EP4436768A1 - Verfahren zur herstellung wenigstens eines bauteils - Google Patents

Verfahren zur herstellung wenigstens eines bauteils

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EP4436768A1
EP4436768A1 EP22812495.4A EP22812495A EP4436768A1 EP 4436768 A1 EP4436768 A1 EP 4436768A1 EP 22812495 A EP22812495 A EP 22812495A EP 4436768 A1 EP4436768 A1 EP 4436768A1
Authority
EP
European Patent Office
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building material
component
time
resulting
max
Prior art date
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Pending
Application number
EP22812495.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Neff
Uwe Hellstern
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Arburg GmbH and Co KG
Original Assignee
Arburg GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Arburg GmbH and Co KG filed Critical Arburg GmbH and Co KG
Publication of EP4436768A1 publication Critical patent/EP4436768A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
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    • B29C64/321—Feeding
    • B29C64/336—Feeding of two or more materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
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    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Definitions

  • the invention relates to a method for producing at least one component according to the preamble of claim 1, a machine controller according to the preamble of claim 14, a machine according to the preamble of claim 15 and a computer program product according to the preamble of claim 16.
  • a “resulting dwell time” is understood to mean the length of time in which a building material, e.g. a plastic, a thermoplastic material or a support material, is melted in a machine and is under thermal stress.
  • a building material e.g. a plastic, a thermoplastic material or a support material
  • a production machine or a 3D printing machine a certain amount of building material is melted and remains in a heated nozzle at a certain temperature until the building material is discharged.
  • a “critical dwell time” is understood to mean the length of time in which there is just no degradation or thermal preloading of the building material as a result of the dwell time. If this critical dwell time is exceeded, degradation or thermal preloading of the building material occurs. Depending on the temperature and the dwell time, a degradation or thermal preloading of the building material and thus a physical and chemical structural change in the building material, e.g. a plastic, a thermoplastic material or a support material, can be caused, resulting in changes in the flow properties and/or negative effects on the mechanical properties of the manufactured components can be effected.
  • the Degradation or thermal preloading begins at lower temperatures the longer the building material is exposed to this temperature, i.e. with long residence times.
  • the critical residence time can also depend on the material itself, on the chemistry and/or on the pressure.
  • a wide variety of components for example for prototypes or small series, can be produced in a 3D printing process, for example in extruding or melting 3D printing processes such as FDM (e.g. EP 1 886 793 B1).
  • a certain amount of building material e.g. a plastic, a thermoplastic material or a support material
  • a machine e.g. a machine for processing plastics and other plasticizable masses, a production machine or a 3D printing machine.
  • the melted building material is initially under thermal stress in a heated nozzle.
  • the component is then produced layer by layer with a 3D printing machine, for example, by removing the building material from the nozzle.
  • the production of the component takes a corresponding amount of time, with the production time generally scaling with the size of the component. For example, if the building material stays at too high a temperature for too long, degradation or thermal preloading of the building material can occur, which can result in a physical and/or chemical structural change in the building material. This can, for example, lead to changes in the flow properties and/or negative effects on the mechanical properties of the manufactured components.
  • DE 10 2013 004 845 A1 discloses a condition monitoring device for a resin, the condition monitoring device comprising a temperature detection unit and a resin deterioration state calculation unit.
  • a warning is issued with a warning output unit if the deterioration state determined by the resin deterioration state calculation unit exceeds a predetermined limit value.
  • the melted building material provided is flushed out independently of the actual residence time, as a result of which the need for building material increases unnecessarily.
  • US 2020/0 005 224 A1 discloses oxidation induction times and residence times as well as different heating temperatures of the different materials from a database. If injection settings are made, the residence times and oxidation induction times from the database are compared and an automatic correction of the injection settings or conditions can be made.
  • Document JP 2016 159481 A discloses, for the field of injection molding machines not intended for additive manufacturing or 3-printing, an injection molding machine with a controller, the controller being configured to have a first dwell time for regulating the dwell time of the resin material in the heating cylinder and sets a second dwell time longer than the first dwell time. Further, the injection molding machine has a timer which counts a standby time from the time of execution of the previous injection to the time of execution of the next injection.
  • the controller is configured to drive an annunciator to notify the operator that the standby time is approaching the second dwell time and to drive the annunciator so that the resin material retained in the heating cylinder by the operator is operator is flushed, and to prohibit the operation of the injection molding machine until the flushing process is completed.
  • JP 2004001403 A discloses an injection molding machine for molding a molded product in which at least two kinds of resin materials having different compositions and color tones are integrated.
  • Document EP 3 970 945 A1 discloses 3D printing feedstocks containing filaments with separate layers or sections produced by co-extrusion, micro-layer co- extrusion or multi-component/fractal co-extrusion.
  • the filaments allow different materials to be deposited or combined simultaneously through one or more nozzles during the 3D printing process, enabling smaller layer sizes in the milli, micro and nano ranges.
  • Document WO 2021/049935 A1 discloses a dispensing head for additive manufacturing with continuous fiber reinforced fused filaments.
  • the dispensing head is configured to dispense a material onto a substrate support platform and includes one or more outlets for receiving a strand of fusible solid material and a reinforcing fiber and a material passage extending from the receiving inlets to a dispensing outlet.
  • the dispensing head further includes a material heating unit for fluidizing the material into a propulsion device for propelling the material through the material passage.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing at least one component which is optimized with regard to the consumption of the required building material and the quality of the component.
  • This object is achieved by a method for producing at least one component having the features of claim 1, a machine control having the features of claim 14, a machine having the features of claim 15 and a computer program product having the features of claim 16.
  • the method for producing at least one component comprising at least two building materials, eg plastics, thermoplastic materials or support materials, each with a critical residence time T_x_max, comprises the steps below.
  • the component is manufactured using an additive manufacturing process or a 3D printing process, eg in a layered printing process (layer-by-layer method).
  • the support materials can be removed from the component after the manufacturing process, for example a 3D printing process, for example by breaking away (mechanical loosening) and/or by treatment with water and/or chemicals.
  • data for the production of the component such as CAD, geometry, machine, peripheral device, temperature, number of building materials, building material temperature and/or building material data are provided.
  • the data can also contain information about the machine used, e.g. a machine for processing plastics and other plasticizable masses, a production machine or a 3D printing machine, peripheral devices used or information about e.g. the size and setting of the discharge nozzles.
  • the data can be provided, for example, as a data record, in particular as a CAD data record, e.g. for data processing.
  • the data can, for example, also be provided in whole or in part separately for data processing.
  • the component is broken down into at least one construction phase, e.g. into one layer or several layers with corresponding construction phase information.
  • the construction stage information may include information similar to the data used to manufacture the component, for example information regarding the construction material, the volume of the construction material, the temperature of the construction material, the construction strategy, the manufacturing process and/or the machine used.
  • the decomposition can, for example, be carried out automatically by the data preparation based on the data provided or after a selection by the operator. For example, it is preferably possible for the operator to first select a construction strategy and then for the component to be broken down into at least one corresponding construction section with corresponding construction section information. It is also possible that the construction strategy is automatically selected depending on the component. It is also possible that when the component is broken down into construction sections, a requirement for construction material, e.g. support material, is also calculated.
  • At least one construction material volume and at least one average discharge rate per construction phase is derived from the construction phase information.
  • the at least one building material volume and the at least one average discharge rate per building section are derived for each building material.
  • the building material volume and the average discharge rate per building section are preferably dependent on the selected building strategy.
  • At least one construction time per construction section and at least one resulting residence time t_x per construction material are calculated from the building material volume and the discharge rate per construction section.
  • the building material volume per construction phase is required for the construction phase-related dosing.
  • at least one, preferably each, building material is melted shortly before the building material is deposited only in accordance with the volume of tree material required in the construction phase.
  • the building material can, for example, be processed discontinuously in a plasticizing unit, preferably according to a corresponding specification in terms of volume, for example from a data record, and be made available as a mass cushion. Provision can preferably be made for only a corresponding volume of building material to be melted for a specific construction phase. The mass cushion is then emptied during discharge. After that, "new" building material can be provided and/or melted down again. The melted building material can then be fed into the nozzle as soon as building material has been discharged from the nozzle. The nozzle is thus always filled with building material.
  • the resulting residence times are compared with the respective critical residence times of the corresponding building materials.
  • At least one adjustment of the data is made so that the respective resulting residence times t_x are below the respective critical residence times T_x_max of the corresponding building materials if at least one resulting residence time t_x exceeds the respective critical residence time T_x_max of the corresponding building material.
  • the adjustment can be designed, for example, in the form of an adjusted data set.
  • the adapted data record can be sent to the machine as a machine-readable code, e.g. as a G-code, in order to manufacture it specifically for the process.
  • the G code contains the respective NC data for moving the axes and the instructions for storing building materials.
  • the calculated data on the volume related to the construction phase and the calculated residence time can be given.
  • the adjusted data can, for example, be transferred to a machine control and/or the machine, whose control then continues to operate the corresponding construction progress with the adjusted data. The data is then used to manufacture the component.
  • At least one of the above-mentioned steps preferably takes place before the first production of the component, as a result of which the production process can advantageously be better planned and building material can be saved.
  • the adaptation preferably takes place in such a way that at least one construction section and/or the corresponding construction section information is changed.
  • the layers and/or building sections can be resized, decomposed, or divided up differently.
  • the adjustment can be carried out, for example, by data preparation. It is also possible for the data preparation to carry out the adjustment automatically or for the operator to select and/or adjust a construction section to be adjusted and the corresponding construction section information.
  • the adaptation is preferably carried out by changing at least one resulting residence time t_x.
  • the resulting dwell times t_x of all building materials are preferably changed. This can be realized, for example, by the building material being removed at a less relevant point in and/or on the component or at another point, so that the building material cannot remain for too long and there is thus advantageously no degradation or no thermal prestressing. Due to the discharge of the building material, "fresh" or thermally unstressed building material is made available earlier.
  • the resulting dwell time t_x is reduced, preferably set to zero.
  • the resulting residence time t_x is preferably changed, preferably reduced, by producing at least one additional element.
  • the additional element has at least one building material, but can also be made from several building materials.
  • the additional element is preferably at least one further component, which more preferably is at least partially inverse to the component to be produced. If, for example, for the sake of simplicity, a component built up in layers consists of a building material A and a building material B, where, for example, building material B can also be a support material and where only building material A is used at the beginning and towards the end, the corresponding component would For example, look like this: ABA.
  • the first layer consists of building material A
  • the second layer consists of building material B
  • the third layer again consists of building material A.
  • a corresponding further (inverse) component BAB is created, so that building material A is also between the beginning and the end of the manufacturing process is used, which advantageously prevents degradation or thermal prestressing of the building material A.
  • the building materials preferably have a resulting dwell time t_x of essentially zero, since they are used over the entire construction time either on the component itself or on the additional element or the further component. This advantageously results in essentially no degradation or no thermal prestressing of the building material.
  • the building material is preferably deposited in at least one construction section, preferably in each construction section first on the In the event of degradation or thermal preloading of the building material, the degraded or thermally preloaded building material is used first on the additional element, so that “fresh” or non-degraded or thermally preloaded building material is available again for the “right” component. Degraded or thermally preloaded building material can thus preferably be used or removed on the additional element in order to create space for “fresh” or thermally unloaded building material.
  • the additional element can preferably be designed as at least one part of the component. More preferably, the additional element can be implemented in the component. Advantageously, no further or additional component is produced in this way, which saves time. As a further advantage, less building material is discharged and the construction time and the dwell time of all building materials are correspondingly not increased. As a further advantage, the resultant dwell time of the other building materials is also not increased as a result.
  • the additional element can be added in the area of a support structure or a support geometry, or the additional element can be implemented in or form the support structure or the support geometry, the additional element comprising at least one building material.
  • the additional element is preferably removed after the component has been produced. For example, it is possible in this way to remove the support structure produced with a support material and the additional element embedded therein together after the production process.
  • the additional element can be removed, for example, by treating it with water and/or chemicals and/or by breaking it off (mechanical removal).
  • the adaptation is preferably carried out in such a way that at least one critical residence time T_x_max is changed, preferably increased.
  • T_x_max is changed, preferably increased.
  • the critical dwell time T_x_max of the building material depends, among other things, on the building material itself, the chemistry and the temperature. For example, a different building material could be used, chemical additives and/or stabilizers could be added to the building material, or the temperature of the building materials could be varied.
  • the respective temperature of the nozzle can be lowered to a non-critical temperature, so that a longer critical residence time T_x_max is realized without degradation or thermal preloading.
  • T_x_max a critical residence time
  • the temperature of a building material can be lowered after the first layers, if the building material is no longer required for the following layers.
  • the critical residence time T_x_max depends, among other things, on the temperature. If the temperature of the respective building material is preferably lowered, the critical residence time is advantageously greater overall or, for certain temperatures, approaches infinity. This means that at this specific temperature there is advantageously no degradation or thermal preloading of the building material.
  • the critical residence time T_x_max is preferably changed, preferably increased, by changing, preferably reducing, the temperature of at least one building material for at least a certain period of time. More preferably, the change in temperature takes place during, before and/or after the production of the component. In order to advantageously not provide too much building material unnecessarily and thus to reduce the resulting dwell time in the heated state, each building material is preferably only provided and melted according to the volume required in the building section shortly before the building material is deposited.
  • the temperature of the building materials of the component can be changed, which results in a longer critical residence time T_x_max, and at the same time at least one additional element, for example in the support structure of the component, can be added and/or implemented, resulting in a lower resulting residence time t_x results.
  • at least two adjustments can preferably take effect at the same time.
  • At least one monitoring of the resulting residence times t_x and/or the flow properties of the building materials is carried out during the manufacturing process.
  • the ACTUAL data of the machine is constantly compared with the TARGET data of the data processing by means of a controller and adjusted if necessary. It is also conceivable that several different monitorings are carried out.
  • the corresponding building material is preferably discharged and/or new building material is made available and/or processed.
  • the building materials A and C discharged and new or thermally unstressed building material A and C provided and/or processed.
  • the building material can be removed and new building material provided and/or processed by a machine control.
  • the thermally pre-loaded building material is preferably removed before the new building material is made available and/or processed.
  • the construction process can preferably be interrupted for this purpose. It is further preferred but also possible that during the Use of another building material, the thermally prestressed building material is discharged, which advantageously saves time.
  • At least one rinsing process is initiated when at least one resulting dwell time exceeds the corresponding critical dwell time of a building material and/or if there is a change in the flow properties.
  • the rinsing process can, for example, be carried out automatically by means of a rinsing station or manually by discharging into a corresponding collection container.
  • the task is also solved by a machine control for a machine for processing plastics and other plasticizable masses, in particular for a 3D printing machine.
  • the machine control is set up, implemented and/or designed to carry out the method described above.
  • the task is also solved by a machine for processing plastics and other plasticizable masses, in particular a 3D printing machine.
  • a machine for processing plastics and other plasticizable masses in particular a 3D printing machine.
  • the machine is set up, designed and/or constructed to carry out the method described above.
  • the task is also solved by a computer program product.
  • the computer program product is stored with a program code on a computer-readable medium for the purpose of optimizing the consumption of the required building material and the quality of the component in order to carry out the method described above.
  • Fig. 1 a flow chart
  • Fig. 2 - 4 alternatives of a component and another component (inverse component), 5 shows a component and a component with additional elements
  • FIGS. 8a, 8b flow charts.
  • Fig. 1 shows a flow chart 100, which shows the sequence of a method according to the invention for producing at least one component in an additive method or in a 3D printing process, having at least two building materials, e.g. plastics, thermoplastic materials or support materials, each with a critical residence time T_x_max , represents.
  • data 104 for the production of the component such as CAD, geometry, machine, peripheral device, temperature, number of building materials, building material temperature or building material data are provided.
  • the data can also contain information about the machine used, e.g. a machine for processing plastics and other plasticizable masses, a production machine or a 3D printing machine, peripheral devices or information about e.g.
  • the data 104 can be provided, for example, as a data set, e.g. as a CAD data set, for data processing 102, a machine controller and/or a machine. However, the data 104 can also be made available separately to the data preparation 102, for example.
  • the component is broken down by the data processing into at least one construction phase, eg into a layer or a plurality of layers n with corresponding construction phase information.
  • the decomposition can be performed automatically by the data preparation or according to an operator selection.
  • the construction strategy is automatically selected depending on the component.
  • a requirement S for construction material for example support material, is also calculated.
  • At least one construction material volume and at least one average discharge rate per construction section is derived from the construction section information.
  • the corresponding building material volume e.g. V_A_n, V_B_n, V_C_n, ... , V_S_n
  • the corresponding average discharge rate e.g. Q_A_n, Q_B_n, Q_C_n, ... , Q_S_n
  • the building material volume and the average discharge rate per construction phase are preferably dependent on the selected construction strategy.
  • the building material volume per construction phase is required, for example, for the construction phase-related dosing.
  • the building material is only melted according to the volume of tree material required in the construction section shortly before the building material is deposited.
  • a step 114 the resulting dwell times t_x (e.g. t_A, t_B, t_C, ... , t_S) are compared with the respective critical dwell times T_x_max of the corresponding building materials (e.g. T_A_max, T_B_max, T_C_max, ... , T_S_max). If the comparison shows that the resulting dwell times t_x of the respective building materials are below the respective critical dwell times T_x_max, the manufacturing process is not adjusted.
  • the data can then be given in a step 119, e.g. from the data preparation to a machine control or to a machine, e.g. a machine for processing plastics and other plasticizable masses, a production machine or a 3D printing machine. The data can then be used to manufacture the component.
  • step 116 the data 104 is adjusted such that the respective resulting dwell times t_x are below the respective critical residence times T_x_max of the corresponding building materials.
  • the data is then used in a step 118 to manufacture the component.
  • the data 104 is adjusted in such a way that at least one construction section and/or the corresponding construction section information is adjusted, e.g. by the data preparation 102.
  • the data set can then be adapted or machine commands can be added to change the construction section information.
  • a dwell time e.g. because a material is not discharged over several shifts - a temperature reduction can also be specified. This assumes that the residence time of the material is calculated not just for one shift, but over several shifts.
  • a rinsing process can be initiated.
  • the required amount of material that has to be provided per shift can preferably also be specified for the construction phase information.
  • the data 104 is adapted in such a way that at least one resulting dwell time t_x is changed. Due to the preferably shortened resulting dwell time t_x, the building material is under thermal stress for a shorter period of time, which prevents degradation.
  • the resulting dwell time t_x is changed, preferably reduced, by at least one additional element 210 being produced.
  • a component 200 is shown on the left, which is made up of two building materials 206 (S), 208 (A).
  • the resulting residence time t_x is changed in FIG. 2 in such a way that at least one additional element 210 is produced. in figure
  • the additional element 210 is a further component 202 (inverse component), which is at least partially inverse to the component 200.
  • the further component 202 (inverse component) is shown on the right-hand side in FIG. 2 .
  • the left-hand component in FIG. 2 could also represent the further component 202 (inverse component).
  • the component on the right would be the "correct” component.
  • Both building materials are preferably discharged in FIG.
  • none of the building materials "stands" any longer, which would increase the critical residence time.
  • the component 200 and the further component 202 are preferably produced in such a way that, for example, at least one construction section, for example a layer 204, preferably several layers, are removed in layers from bottom to top.
  • both building materials 208 (A) and 206 (S) were discharged for the same length or number of times, or for the building materials 208 (A) and 206 (S) that same volume was discharged.
  • the discharged volumes of the two building materials 208 (A) and 206 (S) in FIG. 2 are therefore preferably of the same size for the component 200 and for the further component 202 taken together. In principle, however, the discharged volumes can also be different. Essentially, the point is that both building materials are discharged and neither building material "stands" for longer, which increases the residence time. For example, the building materials can be discharged at different times with different critical residence times
  • the total volume of the component 200 is preferably consumed per building material.
  • the volume of the building material 206 (S) of the component 200 and the further component 202 corresponds to the volume of the building material 208 (A) of the component 200 and the further component 202, which, assuming an equal average discharge rate per layer in Fig. 2, respectively also an equal construction time of the building materials 206 (S) and 208 (A) results.
  • the resulting dwell time t_x of the building materials 206 (S) and 208 (A) is also the same or essentially zero in the case of parallel production of the components 200 and 202 in the exemplary embodiment in Fig. 2, since both building materials 206 (S) and 208 (A) are in constant use throughout the manufacturing process.
  • the building material is deposited preferably in at least one construction section, preferably in each construction section first on the additional element 210 or on the additional component 202.
  • the first layers with the construction material 206 (S) for the additional component 202 are removed , until the building material 208 (A) for the further component 202 has been discharged at least once in the manufacturing process for a specific time.
  • the building material 208 (A) for the further component 202 After a certain time or after a certain discharge of the building material 208 (A) for the further component 202, e.g. after a layer 204, the component 200 or in Fig. 2 the first layer 204 of the component 200 with the building material 208 (A) discharged.
  • the further component 202 is used in practice to remove thermally preloaded building material, so that the component 200 can be constructed from non-thermally preloaded building material. Therefore, the form of the further component 202 is in principle arbitrary.
  • the building materials 206 (S) and 208 (A) can also be discharged simultaneously or in parallel, since a separate discharge nozzle can be provided for each building material 206 (S), 208 (A), for example.
  • the component 200 and the further component 202 can be produced at the same time. In this case, the component 200 and the further component 202 are preferably produced at a distance from one another, since the discharge nozzles are at a distance from one another.
  • a component 300 is shown on the left-hand side, which is made up of three building materials 206 (S), 208 (A) and 310 (B).
  • the corresponding further component 302 (inverse component) is shown on the right-hand side, which in FIG. 3 is approximately twice the size of component 300.
  • further component 302 can also be broken down into a number of components.
  • the component 300 and/or the further component 302 can consist of at least one layer 204, preferably of several layers, e.g.
  • the respective discharged volumes of the three building materials 206 (S), 208 (A) and 310 (B), i.e. the component 300 and the further component 302 taken together, are the same overall and correspond to the volume of the component 300 in Fig. 3, so that the same construction time for the three construction materials 206 (S), 208 (A) and 310 (B) results, provided that the average discharge rate per layer is the same. Also, in the case of a parallel production of the components 300 and 302 in the exemplary embodiment according to FIG 206 (S), 208 (A) and 310 (B) are in constant use throughout the 3D printing process.
  • a component 400 is shown on the left-hand side in FIG. 206 (S), 310 (B) and 412 (C).
  • the additional element 210 or a further component 402 which is about three times as large as the component 400 is shown on the right-hand side.
  • the component 400 and/or the further component 402 can be constructed in layers from at least one layer 204, preferably from a plurality of layers. As in the exemplary embodiments in FIG. 2 and FIG the same in each case, provided that the mean discharge rate is the same for each shift Build time for the four building materials 208 (A), 206 (S), 310 (B) and 412 (C).
  • the resulting dwell time t_x of the building materials 208 (A), 206 (S), 310 (B) and 412 (C) is the same or essentially the same zero because the build materials 208 (A), 206 (S), 310 (B) and 412 (C) are in constant use throughout the 3D printing process.
  • the component can have any number of building materials. If more building materials are used in further exemplary embodiments, the size of the further component increases accordingly.
  • a component 500 is shown on the left-hand side, which is made up of two building materials 206 (S) and 208 (A) and corresponds to component 200 from FIG.
  • the build material 206 (S) can be, for example, a support material that can be removed after the manufacturing process.
  • the component 500 is made up of at least one layer 204, preferably a plurality of layers, in an additive manufacturing process or a 3D printing process, e.g. in a layer-by-layer printing process (layer-by-layer method).
  • At least one additional element 210 is implemented in Fig. 5 in the component 500, e.g., in a support structure consisting of the building material 206 (S).
  • FIG. 5 The result is shown on the right-hand side in FIG. 5 as component 502 with two additional elements 210.
  • two additional elements 210 consisting of the building material 208 (A) were implemented on the component 500 on the left-hand side, which can be removed together with the building material 206 (S) after the manufacturing process.
  • the construction material 208 (A) is thus used or removed more frequently as a result of the implementation of the additional elements 210 , so that the overall residence time of the construction material 208 (A) is advantageously shorter.
  • the additional elements 210 in FIG. 5 also advantageously have the additional task of being a support structure during the manufacturing process, since this stabilizes the entire component 502 .
  • the form of the additional elements 210 is arbitrary. It is important that the appropriate building material is used or removed, so that the resulting residence time t_x is reduced.
  • only the building material 208 (A) is used in the lower layers of the component 500 .
  • less build material 208 (A) and more build material 206 (S) is used. It can therefore happen that the building material 208 (A) “stands” for a long time and the resulting dwell time of the building material 208 (A) increases accordingly and becomes greater than the critical dwell time.
  • the reason for this is that little material is discharged and thus remains longer in the thermally stressed state, as a result of which the resulting residence time of the building material 208 (A) increases. Therefore, in the exemplary embodiment in FIG. 5 , two additional elements 210 are implemented in the building material 206 (S) of the component 502 on the right-hand side. This reduces the residence time of the build material 208(A) since the build material 208(A) is in use at shorter intervals. Furthermore, the building material 208 (A) is also advantageously used in a meaningful way, for example as a support structure.
  • the additional element 210 is removed.
  • the build material 206 (S) surrounding the additional elements 210 is a support material that can be removed after the manufacturing process, for example by treatment with water and/or chemicals and/or by breaking away (mechanical removal). By removing the build material 206(S), the additional elements 210 embedded therein are also removed.
  • the adaptation takes place in such a way that at least one critical dwell time T_x_max is changed.
  • the critical residence time T_x_max of the building material depends, among other things, on the building material itself, on the chemistry and on the temperature. For example, a different building material could be used, chemical additives and/or stabilizers could be added to the building material, or the temperature could be varied. For example, if the temperature of the respective building material is lowered, the critical dwell time T_x_max increases. This preferably approaches infinity for a corresponding temperature, so that no degradation or thermal preloading can occur.
  • the critical dwell time T_x_max is changed by changing, preferably lowering, the temperature of at least one building material for at least a certain period of time.
  • FIG. 6 shows a component 600 which is made up of four building materials 310 (B), 412 (C), 206 (S) and 208 (A) and corresponds to component 400 from FIG. 4 .
  • the component 600 in FIG. 6 is made up of several layers, layered from bottom to top.
  • the temperature of the build material 208 (A) is lowered since the build material 208 (A) is no longer needed for the remainder of the 3D printing process.
  • the temperatures of the building materials 412(C) and 206(S) are raised to an appropriate temperature beforehand because these building materials were not needed before.
  • the respective temperature of the building material or the corresponding nozzle can be lowered to a non-critical temperature, so that a longer resulting residence time without material degradation is realized or the critical residence time is longer, preferably approaching infinity.
  • the temperatures of the building materials 412 (C) and 206 (S) are lowered since these are also no longer required.
  • the temperatures are correspondingly low, so that the critical dwell time T_x_max is correspondingly large, preferably tending to infinity.
  • the temperature of the building material 310 (B) is preferably increased, since the building material 310 (B) was only needed in the further course of the production of the component 600, but was not needed beforehand. Since the building material 310 (B) is subsequently used for the complete remaining time, the resulting dwell time of the building material 310 (B) is preferably less than the critical dwell time T_x_max of the building material 310 (B) despite the temperature increase of the building material 310 (B), so that no degradation or thermal prestressing of the building material 310 (B) occurs.
  • a component 700 is shown on the left-hand side in FIG. 7, which is made up of three building materials 208 (A), 206 (S) and 310 (B) and corresponds to component 300 from FIG.
  • the component 700 in FIG. 7 is also constructed from a plurality of layers or in layers from bottom to top.
  • the component 700 is adapted in such a way that at least one additional element 210 is added to the component 700, as already explained above with reference to FIG.
  • the result is shown as part 702 on the right-hand side of FIG.
  • the component 702 has two additional elements 210 consisting of the building material 208 (A).
  • the building material 206 (S) surrounding the additional elements 210 is preferably a support material which can be removed after the manufacturing process with the additional elements 210 embedded therein. A further adjustment corresponding to the right-hand side in FIG are not previously required (see also the embodiment of FIG. 6). At a point in time 714, the temperatures of the building materials 208 (A) and 206 (S) that are no longer required are lowered, so that their critical residence time T_x_max is increased, preferably approaching infinity.
  • ACTUAL Machine data is constantly compared with the TARGET data of the data processing using a controller and adjusted if necessary.
  • at least one monitoring of the resulting dwell times and/or the flow properties of the building materials is preferably carried out during the production of the component.
  • the real construction time of the building materials of each construction phase is compared with the construction time per construction phase calculated from the data preparation. If there is degradation or thermal stress on the material, the flow properties change and there are deviations or fluctuations, for example in the process pressure, which can be detected by the machine or its measuring sensors.
  • the corresponding resulting dwell time t_x is reduced in a further preferred embodiment by new building material being provided and /or is processed.
  • the corresponding building material is discharged, e.g. in an additional element 210 and/or new building material is provided and/or processed.
  • the processing and/or provision of the new building material preferably takes place after the discharge.
  • At least one rinsing process is initiated when at least one resulting dwell time exceeds the corresponding critical dwell time of a building material and/or if there is a change in the flow properties.
  • deviations are determined during the construction process, e.g. in the construction time per construction section, in the process pressure or in the viscosity of the construction material, different methods are used depending on the machine equipment. If, for example, there is a rinsing station, a rinsing process is initiated so that degraded or thermally prestressed building material can be rinsed out. If there is no rinsing station, the building process is interrupted, for example, and the operator is asked to manually collect the thermally pre-damaged building material in an appropriate container. In principle, it is also possible that the construction process is not interrupted and that the thermally preloaded construction material is flushed out while other construction materials are in use.
  • a machine 806 e.g. a machine for processing plastics and other plasticizable masses, a production machine or a 3D printing machine, receives data from a data preparation 804 in a step 808, e.g. with regard to the building material volume, the building material temperature and/or the construction time provided for each construction phase.
  • data for example CAD, geometry, machine, peripheral device, temperature, number of building materials, building material temperature or building material data can also be provided.
  • the data is transmitted to engine 806 as engine instructions 820.
  • a flow chart 802 according to a further exemplary embodiment is shown in FIG. 8 b .
  • the machine 806 starts the production of the component, for example with the data 808 and/or machine instructions 820 provided in Fig. 8a.
  • the building material is metered using the data regarding the building material volume per construction section.
  • the building material is laid down accordingly in order to manufacture the component.
  • the actual construction times T_x, n, real per construction phase of the individual construction materials are preferably monitored with the calculated construction times per construction phase and/or the process pressure p. This can, for example, compare and/or monitor the actual construction time per construction section with the calculated construction time per construction section. If there is degradation or thermal stress on the material, the flow properties change and there are deviations or fluctuations, e.g. in the process pressure.
  • the production is completed in a step 818.
  • a step 822 if at least one resulting dwell time t_x is exceeded by the corresponding critical dwell time T_x_max of a building material and/or if the flow properties of a building material change, the resulting dwell time t_x is reduced by providing and/or processing new building material.
  • the corresponding building material is removed before the new building material is made available and/or processed. If, for example, there is a rinsing station, in a further preferred exemplary embodiment at least one rinsing process can be initiated, so that degraded or thermally preloaded building material can be rinsed out.
  • the rinsing process can be carried out manually or, for example, the machine instructions 820 can be processed and the construction material provided can be discharged, e.g. in an additional element 210, e.g. implemented as a support geometry.
  • a machine control for a machine for processing plastics and other plasticizable masses, in particular for a 3D printing machine is disclosed, which is set up, implemented and/or constructed in order to implement at least one of the previously described methods while achieving the stated execute benefits.
  • a machine for processing plastics and other plasticizable masses in particular a 3D printing machine, is disclosed in a further exemplary embodiment, which is set up, designed and/or constructed to carry out at least one of the methods described above while achieving the advantages mentioned.
  • a further exemplary embodiment is a computer program product with a program code, which is stored on a computer-readable medium, for carrying out at least one of the methods described above while achieving the advantages mentioned.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung mittels eines additiven Fertigungsverfahrens oder eines 3D-Druckprozesses wenigstens eines Bauteils aufweisend wenigstens zwei Baumaterialen mit je einer kritischen Verweilzeit T_x_max werden Daten zur Herstellung des Bauteils bereitgestellt und das Bauteil in wenigstens einen Bauabschnitt mit entsprechenden Bauabschnittinformationen zerlegt. Nach einem Äbleiten wenigstens eines Baumaterialvolumens und wenigstens einer mittleren Äustragsrate pro Bauabschnitt aus den Bauabschnittinformationen wird wenigstens eine Bauzeit pro Bauabschnitt und wenigstens eine resultierende Verweilzeit t_x je Baumaterial aus dem Baumaterialvolumen und der Äustragsrate berechnet. Die resultierenden Verweilzeiten t_x werden mit den jeweiligen kritischen Verweilzeiten T_x_max der entsprechenden Baumaterialien abgeglichen. Dadurch, dass wenigstens eine Anpassung der Daten, sodass die jeweiligen resultierenden Verweilzeiten t_x unter den jeweiligen kritischen Verweilzeiten T_x_max der entsprechenden Baumaterialien liegen vorgenommen wird, wenn wenigstens eine resultierende Verweilzeit t_x die jeweilige kritische Verweilzeit T_x_max des entsprechenden Baumaterials überschreitet ergibt sich eine Optimierung in Hinsicht auf den Verbrauch des benötigten Baumaterials und der Qualität des Bauteils.

Description

Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils
Beschreibung
Bezug zu verwandten Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf und beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2021 128 639.5, hinterlegt am 03. November 2021 , deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich auch in seiner Gesamtheit zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , eine Maschinensteuerung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14, eine Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15 sowie ein Computerprogrammprodukt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 16.
Für die Erläuterung der Erfindung werden zunächst einige Begriffe wie folgt definiert:
Unter einer „resultierenden Verweilzeit“ wird im Rahmen dieser Anmeldung die Zeitdauer verstanden, in der ein Baumaterial, z.B. ein Kunststoff, ein thermoplastischer Werkstoff oder ein Stützmaterial in einer Maschine aufgeschmolzen unter thermischer Belastung steht. Beispielsweise wird in einer Maschine, z.B. einer Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Massen, einer Produktionsmaschine oder einer 3D-Druck-Maschine eine gewisse Menge an Baumaterial aufgeschmolzen und verweilt solange in einer beheizten Düse bei einer Temperatur, bis das Baumaterial ausgetragen wird.
Unter einer „kritischen Verweilzeit“ wird im Rahmen dieser Anmeldung die Zeitdauer verstanden, in der gerade noch keine Degradation bzw. thermische Vorbelastung des Baumaterials infolge der Verweilzeit auftritt. Wird diese kritische Verweilzeit überschritten, tritt eine Degradation bzw. thermische Vorbelastung des Baumaterials auf. Abhängig von der Temperatur und der Verweilzeit kann eine Degradation bzw. thermische Vorbelastung des Baumaterials und somit eine physikalische sowie chemische Strukturänderung des Baumaterials, z.B. eines Kunststoffs, eines thermoplastischen Werkstoffes oder eines Stützmaterials hervorgerufen werden, wodurch z.B. Änderungen der Fließeigenschaften und/oder negative Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften der hergestellten Bauteile bewirkt werden können. Die Degradation bzw. thermische Vorbelastung beginnt bei umso niedrigeren Temperaturen, je länger das Baumaterial dieser Temperatur ausgesetzt ist, also bei langen Verweilzeiten. Da die Degradations- bzw. Abbaugeschwindigkeit exponentiell mit der Temperatur ansteigt, wird bei höheren Temperaturen die kritische Verweilzeit verkürzt. Insgesamt ergeben sich bei einer niedrigen bzw. einer hohen Temperatur eine lange bzw. kurze kritische Verweilzeit. Weiter kann die kritische Verweilzeit noch vom Material an sich, von der Chemie und/oder vom Druck abhängen.
Stand der Technik
Heutzutage können verschiedenste Bauteile, beispielsweise für Prototypen oder kleine Serien in einem 3D-Druck-Prozess, beispielsweise in extrudierenden oder aufschmelzenden 3D- Druck-Prozessen wie FDM hergestellt werden (z.B. EP 1 886 793 B1 ). Dazu wird eine gewisse Menge an Baumaterial, z.B. ein Kunststoff, ein thermoplastischer Werkstoff oder ein Stützmaterial aufgeschmolzen und in einer beheizten Düse einer Maschine, z.B. einer Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Massen, einer Produktionsmaschine oder einer 3D-Druck-Maschine bereitgestellt. Das aufgeschmolzene Baumaterial steht in einer beheizten Düse zunächst unter einer thermischen Belastung. Das Bauteil wird dann beispielsweise Schicht für Schicht mit einer 3D-Druck-Maschine hergestellt, indem Baumaterial aus der Düse ausgetragen wird. Je nach Größe des Bauteils nimmt die Herstellung des Bauteils eine entsprechende Zeit in Anspruch, wobei die Herstellungsdauer in der Regel mit der Größe des Bauteils skaliert. Verweilt das Baumaterial beispielsweise zu lange bei einer zu hohen Temperatur, kann es zu einer Degradation bzw. thermischen Vorbelastung des Baumaterials kommen, wodurch sich eine physikalische und/oder chemische Strukturänderung des Baumaterials ergeben kann. Dadurch kann es z.B. zu Änderungen der Fließeigenschaften und/oder zu negativen Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften der hergestellten Bauteile kommen.
In der DE 10 2013 004 845 A1 ist eine Zustandsüberwachungsvorrichtung für ein Harz offenbart, wobei die Zustandsüberwachungsvorrichtung eine Temperaturerfassungseinheit und eine Harzverschlechterungszustandsberechnungseinheit aufweist. Mit einer Warnungsausgabeeinheit wird eine Warnung ausgegeben, falls der von der Harzverschlechterungszustandsberechnungseinheit ermittelte Verschlechterungszustand einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. lm Stand der Technik wird bei 3D-Druck-Prozessen das bereitgestellte aufgeschmolzene Baumaterial unabhängig von der real vorliegenden Verweilzeit ausgespült, wodurch sich der Bedarf an Baumaterial unnötig erhöht. So kann es vorkommen, dass ein bestimmtes Baumaterial nur kurz für ein kleines Volumen eines großen Bauteils benötigt wird, sodass das in der Düse verweilende Baumaterial aufgrund einer langen Wartezeit die kritische Verweilzeit überschreitet und somit bei einer Verwendung zu schlechten Ergebnissen, z.B. hinsichtlich der Qualität des Bauteils führt. Wird beispielsweise ein großes Volumen eines anderen Baumaterials ausgetragen, verweilt das Baumaterial ebenfalls lange in der Düse, wodurch die kritische Verweilzeit überschritten werden kann.
Die US 2020/0 005 224 A1 offenbart zur Verhinderung einer Verschlechterung des Materials Oxidationsinduktionszeiten und Verweilzeiten sowie verschiedene Heiztemperaturen der verschiedenen Materialien aus einer Datenbank. Wenn Einspritzeinstellungen vorgenommen werden, werden die Verweilzeiten und Oxidationsinduktionszeiten aus der Datenbank miteinander verglichen und es kann eine automatische Korrektur der Einspritzeinstellungen bzw. -bedingun- gen vorgenommen werden.
Das Dokument JP 2016 159481 A offenbart für den Bereich der Spritzgießmaschinen, die weder für die additive Fertigung noch für den 3-Druck bestimmt sind, eine Spritzgießmaschine mit einer Steuerung, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie eine erste Verweilzeit zum Regulieren der Verweilzeit des Harzmaterials im Heizzylinder und eine zweite Verweilzeit einstellt, die länger als die erste Verweilzeit ist. Weiter weist die Spritzgießmaschine einen Zeitgeber auf, der eine Bereitschaftszeit vom Zeitpunkt der Ausführung des vorigen Einspritzvorgangs bis zum Zeitpunkt der Ausführung des nächsten Einspritzvorgangs zählt. Wenn die Bereitschaftszeit die erste Verweilzeit erreicht, ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie eine Meldevorrichtung ansteuert, um den Bediener zu benachrichtigen, dass sich die Bereitschaftszeit der zweiten Verweilzeit nähert und die Meldevorrichtung so anzusteuern, dass das vorm Bediener im Heizzylinder zurückgehaltene Harzmaterial durch den Bediener gespült wird, und so lange den Betrieb der Spritzgießmaschine zu untersagen, bis der Spülvorgang abgeschlossen ist.
In der JP 2004001 403 A ist ebenfalls für den Bereich der Spritzgießmaschinen eine Spritzgießmaschine zum Formen eines geformten Produkts offenbart, in dem mindestens zwei Arten von Harzmaterialien mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Farbtönen integriert sind.
Das Dokument EP 3 970 945 A1 offenbart 3D-Druck-Einsatzmaterialien, die Filamente mit getrennten Schichten oder Abschnitten enthalten, welche durch Co-Extrusion, Mikroschicht-Co- Extrusion oder Mehrkomponenten-/Fraktal-Co-Extrusion hergestellt werden können. Die Filamente ermöglichen das gleichzeitige Aufträgen oder Kombinieren verschiedener Materialien durch eine oder mehrere Düsen während des 3D-Druckverfahrens und ermöglichen kleinere Schichtgrößen im Milli-, Mikro- und Nanobereich.
In dem Dokument WO 2021/049935 A1 ist ein Abgabekopf für eine additive Fertigung mit endlosfaserverstärkten verschmolzenen Filamenten offenbart. Der Abgabekopf ist zum Abgeben eines Materials auf eine Substratträgerplattform konfiguriert und umfasst eine oder mehrere Erlässe zum Aufnehmen eines Strangs aus schmelzbarem Festmaterial und einer Verstärkungsfaser und einem Materialdurchgang, der sich von den Aufnahmeeinlässen zu einem Abgabeauslass erstreckt. Der Abgabekopf umfasst ferner eine Materialheizeinheit zum Verflüssigen des Materials in eine Antriebseinrichtung zum Treiben des Materials durch den Materialdurchgang.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils bereitzustellen, welches in Hinsicht auf den Verbrauch des benötigten Baumaterials und die Qualität des Bauteils optimiert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , eine Maschinensteuerung mit den Merkmalen des Anspruchs 14, eine Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 15 sowie durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und durch Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Das Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils, aufweisend wenigstens zwei Baumaterialen, z.B. Kunststoffe, thermoplastische Werkstoffe oder Stützmaterialen mit je einer kritischen Verweilzeit T_x_max umfasst die unten folgenden Schritte. Die Herstellung des Bauteils erfolgt in einem additiven Fertigungsverfahren oder einem 3D-Druckprozess, z.B. in einem schichtweisen Druckprozess (Schicht-für-Schicht-Verfahren). Die Stützmaterialen können nach dem Herstellungsprozess, z.B. einem 3D-Druckprozess vom Bauteil entfernt werden, beispielsweise durch ein Wegbrechen (mechanisches Lösen) und/oder durch eine Behandlung mit Wasser und/oder Chemikalien.
Zunächst werden Daten zur Herstellung des Bauteils wie z.B. CAD-, Geometrie-, Maschinen-, Peripheriegeräte-, Temperatur-, Baumaterialanzahl-, Baumaterialtemperatur- und/oder Baumaterialdaten bereitgestellt. Weiter können die Daten auch Informationen über die verwendete Maschine, z.B. eine Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Massen, eine Produktionsmaschine oder eine 3D-Druck-Maschine, verwendete Peripheriegeräte oder Informationen über z.B. die Größe und Einstellung der Austragsdüsen aufweisen. Die Daten können beispielsweise als ein Datensatz, insbesondere als ein CAD-Datensatz z.B. einer Datenaufbereitung bereitgestellt werden. Die Daten können aber z.B. auch insgesamt o- der teilweise separat der Datenaufbereitung bereitgestellt werden.
Das Bauteil wird in wenigstens einen Bauabschnitt, z.B. in eine Schicht oder mehrere Schichten mit entsprechenden Bauabschnittinformationen zerlegt. Die Bauabschnittinformationen können ähnliche Informationen wie die Daten zur Herstellung des Bauteils aufweisen z.B. Informationen hinsichtlich des Baumaterials, des Baumaterialvolumens, der Baumaterialtemperatur, der Baustrategie, des Herstellungsprozesses und/oder der verwendeten Maschine. Die Zerlegung kann beispielsweise automatisch von der Datenaufbereitung anhand der bereitgestellten Daten oder nach einer Auswahl des Bedieners erfolgen. Beispielsweise ist es bevorzugt möglich, dass der Bediener zunächst eine Baustrategie auswählt und daraufhin das Bauteil in wenigstens einen entsprechenden Bauabschnitt mit entsprechenden Bauabschnittinformationen zerlegt wird. Möglich ist auch, dass die Baustrategie je nach Bauteil automatisch ausgewählt wird. Weiter ist es möglich, dass bei der Zerlegung des Bauteils in Bauabschnitte auch ein Bedarf an Baumaterial, z.B. an Stützmaterial berechnet wird.
Aus den Bauabschnittinformationen wird wenigstens ein Baumaterialvolumen und wenigstens eine mittlere Austragsrate pro Bauabschnitt, z.B. pro Schicht abgeleitet. Bevorzugt erfolgt die Ableitung des wenigstens einen Baumaterialvolumens und der wenigstens einen mittleren Austragsrate pro Bauabschnitt je Baumaterial. Bevorzugt ist das Baumaterialvolumen und die mittlere Austragsrate pro Bauabschnitt von der ausgewählten Baustrategie abhängig.
Aus dem Baumaterialvolumen und der Austragsrate pro Bauabschnitt wird wenigstens eine Bauzeit pro Bauabschnitt und wenigstens eine resultierende Verweilzeit t_x je Baumaterial berechnet. Beispielsweise wird das Baumaterialvolumen pro Bauabschnitt für das bauabschnittsbezogene Dosieren benötigt. Um vorteilhaft nicht unnötig viel Baumaterial bereit zu stellen und somit die resultierende Verweilzeit des Baumaterials im beheizten Zustand zu verringern, wird wenigstens ein, bevorzugt jedes Baumaterial nur entsprechend der in dem Bauabschnitt benötigten Baummaterialvolumenmenge kurz vor der Baumaterialablage aufgeschmolzen.
Bevorzugt ist es auch möglich, dass das Baumaterial diskontinuierlich aufgeschmolzen und/oder bereitgestellt wird. Das Baumaterial kann beispielsweise diskontinuierlich in einer Plastifiziereinheit, bevorzugt nach einer entsprechenden Vorgabe hinsichtlich des Volumens beispielsweise aus einem Datensatz, aufbereitet und als ein Massepolster bereitgestellt werden. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass für einen bestimmten Bauabschnitt nur ein entsprechendes Volumen an Baumaterial aufgeschmolzen werden soll. Das Massepolster wird dann während des Austrags leer gefahren. Danach kann wieder „neues“ Baumaterial bereitgestellt und/oder aufgeschmolzen werden. Das aufgeschmolzene Baumaterial kann dann in die Düse nachgereicht werden, sobald Baumaterial aus der Düse ausgetragen wurde. Die Düse ist somit stets mit Baumaterial befüllt.
In einem Abgleich werden die resultierenden Verweilzeiten mit den jeweiligen kritischen Verweilzeiten der entsprechenden Baumaterialien verglichen.
Um vorteilhaft eine Optimierung in Hinsicht auf den Verbrauch des benötigten Baumaterials und die Qualität des Bauteils zu erreichen, wird wenigstens eine Anpassung der Daten vorgenommen, sodass die jeweiligen resultierenden Verweilzeiten t_x unter den jeweiligen kritischen Verweilzeiten T_x_max der entsprechenden Baumaterialien liegen, wenn wenigstens eine resultierende Verweilzeit t_x die jeweilige kritische Verweilzeit T_x_max des entsprechenden Baumaterials überschreitet.
Die Anpassung kann z.B. in Form eines angepassten Datensatzes ausgestaltet sein. Beispielsweise kann der angepasste Datensatz als ein maschinenlesbarer Code, z.B. als ein G- Code an die Maschine gesendet werden, um diesen prozessspezifisch zu fertigen. Beispielsweise enthält der G-Code die jeweiligen NC-Daten zum Verfahren der Achsen sowie die Anweisungen zur Baumaterialablage. Zudem können die berechneten Daten zum bauabschnittsbezogenen Volumen sowie die berechnete Verweilzeit mitgegeben werden. Die angepassten Daten können beispielsweise einer Maschinensteuerung und/oder der Maschine übergeben werden, deren Steuerung daraufhin den entsprechenden Baufortschritt mit den angepassten Daten weiter betreibt. Die Daten werden dann zur Herstellung des Bauteils verwendet.
Bevorzugt erfolgt wenigstens einer der oben genannten Schritte vor der ersten Herstellung des Bauteils, wodurch vorteilhaft der Herstellungsprozess besser geplant und Baumaterial eingespart werden kann. Für eine vorteilhaft effektive Einsparung des Verbrauchs von Baumaterial erfolgt bevorzugt die Anpassung so, dass wenigstens ein Bauabschnitt und/oder die entsprechenden Bauabschnittinformationen geändert werden. Beispielsweise kann die Größe der Schichten und/oder Bauabschnitte geändert, zerlegt oder anders aufgeteilt werden. Die Anpassung kann beispielsweise von der Datenaufbereitung durchgeführt werden. Möglich ist auch, dass die Datenaufbereitung die Anpassung automatisch vornimmt oder der Bediener einen anzupassenden Bauabschnitt und die entsprechenden Bauabschnittinformationen auswählt und/oder anpasst.
Ist es z.B. nicht möglich, die Temperatur der Baumaterialien zu ändern und vorteilhaft eine Degradation bzw. thermische Vorbelastung der Baumaterialien zu verhindern, erfolgt bevorzugt die Anpassung dadurch, dass wenigstens eine resultierende Verweilzeit t_x geändert wird. Bevorzugt werden die resultierenden Verweilzeiten t_x aller Baumaterialien geändert. Beispielsweise kann dies realisiert werden, indem das Baumaterial an einer weniger relevanten Stelle in und/oder am Bauteil oder an einer anderen Stelle ausgetragen wird, sodass das Baumaterial nicht zu lange verweilen kann und es so vorteilhaft zu keiner Degradation bzw. keiner thermischen Vorbelastung kommt. Durch den Austrag des Baumaterials wird somit früher „frisches“ bzw. thermisch unbelastetes Baumaterial bereitgestellt und zur Verfügung gestellt. Durch die Austragung des Baumaterials aus der Düse wird „frisches“ bzw. thermisch unbelastetes Baumaterial aufgeschmolzen und in der Düse bereitgestellt und das thermisch vorbelastete Baumaterial wird weiter vorteilhaft noch sinnvoll verwendet. Die resultierende Verweilzeit t_x wird in diesem Fall verkleinert, vorzugsweise auf null gesetzt.
Wird ein Bauteil gefertigt, kann es vorkommen, dass ein bestimmtes Baumaterial beispielsweise lediglich am Anfang und dann wieder gegen Ende des Herstellungsprozesses benötigt wird. Das Baumaterial steht dabei jedoch die ganze Zeit unter thermischer Belastung, sodass das Baumaterial zumindest gegen Ende eine Degradation bzw. eine thermische Vorbelastung aufweisen könnte, da es über einen längeren Zeitraum, in der Mitte des Herstellungsprozesses, nicht verwendet und/oder ausgetragen wurde. Die Verweilzeit ist somit entsprechend hoch. Um vorteilhaft die Degradation bzw. thermische Vorbelastung zu vermindern bzw. zu verhindern, wird bevorzugt die resultierende Verweilzeit t_x so geändert, vorzugsweise verkleinert, indem wenigstens ein Zusatzelement hergestellt wird. Das Zusatzelement weist wenigstens ein Baumaterial auf, kann aber auch aus mehreren Baumaterialien gefertigt werden. Durch die Herstellung des Zusatzelements wird in kürzeren Abständen Baumaterial verwendet bzw. ausgetragen, sodass in kürzeren Zeitabständen „frisches“ bzw. thermisch unbelastetes Baumaterial zur Verfügung steht und somit die resultierende Verweilzeit t_x verkleinert wird, da das Baumaterial „schneller“ bzw. öfter ausgetragen wird. Bevorzugt ist das Zusatzelement wenigstens ein weiteres Bauteil, welches weiter bevorzugt wenigstens teilweise invers zu dem herzustellenden Bauteil ist. Besteht beispielsweise der Einfachheit halber ein in Schichten aufgebautes Bauteil aus einem Baumaterial A und einem Baumaterial B, wobei es sich z.B. beim Baumaterial B auch um ein Stützmaterial handeln kann und wobei am Anfang und gegen Ende lediglich das Baumaterial A verwendet wird, würde das entsprechende Bauteil beispielsweise wie folgt aussehen: ABA. Die erste Schicht besteht in diesem Beispiel aus dem Baumaterial A, die zweite Schicht aus dem Baumaterial B und die dritte Schicht wieder aus dem Baumaterial A. Es wird ein entsprechendes weiteres (inverses) Bauteil BAB erzeugt, sodass das Baumaterial A auch zwischen Anfang und Ende des Herstellungsprozesses verwendet wird, wodurch vorteilhaft eine Degradation bzw. eine thermische Vorbelastung des Baumaterials A verhindert wird.
Bevorzugt weisen die Baumaterialien eine resultierende Verweilzeit t_x im Wesentlichen von null auf, da sie über die komplette Bauzeit entweder am Bauteil selbst oder am Zusatzelement oder dem weiteren Bauteil verwendet werden. Vorteilhaft ergibt sich dadurch im Wesentlichen keine Degradation bzw. keine thermische Vorbelastung des Baumaterials.
Um vorteilhaft zu gewährleisten, falls es bereits zu einer Degradation bzw. einer thermischen Vorbelastung des Baumaterials gekommen ist, dass das Bauteil ausschließlich aus nicht thermisch (vorbelastetem Baumaterial aufgebaut ist, erfolgt bevorzugt die Baumaterialablage in wenigstens einem Bauabschnitt, vorzugsweise in jedem Bauabschnitt zuerst an dem Zusatzelement. Im Falle einer Degradation bzw. einer thermischen Vorbelastung des Baumaterials wird das degradierte bzw. thermisch vorbelastete Baumaterial dadurch zuerst am Zusatzelement verwendet, sodass beim „richtigen“ Bauteil wieder „frisches“ bzw. nicht degradiertes bzw. thermisch vorbelastetes Baumaterial zur Verfügung steht. Am Zusatzelement kann somit bevorzugt degradiertes bzw. thermisch vorbelastetes Baumaterial verwendet bzw. ausgetragen werden, um Platz für „frisches“ bzw. thermisch unbelastetes Baumaterial zu schaffen.
Das Zusatzelement kann bevorzugt als wenigstens ein Teil des Bauteils ausgestaltet sein. Weiter bevorzugt kann das Zusatzelement in dem Bauteil implementiert sein. Vorteilhaft wird so kein weiteres bzw. zusätzliches Bauteil erzeugt, was Zeit spart. Es wird weiter vorteilhaft somit weniger Baumaterial ausgetragen und die Bauzeit sowie die Verweilzeit aller Baumateri- aliendemensprechend nicht erhöht. Weiter vorteilhaft wird dadurch auch die resultierende Verweilzeit der anderen Baumaterialen nicht erhöht. Beispielsweise kann in dem Bereich einer Stützstruktur oder einer Stützgeometrie das Zusatzelement hinzugefügt werden oder das Zusatzelement kann in die Stützstruktur oder die Stützgeometrie implementiert werden oder diese bilden, wobei das Zusatzelement wenigstens ein Baumaterial aufweist. llm vorteilhaft das gewünschte Bauelement zu erhalten, wird bevorzugt nach der Herstellung des Bauteils das Zusatzelement entfernt. Beispielsweise ist es so möglich, die mit einem Stützmaterial gefertigte Stützstruktur und das darin eingebettete Zusatzelement nach dem Herstellungsprozess zusammen zu entfernen. Das Entfernen des Zusatzelements kann beispielsweise durch eine Behandlung mit Wasser und/oder Chemikalien und/oder durch ein Wegbrechen (mechanisches Entfernen) erfolgen.
Während eines Herstellungsprozesses, z.B. eines 3D-Druckprozesses kann es vorkommen, dass beispielsweise kein Zusatzelement und/oder weiteres Bauteil gefertigt werden kann, da dies z.B. einen zu hohen Baumaterialverbrauch darstellen würde. Um vorteilhaft dennoch eine Degradation bzw. thermische Vorbelastung zu verhindern, erfolgt bevorzugt die Anpassung so, dass wenigstens eine kritische Verweilzeit T_x_max geändert, vorzugsweise vergrößert wird. Prinzipiell ist es bevorzugt denkbar, dass alle kritischen Verweilzeiten aller Baumaterialien geändert werden. Die kritische Verweilzeit T_x_max des Baumaterials ist unter anderem z.B. vom Baumaterial selbst, von der Chemie und von der Temperatur abhängig. Beispielsweise könnte ein anderes Baumaterial verwendet werden, dem Baumaterial könnten chemische Zusätze und/oder Stabilisatoren beigemischt oder die Temperatur der Baumaterialien könnte variiert werden. Beispielsweise kann bei zu sehr unterschiedlichen Baumaterialaufteilungen und langen Bauaufträgen die jeweilige Temperatur der Düse auf eine unkritische Temperatur abgesenkt werden, sodass eine längere kritische Verweilzeit T_x_max ohne Degradation bzw. thermische Vorbelastung realisiert wird. Beispielsweise ist es auch möglich, ein Baumaterial erst kurz vor der Baumaterialablage z.B. in einer oberen Schicht des Bauteils auf eine entsprechend hohe Temperatur aufzuheizen. Daneben kann z.B. die Temperatur eines Baumaterials nach den ersten Schichten, wenn das Baumaterial für die folgenden Schichten nicht mehr benötigt wird, abgesenkt werden.
Die kritische Verweilzeit T_x_max ist unter anderem von der Temperatur abhängig. Wird bevorzugt die Temperatur des jeweiligen Baumaterials abgesenkt, wird die kritische Verweilzeit vorteilhaft insgesamt größer bzw. geht für bestimmte Temperaturen gegen unendlich. D.h., dass bei dieser bestimmten Temperatur eine Degradation bzw. eine thermische Vorbelastung des Baumaterials vorteilhaft nicht erfolgt. Bevorzugt wird die kritische Verweilzeit T_x_max so geändert, vorzugsweise vergrößert, indem die Temperatur wenigstens eines Baumaterials für wenigstens eine bestimmte Zeitspanne geändert, vorzugsweise verringert wird. Weiter bevorzugt erfolgt die Änderung der Temperatur während, vor und/oder nach der Herstellung des Bauteils. llm vorteilhaft nicht unnötig viel Baumaterial bereit zu stellen und somit die resultierende Verweilzeit im beheizten Zustand zu verringern, wird bevorzugt jedes Baumaterial nur entsprechend der in dem Bauabschnitt benötigten Volumenmenge kurz vor der Baumaterialablage bereitgestellt und aufgeschmolzen.
Für einen vorteilhaft geringen Verbrauch von Baumaterial werden bevorzugt mehrere Anpassungen miteinander kombiniert. Beispielsweise kann z.B. bei einer ungünstigen Baumaterialaufteilung bei einem Multibaumaterialbauteil die Temperatur der Baumaterialien des Bauteils geändert werden, was in einer größeren kritischen Verweilzeit T_x_max resultiert, und gleichzeitig wenigstens ein Zusatzelement, beispielsweise in der Stützstruktur des Bauteils hinzugefügt und/oder implementiert werden, wodurch sich eine geringere resultierende Verweilzeit t_x ergibt. Bevorzugt können so wenigstens zwei Anpassungen gleichzeitig greifen.
Um vorteilhaft während der Herstellung des Bauteils eine Degradation bzw. eine thermische Vorbelastung zu verhindern, wird während des Herstellungsprozesses wenigstens eine Überwachung der resultierenden Verweilzeiten t_x und/oder der Fließeigenschaften der Baumaterialien, z.B. des Prozessdrucks oder der Baumaterialviskosität durchgeführt. Beispielsweise werden die IST-Daten der Maschine mit den SOLL-Daten der Datenaufbereitung mittels eines Reglers stetig abgeglichen und ggf. angepasst. Denkbar ist auch, dass mehrere unterschiedliche Überwachungen durchgeführt werden.
Bevorzugt wird bei einer Überschreitung wenigstens einer resultierenden Verweilzeit gegenüber der entsprechenden kritischen Verweilzeit wenigstens eines Baumaterials und/oder bei einer Änderung der Fließeigenschaften, z.B. des Prozessdrucks oder der Baumaterialviskosität wenigstens eines Baumaterials das entsprechende Baumaterial ausgetragen und/oder neues Baumaterial bereitgestellt und/oder aufbereitet.
Wird beispielsweise registriert, dass von den Baumaterialien A, B und C die Baumaterialien A und C jeweils eine höhere resultierende Verweilzeit als die entsprechende kritische Verweilzeit aufweisen und/oder sich deren Fließeigenschaften ändern, beispielsweise gegenüber den Fließeigenschaften zu Beginn des Herstellungsprozesses, werden die Baumaterialien A und C ausgetragen und neues bzw. thermisch unbelastetes Baumaterial A und C bereitgestellt und/oder aufbereitet. Vorteilhaft wird so die resultierende Verweilzeit t_x verringert bzw. beginnt bevorzugt wieder bei null (t_x = 0). Beispielsweise kann durch eine Maschinenansteuerung das Baumaterial ausgetragen und neues Baumaterial bereitgestellt und/oder aufbereitet werden. Vorzugsweise wird vor der Bereitstellung und/oder Aufbereitung des neuen Baumaterials das thermisch vorbelastete Baumaterial ausgetragen. Beispielsweise kann dazu der Bauprozess bevorzugt unterbrochen werden. Es ist weiter bevorzugt aber auch möglich, dass während der Verwendung eines anderen Baumaterials, das thermisch vorbelastete Baumaterial ausgetragen wird, wodurch vorteilhaft Zeit gespart wird.
Bevorzugt wird bei einer Überschreitung wenigstens einer resultierenden Verweilzeit über die entsprechende kritische Verweilzeit eines Baumaterials und/oder bei einer Änderung der Fließeigenschaften wenigstens ein Spülvorgang initiiert. Der Spülvorgang kann z.B. automatisch mittels einer Spülstation oder manuell durch ein Austragen in einen entsprechenden Auffangbehälter erfolgen.
Die Aufgabe wird zudem durch eine Maschinensteuerung für eine Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Massen, insbesondere für eine 3D-Druck-Ma- schine gelöst. Für eine vorteilhafte Optimierung in Hinsicht auf den Verbrauch des benötigten Baumaterials und die Qualität des Bauteils ist die Maschinensteuerung eingerichtet, ausgeführt und/oder konstruiert, um das vorher beschriebene Verfahren auszuführen.
Auch wird die Aufgabe durch eine Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Massen, insbesondere eine 3D-Druck-Maschine gelöst. Für eine vorteilhafte Optimierung in Hinsicht auf den Verbrauch des benötigten Baumaterials und die Qualität des Bauteils ist die Maschine eingerichtet, ausgeführt und/oder konstruiert, um das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
Ebenfalls wird die Aufgabe durch ein Computerprogrammprodukt gelöst. Für Vorteile hinsichtlich einer Optimierung auf den Verbrauch des benötigten Baumaterials und die Qualität des Bauteils ist das Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode auf einem Computer lesbaren Medium gespeichert zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und durch Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den beigefügten Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Flussdiagramm,
Fig. 2 - 4 Alternativen eines Bauteils und eines weiteren Bauteils (inverses Bauteil), Fig. 5 ein Bauteil und ein Bauteil mit Zusatzelementen,
Fig. 6 ein Bauteil,
Fig. 7 ein Bauteil und ein Bauteil mit Zusatzelementen, Fig. 8a, 8b Flussdiagramme.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird jetzt beispielhaft unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Allerdings handelt es sich bei den Ausführungsbeispielen nur um Beispiele, die nicht das erfinderische Konzept auf eine bestimmte Anordnung beschränken sollen.
Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.
Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm 100, das den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung wenigstens eines Bauteils in einem additiven Verfahren oder in einem 3D-Druck- prozess, aufweisend wenigstens zwei Baumaterialen, z.B. Kunststoffe, thermoplastische Werkstoffe oder Stützmaterialen mit je einer kritischen Verweilzeit T_x_max, darstellt. In einer Datenaufbereitung 102 werden in einem Schritt 106 Daten 104 zur Herstellung des Bauteils, wie z.B. CAD-, Geometrie-, Maschinen-, Peripheriegeräte-, Temperatur-, Baumaterialanzahl-, Baumaterialtemperatur- oder Baumaterialdaten bereitgestellt. Weiter können die Daten auch Informationen über die verwendete Maschine, z.B. eine Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Massen, eine Produktionsmaschine oder eine 3D-Druck- Maschine, Peripheriegeräte oder Informationen über z.B. die Größe der Austragsdüsen aufweisen. Die Daten 104 können beispielsweise als ein Datensatz, z.B. als ein CAD-Datensatz einer Datenaufbereitung 102, einer Maschinensteuerung und/oder einer Maschine bereitgestellt werden. Die Daten 104 können aber auch z.B. separat der Datenaufbereitung 102 bereitgestellt werden.
In einem Schritt 108 wird das Bauteil von der Datenaufbereitung in wenigstens einen Bauabschnitt, z.B. in eine Schicht oder mehrere Schichten n mit entsprechenden Bauabschnittinformationen zerlegt. Die Zerlegung kann beispielsweise automatisch von der Datenaufbereitung oder je nach einer Auswahl des Bedieners erfolgen. Bevorzugt ist es in einem weiteren Ausführungsbeispiel auch möglich, dass der Bediener zunächst eine Baustrategie auswählt und daraufhin das Bauteil in wenigstens einen entsprechenden Bauabschnitt mit entsprechenden Bauabschnittinformationen zerlegt wird. Möglich ist auch, dass die Baustrategie je nach Bauteil automatisch ausgewählt wird. Weiter ist es in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel möglich, dass bei der Zerlegung des Bauteils in Bauabschnitte auch ein Bedarf S an Baumaterial, z.B. an Stützmaterial berechnet wird.
In einem Schritt 110 wird wenigstens ein Baumaterialvolumen und wenigstens eine mittlere Austragsrate pro Bauabschnitt, z.B. pro Schicht aus den Bauabschnittinformationen abgeleitet. Vorzugsweise werden je Baumaterial das entsprechende Baumaterialvolumen (z.B. V_A_n, V_B_n, V_C_n, ... , V_S_n) und die entsprechende mittlere Austragsrate (z.B. Q_A_n, Q_B_n, Q_C_n, ... , Q_S_n) pro Bauabschnitt abgeleitet. Das Baumaterialvolumen und die mittlere Austragsrate pro Bauabschnitt sind bevorzugt von der ausgewählten Baustrategie abhängig.
Die Berechnung wenigstens einer Bauzeit (z.B. T_A_n, T_B_n, T_C_n, ... , T_S_n) pro Bauabschnitt und wenigstens einer resultierenden Verweilzeit t_x je Baumaterial (z.B. t_A, t_B, t_C, ... , t_S) aus dem Baumaterialvolumen und der Austragsrate wird in einem Schritt 112 durchgeführt. Das Baumaterialvolumen pro Bauabschnitt wird beispielsweise für das bauabschnittsbezogene Dosieren benötigt. Um vorteilhaft nicht unnötig viel Baumaterial bereit zu stellen und somit die resultierende Verweilzeit des Baumaterials im beheizten Zustand zu verringern, wird das Baumaterial nur entsprechend der in dem Bauabschnitt benötigten Baummaterialvolumenmenge kurz vor der Baumaterialablage aufgeschmolzen.
In einem Schritt 114 werden die resultierenden Verweilzeiten t_x (z.B. t_A, t_B, t_C, ... , t_S) mit den jeweiligen kritischen Verweilzeiten T_x_max der entsprechenden Baumaterialien (z.B. T_A_max, T_B_max, T_C_max, ... , T_S_max) abgeglichen. Ergibt der Abgleich, dass die resultierenden Verweilzeiten t_x der jeweiligen Baumaterialien unterhalb der jeweiligen kritischen Verweilzeiten T_x_max liegen, erfolgt keine Anpassung des Herstellungsprozesses. Die Daten können dann in einem Schritt 119 z.B. von der Datenaufbereitung an eine Maschinensteuerung oder an eine Maschine, z.B. eine Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Massen, eine Produktionsmaschine oder eine 3D-Druck-Maschine gegeben werden. Die Daten können dann zur Herstellung des Bauteils verwendet werden.
Ergibt der Abgleich, dass wenigstens eine resultierende Verweilzeit t_x die jeweilige kritische Verweilzeit T_x_max des entsprechenden Baumaterials überschreitet, wird in Schritt 116 eine Anpassung der Daten 104 so vorgenommen, dass die jeweiligen resultierenden Verweilzeiten t_x unter den jeweiligen kritischen Verweilzeiten T_x_max der entsprechenden Baumaterialien liegen. Die Daten werden dann in einem Schritt 118 zur Herstellung des Bauteils verwendet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Anpassung der Daten 104 so, dass wenigstens ein Bauabschnitt und/oder die entsprechenden Bauabschnittinformationen, z.B. von der Datenaufbereitung 102 angepasst werden.
Vorteilhaft kann also der Datensatz daraufhin angepasst bzw. es können Maschinenbefehle zur Änderung der Bauabschnittsinformationen hinzugefügt werden. Falls es aber aufgrund der Datenlage dennoch nicht möglich ist, eine Verweilzeitüberschreitung zu ermöglichen - weil z.B. ein Material über mehrere Schichten nicht ausgetragen wird - kann zusätzlich eine Temperaturabsenkung vorgegeben werden. Dies setzt voraus, dass die Verweilzeit des Materials nicht nur für eine Schicht, sondern über mehrere Schichten hinweg berechnet wird. Zuletzt kann, falls trotz der vorab initiierten Maßnahmen unerwartet die vorgegebene Verweilzeit an der Maschine während der Produktion überschritten wird, ein Spülvorgang initiiert werden. Bei den Bauabschnittsinformationen kann vorzugsweise neben den Verfahrbefehlen auch die benötigte Materialmenge vorgegeben, die pro Schicht bereitgestellt werden muss.
Um vorteilhaft eine Degradation bzw. thermische Vorbelastung des Baumaterials zu vermeiden, erfolgt in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Anpassung der Daten 104 so, dass wenigstens eine resultierende Verweilzeit t_x geändert wird. Durch die bevorzugt verkürzte resultierende Verweilzeit t_x steht das Baumaterial für eine kürzere Zeitspanne unter thermischer Belastung, wodurch eine Degradation verhindert wird.
In den bevorzugten Ausführungsbeispielen in Fig. 2 bis 5 wird die resultierende Verweilzeit t_x geändert, vorzugsweise verkleinert, indem wenigstens ein Zusatzelement 210 hergestellt wird.
Im Ausführungsbeispiel in Fig. 2 ist auf der linken Seite ein Bauteil 200 dargestellt, welches aus zwei Baumaterialien 206 (S), 208 (A) aufgebaut ist. Die Änderung der resultierenden Verweilzeit t_x erfolgt in Fig. 2 so, dass wenigstens ein Zusatzelement 210 hergestellt wird. In Fig.
2 ist das Zusatzelement 210 ein weiteres Bauteil 202 (inverses Bauteil), das wenigstens teilweise invers zu dem Bauteil 200 ist. Auf der rechten Seite in Fig. 2 ist das weitere Bauteil 202 (inverses Bauteil) abgebildet. Prinzipiell könnte in Fig. 2 auch das linke Bauteil das weitere Bauteil 202 (inverse Bauteil) darstellen. In diesem Fall wäre dann das Bauteil auf der rechten Seite das „richtige“ Bauteil. Bevorzugt werden in Fig. 2 beide Baumaterialien ausgetragen. Vorteilhaft „steht“ somit keines der Baumaterialien länger, wodurch sich die kritische Verweilzeit erhöhen würde. Beispielsweise erfolgt im Ausführungsbeispiel in Fig. 2 die Herstellung des Bauteils 200 und des weiteren Bauteils 202 bevorzugt so, dass z.B. wenigstens ein Bauabschnitt, z.B. eine Schicht 204, bevorzugt mehrere Schichten, schichtweise von unten nach oben ausgetragen werden. Es ist aus Fig. 2 ersichtlich, dass in einer ersten (unteren) Schicht beide Baumaterialien 208 (A) und 206 (S) gleich lang bzw. oft ausgetragen wurden bzw. für die Baumaterialien 208 (A) und 206 (S) jeweils das gleiche Volumen ausgetragen wurde. Einmal wurde in der ersten (untersten) Schicht des Bauteils 200 das Baumaterial 208 (A) ausgetragen (linke Seite) und einmal wurde ebenfalls in der ersten (untersten) Schicht des weiteren Bauteils 202 das Baumaterial 206 (S) genauso häufig ausgetragen (rechte Seite). Die ausgetragenen Volumina der beiden Baumaterialien 208 (A) und 206 (S) in Fig. 2 sind bevorzugt somit für das Bauteil 200 und für das weitere Bauteil 202 zusammengenommen gleich groß. Prinzipiell können die ausgetragenen Volumina jedoch auch unterschiedlich sein. Im Wesentlichen geht es darum, dass beide Baumaterialien ausgetragen werden, und keines der Baumaterialien länger „steht“, wodurch die Verweilzeit erhöht wird. Beispielsweise können die Baumaterialien bei unterschiedlichen kritischen Verweilzeiten unterschiedlich oft ausgetragen werden
Bevorzugt wird bei der Herstellung des Bauteils 200 und des weiteren Bauteils 202 zusammen pro Baumaterial insgesamt jeweils das Volumen des Bauteils 200 verbraucht. Das Volumen des Baumaterials 206 (S) des Bauteils 200 und des weiteren Bauteils 202 entspricht dem Volumen des Baumaterials 208 (A) des Bauteils 200 und des weiteren Bauteils 202, wodurch sich unter der Voraussetzung einer gleichen mittleren Austragsrate pro Schicht in Fig. 2 jeweils auch eine gleiche Bauzeit der Baumaterialen 206 (S) und 208 (A) ergibt. Die resultierende Verweilzeit t_x der Baumaterialen 206 (S) und 208 (A) ist im Falle einer parallelen Herstellung der Bauteile 200 und 202 im Ausführungsbeispiel in Fig. 2 ebenfalls gleich bzw. im Wesentlichen gleich null, da beide Baumaterialen 206 (S) und 208 (A) über den gesamten Herstellungsprozess dauernd in Benutzung sind.
Im Ausführungsbeispiel in Fig. 2 erfolgt die Baumaterialablage bevorzugt in wenigstens einem Bauabschnitt, bevorzugt in jedem Bauabschnitt zuerst an dem Zusatzelement 210 bzw. an dem weiteren Bauteil 202. Zunächst werden die ersten Schichten mit dem Baumaterial 206 (S) für das weitere Bauteil 202 ausgetragen, bis im Herstellungsprozess wenigstens einmal das Baumaterial 208 (A) für das weitere Bauteil 202 für eine bestimmte Zeit ausgetragen wurde. Nach einer bestimmten Zeit bzw. nach einem bestimmten Austrag des Baumaterials 208 (A) für das weitere Bauteil 202, z.B. nach einer Schicht 204, wird dann das Bauteil 200 bzw. in Fig. 2 die erste Schicht 204 des Bauteils 200 mit dem Baumaterial 208 (A) ausgetragen. Dadurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass das Bauteil 200 ausschließlich aus nicht thermisch vorbelastetem Baumaterial aufgebaut wird. Das weitere Bauteil 202 dient praktisch dazu, thermisch vorbelastetes Baumaterial auszutragen, sodass das Bauteil 200 aus nicht thermisch vorbelastetem Baumaterial aufgebaut werden kann. Daher ist die Form des weiteren Bauteils 202 prinzipiell beliebig.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Austragung der Baumaterialien 206 (S) und 208 (A) auch zeitgleich bzw. parallel erfolgen, da beispielsweise pro Baumaterial 206 (S), 208 (A) jeweils eine separate Austragsdüse vorgesehen sein kann. Weiter bevorzugt können das Bauteil 200 und das weitere Bauteil 202 zeitgleich hergestellt werden. Das Bauteil 200 und das weitere Bauteil 202 werden in diesem Fall bevorzugt beabstandet voneinander hergestellt, da die Austragsdüsen einen Abstand zueinander aufweisen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist auf der linken Seite ein Bauteil 300 dargestellt, welches aus drei Baumaterialien 206 (S), 208 (A) und 310 (B) aufgebaut ist. Auf der rechten Seite ist das entsprechende weitere Bauteil 302 (inverses Bauteil) abgebildet, was in Fig. 3 etwa doppelt so groß ist wie das Bauteil 300. Prinzipiell kann das weitere Bauteil 302 auch in mehrere Bauteile zerlegt werden. Auch hier kann das Bauteil 300 und/oder das weitere Bauteil 302 aus wenigstens einer Schicht 204, bevorzugt aus mehreren Schichten, z.B.
Schicht 204 für Schicht 204, aufgebaut sein. Die jeweiligen ausgetragenen Volumen der drei Baumaterialien 206 (S), 208 (A) und 310 (B), also das Bauteil 300 und das weitere Bauteil 302 zusammengenommen, sind insgesamt gleich und entsprechen in Fig. 3 dem Volumen des Bauteils 300, sodass sich unter der Voraussetzung jeweils einer gleichen mittleren Austrags- rate pro Schicht dieselbe Bauzeit der drei Baumaterialien 206 (S), 208 (A) und 310 (B) ergibt. Auch ist im Falle einer parallelen Herstellung der Bauteile 300 und 302 in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 die resultierende Verweilzeit t_x der Baumaterialen 206 (S), 208 (A) und 310 (B) gleich bzw. im Wesentlichen gleich null, da die Baumaterialen 206 (S), 208 (A) und 310 (B) über den gesamten 3D-Druckprozess dauernd in Benutzung sind.
Wie bereits für die Ausführungsbeispiele in den Fig. 2 und 3 gezeigt, gilt Ähnliches auch für ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4. In Fig. 4 ist auf der linken Seite ein Bauteil 400 dargestellt, welches aus vier Baumaterialien 208 (A), 206 (S), 310 (B) und 412 (C) aufgebaut ist. Auf der rechten Seite ist das Zusatzelement 210 bzw. ein weiteres Bauteil 402 dargestellt, welches etwa dreimal so groß wie das Bauteil 400 ist. Auch hier kann das Bauteil 400 und/oder das weitere Bauteil 402 aus wenigstens einer Schicht 204, bevorzugt aus mehreren Schichten, schichtweise aufgebaut sein. Wie bereits in den Ausführungsbeispielen in Fig. 2 und Fig. 3 sind auch im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 die Volumen der vier Baumaterialien 208 (A), 206 (S), 310 (B) und 412 (C) zusammengenommen gleich, sodass sich unter der Voraussetzung jeweils einer gleichen mittleren Austragsrate pro Schicht jeweils dieselbe Bauzeit für die vier Baumaterialien 208 (A), 206 (S), 310 (B) und 412 (C) ergibt. Auch ist im Falle einer parallelen Herstellung der Bauteile 400 und 402 in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 die resultierende Verweilzeit t_x der Baumaterialien 208 (A), 206 (S), 310 (B) und 412 (C) gleich bzw. im Wesentlichen gleich null, da die Baumaterialien 208 (A), 206 (S), 310 (B) und 412 (C) über den gesamten 3D-Druckprozess dauernd in Benutzung sind. Prinzipiell kann das Bauteil beliebig viele Baumaterialen aufweisen. Werden in weiteren Ausführungsbeispielen mehr Baumaterialien verwendet, erweitert sich entsprechend die Größe des weiteren Bauteils.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist auf der linken Seite ein Bauteil 500 dargestellt, welches aus zwei Baumaterialien 206 (S) und 208 (A) aufgebaut ist und dem Bauteil 200 aus Fig. 2 entspricht. Bei dem Baumaterial 206 (S) kann es sich beispielsweise um ein Stützmaterial handeln, das nach dem Herstellungsprozess entfernt werden kann. Das Bauteil 500 ist aus wenigstens einer Schicht 204, bevorzugt aus mehreren Schichten, in einem additiven Fertigungsverfahren oder einem 3D-Druckprozess, z.B. in einem schichtweisen Druckprozess (Schicht-für-Schicht-Verfahren) aufgebaut. Wenigstens ein Zusatzelement 210 wird in Fig. 5 in dem Bauteil 500, z.B. in einer Stützstruktur bestehend aus dem Baumaterial 206 (S) implementiert. Das Ergebnis ist auf der rechten Seite in Fig. 5 als Bauteil 502 mit zwei Zusatzelementen 210 abgebildet. In Fig. 5 wurden dem Bauteil 500 auf der linken Seite zwei Zusatzelemente 210 bestehend aus dem Baumaterial 208 (A) implementiert, welche nach dem Herstellungsprozess zusammen mit dem Baumaterial 206 (S) entfernt werden können. Das Baumaterial 208 (A) wird durch die Implementierung der Zusatzelemente 210 somit häufiger verwendet bzw. ausgetragen, sodass sich vorteilhaft insgesamt eine kürzere Verweilzeit des Baumaterials 208 (A) ergibt. Die Zusatzelemente 210 in Fig. 5 haben weiter vorteilhaft noch zusätzlich eine Aufgabe als eine Stützstruktur während des Herstellungsprozesses, da diese das gesamte Bauteil 502 stabilisiert.
Prinzipiell ist die Form der Zusatzelemente 210 beliebig. Wichtig ist, dass das entsprechende Baumaterial verwendet bzw. ausgetragen wird und sich so die resultierende Verweilzeit t_x verkürzt. Mit anderen Worten wird im Ausführungsbeispiel in Fig. 5 in den unteren Schichten des Bauteils 500 lediglich das Baumaterial 208 (A) verwendet. Im mittleren Bereich des Bauteils 500 wird weniger Baumaterial 208 (A) und mehr das Baumaterial 206 (S) verwendet. Daher kann es vorkommen, dass das Baumaterial 208 (A) lange „steht“ und sich die resultierende Verweilzeit des Baumaterials 208 (A) entsprechend vergrößert und größer als die kritische Verweilzeit wird. Der Grund hierfür ist, dass wenig Material ausgetragen wird und somit länger im thermisch belastetem Zustand verweilt, wodurch sich die resultierende Verweilzeit des Baumaterials 208 (A) vergrößert. Daher werden im Ausführungsbeispiel in Fig. 5 auf der rechten Seite zwei Zusatzelemente 210 in das Baumaterial 206 (S) des Bauteils 502 implementiert. Dadurch wird die Verweilzeit des Baumaterials 208 (A) verringert, da das Baumaterial 208 (A) in kürzeren Abständen in Benutzung ist. Weiter wird das Baumaterial 208 (A) vorteilhaft auch noch auf eine sinnvolle Art, z.B. als Stützstruktur verwendet.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 wird nach der Herstellung des Bauteils 502 das Zusatzelement 210 entfernt. In Fig. 5 ist das die Zusatzelemente 210 umgebene Baumaterial 206 (S) ein Stützmaterial, das nach dem Herstellungsprozess entfernt werden kann, beispielsweise durch eine Behandlung mit Wasser und/oder Chemikalien und/oder durch ein Wegbrechen (mechanisches Entfernen). Durch das Entfernen des Baumaterials 206 (S) werden auch die darin eingebetteten Zusatzelemente 210 entfernt.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Anpassung so, dass wenigstens eine kritische Verweilzeit T_x_max geändert wird. Die kritische Verweilzeit T_x_max des Baumaterials ist unter anderem abhängig vom Baumaterial selbst, von der Chemie und von der Temperatur. Beispielsweise könnte ein anderes Baumaterial verwendet werden, dem Baumaterial chemische Zusätze und/oder Stabilisatoren beigemischt oder die Temperatur variiert werden. Wird beispielsweise die Temperatur des jeweiligen Baumaterials abgesenkt, erhöht sich die kritische Verweilzeit T_x_max. Bevorzugt geht diese für eine entsprechende Temperatur gegen unendlich, sodass keine Degradation bzw. thermische Vorbelastung auftreten kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 wird die kritische Verweilzeit T_x_max geändert, indem die Temperatur wenigstens eines Baumaterials für wenigstens eine bestimmte Zeitspanne geändert, vorzugsweise abgesenkt wird. In Fig. 6 ist ein Bauteil 600 dargestellt, welches aus vier Baumaterialien 310 (B), 412 (C), 206 (S) und 208 (A) aufgebaut ist und dem Bauteil 400 aus Fig. 4 entspricht. Das Bauteil 600 in Fig. 6 ist aus mehreren Schichten, schichtweise von unten nach oben aufgebaut. In Fig. 6 wird zu einem Zeitpunkt 610 die Temperatur des Baumaterials 208 (A) abgesenkt, da das Baumaterial 208 (A) für den restlichen 3D-Druckprozess nicht mehr benötigt wird. Bevorzugt werden zuvor die Temperaturen der Baumaterialien 412 (C) und 206 (S) auf eine entsprechende Temperatur erhöht, da diese Baumaterialien zuvor nicht benötigt wurden.
Beispielsweise kann bei zu sehr unterschiedlichen Baumaterialaufteilungen und langen Bauaufträgen die jeweilige Temperatur des Baumaterials bzw. der entsprechenden Düse auf eine unkritische Temperatur abgesenkt werden, sodass eine längere resultierende Verweilzeit ohne Materialabbau realisiert wird bzw. die kritische Verweilzeit größer, bevorzugt gegen unendlich geht. In einem Zeitpunkt 614 werden die Temperaturen der Baumaterialen 412 (C) und 206 (S) abgesenkt, da diese ebenfalls nicht mehr benötigt werden. Die Temperaturen sind entspre- chend niedrig, sodass entsprechend die kritische Verweilzeit T_x_max groß ist, bevorzugt gegen unendlich geht. In einem Zeitpunkt 612 wird bevorzugt die Temperatur des Baumaterials 310 (B) erhöht, da das Baumaterial 310 (B) erst im weiteren Verlauf der Herstellung des Bauteils 600, zuvor aber nicht benötigt wurde. Da das Baumaterial 310 (B) im Anschluss über die komplette restliche Zeit benutzt wird, ist trotz der Temperaturerhöhung des Baumaterials 310 (B) bevorzugt die resultierende Verweilzeit des Baumaterials 310 (B) kleiner als die kritische Verweilzeit T_x_max des Baumaterials 310 (B), sodass keine Degradation bzw. thermische Vorbelastung des Baumaterials 310 (B) auftritt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 werden mehrere Anpassungen miteinander kombiniert. In Fig. 7 ist auf der linken Seite ein Bauteil 700 dargestellt, welches aus drei Baumaterialien 208 (A), 206 (S) und 310 (B) aufgebaut ist und dem Bauteil 300 aus Fig. 3 entspricht. Wie das Bauteil 300 aus Fig. 3 ist auch das Bauteil 700 in Fig. 7 aus mehreren Schichten bzw. schichtweise von unten nach oben aufgebaut. Eine Anpassung an dem Bauteil 700 erfolgt so, dass wie bereits oben anhand von Fig. 5 ausgeführt wenigstens ein Zusatzelement 210 dem Bauteil 700 hinzugefügt wird. Das Ergebnis ist auf der rechten Seite in Fig. 7 als Bauteil 702 dargestellt. Das Bauteil 702 weist zwei Zusatzelemente 210 bestehend aus dem Baumaterial 208 (A) auf. Bevorzugt ist das die Zusatzelemente 210 umgebene Baumaterial 206 (S) ein Stützmaterial, das nach dem Herstellungsprozess mit den darin eingebetteten Zusatzelementen 210 entfernt werden kann. Eine weitere Anpassung entsprechend der rechten Seite in Fig. 7 erfolgt dadurch, dass beispielweise erst zu einem Zeitpunkt 710 bzw. zu einem Zeitpunkt 712 die Temperatur des Baumaterials 206 (S) bzw. die Temperatur des Baumaterials 310 (B) erhöht wird, da diese vorher nicht benötigt werden (siehe auch Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6). In einem Zeitpunkt 714 werden die Temperaturen der nicht mehr benötigten Baumaterialien 208 (A) und 206 (S) abgesenkt, sodass deren kritische Verweilzeit T_x_max erhöht wird, bevorzugt gegen unendlich geht.
In Fig. 7 werden auf der rechten Seite somit zwei Anpassungen durchgeführt. Zum einen werden Zusatzelemente 210 dem Bauteil 700 hinzugefügt, wodurch sich die resultierende Verweilzeit t_x des Baumaterials 208 (A) ändert bzw. verkürzt, da es in kürzeren Abständen wegen den Zusatzelementen 210 ausgetragen wird. Zum anderen werden die kritischen Verweilzeiten T_x_max geändert, indem beispielsweise die Temperatur des Baumaterials 310 (B) erst in dem Zeitpunkt 712 erhöht wird bzw. die Temperaturen der Baumaterialien 208 (A) bzw. 206 (S) in den Zeitpunkten 710 bzw. 714 abgesenkt werden und somit die kritischen Verweilzeiten geändert bzw. erhöht werden.
Um vorteilhaft während der Herstellung eine Degradation bzw. thermische Vorbelastung zu verhindern, liegen bevorzugt unterschiedliche Prozessüberwachungen vor. Dabei werden IST- Daten der Maschine mit den SOLL-Daten der Datenaufbereitung mittels eines Reglers stetig abgeglichen und ggf. angepasst. Bevorzugt wird in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel während der Herstellung des Bauteils wenigstens eine Überwachung der resultierenden Verweilzeiten und/oder der Fließeigenschaften der Baumaterialien, z.B. Prozessdrücke oder Baumaterialviskosität durchgeführt. Z.B. wird die real vorliegende Bauzeit der Baumaterialien jedes Bauabschnitts mit der aus der Datenaufbereitung berechneten Bauzeit pro Bauabschnitt abgeglichen. Liegt eine Degradation bzw. thermische Vorbelastung des Materials vor, ändern sich die Fließeigenschaften und es kommt zu Abweichungen bzw. Schwankungen z.B. im Prozessdruck, die von der Maschine bzw. deren Messsensoren erkannt werden können.
Bei einer Überschreitung wenigstens einer resultierenden Verweilzeit über die entsprechende kritische Verweilzeit eines Baumaterials und/oder bei einer Änderung der Fließeigenschaften, z.B. des Prozessdrucks oder der Baumaterialviskosität wenigstens eines Baumaterials wird in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel die entsprechend resultierende Verweilzeit t_x reduziert, indem neues Baumaterial bereitgestellt und/oder aufbereitet wird.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird bei einer Überschreitung wenigstens einer resultierenden Verweilzeit über die entsprechende kritische Verweilzeit eines Baumaterials und/oder bei einer Änderung der Fließeigenschaften das entsprechende Baumaterial ausgetragen, z.B. in einem Zusatzelement 210 und/oder neues Baumaterial wird bereitgestellt und/oder aufbereitet. Bevorzugt erfolgt die Aufbereitung und/oder Bereitstellung des neuen Baumaterials im Anschluss an die Austragung.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird bei einer Überschreitung wenigstens einer resultierenden Verweilzeit über die entsprechende kritische Verweilzeit eines Baumaterials und/oder bei einer Änderung der Fließeigenschaften wenigstens ein Spülvorgang initiiert.
Werden beispielsweise während des Bauprozesses Abweichungen ermittelt, z.B. in der Bauzeit pro Bauabschnitt, im Prozessdruck oder in der Baumaterialviskosität, greifen je nach vorliegender Ausrüstung der Maschine unterschiedliche Methoden. Liegt z.B. eine Spülstation vor, wird ein Spülvorgang initiiert, sodass degradiertes bzw. thermisch vorbelastetes Baumaterial ausgespült werden kann. Liegt keine Spülstation vor, wird z.B. der Bauprozess unterbrochen und der Bediener aufgefordert, das thermisch vorgeschädigte Baumaterial manuell in einem entsprechenden Behälter aufzufangen. Prinzipiell ist es auch möglich, dass der Bauprozess nicht unterbrochen wird und das thermisch vorbelastete Baumaterial ausgespült wird, während andere Baumaterialien in Benutzung sind. Dies kann bevorzugt automatisch, z.B. von der Maschinensteuerung gesteuert ablaufen. In einem Ausführungsbeispiel in Fig. 8a ist ein Flussdiagramm 800 dargestellt. Einer Maschine 806, z.B. einer Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Massen, einer Produktionsmaschine oder einer 3D-Druck-Maschine werden dort von einer Datenaufbereitung 804 in einem Schritt 808 Daten, z.B. bzgl. des Baumaterialvolumens, der Baumaterialtemperatur und/oder der Bauzeit pro Bauabschnitt zur Verfügung gestellt. Prinzipiell können auch andere Daten, z.B. CAD-, Geometrie-, Maschinen-, Peripheriegeräte-, Temperatur-, Baumaterialanzahl-, Baumaterialtemperatur- oder Baumaterialdaten bereitgestellt werden. In Fig. 8a werden die Daten als Maschinenanweisungen 820 an die Maschine 806 übertragen.
In Fig. 8b ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ein Flussdiagramm 802 abgebildet. Die Maschine 806 startet in einem Schritt 810 die Herstellung des Bauteils, beispielsweise mit den in Fig. 8a zur Verfügung gestellten Daten 808 und/oder Maschinenanweisungen 820. In einem Schritt 812 erfolgt ein Dosieren des Baumaterials anhand der Daten bzgl. des Baumaterialvolumens pro Bauabschnitt. In einem Schritt 814 wird das Baumaterial entsprechend abgelegt, um das Bauteil zu fertigen. Bevorzugt erfolgt während der Herstellung des Bauteils in einem Schritt 816 eine Überwachung der real vorliegenden Bauzeiten T_x, n, real pro Bauabschnitt der einzelnen Baumaterialien mit den berechneten Bauzeiten pro Bauabschnitt und/oder des Prozessdrucks p. Dies kann beispielsweise die real vorliegende Bauzeit pro Bauabschnitt mit der berechneten Bauzeit pro Bauabschnitt vergleicht und/oder überwacht werden. Liegt eine Degradation bzw. thermische Vorbelastung des Materials vor, ändern sich die Fließeigenschaften und es kommt zu Abweichungen bzw. Schwankungen z.B. im Prozessdruck.
Ergibt sich keine wesentliche Abweichung, also entsprechen z.B. die real vorliegenden Bauzeiten im Wesentlichen den berechneten Bauzeiten und ist der Prozessdruck konstant, wird die Fertigung in einem Schritt 818 fertiggestellt.
Ergibt sich jedoch eine Abweichung, beispielsweise durch unterschiedliche reale Bauzeiten o- der ein nicht konstanter Prozessdruck, sind in Fig. 8b verschiedene Möglichkeiten je nach vorliegender Ausrüstung der Maschine vorgesehen. In einem Schritt 822 wird bei einer Überschreitung wenigstens einer resultierenden Verweilzeit t_x über die entsprechende kritische Verweilzeit T_x_max eines Baumaterials und/oder bei einer Änderung der Fließeigenschaften eines Baumaterials die resultierende Verweilzeit t_x reduziert, indem neues Baumaterial bereitgestellt und/oder aufbereitet wird.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das entsprechende Baumaterial vor der Bereitstellung und/oder Aufbereitung des neuen Baumaterials ausgetragen. Liegt z.B. eine Spülstation vor, kann in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wenigstens ein Spülvorgang initiiert werden, sodass degradiertes bzw. thermisch vorbelastetes Baumaterial ausgespült werden kann.
Liegt keine Spülstation vor, kann in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Spülvorgang manuell durchgeführt werden oder es können beispielsweise die Maschinenanweisungen 820 bearbeitet werden und das bereitgestellte Baumaterial z.B. in einem Zusatzelement 210, z.B. als eine Stützgeometrie implementiert ausgetragen werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Maschinensteuerung für eine Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Massen, insbesondere für eine 3D-Druck-Maschine offenbart, welche eingerichtet, ausgeführt und/oder konstruiert ist, um wenigstens eines der vorher beschriebenen Verfahren unter Erreichung der genannten Vorteile auszuführen.
Eine Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Massen, insbesondere eine 3D-Druck-Maschine ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel offenbart, welche eingerichtet, ausgeführt und/oder konstruiert ist, um wenigstens eines der vorher beschriebenen Verfahren unter Erreichung der genannten Vorteile auszuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel bildet ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung wenigstens eines der zuvor beschriebenen Verfahren unter Erreichung der genannten Vorteile.
Es versteht sich von selbst, dass diese Beschreibung verschiedensten Modifikationen, Änderungen und Anpassungen unterworfen werden kann, die sich im Bereich von Äquivalenten zu den anhängenden Ansprüchen bewegen.
Bezugszeichenliste
100 Flussdiagramm 502 Bauteil
102 Datenaufbereitung 600 Bauteil
104 Daten 610 Zeitpunkt
106 Schritt 612 Zeitpunkt
108 Schritt 614 Zeitpunkt
110 Schritt 700 Bauteil
112 Schritt 702 Bauteil
114 Schritt 710 Zeitpunkt
116 Schritt 712 Zeitpunkt
118 Schritt 714 Zeitpunkt
119 Schritt 800 Flussdiagramm
200 Bauteil 802 Flussdiagramm
202 weiteres Bauteil (inverses Bauteil) 804 Datenaufbereitung
204 Schicht 806 Maschine
206 Baumaterial (S) 808 Schritt
208 Baumaterial (A) 810 Schritt
210 Zusatzelement 812 Schritt
300 Bauteil 814 Schritt
302 weiteres Bauteil (inverses Bauteil) 816 Schritt
310 Baumaterial (B) 818 Schritt
400 Bauteil 820 Maschinenanweisungen
402 weiteres Bauteil (inverses Bauteil) 822 Schritt
412 Baumaterial (C) 824 Schritt
500 Bauteil

Claims

- 24 - Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Bauteils mittels eines additiven Fertigungsverfahrens oder eines 3D-Druckprozesses, aufweisend wenigstens zwei Baumaterialen mit je einer kritischen Verweilzeit T_x_max, umfassend die Schritte:
Bereitstellung von Daten zur Herstellung des Bauteils,
Zerlegen des Bauteils in wenigstens einen Bauabschnitt mit entsprechenden Bauabschnittinformationen,
- Ableiten wenigstens eines Baumaterialvolumens und wenigstens einer mittleren Aus- tragsrate pro Bauabschnitt aus den Bauabschnittinformationen,
Berechnen wenigstens einer Bauzeit pro Bauabschnitt und wenigstens einer resultierenden Verweilzeit t_x je Baumaterial aus dem Baumaterialvolumen und der Austragsrate,
- Abgleichen der resultierenden Verweilzeiten t_x mit den jeweiligen kritischen Verweilzeiten T_x_max der entsprechenden Baumaterialien,
Vornehmen wenigstens einer Anpassung der Daten, sodass die jeweiligen resultierenden Verweilzeiten t_x unter den jeweiligen kritischen Verweilzeiten T_x_max der entsprechenden Baumaterialien liegen, wenn wenigstens eine resultierende Verweilzeit t_x die jeweilige kritische Verweilzeit T_x_max des entsprechenden Baumaterials überschreitet,
Verwenden der Daten zur Herstellung des Bauteils.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung so erfolgt, dass wenigstens ein Bauabschnitt und/oder die entsprechenden Bauabschnittinformationen geändert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung so erfolgt, dass wenigstens eine resultierende Verweilzeit t_x geändert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die resultierende Verweilzeit t_x dadurch geändert, vorzugsweise verkleinert wird, dass wenigstens ein Zusatzelement hergestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzelement wenigstens ein weiteres Bauteil ist, das wenigstens teilweise invers zu dem Bauteil ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Baumaterialablage in wenigstens einem Bauabschnitt zuerst an dem Zusatzelement erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzelement in dem Bauteil implementiert wird und/oder nach der Herstellung des Bauteils das Zusatzelement entfernt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung so erfolgt, dass wenigstens eine kritische Verweilzeit T_x_max geändert wird. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kritische Verweilzeit T_x_max dadurch geändert, vorzugsweise vergrößert wird, dass die Temperatur wenigstens eines Baumaterials für wenigstens eine bestimmte Zeitspanne geändert, vorzugsweise verringert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Anpassungen miteinander kombiniert werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Herstellung des Bauteils wenigstens eine Überwachung der resultierenden Verweilzeiten t_x und/oder der Fließeigenschaften der Baumaterialien durchgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Überschreitung wenigstens einer resultierenden Verweilzeit t_x über die entsprechende kritische Verweilzeit T_x_max eines Baumaterials und/oder bei einer Änderung der Fließeigenschaften wenigstens eines Baumaterials das entsprechende Baumaterial ausgetragen wird und/oder neues Baumaterial bereitgestellt und/oder aufbereitet wird. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Überschreitung wenigstens einer resultierenden Verweilzeit t_x über die entsprechende kritische Verweilzeit T_x_max eines Baumaterials und/oder bei einer Änderung der Fließeigenschaften wenigstens ein Spülvorgang initiiert wird. Maschinensteuerung für eine Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Massen, insbesondere für eine 3D-Druck-Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinensteuerung eingerichtet, ausgeführt und/oder konstruiert ist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen. Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Massen, insbesondere eine 3D-Druck-Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass die 3D-Druck-Maschine eingerichtet, ausgeführt und/oder konstruiert ist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche
1 bis 13 auszuführen. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
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Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004001403A (ja) 2002-03-27 2004-01-08 Canon Inc 射出成形機及び射出成形方法及び射出成形品
DE102006037927A1 (de) 2006-08-11 2008-02-14 Karl Hehl Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes sowie Verwendung einer kunststofftechnischen Einheit zu dessen Herstellung
DE102012004988A1 (de) * 2012-03-14 2013-09-19 Arburg Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Ausbringung eines Volumenstroms
JP5302436B1 (ja) 2012-03-27 2013-10-02 ファナック株式会社 射出成形機の樹脂の状態監視装置
US9421713B2 (en) * 2013-03-08 2016-08-23 Stratasys, Inc. Additive manufacturing method for printing three-dimensional parts with purge towers
EP3970945A1 (de) 2013-11-19 2022-03-23 Guill Tool & Engineering Filament zur verwendung in einem 3d-drucker und methode zu seiner herstellung
JP6552838B2 (ja) 2015-02-27 2019-07-31 東洋機械金属株式会社 射出成形機
US10394202B2 (en) * 2015-08-21 2019-08-27 Voxel8, Inc. 3D printer calibration and control
WO2018142967A1 (ja) 2017-01-31 2018-08-09 日精樹脂工業株式会社 成形条件設定支援方法及び装置
US11213987B2 (en) * 2018-04-03 2022-01-04 Westfall Acquisition Iii, Inc. Method for micro-molding articles
EP3628033B1 (de) * 2018-06-04 2024-06-05 NIKE Innovate C.V. Verfahren und vorrichtung zum mischen und ausgeben von viskosen materialien zur erzeugung von additiven strukturen
US10664799B2 (en) 2018-06-29 2020-05-26 OMNY, Inc. Supply mesh platform
WO2021023389A1 (de) * 2019-08-08 2021-02-11 Aim3D Gmbh Verfahren und extrusionsvorrichtung zur extrusion von faserverstärktem kunststoffmaterial für die additive fertigung eines bauteils
EP3792039A1 (de) 2019-09-10 2021-03-17 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Abgabekopf für generative fertigung mit endlosfaserverstärkten schmelzfilamenten
KR20220100602A (ko) * 2019-11-08 2022-07-15 더 유니버시티 오브 노쓰 캐롤라이나 엣 채플 힐 반응성 폴리아미드이미드 올리고머, 방법, 및 물품

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