DE19900963A1 - Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Strukturen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Strukturen

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen wenigstens einer dreidimensionalen Struktur, wobei zum Erzielen der Strukturen einzelne Schichten übereinander angeordnet und miteinander kraftschlüssig verbunden werden, und die Schichten entsprechend einer durch ein CAD-Programm vorgegebenen Geometrie durch ein Bearbeitungswerkzeug strukturiert werden. DOLLAR A Es ist vorgesehen, daß die wenigstens eine Struktur (12) aus schichtweisem Fügen thermoplastischer Kunststoffe erhalten wird, die als Folien (24) diskontinuierlich übereinander angeordnet werden, wobei eine Erstreckung der Folie (24) in x-, y-Richtung mindestens der x-, y-Erstreckung der zu erzielenden Struktur (12) entspricht, und nachfolgend durch das Bearbeitungswerkzeug (16) eine Strukturierung in x-, y- und z-Richtung der einzelnen Schichten erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Strukturen mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Stand der Technik
Verfahren der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Solche Verfahren dienen beispielsweise dem Erstellen eines Modells, welches zuvor mit Hilfe eines geeigneten Softwareprogrammes entworfen wurde. Dies ist insbesondere deshalb notwendig, da oft spezifische Eigenschaften des Modells nicht über eine Simulation zugänglich sind.
Bekannte Verfahren erstellen dreidimensionale Strukturen, entweder durch Vorgabe einer dreidimensionalen Schablone (Negativform), die abgeformt wird, oder die Struktur entsteht durch ein Aufeinanderschichten einzelner Schichten. Letzteres Verfahren ist als sogenanntes LOM-Verfahren (laminated object manufacturing) bekannt.
Bei dem LOM-Verfahren werden einzelne Schichten aus Papier oder keramischen Werkstoffen gefügt. Nachteilig hierbei ist zum einen, daß zur Erstellung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen den Schichten ein Zusatzstoff (Haftvermittler) notwendig ist und dieser durch einen zusätzlichen Arbeitsschritt vor oder während des Verfahrens aufgetragen werden muß. Abgesehen davon, daß ein solches Verfahren 1 sehr zeitaufwendig ist, treten infolge der zusätzlichen Arbeitsschritte auch zusätzliche Fehlerquellen auf, die die Genauigkeit der Struktur negativ beeinflussen.
In den bekannten Verfahren dienen üblicherweise CAD-Programme dazu, zunächst eine zu erzeugende dreidimensionale Struktur (CAD-Modell) zu erstellen und mittels einer dann gegebenen Geometrie ein Bearbeitungswerkzeug zu steuern. Im Rahmen des LOM-Verfahrens ist das Bearbeitungswerkzeug beispielsweise ein Laser.
Bei dem bekannten LOM-Verfahren werden dabei folgende Arbeitsschritte durchgeführt:
Zunächst wird auf eine bestehende Schicht eine neue Schicht aufgebracht. Diese neuen Schicht weist üblicherweise eine Erstreckung in x-, y-Richtung auf, die mindestens der x- y-Erstreckung der bestehenden Schicht entspricht. Die beiden Schichten werden dann - wie erläutert - kraftschlüssig verbunden. Nachfolgend wird die neue Schicht durch den Laser bearbeitet und zwar entsprechend der Geometrie, die durch das CAD-Modell vorgegeben ist. Bei allen bekannten RT (rapid prototyping)-Verfahren ist dabei ein Bearbeitungswinkel des Laser fest vorgegeben. Der Bearbeitungswinkel beträgt dabei 90°, das heißt, daß eine Bearbeitungsrichtung des Lasers senkrecht zu der zu bearbeitenden Schicht gegeben ist. Durch den Laser wird dann mittels Laserschnitt eine der Geometrie der Struktur entsprechende Außenkontur der zu bearbeitenden Schicht erzeugt.
Nachteilig bei einem solchen Verfahren ist die senkrechte Bearbeitungsrichtung und zwar aus folgenden Gründen:
Zum einen muß die Geometrie der Struktur zunächst in eine Abfolge einzelner Schichten zerlegt werden. Anschließend wird ausgehend von den Geometrien zweier aufeinanderfolgenden Schichten eine Bearbeitungsgeometrie berechnet, nach der der Laser den Schnitt durchführt. Ein solches Vorgehen benötigt einen erheblichen Rechenaufwand, der stark ansteigt, je dichter die Abfolge der einzelnen Schichten ist. Nicht abwendbar ist dabei ein Informationsverlust ausgehend von dem CAD-Modell zu einem Bearbeitungsmodell und damit einhergehend entsprechende Abweichung (Fehler) der Kontur der zu erzeugenden Struktur.
Zum anderen ist nachteilig, daß die Bearbeitung mittels Laserschnitt zu Schichten führt, die in z-Richtung eine senkrechte Außenkontur aufweisen. Da herstellungsbedingt die Schichten in ihrer Erstreckung in z-Richtung nicht beliebig minimierbar sind, weist die erzeugte Struktur eine stufenförmige Außenkontur auf und muß nachbearbeitet werden. Eine Nachbearbeitung ist einerseits zeitaufwendig, und andererseits können durch die Nachbearbeitung zusätzliche Ungenauigkeiten hinsichtlich der Geometrie der Struktur auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dreidimensionale Struktur mit wenig Zeitaufwand und mit hoher Genauigkeit zu erstellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Strukturen mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
Dadurch, daß die Strukturen aus schichtweisem Fügen thermoplastischer Kunststoffe erhalten werden, die als Folienmaterial diskontinuierlich übereinander angeordnet werden, wobei eine Erstreckung des Folienmaterials in x- und y-Richtung mindestens der x-, y-Erstreckung der zu erzielenden Struktur entspricht, und nachfolgend durch das Bearbeitungswerkzeug eine Strukturierung von x-, y- und z-Richtung der einzelnen Schichten erfolgt, kann in sehr einfacher Weise und mit hoher Genauigkeit die dreidimensionale Struktur erzeugt werden.
Weiterhin ist bevorzugt, das Folienmaterial auf Rollen aufzuziehen und einem Arbeitsbereich zuzuführen. Auf diese Weise kann der Arbeitsablauf wesentlich beschleunigt werden, da einerseits eine hohe Vorschubgeschwindigkeit gewährt werden kann, und andererseits ein Wechseln der Rollen bei einer entsprechenden Ausgestaltung wenig zeitaufwendig ist.
Bevorzugt ist ferner, daß beliebige thermoplastische Kunststoffe, das heißt, aus einem aus der Gruppe der zur Verfügung stehenden thermoplastischen Kunststoffe wird ein thermoplastischer Kunststoff ausgewählt, eingesetzt werden können, so daß entsprechend den Erfordernissen der zu erzeugenden Struktur eine hohe Variabilität gegeben ist. Zudem war der Einsatz dieser Materialien bisher nicht möglich.
Desweiteren ist bevorzugt, das Verschmelzen der einzelnen Schichten aus thermoplastischem Kunststoff mittels einer Sonotrode durchzuführen, da ein solches Arbeitsverfahren sehr schnell durchzuführen ist, und eine thermische oder mechanische Belastung tieferliegender Schichten im wesentlichen vermieden wird. Zusätzliche Haftvermittler zwischen den Schichten sind nicht mehr notwendig.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Bearbeitungswerkzeug eine Fräse, insbesondere eine Hochgeschwindigkeitsfräse, eingesetzt, und die während der Strukturierung anfallenden Stäube oder Partikel werden durch eine Absaugeinrichtung entfernt. Eine solche Fräse hat den Vorteil, daß sie einerseits hohe Vorschubgeschwindigkeiten erlaubt, und daß andererseits Oberflächenfehler infolge von Krafteinwirkungen auf das Werkstück verhindert werden.
Weiterhin ist bevorzugt, eine Steuerung des Bearbeitungswerkzeuges derart zu gestalten, daß die Strukturierung der einzelnen Schichten in x-, y- und z-Richtung erfolgen kann. Dazu ist das Bearbeitungswerkzeug so gelagert, daß es in einem beliebigen Winkel und in einer beliebigen Raumrichtung verlagerbar ist. Damit entfällt die nach dem bisherigen Verfahren notwendige Berechnung einer Bearbeitungsgeometrie aus der durch das CAD-Modell gegebenen Geometrie der Struktur. Anstelle dessen kann zwecks Minimierung der zur Steuerung des Bearbeitungswerkzeuges notwendigen Daten beispielsweise ein Winkel α zwischen zwei auf der Außenkontur zweier benachbarter Bearbeitungsschichten liegender Punkte berechnet werden. Das Bearbeitungswerkzeug führt dann entsprechend diesem Winkel eine Bearbeitung in x-, y-, z-Richtung durch. Einerseits entfallen auf diese Weise die Ungenauigkeiten, die infolge der Berechnung der Bearbeitungsstruktur bei dem bisherigen Verfahren auftraten, und andererseits entfällt die Nachbearbeitung.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Anordnung der für das Verfahren notwendigen Komponenten;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Arbeitszyklus;
Fig. 3 ein beispielhaftes Modell;
Fig. 4 ein weiteres Modell und
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Ablaufs einer Datenerfassung der Geometrie eines Modells.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Anordnung 10 der für ein Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Strukturen 12 notwendigen Komponenten. Diese Komponenten sind nur schematisch dargestellt, das heißt, nur die für das Verfahren notwendigen Bestandteile sind aus Gründen der Übersichtlichkeit dargestellt. Selbstverständlich können jeder der gezeigten Komponenten Elemente beigeordnet werden, die eine Energieversorgung, einen Datenfluß, eine Positionierung oder dergleichen ermöglichen. Aufgrund der hohen Variabilität soll hierauf jedoch im Rahmen der Beschreibung nicht weiter eingegangen werden. Ebenso ist eine relative Lage der einzelnen Komponenten zueinander in einem hohen Maße variabel.
Die Anordnung 10 umfaßt ein Element 14 zum kraftschlüssigen Fügen benachbarter Schichten und ein Bearbeitungswerkzeug 16, das eine Strukturierung der Schichten erlaubt. Weiterhin sind eine Rechnereinheit 18 sowie eine Absaugvorrichtung 20 zugeordnet.
Oberhalb der Struktur 12 ist schematisch eine Folie 24 dargestellt, deren beiden Enden jeweils auf eine Rolle 26 aufgezogen sind.
Das Element 14 kann in einer bevorzugten Ausführungsform eine Sonotrode sein. Es dient dazu, benachbarte Schichten aus thermoplastischem Kunststoff miteinander zu verschmelzen. Selbstverständlich können auch andere Elemente 14 zum kraftschlüssigen Fügen eingesetzt werden, die beispielsweise mittels Druck oder Temperatur eine Verbindung schaffen. Besonders günstig ist jedoch eine Sonotrode, da sie räumlich sehr begrenzt wirkt und damit eine störende Verformung unterer Schichten verhindert.
Das Bearbeitungswerkzeug 16 ist in allen Raumrichtungen frei beweglich gelagert und kann in seiner Ausführung sehr variabel gestaltet werden. Vorteilhafterweise kann das Bearbeitungswerkzeug 16 eine Fräse sein, insbesondere eine Hochgeschwindigkeitsfräse. Neben den Fräsen sind beliebige andere Werkzeuge einsetzbar, die eine Strukturierung der zu bearbeitenden Schichten erlauben. In Frage kommen Laser, Schneidplatten, Bohrer oder dergleichen. Welches Bearbeitungswerkzeug 16 eingesetzt wird, hängt stark von der zu erzeugenden Struktur 12 ab. Ferner ist eine Kombination mehrerer Bearbeitungswerkzeuge 16 möglich, wobei diese entweder gleichzeitig oder aufeinanderfolgend die Struktur 12 formen.
Die während der Bearbeitung entstehenden Stäube oder Partikel werden durch die Absaugvorrichtung 20 entfernt. Diese ist in einer bevorzugten Ausführungsform beweglich gelagert und kann somit in einem Arbeitsbereich 28 verlagerbar sein.
Die Anordnung 10 umfaßt weiterhin die Rechnereinheit 18. Diese dient zum einen der Steuerung der Komponenten während eines Arbeitszyklus des Verfahrens und beinhaltet zum anderen ein zur Erzeugung einer dreidimensionalen Struktur 12 fähiges Softwareprogramm. Die Steuerung der einzelnen Arbeitsabläufe während des Arbeitszyklus setzt eine Erfassung notwendiger Systemdaten (zum Beispiel Position der Komponenten, Temperatur etc.) voraus, was durch geeignet Sensoren ermöglicht wird. Eine solche Erfassung ist bekannt und wird daher in diesem Zusammenhang nicht näher erläutert.
In bevorzugter Weise ist das Softwareprogramm ein CAD-Programm. In der Praxis wird mittels dieses CAD-Programmes zunächst eine dreidimensionale Struktur 12 (CAD- Modell) erarbeitet, und die sich hieraus ergebenden Daten für die Geometrie der Struktur 12 werden zur Steuerung des Bearbeitungswerkzeuges 16 genutzt.
Die Folie 24, deren Enden auf den Rollen 26 aufgewickelt sind, und die straff gespannt über der Struktur 12 angeordnet ist, liefert das Material für die einzelnen Schichten, die aufeinanderfolgend die fertige Struktur 12 ergeben. Zur Veranschaulichung ist auf der Folie 24 ein Abschnitt dargestellt, der eine neue Schicht 32 zeigt, die auf einer obersten Schicht 30 aufgebracht werden soll.
Die Folie 24 besteht dabei in bevorzugter Weise aus einem thermoplastischen Kunststoff. Prinzipiell besteht hinsichtlich des Materials nur die Einschränkung, daß es sich zum einen zu einer Folie verarbeiten läßt und zum anderen geeignete Eigenschaften aufweist, die ein dauerhaftes kraftschlüssiges Verfügen mittels des Elementes 14 erlauben. Neben der Erzeugung von Strukturen 12 aus einem homogenen Material sind selbstverständlich auch Verbundmaterialien einsetzbar, beispielsweise dadurch, daß die Folie 24 einerseits aus mehreren Schichten besteht oder daß im Laufe des Verfahrens Folien 24 aus verschiedenartigen Materialien eingesetzt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, die Folien 24 mittels der Rollen 26 einem Arbeitsbereich 28 zuzuführen. Auf diese Weise kann eine sehr hohe Vorschubgeschwindigkeit erreicht werden und ein quasi kontinuierlicher Aufbau der Struktur 12 erfolgen.
Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines Arbeitszyklus während des Verfahrens. Gleiche Teile sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Arbeitszyklus ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in fünf einzelne Arbeitsschritte gegliedert, die mit den Buchstaben (a) bis (e) gekennzeichnet sind.
In dem Arbeitsschritt (a) wird die Struktur 12, die auf einer Arbeitsplattform 22 eingespannt ist und die ursprünglich an der Folie 24 anlag, nach unten weggeführt.
Weiterhin erfolgt ein Vorschub der Folie 24 mittels der Rollen 26, so daß im Arbeitsbereich 28 ein Abschnitt der Folie 24 liegt, der die neue Schicht 32 bilden soll.
Während des Arbeitsschrittes (b) wird die Struktur 12 durch die bewegliche Arbeitsplattform 22 wieder an die Folie 24 geführt, so daß die Schichten 30 und 32 aneinanderliegen.
Im folgenden Arbeitsschritt (c) wird das Element 14 derart in den Arbeitsbereich 28 gebracht, daß es beispielsweise durch Druck oder Temperatur ein Verschmelzen der Schichten 32 und 30 ermöglicht.
Nachdem das Element 14 wieder nach oben weggeführt wurde, beginnt die Strukturierung mittels des Bearbeitungswerkzeuges 16 (Arbeitsschritt (d)). Dieses ist in den Arbeitsbereich 28 verlagerbar und bearbeitet die Folie 24 derart, daß die Außenkontur der Schicht 32 entsteht.
Entstehende Stäube und/oder Partikel werden durch die Absaugvorrichtung 20 im Arbeitsschritt (e) entfernt. Anschließend kann das Verfahren mit einer beliebigen Anzahl von Arbeitszyklen fortgesetzt werden, die jeweils wieder mit dem Arbeitsschritt (a) beginnen.
Die Fig. 3 zeigt beispielhaft eine Modell 40, das durch das Verfahren hergestellt werden kann. Das Modell 40 entsteht dabei aus einzelnen Schichten 42, die in z- Richtung aufeinandergestapelt werden. Die Außenkontur des Modells 40 ist stufenförmig in z-Richtung ausgebildet, wobei die einzelnen Stufen eine Höhe d aufweisen. Bei der Herstellung kann dann vorzugsweise eine Folie 24 mit dieser Höhe d verwendet werden, so daß lediglich eine Strukturierung in x-, y-Richtung erfolgen muß.
Die Fig. 4 zeigt eine weiteres Modell 44. Das Modell 44 ist dabei als ein Kegelstumpf ausgeformt.
In der Fig. 5 ist in einer schematischen Darstellung der Ablauf einer Datenerfassung der Geometrie des Modells 44 dargestellt. Zunächst wird mittels des CAD-Programmes das Modell 44 entworfen. Dieses wird dann in einzelne Bearbeitungsschichten 52 zerlegt, wobei der Abstand d bevorzugt der Dicke der Folie 24 entspricht. Dabei liegt jede einzelne Bearbeitungsschicht 52 in einer z-Ebene und beinhaltet die vollständigen x-, y-Koordinaten der Außenkontur dieser Ebene des Modells 44.
Bei dem bekannten LOM-Verfahren wird ausgehend von einem Punkt 48 der Außenkontur einer Bearbeitungsschicht 54 und wenigstens einem Punkt 50 in einer benachbarten Bearbeitungsschicht 56 ein neuer gemeinsamer Wert für die x-, y- Koordinaten gebildet. Das Verfahren der Berechnung ist hier nur vereinfacht dargestellt und kann beispielsweise durch ein komplexes Rechenprogramm erfolgen. Der Abstand d entspricht bei den bekannten Verfahren mindestens der Dicke der Folie 24 oder ist ein ganzes Vielfaches dieser Dicke.
Das Bearbeitungswerkzeug 16 strukturiert anhand der berechneten Koordinaten jeweils die oberste Schicht 32. Innerhalb eines Bereiches, der durch den Abstand d gegeben ist, sind alle x-, y-Koordinaten gleich. Soll nun das Modell 44 - also ein Kegel - erzeugt werden, so ergibt sich nach dem bekannten Verfahren eine stufenförmige Struktur, die dem Modell 40 der Fig. 3 entspricht und die infolgedessen nachbearbeitet werden muß.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Vermeidung dieses Nachteils ein Bearbeitungswinkel α berechnet. Beispielhaft sei hier eine Ermittlung des Winkels a zwischen den Bearbeitungsschichten 54, 56 des Modells 44 illustriert. Dazu wird durch den Punkt 50 eine Gerade 58, die parallel zu einer Mittelachse 64 des Modells 44 liegt, sowie eine Schnittgerade 60 gelegt. Zwischen diesen beiden Geraden 58, 60 spannt sich der Winkel α auf. Die Schnittgerade 60 schneidet dabei zusätzlich die Mittelachse 64 in einem Punkt 62. Die Lage des Punktes 62 auf der Mittelachse 64 ist dabei gerade so gewählt, daß die Schnittgerade 60 durch den Punkt 48 verläuft. Während der Steuerung des Bearbeitungswerkzeuges 16 wird dieses gemäß dem ermittelten Winkel α geführt, so daß das Modell 44 die gewünschte Oberflächenstruktur aufweist, ohne daß eine weitere Nachbearbeitung erforderlich ist.

Claims (20)

1. Verfahren zum Herstellen wenigstens einer dreidimensionalen Struktur, wobei zum Erzielen der Strukturen einzelne Schichten übereinander angeordnet und miteinander kraftschlüssig verbunden werden, und die Schichten entsprechend einer durch ein CAD-Programm vorgegebenen Geometrie durch ein Bearbeitungswerkzeug strukturiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Struktur (12) aus schichtweisem Fügen thermoplastischer Kunststoffe erhalten wird, die als Folien (24) diskontinuierlich übereinander angeordnet werden, wobei eine Erstreckung der Folie (24) in x-, y-Richtung mindestens der x-, y-Erstreckung der zu erzielenden Struktur (12) entspricht, und nachfolgend durch das Bearbeitungswerkzeug (16) eine Strukturierung in x-, y- und z-Richtung der einzelnen Schichten erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien (24) durch ein thermisch wirkendes Element (14) gefügt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien (24) mit einer Sonotrode gefügt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (24) quasi kontinuierlich als Bandmaterial in einen Bearbeitungsbereich (28) befördert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (24) aus beliebigen thermoplastischen Kunststoffen besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (24) aus einem Verbundmaterial besteht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (12) durch einen Einsatz von Folien (24), die aus verschiedenartigen thermoplastischen Kunststoffen bestehen, hergestellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug (16) in alle Raumrichtungen freibeweglich gelagert ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung durch eine Fräse, insbesondere eine Hochgeschwindigkeitsfräse, erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung durch einen Laser, eine Schneidplatte, ein Bohrer oder dergleichen erfolgt.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine gleichzeitige Bearbeitung mit mehreren Bearbeitungswerkzeugen (16) erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungswerkzeuge (16) nacheinander oder gleichzeitig eingesetzt werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Bearbeitung anfallende Späne oder dergleichen abgesaugt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugung durch eine verlagerbare Absaugvorrichtung (20) erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Absaugvorrichtung (20) während und/oder nach der Strukturierung Staub oder Partikel entfernt werden.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren durch eine Rechnereinheit (18) gesteuert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinheit (18) zur Steuerung eines Arbeitszyklus dient, wobei der Arbeitszyklus aus dem Aufbringen, Fügen und Strukturieren der einzelnen Schichten besteht. .
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinheit (18) einer Steuerung der Strukturierung dient.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinheit (18) ein CAD-Programm beinhaltet, wobei mittels des CAD-Programmes ein CAD- Modell erstellt wird, das in seiner Geometrie der zur erzeugenden Struktur (12) entspricht.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) das CAD-Modell in Bearbeitungsschichten (52) aufgeteilt wird;
  • b) die Bearbeitungsschichten (52) in der z-Ebene der zu erzeugenden Struktur (12) liegen;
  • c) ein Winkel (α) berechnet wird; wobei
  • d) der Winkel (α) zwischen einer Geraden (58), die parallel zu einer Mittelachse (64) angeordnet ist, sowie einer Schnittgeraden (60) liegt;
  • e) auf einer Außenkontur zweier benachbarter Bearbeitungsschichten (54, 56) jeweils ein Punkt (48) und ein Punkt (50) festgelegt wird, und daß der Punkt (50) weiter entfernt von der Mittelachse (64) liegt als der Punkt (48); und
  • f) die Schnittgerade (60) die Punkte (48, 50) und die Mittelachse (64) in einem Punkt (62) schneidet; und
  • g) die Gerade (58) durch den weiter außen gelegenen Punkt (50) verläuft.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10129179A1 (de) * 2001-06-19 2003-01-23 Fagerdala Deutschland Gmbh Verbundkörper, hergestellt nach einem LOM-Verfahren, Schichtmaterial zur Verwendung in einem LOM-Verfahren und Verfahren zur Herstellung von Lom-Verbundkörpern
DE10227233A1 (de) * 2002-04-05 2003-10-16 Blasius Gerg Modell Und Formen Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines als Prototypen dienenden Werkstückes
DE102013021642A1 (de) * 2013-12-20 2015-06-25 Apparatebau Gauting Gmbh Verfahren zur automatisierten Herstellung einer räumlichen Struktur aus faserverstärktem Kunststoff und Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
WO2021021110A1 (en) * 2019-07-29 2021-02-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Object geometry for three dimensional printers

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5015312A (en) * 1987-09-29 1991-05-14 Kinzie Norman F Method and apparatus for constructing a three-dimensional surface of predetermined shape and color
WO1995014572A1 (en) * 1993-11-24 1995-06-01 Marshall Burns Method and apparatus for automatic fabrication of three-dimensional objects

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5015312A (en) * 1987-09-29 1991-05-14 Kinzie Norman F Method and apparatus for constructing a three-dimensional surface of predetermined shape and color
WO1995014572A1 (en) * 1993-11-24 1995-06-01 Marshall Burns Method and apparatus for automatic fabrication of three-dimensional objects

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
STEGER,Wilhelm, GEIGER,Martin: Schnelle Wege zu innovativen Produkten. In: VDI-Z 136, 1994, Nr.4, April, S.38-40,43-45 *
WAZEK,Peter: Rapid Prototyping. In: TR - Technische Rundschau, Nr.45/46, 1997, S.18-22 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10129179A1 (de) * 2001-06-19 2003-01-23 Fagerdala Deutschland Gmbh Verbundkörper, hergestellt nach einem LOM-Verfahren, Schichtmaterial zur Verwendung in einem LOM-Verfahren und Verfahren zur Herstellung von Lom-Verbundkörpern
DE10129179B4 (de) * 2001-06-19 2005-07-21 Fagerdala Deutschland Gmbh Verbundkörper, hergestellt nach einem LOM-Verfahren, und Verfahren zur Herstellung von LOM-Verbundkörpern
DE10227233A1 (de) * 2002-04-05 2003-10-16 Blasius Gerg Modell Und Formen Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines als Prototypen dienenden Werkstückes
DE102013021642A1 (de) * 2013-12-20 2015-06-25 Apparatebau Gauting Gmbh Verfahren zur automatisierten Herstellung einer räumlichen Struktur aus faserverstärktem Kunststoff und Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
DE102013021642B4 (de) 2013-12-20 2018-05-30 Apparatebau Gauting Gmbh Verfahren zur automatisierten Herstellung einer räumlichen Struktur aus faserverstärktem Kunststoff und Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
WO2021021110A1 (en) * 2019-07-29 2021-02-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Object geometry for three dimensional printers

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