (Schritt S40: nein), wird der Schritt S50 ausgelassen. Die Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit 113 gibt die erzeugte Bearbeitungsroute an die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinheit 114 aus. Dabei gibt die Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit 113 die zweite Bearbeitungsroute als Reaktion auf die Ausführung des Schritts S50 aus, während sie die erste Bearbeitungsroute als Reaktion auf das Auslassen des Schritts S50 ausgibt.
Die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinheit 114 wandelt die von der Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit 113 ausgegebene Bearbeitungsroute in ein Bearbeitungsprogramm um und fügt Modellierungscodes hinzu (Schritt S60). In der Folge wird ein Bearbeitungsprogramm erzeugt, das die Route angibt, entlang derer der Bearbeitungskopf 10 bewegt wird, um den Gegenstand 18 zu formen. Modellierungscodes sind Befehle in einem Format, das von der Steuervorrichtung 1 des 3D-Druckgeräts 100 interpretiert werden kann, wobei sie Befehlsinformationen beinhalten, um den 3D-Druckgerät 100 über Betriebswerte zu instruieren, wie z. B. über den Laserausstoß aus der Strahldüse 11, die Geschwindigkeit der Drahtzufuhr von der Drahtdüse 12 und die Gasflussrate aus der Gasdüse 13. Bei dem Bearbeitungsprogramm handelt es sich zum Beispiel um Steuerinformationen, die in G-Code, einer Auszeichnungssprache oder dergleichen beschrieben sind. Das Bearbeitungsprogramm kann unter Verwendung einer eindeutigen Programmiersprache erzeugt werden, die von der Steuervorrichtung 1 des 3D-Druckgeräts 100 interpretiert werden kann.
Die in 15 dargestellte Prozedur kann anders beschrieben werden: Das Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsverfahren beinhaltet: einen Schritt des Erfassens von Konstruktionsformdaten, die die Form des zu bildenden Gegenstands 18 angeben; einen Schritt des Erzeugens einer ersten Bearbeitungsroute aus den Konstruktionsformdaten; einen Schritt des Extrahierens eines Endpunkts, eines Kreuzungspunkts und eines Wendepunkts aus dem Bearbeitungspfad, der durch die erste Bearbeitungsroute angegeben wird; einen Schritt des Erzeugens einer zweiten Bearbeitungsroute, um zuerst Stützpunkte zu formen, die auf dem extrahierten Endpunkt, Kreuzungspunkt und Wendepunkt basieren, und um anschließend ein Abstandsliniensegment zu formen, das die Vielzahl von geformten Stützpunkten verbindet; und einen Schritt des Erzeugens eines Bearbeitungsprogramms zum Steuern des 3D-Druckgeräts 100 gemäß der Bearbeitungsroute.
Wie oben beschrieben, ist es mit dem Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform möglich, ein Bearbeitungsprogramm zu erzeugen, um das 3D-Druckgerät 100 zu veranlassen, zuerst Stützpunkte zu formen und anschließend ein Abstandsliniensegment zu formen, das die Vielzahl von geformten Stützpunkten verbindet. Durch die Verwendung dieses Bearbeitungsprogramms zur Steuerung des 3D-Druckgeräts 100 kann die Formungsgenauigkeit verbessert werden.
Dritte Ausführungsform.
Die dritte Ausführungsform beschreibt ein Verfahren zur weiteren Verbesserung der Formungsgenauigkeit des 3D-Druckgeräts 100 durch Einstellen der Bearbeitungsbedingungen für Abstandsliniensegmente. Im Allgemeinen umfasst die additive Fertigung häufig eine Endbearbeitung nach der additiven Bearbeitung, wie z. B. Schleifen und Polieren. Daher sind geringe Formabweichungen von der gewünschten Form häufig zulässig, es ist jedoch immer noch wünschenswert, die Differenz zwischen der gewünschten Form und der endgültigen Form zu verringern.
16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem das 3D-Druckgerät 100 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Abstandsliniensegment zwischen einer Vielzahl von Stützpunkten zur Gänze durch Punktformen formt. In dem in 16 dargestellten Beispiel stehen das Abstandsliniensegment zwischen den Stützpunkten und die Anzahl der geformten Punkte in einem angemessenen Verhältnis. Je nach Länge des Abstandsliniensegments ist es jedoch unter Umständen nicht möglich, das Abstandsliniensegment mit einer geeigneten Anzahl an Kugelperlen gleicher Größe zu formen. In Anbetracht dessen passt die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 Parameter der Bearbeitungsbedingungen, wie z. B. den Abstand, die Größe und die Anzahl der Punkte zur Formung eines Abstandsliniensegments zwischen Stützpunkten, unter Berücksichtigung der Formungsposition der hinzuzufügenden Stützpunkte und der Größe der Kugelperlen an. Folglich kann die Formungsgenauigkeit verbessert werden, und eine Zunahme der Größe des Gegenstands 18 kann verhindert werden. Es ist anzumerken, dass im Fall der Formung eines Abstandsliniensegments mittels Linienformen die Länge der zu formenden Linie angepasst werden kann.
Bei den Bearbeitungsbedingungen für Abstandsliniensegmente handelt es sich um Bedingungen zur Einstellung der Menge des zu schmelzenden Bearbeitungsmaterials. Die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 stellt die Bearbeitungsbedingungen derart ein, dass die Menge des Bearbeitungsmaterials, das an einer Position in der Nähe eines Endpunkts einer Linienperle, z. B. an der Bearbeitungsposition 26 in einem Abstand mit einem Schwellenwert oder weniger vom Endpunkt, zu schmelzen ist, geringer ist als jene an der Bearbeitungsposition 26 in einem dem Schwellenwert übersteigenden Abstand vom Endpunkt. Eine beispielhafte Bearbeitungsbedingung zum Einstellen der Menge des zu schmelzenden Bearbeitungsmaterials ist die Laserausgangsleistung, d. h. die Ausgangsleistung des Laserstrahls 24. Das 3D-Druckgerät 100 kann die Menge des zu schmelzenden Bearbeitungsmaterials verringern, indem die Laserausgangsleistung verringert wird. Das 3D-Druckgerät 100 kann auch die Laserausgangsleistung erhöhen, um die Menge des Wärmeeintrags in den Draht 5 zu erhöhen, sodass die geschmolzene Linienperle eine verringerte dynamische Viskosität aufweist und die erstarrte Linienperle eine verringerte Höhe aufweist. Darüber hinaus können die Bearbeitungsbedingungen zum Einstellen der Menge des zu schmelzenden Bearbeitungsmaterials die Drahtzufuhrgeschwindigkeit beinhalten. Indem die Drahtzufuhrgeschwindigkeit allmählich verringert wird, wenn sich die Bearbeitungsposition dem Endpunkt der Linienperle annähert, ist es möglich, die Höhe der erstarrten Linienperle zu verringern. Darüber hinaus kann eine Vielzahl von Bearbeitungsbedingungen eingestellt werden.
Es ist wünschenswert, dass die oben beschriebenen Verfahren von der Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 oder dem Benutzer entsprechend den verschiedenen Einschränkungen bei der additiven Fertigung selektiv angewendet werden können. Insbesondere ist es wünschenswert, dass das Bearbeitungsprogramm zusätzlich eine Funktion aufweist, die zusätzliche Einstellungen ermöglicht, um Bearbeitungsbedingungen hinzuzufügen oder zu entfernen, die an den End-, Kreuzungs- und Wendepunkten der Linienperlen oder dergleichen geändert werden.
Wie oben beschrieben, ermöglicht es das Verfahren gemäß der dritten Ausführungsform, die Formungsgenauigkeit des 3D-Druckgeräts 100 weiter zu verbessern, indem die Bearbeitungsbedingungen zum Formen der Abstandsliniensegmente eingestellt werden.
Vierte Ausführungsform.
Die vierte Ausführungsform beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen eines Bearbeitungsprogramms unter Verwendung einer Bedingungstabelle, in der die Bearbeitungsbedingungen für die Stützpunkte mit Arten von Bearbeitungsmaterialien und Arten von Stützpunkten verknüpft sind. 17 ist ein Diagramm, das eine Prozesskarte als Beispiel einer Bedingungstabelle zeigt, die von der Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Die in 17 dargestellte Prozesskarte zeigt Bearbeitungsbedingungen, die Maschinenparameter und Perlendaten beinhalten, die mit jeder der Steuerungsnummern verknüpft sind, die verschiedenen Arten von Bearbeitungsmaterialien und verschiedenen Arten von Stützpunkten zugewiesen wurden. Die Maschinenparameter beinhalten den Strahldurchmesser des Laserstrahls 24, die axiale Vorschubrate, die Drahtzufuhrvolumengeschwindigkeit, die Laserausgangsleistung, den Drahtwinkel und die Bestrahlungszeit des Laserstrahls 24 für eine Kugelperle. Der Drahtwinkel ist ein Winkel, der durch die Mittelachse des Drahts 5 in Bezug auf die Mittelachse des Laserstrahls 24 gebildet wird. Die Perlendaten beinhalten die Perlenbreite und die Perlenhöhe.
Nach dem Auslesen der CAD-Daten 120 kann die Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit 113 unter Bezugnahme auf die Prozesskarte automatisch Bearbeitungsbedingungen auswählen. Folglich ist es möglich, dem Benutzer Zeit und Mühe bei der Eingabe der Abscheidungsbedingungsdaten 130 zu ersparen und somit die Belastung des Benutzers bei der Verarbeitung zur Erzeugung eines Bearbeitungsprogramms zu reduzieren.
Fünfte Ausführungsform.
Die fünfte Ausführungsform beschreibt ein Verfahren zur automatischen Erzeugung angemessener Bearbeitungsbedingungen unter Verwendung einer Vorrichtung zum maschinellen Lernen 300, die Prozeduren zum Ableiten von Bearbeitungsbedingungen erlernt.
18 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines 3D-Drucksystems 200A gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das 3D-Drucksystem 200A beinhaltet ein 3D-Druckgerät 100A, die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 und die Vorrichtung zum maschinellen Lernen 300.
Das 3D-Druckgerät 100A beinhaltet zusätzlich zu den Komponenten des 3D-Druckgeräts 100 einen Höhensensor 50. Da die Komponenten mit Ausnahme des Höhensensors 50 jenen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, wird auf eine ausführliche Beschreibung davon verzichtet, und es werden hauptsächlich Unterschiede zu dem 3D-Druckgerät 100 beschrieben. Da die Funktionen der Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung 110 jenen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, wird auf eine ausführliche Beschreibung davon verzichtet.
Der Höhensensor 50 des 3D-Druckgeräts 100A misst unter der Steuerung der Steuervorrichtung 1 Forminformationen, die die Form des Gegenstands 18 angeben. Der Höhensensor 50 gibt das Messergebnis an die Steuervorrichtung 1 aus. Die Vorrichtung zum maschinellen Lernen 300 beinhaltet eine Zustandsbeobachtungseinheit 301, eine Lerneinheit 302 und eine Betriebsergebnis-Erfassungseinheit 305. Die Lerneinheit 302 beinhaltet eine Belohnungsberechnungseinheit 303 und eine Funktionsaktualisierungseinheit 304.
Ausgehend von der Steuervorrichtung 1 beobachtet die Zustandsbeobachtungseinheit 301 Zustandsgrößen des 3D-Druckgeräts 100A als Zustandsvariablen, wie z. B. die Antriebsbefehle, die Menge des zugeführten Drahts und die Werkstücktemperatur während des Formens. Die Betriebsergebnis-Erfassungseinheit 305 erfasst als Betriebsergebnisse Forminformationen wie z. B. die Höhe des Gegenstands 18 und die Breite des Gegenstands 18 an der Bearbeitungsposition 26, die von einem Gegenstandsmesssensor wie z. B. dem Höhensensor 50 erfasst werden.
Die Lerneinheit 302 sammelt Zeitreihendaten, die die von der Zustandsbeobachtungseinheit 301 erfassten Zustandsvariablen und die von der Betriebsergebnis-Erfassungseinheit 305 erfassten Betriebsergebnisse beinhalten, und erlernt Bearbeitungsbedingungen, wie z. B. das Material für die Formung, die Menge des Grundmaterials, die gebildete Form, die Laserausgangsleistung, die Bestrahlungszeit, die Abkühlzeit und Bearbeitungsrouten gemäß einem Trainingsdatensatz, der auf Basis der Zustandsvariablen und der Betriebsergebnisse erzeugt wurde.
Die Lerneinheit 302 kann jeden beliebigen Lernalgorithmus verwenden. Es wird ein beispielhafter Fall beschrieben, bei dem bestärkendes Lernen angewendet wird. Beim bestärkenden Lernen handelt es sich um ein Verfahren, bei dem ein Agent (das Subjekt einer Aktion) in einer Umgebung den aktuellen Zustand beobachtet und die auszuführende Aktion bestimmt. Der Agent gewinnt eine Belohnung aus der Umgebung, indem er eine Aktion auswählt, und lernt, wie die Belohnung durch eine Reihe von Aktionen maximiert werden kann. Q-Learning und TD-Learning sind als repräsentative Verfahren des bestärkenden Lernens bekannt. Im Fall des Q-Learnings wird beispielsweise ein allgemeiner Aktualisierungsausdruck (Aktionswerttabelle) für die Aktionswertfunktion Q (s, a) durch die untenstehende Formel (1) ausgedrückt.
[Formel 1] $Q (s_{t} {,a}_{t}) \leftarrow Q (s_{t} {,a}_{t}) + α (r_{t + 1} + γ max_{A} Q (s_{t + 1}, a) - Q (s_{t}, a_{t}))$
In der Formel (1) steht t für die Umgebung zum Zeitpunkt t, und at steht für die Aktion zum Zeitpunkt t. Die Aktion at verändert die Umgebung zu S_t+1. Darüber hinaus steht r_t+1 für die Belohnung, die durch die Veränderung der Umgebung erhalten werden kann, γ steht für eine Abzugrate, und α steht für einen Lernkoeffizienten. Falls Q-Learning angewendet wird, handelt es sich bei der Aktion at um die Bearbeitungsbedingungen und eine Bearbeitungsroute.
Der durch die Formel (1) dargestellte Aktualisierungsausdruck erhöht den Wert der Aktionswertfunktion Q, wenn der Aktionswert der besten Aktion a zum Zeitpunkt t+1 größer als der Wert der Aktionswertfunktion Q der zum Zeitpunkt t ausgeführten Aktion a ist, und andernfalls verringert er den Wert der Aktionswertfunktion Q. Mit anderen Worten wird die Aktionswertfunktion Q (s, a) derart aktualisiert, dass der Wert der Aktionswertfunktion Q der Aktion a zum Zeitpunkt t näher an den besten Aktionswert zum Zeitpunkt t+1 gebracht wird. Dadurch pflanzt sich der beste Aktionswert in einer bestimmten Umgebung sequenziell auf die Aktionswerte in den vorherigen Umgebungen fort.
Die Belohnungsberechnungseinheit 303 berechnet eine Belohnung auf Basis von Zustandsvariablen. Die Belohnungsberechnungseinheit 303 berechnet die Belohnung r auf Basis von wenigstens einem der Bearbeitungsergebnisse wie z. B. der Oberflächentemperatur während des Formens, einer Höhenveränderung der gebildeten Form in jeder Schicht und der Oberflächenrauigkeit. Beispielsweise erhöht die Belohnungsberechnungseinheit 303 die Belohnung r, wenn jede Schicht eine geringe Höhenveränderung aufweist. Die Belohnungsberechnungseinheit 303 gibt zum Beispiel eine Belohnung von „1“. Hingegen wird die Belohnung r verringert, wenn jede Schicht eine große Höhenveränderung aufweist. Die Belohnungsberechnungseinheit 303 gibt zum Beispiel eine Belohnung von „-1“. Die Veränderung der Höhe der gebildeten Form in jeder Schicht wird unter Verwendung eines bekannten Verfahrens extrahiert. Beispielsweise misst und erfasst der Höhensensor 50 Höhendaten, während jede Schicht geformt wird.
Die Funktionsaktualisierungseinheit 304 aktualisiert eine Funktion zur Bestimmung einer Bearbeitungsroute gemäß der Belohnung, die von der Belohnungsberechnungseinheit 303 berechnet wurde. Beispielsweise kann im Fall des Q-Learnings die durch die Formel (1) dargestellte Aktionswertfunktion Q (st, at) als Funktion für Bearbeitungsrouten verwendet werden.
19 ist ein Fließdiagramm, das ein Beispiel des Betriebs des in 18 dargestellten 3D-Drucksystems 200A zeigt. Der in 19 dargestellte Betrieb wird in vorbestimmten Steuerabständen durchgeführt, wenn das 3D-Druckgerät 100A die 3D-Druckverarbeitung am Werkstück durchführt.
Die Steuervorrichtung 1 wählt und bestimmt Bearbeitungsbedingungen und eine Bearbeitungsroute für das 3D-Druckgerät 100A (Schritt S100). Das 3D-Druckgerät 100A führt die 3D-Druckverarbeitung gemäß den ausgewählten Bearbeitungsbedingungen und der ausgewählten Bearbeitungsroute durch.
Der Höhensensor 50 misst die Perlenhöhe des geformten Teils in jeder Schicht (Schritt S200). Dabei erfasst die Vorrichtung zum maschinellen Lernen 300 Zustandsdaten und Betriebsergebnisse, und die Lerneinheit 302 erzeugt einen Trainingsdatensatz. Die Belohnungsberechnungseinheit 303 der Vorrichtung zum maschinellen Lernen 300 vergleicht die Höhe des Gegenstands 18 mit dem Höhenwert der gewünschten Form in jeder Schicht und bestimmt, ob die Höhenänderungsrate abgenommen hat (Schritt S300).
Als Reaktion auf die Bestimmung, dass die Höhenänderungsrate abgenommen hat (Schritt S300: ja), d. h. dass die Differenz zwischen dem Messwert der Höhe des Gegenstands 18 und dem Höhenwert der gewünschten Form kleiner als oder gleich einem Schwellenwert ist, erhöht die Belohnungsberechnungseinheit 303 die Belohnung (Schritt S400). Als Reaktion auf die Bestimmung, dass die Höhenänderungsrate nicht abgenommen hat (Schritt S300: nein), d. h. dass die oben beschriebene Differenz größer als der Schwellenwert ist, verringert die Belohnungsberechnungseinheit 303 die Belohnung oder behält die Belohnung bei, so wie sie ist (Schritt S500).
Die Funktionsaktualisierungseinheit 304 aktualisiert die Wertfunktion auf Basis der Belohnung, die von der Belohnungsberechnungseinheit 303 berechnet wurde (Schritt S600). Es ist anzumerken, dass die Belohnungsberechnungseinheit 303 die Belohnung um einen von Schritt zu Schritt variierenden Wert erhöhen oder verringern kann.
20 ist ein Fließdiagramm, das eine Modifikation des in 19 dargestellten Betriebs zeigt. Im Folgenden werden hauptsächlich die Unterschiede zu 19 beschrieben, wobei auf die Beschreibung von Schritten, die jenen von 19 ähnlich sind, verzichtet wird.
Der in 20 dargestellte Betrieb beinhaltet zusätzlich die Schritte S700, S800 und S900 zwischen den Schritten S400 und S500 und dem Schritt S600 von 19.
Die Grundvoraussetzung ist hier, dass Messdaten betreffend die vertikale Genauigkeit der End-, Kreuzungs- und Wendepunkte unter Verwendung des Höhensensors 50 erfasst wurden. Nach Abschluss des Schritts S400 oder des Schritts S500 vergleicht die Lerneinheit 302 die vertikale Genauigkeit an den End-, Kreuzungs- und Wendepunkten mit dem Wert der vertikalen Genauigkeit der gewünschten Form und bestimmt, ob sich die Vertikalität verbessert hat (Schritt S700).
Als Reaktion auf die Bestimmung, dass sich die Vertikalität verbessert hat (Schritt S700: ja), d. h. dass die Differenz zwischen der durch die Messdaten angegebenen vertikalen Genauigkeit und der vertikalen Genauigkeit der gewünschten Form kleiner als oder gleich einem Schwellenwert ist, erhöht die Belohnungsberechnungseinheit 303 die Belohnung (Schritt S800).
Als Reaktion auf die Bestimmung, dass sich die Vertikalität nicht verbessert hat (Schritt S700: nein), d. h. dass die oben beschriebene Differenz größer als der Schwellenwert ist, verringert die Belohnungsberechnungseinheit 303 die Belohnung oder behält die Belohnung bei, so wie sie ist (Schritt S900). Nach Abschluss des Schritts S800 oder des Schritts S900 wird der Vorgang mit Schritt S600 fortgesetzt.
Obwohl bei den oben beschriebenen Beispielen bestärkendes Lernen verwendet wurde, kann die Vorrichtung zum maschinellen Lernen 300 maschinelles Lernen nach einem anderen bekannten Verfahren ausführen, z. B. mittels eines neuronalen Netzwerks, genetischer Programmierung, funktionaler Theorieprogrammierung oder einer Support Vector Machine.
Darüber hinaus kann die Vorrichtung zum maschinellen Lernen 300, die verwendet wird, um 3D-Druckrouten, Bearbeitungsbedingungen und dergleichen von dem 3D-Druckgerät 100A zu erlernen, zum Beispiel über ein Netzwerk mit dem 3D-Druckgerät 100A verbunden sein. Alternativ dazu kann die Vorrichtung zum maschinellen Lernen 300 in das 3D-Druckgerät 100A integriert sein. In einer weiteren Alternative kann die Vorrichtung zum maschinellen Lernen 300 auf einem Cloud-Server vorhanden sein.
In 18 ist die Vorrichtung zum maschinellen Lernen 300 mit einem einzelnen 3D-Druckgerät 100A verbunden, die Vorrichtung zum maschinellen Lernen 300 kann jedoch mit einer Vielzahl von 3D-Druckgeräten 100A verbunden sein. In diesem Fall kann es sich bei der Vielzahl von 3D-Druckgeräten 100A, die mit der Vorrichtung zum maschinellen Lernen 300 verbunden sind, um eine Vielzahl von 3D-Druckgeräten 100A handeln, die an demselben Standort verwendet werden, oder es kann sich um 3D-Druckgeräte 100A handeln, die unabhängig voneinander an verschiedenen Standorten betrieben werden. Ferner kann die Vorrichtung zum maschinellen Lernen 300 ein neues 3D-Druckgerät 100A zu einer Liste von 3D-Druckgeräten 100A hinzufügen, von denen die Vorrichtung zum maschinellen Lernen 300 Datensätze sammelt, und sie kann ein bestimmtes 3D-Druckgerät 100A von der Liste entfernen. Ferner kann die Vorrichtung zum maschinellen Lernen 300, die Bearbeitungsrouten, Bearbeitungsbedingungen und dergleichen von einem bestimmten 3D-Druckgerät 100A erlernt hat, an ein anderes 3D-Druckgerät 100A angeschlossen werden, um Bearbeitungsrouten, Bearbeitungsbedingungen und dergleichen neu zu erlernen, um die Lernergebnisse zu aktualisieren. Die Vorrichtung zum maschinellen Lernen 300 oder die Ergebnisse des maschinellen Lernens können zur Verwendung in CAM-Software integriert werden, die Bearbeitungsrouten, Bearbeitungsbedingungen und dergleichen auf Basis der CAD-Daten 120 erzeugt.
Die im Rahmen der oben erwähnten Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen zeigen Beispiele für den Inhalt der vorliegenden Erfindung. Die Konfigurationen können mit anderen wohlbekannten Techniken kombiniert werden, und einige der Konfigurationen können weggelassen oder in einem Bereich verändert werden, der nicht vom Wesen der vorliegenden Erfindung abweicht.
Bezugszeichenliste

1: Steuervorrichtung;
2: Laseroszillator;
3: Faserkabel;
4: Rotationsmotor;
5: Draht;
6: Drahtspule;
7: Gaszufuhrvorrichtung;
8: Rohr;
10: Bearbeitungskopf;
11: Strahldüse;
12: Drahtdüse;
13: Gasdüse;
14: Kopfantriebsvorrichtung;
15: Plattform;
16: Drehmechanismus;
16a: Drehglied;
17: Grundmaterial;
18: Gegenstand;
19: Drahtzufuhreinheit;
22: Zieloberfläche;
24: Laserstrahl;
25: Schutzgas;
26: Bearbeitungsposition;
41: CPU;
42: RAM;
43: ROM;
44: externe Speichervorrichtung;
45: Eingabe- /Ausgabeschnittstelle;
46: Bus;
47: Verarbeitungsschaltungen;
50: Höhensensor;
100, 100A: 3D-Druckgerät;
110: Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung;
111: Dateneingabeeinheit;
112: Datenspeichereinheit;
113: Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit;
114: Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinheit;
120: CAD-Daten;
130: Abscheidungsbedingungsdaten;
200, 200A: 3D-Drucksystem;
300: Vorrichtung zum maschinellen Lernen;
301: Zustandsbeobachtungseinheit;
302: Lerneinheit;
303: Belohnungsberechnungseinheit;
304: Funktionsaktualisierungseinheit;
305: Betriebsergebnis- Erfassungseinheit.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2018149570 [0005]

Claims

Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung, die ein Bearbeitungsprogramm zum Steuern eines 3D-Druckgeräts erzeugt, das einen Gegenstand bildet, indem es eine Vielzahl von Schichten aufeinanderstapelt, die eine Perle beinhalten, die erhalten wird, indem ein geschmolzenes Bearbeitungsmaterial auf eine Zieloberfläche aufgebracht wird, während eine Bearbeitungsposition einen Bearbeitungspfad entlangbewegt wird, wobei die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Bearbeitungsrouten-Erzeugungseinheit zum Extrahieren einer Vielzahl von Stützpunkten, die auf einem Endpunkt, einem Kreuzungspunkt und einem Wendepunkt des Bearbeitungspfads basieren, aus Bearbeitungspfaddaten, die eine Form und eine Position des Bearbeitungspfads zum Bilden von jeder der Vielzahl von Schichten angeben, und zum Erzeugen einer Bearbeitungsroute, indem zu dem Bearbeitungspfad eine Formungsreihenfolge hinzugefügt wird, die angibt, dass zuerst das Formen der Stützpunkte auszuführen ist und anschließend das Formen eines Abstandsliniensegments auszuführen ist, das die Vielzahl von geformten Stützpunkten verbindet; und eine Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines Bearbeitungsprogramms zum Steuern des 3D-Druckgeräts gemäß der Bearbeitungsroute.
Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinheit das Bearbeitungsprogramm erzeugt, um zuerst die Stützpunkte mit einer Perle, die eine Kugelform aufweist, zu formen und anschließend das Abstandsliniensegment mit einer Perle, die eine Kugelform aufweist, und/oder einer Perle, die eine Linienform aufweist, zu formen.
Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinheit das Bearbeitungsprogramm erzeugt, um das Abstandsliniensegment zur Gänze mit Perlen zu formen, die eine Kugelform aufweisen.
Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Speichereinheit zum Speichern einer Bedingungstabelle, in der Bearbeitungsbedingungen für die Stützpunkte mit Arten des Bearbeitungsmaterials und Arten der Stützpunkte verknüpft sind, wobei die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinheit das Bearbeitungsprogramm auf Basis der Bedingungstabelle erzeugt.
Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinheit eine Bearbeitungsbedingung für das Abstandsliniensegment in Abhängigkeit von der Art des Bearbeitungsmaterials und der Art der Stützpunkte einstellt.
Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinheit die Bearbeitungsbedingung derart einstellt, dass eine geringere Menge des Bearbeitungsmaterials an der Bearbeitungsposition geschmolzen wird, wenn ein Abstand zwischen der Bearbeitungsposition und den Stützpunkten kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, als wenn der Abstand größer als der Schwellenwert ist.
Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Bearbeitungsbedingung zum Einstellen der Menge des zu schmelzenden Bearbeitungsmaterials wenigstens eines aus dem Perlenabstand, der Perlengröße und der Anzahl der zu formenden Perlen beinhaltet.
3D-Druckgerät, das einen Gegenstand bildet, indem es eine Vielzahl von Schichten aufeinanderstapelt, die eine Perle beinhalten, die erhalten wird, indem ein geschmolzenes Bearbeitungsmaterial auf eine Zieloberfläche aufgebracht wird, während eine Bearbeitungsposition einen Bearbeitungspfad entlangbewegt wird, wobei das 3D-Druckgerät Folgendes umfasst: eine Materialdüse zum Zuführen des Bearbeitungsmaterials zu der Bearbeitungsposition; einen Bearbeitungskopf zum Bestrahlen der Bearbeitungsposition mit einem Strahl, um das von der Materialdüse zugeführte Bearbeitungsmaterial zu schmelzen; und eine Steuervorrichtung zum Steuern des Bearbeitungskopfs, um zuerst eine Vielzahl von Stützpunkten zu formen, die auf einem Endpunkt, einem Kreuzungspunkt und einem Wendepunkt des Bearbeitungspfads zum Bilden von jeder der Vielzahl von Schichten basieren, und um anschließend ein Abstandsliniensegment zu formen, das die Vielzahl von geformten Stützpunkten verbindet.
3D-Druckgerät nach Anspruch 8, wobei die Steuervorrichtung zuerst die Stützpunkte mit einer Perle, die eine Kugelform aufweist, formt und anschließend das Abstandsliniensegment mit einer Perle, die eine Kugelform aufweist, und/oder einer Perle, die eine Linienform aufweist, formt.
3D-Druckgerät nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Steuervorrichtung das Abstandsliniensegment zur Gänze mit Perlen formt, die eine Kugelform aufweisen.
Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsverfahren zum Erzeugen eines Bearbeitungsprogramms zum Steuern eines 3D-Druckgeräts, das einen Gegenstand bildet, indem es eine Vielzahl von Schichten aufeinanderstapelt, die eine Perle beinhalten, die erhalten wird, indem ein geschmolzenes Bearbeitungsmaterial auf eine Zieloberfläche aufgebracht wird, während eine Bearbeitungsposition einen Bearbeitungspfad entlangbewegt wird, wobei das Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsverfahren Folgendes umfasst: einen Schritt des Extrahierens, durch eine Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung, einer Vielzahl von Stützpunkten, die auf einem Endpunkt, einem Kreuzungspunkt und einem Wendepunkt des Bearbeitungspfads basieren, aus Bearbeitungspfaddaten, die eine Form und eine Position des Bearbeitungspfads zum Bilden von jeder der Vielzahl von Schichten angeben; einen Schritt des Erzeugens, durch die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung, einer Bearbeitungsroute, indem zu dem Bearbeitungspfad eine Formungsreihenfolge hinzugefügt wird, die angibt, dass zuerst das Formen der Stützpunkte auszuführen ist und anschließend das Formen eines Abstandsliniensegments auszuführen ist, das die Vielzahl von geformten Stützpunkten verbindet; und einen Schritt des Erzeugens, durch die Bearbeitungsprogramm-Erzeugungsvorrichtung, eines Bearbeitungsprogramms zum Steuern des 3D-Druckgeräts gemäß der Bearbeitungsroute.
3D-Druckverfahren, das ein 3D-Druckgerät verwendet, das einen Gegenstand mit einer Perle bildet, die erhalten wird, indem ein geschmolzenes Bearbeitungsmaterial auf eine Zieloberfläche aufgebracht wird, während eine Bearbeitungsposition einen Bearbeitungspfad entlangbewegt wird, wobei das 3D-Druckverfahren Folgendes umfasst: Aufeinanderstapeln, durch das 3D-Druckgerät, einer Vielzahl von Schichten, indem ein Schritt des Formens einer Schicht, die die Perle beinhaltet, wiederholt wird, wobei der Schritt des Formens Folgendes beinhaltet: einen ersten Schritt des Formens, mit einer Perle, die eine Kugelform aufweist, einer Vielzahl von Stützpunkten, die auf einem Endpunkt, einem Kreuzungspunkt und einem Wendepunkt des Bearbeitungspfads zur Bildung jeder Schicht basieren; und einen zweiten Schritt des Formens eines Abstandsliniensegments, das die Vielzahl von Stützpunkten verbindet, die im ersten Schritt geformt wurden.
Vorrichtung zum maschinellen Lernen, die eine Bearbeitungsbedingung des 3D-Druckgeräts nach einem der Ansprüche 8 bis 10 erlernt, wobei die Vorrichtung zum maschinellen Lernen Folgendes umfasst: eine Zustandsbeobachtungseinheit, um Bearbeitungsbedingungsdaten des 3D-Druckgeräts als Zustandsvariable zu beobachten; eine Betriebsergebnis-Erfassungseinheit, um als Betriebsergebnis ein Formmessergebnis eines Gegenstands zu erfassen, der durch das 3D-Druckgerät gebildet wurde; und eine Lerneinheit, um die Bearbeitungsbedingung des 3D-Druckgeräts auf Basis eines Trainingsdatensatzes zu erlernen, der auf Basis der Zustandsvariablen und des Betriebsergebnisses erzeugt wurde.