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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schnellprototypherstellung.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Färbung von
Objekten, die durch eine Schnellprototypherstellung erzeugt werden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Schnellprototypherstellung wird schnell ein beliebter Prozess zum
Herstellen von dreidimensionalen Objekten, die Prototypteile und
Arbeitswerkzeuge umfassen. Die Schnellprototypherstellung ist ein
Prozess, bei dem ein Objekt, das durch elektronische Daten beschrieben
wird, automatisch aus Grundmaterialien gebaut wird. Eine Hauptform
der Schnellprototypherstellung umfasst einen Druckprozess.
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Wenn
die Schnellprototypherstellung einen Druckprozess verwendet, wird
eine Anzahl von gedruckten Planaren Schichten miteinander kombiniert, um
ein nicht planares, dreidimensionales Objekt zu bilden. Teile werden
durch ein Drucken oder Ausstoßen
eines Bindemittels auf ein flaches Pulverbett hergestellt. Wo das
Bindemittel ausgestoßen
wird, wird das Pulver zu einem Querschnitt des Objekts, das gebildet
wird, verfestigt. Dieses Drucken wird Schicht um Schicht durchgeführt, wobei
jede Schicht einen anderen Querschnitt des gewünschten Endprodukts darstellt.
Benachbarte gedruckte Schichten werden in vorbestimmten Mustern
aneinander angehaftet, um das gewünschte Projekt aufzubauen.
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Zusätzlich zum
selektiven Bilden jeder Schicht des gewünschten Objekts aus dem Pulver
in der Herstellungskammer kann das System eine Farbe oder ein Farbmuster
auf jeder Schicht des Objekts drucken. Zum Beispiel kann eine Tintenstrahldrucktechnologie
verwendet werden, bei der eine Anzahl von unterschiedlich gefärbten Tinten
selektiv aus den Düsen
eines Druckkopfs ausgestoßen
wird und auf dem Druckmedium vermischt wird, um ein volles Farbspektrum
zu liefern. Auf jeder einzelnen Schicht können herkömmliche zweidimensionale Mehrdurchgangsdrucktechniken
und Halbtongebungsalgorithmen verwendet werden, um Druckdefekte
zu verbergen und einen breiten Bereich von gewünschten Farbtönen zu erreichen.
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Diese
Erweiterungen von zweidimensionalen Drucktechniken auf dreidimensionale
Schnellprototypherstellung sind jedoch nicht optimal, da dieselben
nicht die dritte Dimension berücksichtigen.
Insbesondere verlängern
zweidimensionale Mehrdurchgangsdrucktechniken die Zeit, die benötigt wird,
um ein Produkt in einem Schnellprototypherstellungssystem herzustellen.
Außerdem
führen
zweidimensionale Halbtongebungstechniken zu unnötiger Farbmaserung in drei
Dimensionen.
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Bei
früheren
Schnellprototypherstellungssystemen, die Tintenstrahltechnologie
verwenden, um dem Objekt, das hergestellt wird, Farbe hinzuzufügen, wurde
Farbe durch ein Drucken einer gewünschten Farbe jeweils auf der
ganzen Schicht des Objekts, das hergestellt wird, hinzugefügt. Die
US 2002/0079601 A1 offenbart ein Färbungsschema gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, bei dem ein Band einer ersten Farbe an einer Ecke
auf ein Band einer zweiten Farbe trifft. Ein verjüngter Bereich
wird zwischen den Bändern
eines klaren Bindemittels gebildet, so dass die Bänder als
ihre wahre Farbe wahrgenommen werden und die Wahrnehmung jeder Farbe
weniger durch das Vorhandensein der anderen Farbe im Hintergrund
in der Nähe
der Ecke beeinflusst wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Erzeugen einer gewünschten
sichtbaren Färbung
bei einem Objekt, das durch Schnellprototypherstellung erzeugt wird,
und ein Verfahren zum Kompensieren von nicht funktionierenden Düsen eines
Druckkopfes bei einem Schnellprototypherstellungssystem, das einen
Druckprozess verwendet, um aufeinander folgende Querschnitte eines
Objekts zu drucken, wie es in den Ansprüchen dargelegt ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen verschiedene Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung und sind Teil der Beschreibung. Zusammen
mit der folgenden Beschreibung zeigen und erläutern die Zeichnungen die Prinzipien
der vorliegenden Erfindung. Die veranschaulichten Ausführungsbeispiele
sind Beispiele für
die vorliegende Erfindung und schränken den Schutzbereich der
Erfindung nicht ein.
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1 veranschaulicht
ein Schnellprototypherstellungssystem, das einen Druckprozess verwendet,
um gewünschte
Produkte zu erzeugen. Ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann bei dem System implementiert werden,
das in 1 veranschaulicht ist.
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2a veranschaulicht
mehrere ineinander angeordnete Schalen potentiell unterschiedlicher Farbe
bei einem Objekt, das hergestellt wird, um eine gewünschte sichtbare
Farbe zu erreichen, gemäß Prinzipien
der vorliegenden Erfindung.
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2b veranschaulicht
das Objekt, das in 2a hergestellt wird, mit einem
entfernten Abschnitt, um die Schichtung von Farbschalen im Inneren
des Ob jekts gemäß Prinzipien
der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen.
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3 ist
eine Nahdarstellung der ineinander angeordneten Schalen, die in 2 dargestellt sind. 3 wird
verwendet, um zu zeigen, dass die Schalen jede eine variable Breite
oder Tiefe aufweisen können.
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In
allen Zeichnungen bezeichnen identische Bezugszeichen ähnliche,
aber nicht unbedingt identische Elemente.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Die
vorliegende Erfindung umfasst Techniken zum Hinzufügen von
Farbe in einem vollen Farbtonspektrum sowie einem breiten Bereich
von Sättigung
und Helligkeit zu einem Objekt, das durch ein Schnellprototypherstellungssystem
hergestellt wird, das bevorzugt eine Drucktechnologie verwendet.
Die vorliegende Erfindung erkennt, dass Farbe durch Reflexionen
von einem Farbmittel an und unter der Oberfläche des Objekts und Absorption
durch dasselbe erzeugt wird, abhängig
von der Transparenz des Materials, aus dem das Objekt hergestellt
wird. Die vorliegende Erfindung erkennt auch, dass die sichtbare
Farbe durch ein Ineinanderanordnen von Schichten unterschiedlicher
Farben nahe der Oberfläche
des hergestellten Objekts feinabgestimmt werden kann.
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Wie
derselbe in der gesamten Beschreibung und in den angehängten Ansprüchen verwendet wird,
bezieht sich der Begriff „sichtbare
Farbe" auf die Färbung des
Objekt, wie dieselbe einem Betrachter erscheint. Gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung kann das Farbmittel, das zu einer „sichtbaren
Farbe" beiträgt, an der
tatsächlichen
Oberfläche des
Objekts oder innerhalb des Objekts und nicht an der Oberfläche des
Objekts angeordnet sein. Außerdem
kann das Objekt, das gebildet wird, teilweise durchscheinend oder
transparent sein, wobei eine gefärbte
Region innerhalb des Objekts angeordnet ist, die eine sichtbare
Farbe aufweist. Somit bezieht sich sichtbare Farbe auf die Färbung des
Objekt, wie dieselbe einem Betrachter erscheint, ob nun diese Färbung an
der Oberfläche
des Objekts erscheint oder sich innerhalb des Objekts befindet.
Die „sichtbare
Farbe" wird durch
die spezifischen Farbmittel bestimmt, die zu der sichtbaren Farbe
beitragen, dadurch, wo diese Farbmittel sich befinden und wie diese
Farbmittel verteilt sind, ist jedoch potentiell unabhängig davon.
Die „sichtbare
Farbe" des Objekts,
die durch die Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung gesteuert wird, umfasst die chromatischen Aspekte:
Farbton, Chroma, Helligkeit, und die geometrischen Aspekte: Glanz,
Trübung
usw.
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1 veranschaulicht
ein Schnellprototypherstellungssystem, das Drucktechnologie verwendet.
Bei dem Schnellprototypherstellungssystem (100) von 1 wird
ein pulvriges Material verwendet, um jede einzelne Schicht des gewünschten
Produkts zu bilden. Dazu wird zunächst eine gemessene Pulvermenge
von einer Versorgungskammer geliefert. Eine Rolle, die bevorzugt
in eine Bewegungsstufe (103) eingegliedert ist, verteilt
und komprimiert dann das Pulver an dem oberen Ende einer Herstellungskammer
(102) zu einer gewünschten
Dicke. Dann bringt der Druckkopf (103) ein Haftmittel oder ein
Bindemittel auf das Pulver in der Herstellungskammer (102)
in einem zweidimensionalen Muster auf. Dieses zweidimensionale Muster
ist ein Querschnitt des gewünschten
Produkts. Der Druckkopf (103) kann auch Tinte, Toner oder
einen Farbaktivator in die Pulverschicht ausstoßen, um eine gewünschte Farbe
oder ein gewünschtes
Farbmuster für
diesen bestimmten Querschnitt des gewünschten Produkts zu liefern.
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Das
Pulver wird in den Bereichen gebunden, in denen das Haftmittel aufgebracht
wird, wodurch eine Schicht des gewünschten Produkts gebildet wird.
Der Prozess wird mit einer neuen Pulverschicht wiederholt, die über dem
oberen Ende der vorangegangenen Schicht in der Herstellungskammer
(102) aufgebracht wird. Der nächste Querschnitt des gewünschten
Produkts wird dann mit Haftmittel oder Bindemittel in die neue Pulverschicht
gedruckt. Das Haftmittel dient auch dazu, die benachbarten oder aufeinander
folgenden Schichten des gewünschten Produkts
zusammenzubinden.
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Dieser
Prozess wird fortgeführt,
bis das gesamte Objekt in dem Pulverbett in der Herstellungskammer
(102) gebildet ist. Das überschüssige Pulver, das nicht durch
das Haftmittel gebunden ist, wird dann weggewischt, wobei das Basis- oder „grüne" Objekt zurückbleibt.
Eine Benutzerschnittstelle oder eine Steuertafel (104)
ist vorgesehen, um es dem Benutzer zu ermöglichen, den Herstellungsprozess
zu steuern.
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Ein
derartiger Druckprozess bietet die Vorteile einer raschen Herstellung
und geringer Materialkosten. Er wird als eines der schnellsten Schnellprototypherstellungsverfahren
betrachtet und kann unter Verwendung einer Vielzahl von Farben durchgeführt werden.
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Der
Druckkopf (103) bei dem Schnellprototypherstellungssystem
(100) umfasst oft Tintenstrahltechnologie zum Drucken von
Farbe in die Schichten des gewünschten
Objekts. Bei der Tintenstrahltechnologie stößt der Druckkopf Tintentropfen
in einem selektiven Muster aus, um das Bild zu erzeugen, das gedruckt
wird, oder in dem Fall einer Schnellprototypherstellung das Objekt
zu färben,
das hergestellt wird. Wie derselbe hier und in den angehängten Ansprüchen verwendet
wird, wird der Begriff „Tinte" in einem breiten
Sinn verwendet, um eine beliebige Substanz zu bezeichnen, die durch
einen Druckkopf ausgestoßen
wird, um ein Objekt zu färben,
das hergestellt wird. Folglich umfasst der Begriff „Tinte" Tinte, ein Druckfluid,
Toner, Farbmittel usw., ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Bei
Schnellprototypherstellungssystemen, die Tintenstrahltechnologie
verwenden, um Farbe zu dem Objekt hinzuzufügen, das hergestellt wird,
kann Farbe durch ein Aufbringen von Farbe nur auf die Teile des
Querschnitts, der zu einer beliebigen gegebenen Zeit gedruckt wird,
die sich an oder benachbart zu der Oberfläche des Endobjekts befinden
werden, hinzugefügt
werden. Diese Färbung
wird bevorzugt von der Oberfläche
eine gewisse Tiefe in das Objekt hinein projiziert, um das Objekt
optimal zu färben.
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Da
Farbe hauptsächlich
eine Oberflächeneigenschaft
sein kann, muss die Farbprojektion nicht sehr weit in das Innere
des Objekts, das hergestellt wird, vordringen. Die notwendige Tiefe
der Färbung hängt von
dem Grundmaterial ab, das verwendet wird, um das Objekt herzustellen.
Materialien, die durchscheinender sind, können ein Projizieren der Farbe
tiefer in das Objekt hinein erfordern.
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Unter
den Prinzipien der vorliegenden Erfindung kann das Objekt, anstatt
ein Objekt so zu betrachten, dass dasselbe eine einzige äußere Schale einer
bestimmten Farbe aufweist, konzeptionell als eine Reihe von ineinander
angeordneten Schalen unterschiedlicher Farben betrachtet werden.
Schale 0 wäre
die äußerste Schale
oder die Schale, die die tatsächliche
Oberfläche
des Objekts umfasst. Schale 1 wäre
die nächste
Schale unmittelbar innerhalb Schale 0. Dieser Fortschritt würde sich
nach innen zur Mitte des Objekts hin fortsetzen.
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Visuell
ist die tatsächliche
Farbe des Objekts eine Kombination der Farben der ineinander angeordneten
Schalen. Zum Beispiel ist die tatsächliche Farbe des Objekts die
Farbe von Schale 0 plus die Farbe von Schale 1 mit einiger Abschwächung plus die
Farbe von Schale 2 mit mehr Abschwächung, ... plus die Farbe von
Schale n mit maximaler Abschwächung.
Schale n ist die innerste Schale, deren Farbe irgendeine Wirkung
auf die sichtbare Farbe haben kann.
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Die
visuelle Abschwächung
jeder Schale hängt
von dem Baumaterial ab, das verwendet wird. Die Anzahl von Schalen,
die ein Objekt haben kann, bevor Schale n erreicht ist, hängt von
der Durchsichtigkeit des Grundmaterials ab, das verwendet wird, um
das Objekt herzustellen. Je undurchlässiger das Material, desto
weniger Schalen können
irgendeine Wirkung auf die sichtbare Farbe haben.
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Indem
ermöglicht
wird, dass die Farben an den Schalen voneinander variieren, können leichte Farbtonverschiebungen
erreicht werden. Außerdem können, wie
es im Folgenden beschrieben ist, Druckdefekte minimiert oder verborgen
werden.
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Unter
den Prinzipien der vorliegenden Erfindung kann die Vielzahl von
Farbtönen,
die mit Halbtonmustern bei einem herkömmlichen zweidimensionalen
Drucken erzeugt werden, durch ein Verwenden von variablen Schalenfarben
bei einer Schnellprototypherstellung erzeugt werden, die Drucktechnologie verwendet.
Durch ein Verwenden von durchgehenden Farben auf unterschiedlichen
Schalen können Farbtonvariationen
ohne unnötige
Maserung erzeugt werden.
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Die
tatsächliche
Implementierung des Auswählens
geeigneter Schalenfarben ist in hohem Maße von dem Baumaterial abhängig. Mehr
Farbschalen können
bei Materialien verwendet werden, die durchscheinend sind. Falls
das Baumaterial undurchlässig
ist, dann tragen nur wenige Schalen zu der tatsächlichen sichtbaren Farbe bei.
Außerdem kann
die Breite oder Tiefe jeder Schale variiert werden, um eine zusätzliche
sichtbare Farbvariation zu erreichen.
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Als
weitere Erläuterung
sei ein Punkt auf der Ebene einer Pulverschicht betrachtet. Die
Farbe eines Punktes in der Ebene wird durch die Farbe an diesem
Punkt und die Farben der Punkte, die zu diesem Punkt innerhalb der
gleichen Pulverschicht benachbart sind (Halbtongebung), bestimmt.
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Die
Farbe des Punktes wird auch durch die Farbe von Punkten in der Nähe in Schichten
darüber und
darunter beeinflusst. Die Tatsache, dass die Farbe an jedem beliebigen
gegebenen Punkt durch die Farbe aller umgebenden Punkte beeinflusst
wird, ist für
die dreidimensionale Beschaffenheit der Schnellprototypherstellung
typisch.
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Es
sei auch darauf hingewiesen, dass die letztendliche Oberfläche des
Objekts, das gebildet wird, gekrümmt
sein kann. Folglich kann, da die Farbschalen innerhalb des Objekts
sich mit der Oberfläche
krümmen,
eine Senkrechte durch die Oberfläche gezogen
werden, die auch senkrecht alle Bilderzeugungsschichten oder Schalen
schneidet, die parallel zueinander und parallel zu der Oberfläche sind,
innerhalb derer dieselben hergestellt wurden.
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Das
Schalenkonzept der vorliegenden Erfindung ist vorteilhaft, weil
dasselbe bei Unteroberflächen
unabhängig
von dem Winkel angewendet werden kann, den die sichtbare Oberfläche mit
den Pulverschichten bildet, d. h. es kann eine Reihe von Unterschalen
hinter einer beliebigen Oberfläche
vorliegen, die sich in oder an der tatsächlichen Oberfläche des
Objekts befindet. Dieses Konzept einer Halbtongebung in drei Dimensionen
kann als „Untertongebung" bezeichnet werden.
Die ineinander angeordneten Schalen müssen nicht in der Ebene der
aufeinander folgenden Bauschichten von Pulver sein. Außerdem können die
Schalen in einem Winkel zu, nicht parallel zu, der Objektoberfläche angeordnet sein.
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Auch
sei darauf hingewiesen, dass abhängig von
dem Winkel, in dem ein beliebiger Punkt in oder an dem Objekt, das
hergestellt wird, betrachtet wird, es unterschiedliche Abschnitte
des Objekts hinter oder unter dem Punkt gibt, der betrachtet wird.
Somit müssen,
um die Farbe von unterschiedlichen Perspektiven aus richtig zu erhalten,
Kompromisse bei der Färbung
der Unterschichten eingegangen werden, da Pixel in den ineinander
angeordneten Unterschichten zu der Farbe von mehr als einer Oberflächenperspektive
beitragen.
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Bei
dieser Beschreibung impliziert ein Steuern einer sichtbaren „Farbe" das Steuern der
chromatischen Aspekte: Farbton, Chroma, Helligkeit, und der geometrischen
Aspekte: Glanz, Trübung
usw. Bei den pulverbasierten Schnellprototypherstellungssystemen
ist das Pulver nicht vollständig
transparent und ist etwas trüb
oder durchscheinend oder undurchlässig. Je höher der Streuungsbetrag und
die Undurchlässigkeit
des Pulvers, desto geringer ist die Wirksamkeit von internen Schichten
beim Bestimmen der sichtbaren Farbe.
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Die
vorliegende Erfindung liefert die Transformation eines Farbmittelaufbringungsalgorithmus von
Oberflächenschichten
zu Scheiben. Eine dreidimensionale Halbtongebung optimiert die Menge
und Position von Farbmittel in jeder Schicht aufgrund einer Kenntnis
des Farbmittels in anderen Schichten und einer Kenntnis der Transparenz
und Trübheit
von Farbmitteln und der Medienmatrix. Dies würde eine K-M-Trübheitstheorie
zusammen mit einem einfachen Neugebauer-Typ-Einfangen umfassen. Spezifische
Optimierungen hängen
von Trübheit,
Transparenz und räumlicher
Positionierung ab. Falls das Pulver oder das Farbmittel Metallpartikel
oder Perlglanzmaterialien enthält,
können
andere Oberflächeneffekte
geliefert werden.
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Somit
steuert die vorliegende Erfindung die Farbe von dreidimensionalen
Objekten durch ein Berücksichtigen
von Farbmittelfarbe und -verteilung in drei Dimensionen. Spezieller
verwendet die vorliegende Erfindung Schichten und Binärfarbmittellieferung
bei geschichteter dreidimensionaler Halbtongebung und steuert Winkelfarbeffekte.
Zum Beispiel müssen
Farbschichten gesteuert werden, um winkelabhängige Effekte, wie z. B. Regenbogen,
Metall oder Perlglanz, zu erreichen. Eine Winkelabhängigkeit
von einem relativen Spektralreflexionsgrad aufgrund Farbmittelschich ten
kann unerwünschte
Verschiebungen verursachen. Die vorliegende Erfindung kann all diese
Faktoren berücksichtigen.
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2a veranschaulicht
einen Querschnitt eines allgemeinen Objekts, das durch Schnellprototypherstellung
unter Verwendung von Drucktechnologie hergestellt wird. Der Querschnitt,
der in 2 gezeigt ist, könnte für einen
Zylinder, einen Ring oder eine Kugel sein. Wie es ersichtlich ist,
dient dieser veranschaulichte Querschnitt nur zum Zweck des Erläuterns von
Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung
kann bei einem Objekt mit einem beliebigen Typ oder einer beliebigen
Form von Querschnitt angewendet werden.
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Bei
typischen Tintenstrahldrucksystemen werden drei Farben verwendet
und in verschiedenen Verhältnissen
gemischt, wie es erwünscht
ist, um das volle Farbspektrum zu erzeugen. Die drei verwendeten
Farben sind Gelb (Y), Cyan (C) und Magenta (M). Bisweilen wird auch
ein Vorrat von Schwarz (K) verwendet. Wenn diese Farben auf dem
Druckmedium in verschiedenen Verhältnissen gemischt werden, kann
praktisch jede beliebige gewünschte
Farbe erzeugt werden. Dieser Prozess des Mischens von Grundfarben,
um andere Farben zu erzeugen, wird bisweilen als Halbtongebung bezeichnet. Ähnliche Prinzipien
können
verwendet werden, um in einem vollen Spektrum von Farben auf einem
Objekt zu drucken, das durch Schnellprototypherstellung hergestellt
wird.
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2b veranschaulicht
das Objekt, das in 2a hergestellt wird, mit einem
entfernten Abschnitt, um die Schichtung von Farbschalen in dem Inneren
des Objekts gemäß Prinzipien
der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen.
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Bei
einem ersten Beispiel soll das Produkt, das hergestellt wird, eine
hellmagentafarbene sichtbare Farbe haben. Dies kann durch Halbtongebung erreicht
werden, d. h. Bedrucken der äußersten Schale
(201) mit einem magentafarbenen und einem klaren oder weißen Farbmittel
oder Aufbringen nur von magentafarbener Tinte an beabstandeten Positionen über einem
weißen
Baumaterial.
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Alternativ
dazu kann die gewünschte
hellmagentafarbene sichtbare Farbe erreicht werden durch ein Ineinanderanordnen
einer magentafarbenen Schale mit einer weißen Schale. Dies erfolgt durch ein
Drucken einer durchgehenden magentafarbenen Farbe in die äußerste Schale,
Schale 0 (201), des Querschnitts (200) des Objekts.
In anderen Worten wird nur magentafarbene Tinte verwendet, um die äußerste Schale
(201) zu färben
oder zu bedrucken, und magentafarbene Tinte wird bevorzugt an allen möglichen
Druckpositionen aufgebracht. Dann wird, um ein helleres Magenta
zu erzeugen, eine zweite Schale, Schale 1 (202), 100 %
weiß gemacht.
Dies kann einfach bedeuten, das weiße Pulver, aus dem das Objekt
hergestellt wird, in einem ungefärbten
Zustand zu lassen, indem ein klares Bindemittel verwendet wird.
Es könnte
auch bedeuten, mit einer weißen
Tinte zu drucken.
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Das
Ergebnis ist eine hellmagentafarbene sichtbare Farbe für den Querschnitt
(200) des Objekts, das gebildet wird. Falls ein dunkleres
Magenta erwünscht
ist, könnte
Schale 1 (202) auch mit magentafarbener Tinte bedruckt
oder gefärbt
werden. Das Ergebnis wäre
eine dunklere magentafarbene sichtbare Farbe, als es der Fall ist,
wenn Schale 1 (202) weiß gelassen oder gemacht wird.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass das Bilden von zwei ineinander angeordneten
Schalen der gleichen Farbe funktionell äquivalent zu einem einfachen Erweitern
der Breite oder Tiefe der ersten Schale, z. B. Schale 0 (201),
ist. Wie es im Vorhergehenden erwähnt ist, kann durch ein Variieren
der Breiten (z. B. W; 3) oder Tiefen der Schalen (z.
B. 201–204) eine
zusätzliche
Feinabstimmung der sichtbaren Farbe erreicht werden. Dies ist in 3 veranschaulicht.
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Bei
einem zweiten Beispiel soll das Produkt, das hergestellt wird, eine
sichtbare Farbe aufweisen, die schwarz mit einem leichten Blaustich
ist. Dies wird erreicht durch ein Bedrucken der äußersten Schale, Schale 0 (201),
mit schwarzer Tinte, d. h. Schale 0 (201) ist 100 % schwarz.
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Schale
1 (202), die nächstäußerste Schale, wird
unter Verwendung von blauer Tinte gebildet oder gedruckt, d. h.
Schale 1 (202) ist 100 % blau. Bei dem sich ergebenden
Produkt weist der Querschnitt (200) eine sichtbare Farbe
auf, die überwiegend
schwarz ist. Die darunter liegende blaue Schale (202) ist
jedoch ein wenig sichtbar, was zu dem gewünschten Oberflächenfarbton
führt,
der schwarz mit einem leichten Blaustich ist.
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Bei
diesen vorangegangenen Beispielen wurden nur die beiden äußersten
Schalen (201, 202) verwendet, um eine gewünschte sichtbare
Farbe zu erreichen. Eine beliebige Anzahl von Schalen (201–204)
kann jedoch verwendet werden, um die gewünschte sichtbare Farbe feinabzustimmen.
Bevorzugt werden fünf
Schalen verwendet, um den gewünschten
Farbton der sichtbaren Farbe feinabzustimmen.
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Zum
Beispiel kann ein tiefes Blau mit der folgenden Konfiguration erzeugt
werden: Schale 0 (201) ist blau, Schale 1 (202)
ist blau, Schale 2 (203) ist blau, Schale 3 (204)
ist weiß.
Ein helleres Blau kann mit der folgenden Konfiguration erzeugt werden:
Schale 0 (201) ist blau, Schale 1 (202) ist blau, Schale 2 (203)
ist weiß,
Schale 3 (204) ist weiß.
Ein noch helleres Blau kann mit der folgenden Konfiguration erzeugt
werden: Schale 0 (201) ist blau, Schale 1 (202)
ist weiß,
Schale 2 (203) ist weiß,
Schale 3 (204) ist weiß.
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Bei
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine fehlende
Düse an
dem Druckkopf (103; 1) kompensiert
werden durch ein Einsetzen einer Düse einer anderen Farbe stattdessen an
der Oberflächenschale
und dann ein Kompensieren der Farbtonverschiebung durch ein Anpassen der Farben
der ineinander angeordneten inneren Schalen in der Nachbarschaft
um die fehlende Düse an
der Oberflächenschale.
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Bei
einem typischen Tintenstrahldrucker, der auf einem flachen Medium,
wie z. B. Papier, druckt, tritt ein Druckdefekt immer dann auf,
wenn ein Tintentropfen nicht an seinem erwarteten Ort landet. Der Tropfen
könnte
entweder fehlen oder nur verschoben sein. Viele Lösungen bestehen,
um diese Druckdefekte zu verbergen oder zu kompensieren. Viele derartige
Lösungen
verwenden ein Mehrdurchgangsdrucken, bei dem der Druckkopf den Bereich,
der gedruckt wird, mehrere Male durchläuft in einem Versuch, einen
Tintentropfen korrekt an jedem gewünschten Ort zu platzieren.
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Zusätzlich werden
beim Farbtintenstrahldrucken Tropfen von unterschiedlich gefärbten Tinten normalerweise
in mehreren Durchgängen
des Druckkopfs aufgebracht. Wenn die unterschiedlich gefärbten Tinten
sich auf dem Druckmedium kombinieren, erzeugen dieselben ein volles
Spektrum von Farbtönen.
Die Farbe an einem beliebigen bestimmten Punkt an dem Druckmedium
hängt von
dem Verhältnis
von unterschiedlich gefärbten
Tinten ab, die an diesem Punkt aufgebracht sind. Erneut wird diese Technik
bisweilen als Halbtongebung bezeichnet.
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Wie
es im Vorhergehenden erwähnt
ist, werden normalerweise drei oder mehr Farben verwendet und gemischt,
um eine gewünschte
Färbung
zu erzeugen. Bei dem Druckkopf (103; 1)
liegt eine Gruppierung von Düsen
für jeden
Punkt an dem Druckmedium vor, den der Druckkopf zu einer gegebenen
Zeit bedruckt. In diesem Fall ist das Druckmedium bevorzugt ein
Pulverbett. Innerhalb der Gruppierung von Düsen gibt es eine Düse für jede der
verschiedenen Tintenfarben, die verwendet werden. Falls irgendeine
dieser Düsen „fehlt", was bedeutet, dass
dieselbe eine Fehlfunktion aufweist, entweder weil dieselbe einen
Tintentropfen nicht ausstößt oder in
die falsche Richtung leitet, ist der Druckkopf nicht in der Lage,
diese Tintenfarbe an der Position aufzubringen, die durch die „fehlende" Düse abgedeckt wird.
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Unter
den Prinzipien der vorliegenden Erfindung kann eine fehlende Düse durch
ein Aufbringen einer anderen Farbe unter Verwendung einer anderen
Düse kompensiert
werden, wo die fehlende Düse nicht
die richtige Farbe drucken kann. Dann werden bei nachfolgenden Schalen
unter und um diesen nicht korrekt gedruckten Punkt Farben gedruckt,
die den nicht korrekt gedruckten Punkt näher zu dem gewünschten
Farbton für
diesen Punkt verschieben.
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Die
tatsächliche
Implementierung der Ersetzung einer fehlenden Düse ist für einige Farben wirksamer als
für andere.
Auch wird angenommen, dass der Druckkopf zwischen folgenden Schichtdurchgängen versetzt
oder verschoben wird. Somit wird eine fehlende Düse an unterschiedlichen Orten
für zwei benachbarte
Schichten oder Schalen positioniert.
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Eine ähnliche
Technik wird verwendet, um fehlende Düsen bei einem zweidimensionalen
Mehrdurchgangsdrucken zu korrigieren. Der Hauptunterschied besteht
darin, dass bei einem Drucken in drei Dimensionen eine tatsächliche
Materialschicht einen Durchgang von einem anderen trennen kann.
Falls eine Materialschicht die mehreren Durchgänge trennt, kann es sein, dass
die innere Schicht ein zusätzliches
Farbmittel haben muss, um die fehlende Düse an der Oberfläche zu kompensieren.
Die Menge an zusätzlichem
Farbmittel hängt
von der visuellen Abschwächung
des Baumaterials ab.
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Falls
z. B. ein hellmagentafarbenes Muster an der Oberfläche erwünscht ist,
könnte
dies, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, durch ein Bilden einer äußeren Schale
von 100 % Magentafärbung und
einer darunter liegenden weißen
Schale erreicht werden. Falls jedoch eine der magentafarbenen Düsen an dem
Druckkopf fehlt, könnte
diese Düse
durch eine klare Düse,
d. h. eine Düse,
die ein klares Fluid oder weiße
Tinte abfeuert, an der Position bei Schale 0 (201) ersetzt
werden, an der die fehlende Düse
Magenta hätte
aufbringen sollen. Dann würde
bei der nächsten
Schale, d. h. Schale 1 (202), eine andere, funktionierende
magentafarbene Düse
in Ausrichtung mit der Position bei Schale 0 (201) positioniert werden,
die nicht richtig mit Magenta bedruckt wurde. Diese andere magentafarbene
Düse bringt
dann magentafarbene-Tinte in und eventuell um den Punkt an der Schale
1 (202) auf, der unter dem nicht richtig bedruckten Punkt
an der äußeren Schale,
Schale 0 (201), liegt, um das verlorene Farbmittel in Schale
0 zu kompensieren.
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Bei
einem anderen Beispiel könnte,
wenn eine rote Farbe an der Oberfläche erwünscht ist und eine magentafarbene
Düse fehlt,
eine gelbe Düse
anstatt der fehlenden magentafarbenen Düse eingesetzt werden. Magenta
würde dann
unter dem gelben Punkt bei ein oder mehr inneren Schalen zum Kompensieren
verwendet.
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Bei
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können Farbdefekte
willkürlich
durch ein Verteilen von Farbe über
mehrere Schalen verborgen werden. Falls z. B. eine hellmagentafarbene
Farbe an der Oberfläche
erwünscht
ist, könnte
die hellmagentafarbene Farbe mit einem Halbtonmuster an der Oberfläche, wie
es im Vorhergehenden beschrieben ist, oder mit ineinander angeordneten
Schalen, die einheitlich magentafarben bzw. weiß sind, wie es ebenfalls im
Vorhergehenden beschrieben ist, erzeugt werden. Außerdem könnte das
Hellmagenta durch ein Drucken eines Halbtonmusters an Schale 0 (201)
und durch ein Drucken eines anderen Halbtonmusters an Schale 1 (202)
erzeugt werden.
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Variable
Schalenfärbung
ist eine nützliche Technik
zum Erzeugen von Farbtonveränderungen ohne
ein Verwenden von Halbtonmustern geringer Dichte. Somit ist es eine
nützliche
Technik zum Erzeugen von sichtbaren Farben, während eine Halbtonmaserung
und Düsendefekte
minimiert werden. Auch ist variable Schalenfärbung am wirksamsten, wenn
helle sichtba re Farben erwünscht
sind. Bei hellen sichtbaren Farben sind Düsendefekte und Halbtonmaserung
am auffälligsten
und störendsten.
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Die
vorangegangene Beschreibung wurde nur präsentiert, um die Erfindung
zu veranschaulichen und zu beschreiben. Dieselbe soll nicht erschöpfend sein
oder die Erfindung auf irgendeine genaue offenbarte Form beschränken. Viele
Modifizierungen und Variationen sind im Lichte der oben genannten
Lehre möglich.
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Zum
Beispiel wurde in den vorhergehenden Ausführungen die vorliegende Erfindung
so beschrieben, dass dieselbe in einem pulverbasierten Schnellprototypherstellungssystem
implementiert ist. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind
jedoch bei mehr als nur den pulverbasierten Schnellprototypherstellungssystemen
anwendbar. Insbesondere verwenden mehrere Schnellprototypherstellungssysteme
Tintenstrahlköpfe,
um ein Photopolymer auszustoßen.
Somit stoßen
diese Tintenstrahlsysteme 100 % des Materials aus, das verwendet
wird, um den Prototyp oder das gewünschte Produkt zu erzeugen, anstatt
nur das Bindemittel. Obwohl jedoch ein derartiges System das Material
für das
gewünschte
Produkt sowie die Farbe aufbringt, kann die Färbung von Objekten in genau
der gleichen Weise erreicht werden, wie es im Vorhergehenden bei
einem Pulver- und Bindemittelsystem beschrieben ist. Tatsächlich verwenden
die Strahlpolymerschnellprototypherstellungssysteme oft ein sehr
durchscheinendes Baumaterial, und Hunderte von Farbschichten oder
Schalen könnten
verwendet werden, um eine gewünschte sichtbare
Farbe zu erreichen.
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Zusätzlich zu
den Strahlpolymerschnellprototypherstellungssystemen können die
Prinzipien der vorliegenden Erfindung in ein Schmelzaufbringungsschnellprototypherstellungssystem
eingegliedert werden, wenn ein durchscheinendes Polymer als das
Baumaterial verwendet wird.
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Das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
wurde ausgewählt
und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische
Anwendung am besten zu veranschaulichen. Die vorangegangene Beschreibung
soll andere Fachleute in die Lage versetzen, die Erfindung bei verschiedenen
Ausführungsbeispielen und
mit verschiedenen Modifizierungen, wie dieselben für die bestimmte
in Erwägung
gezogene Verwendung geeignet sind, am besten zu verwenden. Der Schutzbereich
der Erfindung soll durch die folgenden Ansprüche definiert sein.