EP4662048A1 - Verfahren zur steuerung eines materialvorschubelements - Google Patents
Verfahren zur steuerung eines materialvorschubelementsInfo
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- EP4662048A1 EP4662048A1 EP24710635.4A EP24710635A EP4662048A1 EP 4662048 A1 EP4662048 A1 EP 4662048A1 EP 24710635 A EP24710635 A EP 24710635A EP 4662048 A1 EP4662048 A1 EP 4662048A1
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- EP
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- nozzle
- pressure
- feed element
- material flow
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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
- US 2022/314550 Al shows an apparatus for modeling a three-dimensionally laminated object comprising a cylinder configured to store a molten resin, an ejection nozzle communicating with the cylinder, and a piston configured to eject the molten resin from the ejection nozzle by moving in a direction of approaching the ejection nozzle and pressurizing the molten resin in the cylinder, and models a three-dimensionally modeled object by laminating a resin bead, which is the molten resin ejected from the ejection nozzle, on a table. It includes a drive device configured to move the ejection nozzle relative to the table and at least one processor configured to detect a movement speed of the ejection nozzle and control the movement of the piston based on the movement speed of the ejection nozzle.
- the invention is based on the object of improving material extrusion in this regard.
- the object is achieved by claim 1, i.e. a method for controlling a material feed element in an additive manufacturing of a layer or a body, wherein the body preferably has a plurality of layers, wherein material is moved in the direction of a nozzle dispensing the material by pressure from a material feed element, wherein the nozzle is moved at a path speed over a work table, wherein the pressure is applied by the material feed element covering a distance, wherein the distance to be covered to build up the pressure is determined by a desired material flow speed and by a previous actual material flow speed.
- the material flow velocity is particularly important for layer height and layer width.
- the material flow rate preferably indicates how much material is discharged through the nozzle per unit of time or per unit of distance on the path.
- An advantageous design is one in which the desired material flow velocity is multiplied by a factor.
- the factor can be used to compensate for errors caused by real conditions, such as inertia of a material mass, non-linear behavior of pressure materials, shear forces and/or delayed melting of material.
- the factor is advantageously based on empirical values and is advantageously stored in the control system.
- the factor can have different values for different material flow velocities. This is shown in the figure description.
- An embodiment is advantageous according to which the factor is determined by a difference between the desired material flow velocity and the previous actual material flow velocity.
- An advantageous embodiment is one in which the distance to be covered is additionally determined by an E-modulus of the material, preferably at least partially molten.
- the material may be completely or partially melted.
- an advantageous device for carrying out the method has a nozzle with a heating element. If there is a high material flow rate for a long time, the heating element may not be able to melt material to the same extent. This can also be compensated for by the method described, in particular on the basis of empirical values which can be stored in a program on a control system.
- melt reservoir usually becomes smaller.
- the resulting pressure depends on the history of the current size of the melt reservoir, which in turn depends on the speed.
- An embodiment is advantageous in which the pressure and the material flow velocity interact in such a way that a layer height and/or a layer width of the material dispensed through the nozzle remains at least substantially the same during additive manufacturing.
- the layer height and/or layer width are advantageously stored in the G-code for modifying a material flow correction.
- An advantageous embodiment is one in which the pressure is reduced before an impending reduction in the web speed. Due to the time delay already mentioned, a certain period of time between the two steps is advantageous.
- An advantageous embodiment is one in which the pressure is increased before an impending increase in the web speed.
- the compensation factor is speed-dependent. Cross-sectional changes are advantageously taken into account. Dynamics of the actual material flow are advantageously taken into account.
- the problem is further solved by a device for carrying out the method.
- such a device comprises at least the following:
- control system designed to control the material feed element.
- the control is advantageously also designed to control the web speed or generally to control a path of the nozzle.
- the nozzle advantageously has a heating element. This can be used to melt the material.
- the problem can also be solved by a computer program product comprising instructions which cause the device to carry out the method steps.
- the program is conveniently stored on the control system.
- a computer program product comprising instructions which, when a program is executed by a computer, in particular a controller, cause the computer to carry out the method.
- the program is conveniently stored on the control system.
- FIG 1 shows an exemplary manufacturing device for carrying out the method
- FIG 2 a comparison of thickenings
- FIG 3 exemplary compensation values
- FIG 4 shows an exemplary sequence of the method
- FIG 5 a thickening with several layers or a body
- FIG 6 shows another possible embodiment of the device.
- FIG 1 shows an exemplary manufacturing device 1 for carrying out the method.
- the device 1 comprises a work table 2 on which a thickening 3 is additively applied.
- a nozzle 4 with a reservoir 5.
- material 7, which is advantageously at least partially melted, is applied to form the thickening 3.
- the material feed element 6 can be a ram or an extrusion screw. Other shapes are also possible, see also FIG 6.
- the material feed element 6 advantageously exerts pressure on the material 7.
- the pressure is applied by the material feed element moving a distance S.
- the material is preferably plastic.
- the material can also be glass, for example.
- the material is advantageously a compressible material.
- the process is particularly suitable for viscous materials, such as adhesives or silicone.
- the figure also shows a controller 8 and a computer program product 9, which in the figure is present on the controller 8 and instructs the production device 1.
- FIG 2 shows a comparison of thickenings 3 and 31.
- the path speed at which the nozzle 4 is moved over the work table 2 is reduced.
- a layer height and layer width of the thickening 3 should advantageously be maintained even at these points.
- less material is applied when the web speed is reduced.
- the material flow rate and the path speed are advantageously correlated. There is advantageously a linear relationship between the path speed and the material flow rate.
- the material feed element 6 advantageously exerts pressure on the material 7, which advantageously leads to the material 7 emerging from the nozzle 4 (cf. FIG. 1).
- the material 7 then advantageously emerges at a desired material flow rate.
- the nozzle 4 is moved at a path speed.
- the material flow speed is also advantageously reduced. This is advantageously achieved by reducing or removing the pressure acting on the material 7.
- this pressure change does not usually have an immediate effect on the material 7 exiting the nozzle 4, but usually only after a delay. This usually leads to the material flow speed not being reduced to the desired extent and too much material exiting. This means that the layer height and layer width of the thickening cannot be maintained. This is shown using the thickening 31 as an example.
- the material feed element 6 advantageously generates a material movement or a material flow in the form of a path.
- the material 7 is advantageously melted. Depending on the modulus of elasticity of the non-melted and the melted material 7, this path advantageously leads to a pressure change in the nozzle 4.
- Material 7 is, for example, plastic, whereby the resulting shear forces are pressure-dependent.
- the material flow is usually not linearly dependent on the pressure.
- a suitable preferably obtained from empirical values
- speed-dependent path is pre-controlled, so to speak a compensation path or a compensation value.
- This compensation value is preferably the mathematical product of the desired material flow rate and a factor, where the factor depends on a difference between the current desired material flow rate and a previous actual material flow rate.
- the compensation value can be determined, for example, by determining a material volume error when there are changes in the material flow and then deducing the compensation value for the path from this.
- a pressure at the outlet of the nozzle 4 in the printing process is advantageously such that the desired layer height and layer width or a desired ratio of layer height to layer width is maintained, these values are advantageously stored in the control system (particularly suitable: G-code).
- the compensation advantageously means that the material feed is a factor corresponding to the movement from the interpolation If additional movement is required, the actual material feed and the material feed axis taken into account in the interpolation should preferably be decoupled.
- a virtual axis should preferably be used which takes into account the dynamics of the real material flow.
- the physically present axis is preferably coupled to the virtual axis via interpolation setpoints and/or a path compensation value for a pressure change resulting from a material feed change and/or a compensation value resulting from a cross-sectional change and/or further compensation values (e.g. screw position compensation values).
- FIG 3 shows exemplary compensation values.
- the abscissa shows the material flow rate in mm/min.
- the ordinate shows a factor f.
- the figure also shows the curves A, B and C.
- A shows variant 1, polynomial approximation to the measurements.
- B shows measured values for the compensation.
- C shows variant 2, polynomial approximation to the measurement.
- the factor advantageously results from empirical values or from previous tests.
- the figure shows in B the measured speed-dependent correction factors and in A and C the variants derived from them for correction in polynomial form.
- FIG 4 shows an exemplary sequence of the method.
- a process step S 1 pressure is built up on the material by moving the material feed element in the direction of the nozzle and thus covering a distance. In this way, the material is moved towards the nozzle and/or advantageously compressed. The material advantageously exits the nozzle when a pressure in the nozzle is reached that exceeds the pressure outside the nozzle. Depending on the desired layer height and/or layer width, this pressure difference is advantageously adjusted. In simplified terms, this means: the greater the difference between the pressure outside the nozzle and the pressure inside the nozzle, the higher and/or wider the printed layer will be (or the larger the cross-section of the layer).
- step S2 the nozzle is moved, advantageously over the work table, at a path speed on a path, preferably provided in a program on the control system.
- the path has, for example, a corner or curve 15 (see FIG. 1). Before the nozzle reaches this critical point, the pressure on the material is reduced in a process step S3.
- a process step S4 the web speed is reduced.
- the reduction in pressure and the reduction in web speed work together advantageously to maintain the height and width of the printed layer.
- step S5 the curve or corner 15 is traversed.
- a process step S 6 the pressure is increased because a straight section 18 , see FIG 1 , follows the path.
- a process step S 7 the path speed is increased, advantageously such that the height and width of the printed layer are maintained .
- the process steps S3 to S6 can be repeated depending on the stored path.
- the pressure is advantageously reduced to zero (see process step S 8).
- a process step S9 the nozzle is stopped.
- FIG 5 shows a thickening with several layers 32, 33, 34 or a body 35.
- FIG 6 shows a further possible embodiment of the device, in the form of the device la.
- the material is a filament 7a.
- the device la has a nozzle 4a, wherein the nozzle 4a is designed to dispense material.
- the device has a material feed element 6a in the form of a feeder, designed to move material, i.e. the filament 7a, in the direction of the nozzle 4a, and a controller 8a, designed to control the material feed element 6a.
- a thickening 3a is additively applied to the work table 2a.
- the filament 7a which is advantageously at least partially melted, is applied by means of the material feed element 6a to form the thickening 3a.
- the material feed element 6a advantageously exerts a pressure on the filament 7a.
- the pressure is applied by the material feed element 6a covering a distance Sa. In this embodiment, this is achieved by performing a rotation or turn.
- the material in the form of the filament 7a is advantageously melted by a heating element 10a and then advantageously exits from the nozzle 4a.
- the material is preferably plastic.
- the material can also be glass, for example.
- the figure also shows a thermal decoupling element 20a.
- the figure also shows a controller 8a and a computer program product 9a, which in the figure is present on the controller 8a and instructs the production device 1a.
- the figure also gives an impression of the temperature 99 of the filament 7a .
- the filament 7a is still relatively cold and, for example, solid.
- the heating element 10a heats the filament 7a.
- the filament is preferably viscous in a region 101.
- the filament rests on the work table 2a as a thickening 3a after exiting the nozzle 4a, it is advantageously cooled again in an area 102 and is preferably solid.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Materialvorschubelements (6, 6a) bei einer additiven Fertigung einer Schicht (32, 33, 34) oder eines Körpers (35), wobei der Körper vorzugsweise eine Mehrzahl an Schichten (32, 33, 34) aufweist, wobei durch Druck eines Materialvorschubelements (6, 6a) Material (7, 7a) in Richtung einer das Material (7, 7a) ausgebenden Düse (4, 4a) bewegt wird, wobei die Düse (4,4a) mit einer Bahngeschwindigkeit über einen Arbeitstisch (2,2a) bewegt wird, wobei der Druck dadurch aufgebracht wird, dass durch das Materialvorschubelement (6, 6a) eine Strecke (S, Sa) zurückgelegt wird, wobei die zurückzulegende Strecke (S, Sa) zum Aufbau des Drucks durch eine gewünschte Materialflussgeschwindigkeit und durch eine vorherige tatsächliche Materialflussgeschwindigkeit bestimmt wird.
Description
Beschreibung
Verfahren zur Steuerung eines Materialvorschubelements
Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zur Steuerung eines Materialvorschubs .
EP 3172026 Bl zeigt eine Baugruppe zur Verwendung in einem additiven Fertigungssystem zum Drucken eines dreidimensionalen Teils , die einen Extruder mit einem Zahnrad und einem Motor, der das Zahnrad dreht , umfasst , wobei die Drehung des Zahnrads einen Material fluss aus dem Extruder reguliert . Eine Steuerung liefert ein Steuersignal an den Motor, um die Geschwindigkeit zu steuern, mit der der Motor das mindestens eine Zahnrad dreht , und integriert ein zeitlich variierendes Signal in das Steuersignal , um die Welligkeit des vom Extruder ausgegebenen Materials zu verringern .
US 2022 / 314550 Al zeigt eine Vorrichtung zum Modellieren eines dreidimensional laminierten Obj ekts umfasst einen Zylinder, der so konfiguriert ist , dass er ein geschmol zenes Harz speichert , eine Ausstoßdüse , die mit dem Zylinder in Verbindung steht , und einen Kolben, der so konfiguriert ist , dass er das geschmol zene Harz aus der Ausstoßdüse ausstößt , indem er sich in eine Richtung der Annäherung an die Ausstoßdüse bewegt und das geschmol zene Harz in dem Zylinder unter Druck setzt , und modelliert ein dreidimensional modelliertes Obj ekt durch Laminieren eines Harzkügelchens , das das aus der Ausstoßdüse ausgestoßene geschmol zene Harz ist , auf einem Tisch . Es umfasst eine Antriebsvorrichtung, die so konfiguriert ist , dass sie die Ausstoßdüse relativ zum Tisch bewegt , und mindestens einen Prozessor, der so konfiguriert ist , dass er eine Bewegungsgeschwindigkeit der Ausstoßdüse erfasst und die Bewegung des Kolbens auf der Grundlage der Bewegungsgeschwindigkeit der Ausstoßdüse steuert .
Bei additiven Fertigungsverfahren kann es bei einer Materialextrusion aufgrund von Geschwindigkeitsänderungen auf der
Bahn zu Fehlern im Material fluss kommen . Insbesondere durch Interpolation werden die beteiligten Achsen ( insbesondere Bahn und Materialvorschub ) mit zueinander passenden Sollwerten versorgt . Jedoch gibt es vom Materialvorschub bis zum Austritt des Materials aus einer Düse nicht-lineare Zusammenhänge , welche bisher nur unzureichend berücksichtigt wurden .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , die Materialextrusion dahingehend zu verbessern .
Die Lösung der Aufgabe gelingt durch Anspruch 1 , d . h . ein Verfahren zur Steuerung eines Materialvorschubelements bei einer additiven Fertigung einer Schicht oder eines Körpers , wobei der Körper vorzugsweise eine Mehrzahl an Schichten aufweist , wobei durch Druck eines Materialvorschubelements Material in Richtung einer das Material ausgebenden Düse bewegt wird, wobei die Düse mit einer Bahngeschwindigkeit über einen Arbeitstisch bewegt wird, wobei der Druck dadurch aufgebracht wird, dass durch das Materialvorschubelement eine Strecke zurückgelegt wird, wobei die zurückzulegende Strecke zum Aufbau des Drucks durch eine gewünschte Material flussgeschwindigkeit und durch eine vorherige tatsächliche Material flussgeschwindigkeit bestimmt wird .
Die Material flussgeschwindigkeit ist insbesondere für eine Schichthöhe und Schichtbreite von Bedeutung .
Die Material flussgeschwindigkeit sagt vorzugsweise aus , wie viel Material pro Zeiteinheit oder pro Wegeinheit auf der Bahn durch die Düse ausgegeben wird .
Vorteilhaft ist eine Aus führung, wonach die gewünschte Material flussgeschwindigkeit mit einem Faktor multipli ziert wird .
Durch den Faktor können vorteilhaft Fehler kompensiert werden, die durch reale Bedingungen, beispielsweise Trägheit einer Materialmasse , nicht-lineares Verhalten von mit Druck
versehenen Materialien, Scherkräfte und/oder verzögertes Aufschmelzen von Material, herrühren.
Der Faktor basiert vorteilhaft auf Erfahrungswerten und ist vorteilhaft in der Steuerung hinterlegt.
Der Faktor kann für verschiedene Materialflussgeschwindigkeiten verschiedene Werte aufweisen. Dies wird in der Figurenbeschreibung gezeigt.
Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, wonach der Faktor durch eine Differenz zwischen der gewünschten Materialflussgeschwindigkeit und der vorherigen tatsächlichen Materialflussgeschwindigkeit bestimmt wird.
Dies bedeutet beispielsweise: Wenn eine hohe Materialflussgeschwindigkeit vorliegt und diese auf eine andere Materialflussgeschwindigkeit reduziert werden soll, weil z. B. die Bahngeschwindigkeit der Düse reduziert wird, muss der Druck auf das Material verringert werden. Da sich diese Druckverringerung meist jedoch nicht sofort, sondern erst mit Verzögerung auswirkt, wird eine Differenz zwischen der hohen vorherigen Materialflussgeschwindigkeit und der jetzt gewünschten Materialflussgeschwindigkeit zur Bestimmung des Faktors herangezogen .
Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, wonach die gewünschte Materialflussgeschwindigkeit mit der Bahngeschwindigkeit der Düse korreliert.
Dies ist vorteilhaft, da dadurch eine wenigstens im Wesentlichen gleichbleibende Schichtdicke und/oder Schichtbreite erreicht werden kann.
Denn wenn z.B. bei Kurven auf der Bahn gebremst wird bzw. die Bahngeschwindigkeit reduziert wird, soll auch weniger Material aus der Düse austreten.
Vorteilhaft ist eine Aus führungs form, wonach die zurückzulegende Strecke zusätzlich durch ein E-Modul des , vorzugsweise wenigstens teilweise auf geschmol zenen, Materials bestimmt wird .
Das Material kann ganz oder teilweise auf geschmol zen sein .
Wie später in der Figurenbeschreibung erläutert , weist eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens eine Düse mit Hei zelement auf . Wenn lange Zeit eine hohe Materialflussgeschwindigkeit vorliegt , kann das Hei zelement unter Umständen nicht in gleichem Maße Material auf schmel zen . Auch dies kann durch das beschriebene Verfahren, insbesondere auf Basis von Erfahrungswerten, welche in einem Programm auf einer Steuerung hinterlegbar sind, kompensiert werden .
In anderen Worten bedeutet dies vorteilhaft : Bei einem hohen Materialvorschub wird meist das Schmel zereservoir kleiner .
Der entstehende Druck hängt von der Vorgeschichte der aktuellen Größe des Schmel zereservoirs ab, was wiederum von der Geschwindigkeit abhängig ist .
Vorteilhaft ist eine Aus führungs form, wonach der Druck und die Material flussgeschwindigkeit derart Zusammenwirken, dass eine Schichthöhe und/oder eine Schichtbreite des durch die Düse ausgegebenen Materials während der additiven Fertigung wenigstens im Wesentlichen gleichbleibt .
Auf diese Weise können Körper mit mehreren Schichten zuverlässig gebildet werden .
Die Schichthöhe und/oder Schichtbreite sind vorteilhaft im G- Code hinterlegt zur Modi fi zierung einer Material flusskorrektur .
Vorteilhaft ist eine Aus führungs form, wonach vor einer anstehenden Verringerung der Bahngeschwindigkeit , der Druck reduziert wird .
Durch die bereits erwähnte zeitliche Verzögerung ist eine gewisse Zeitspanne zwischen den beiden Schritten vorteilhaft .
Vorteilhaft ist eine Aus führungs form, wonach vor einer anstehenden Erhöhung der Bahngeschwindigkeit , der Druck erhöht wird .
Durch die bereits erwähnte zeitliche Verzögerung ist eine gewisse Zeitspanne zwischen den beiden Schritten vorteilhaft .
Vorteilhaft kann in Folgendes : Der Faktor zur Kompensation ist geschwindigkeitsabhängig . Querschnittsänderungen werden vorteilhaft berücksichtigt . Eine Dynamik des realen Materialflusses wird vorteilhaft berücksichtigt .
Die Lösung der Aufgabe gelingt ferner durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .
Vorteilhaft weist eine derartige Vorrichtung wenigstens Folgendes auf :
- einen Arbeitstisch, ausgebildet zur Ablage von Material ,
- eine Düse , ausgebildet zum Ausgeben von Material ,
- ein Materialvorschubelement , ausgebildet dazu, Material in Richtung der das Material ausgebenden Düse zu bewegen,
- eine Steuerung, ausgebildet zur Steuerung des Materialvorschubelements .
Die Steuerung ist vorteilhaft auch zur Steuerung der Bahngeschwindigkeit ausgebildet bzw . allgemein zur Steuerung eines Weges der Düse .
Vorteilhaft weist die Düse ein Hei zelement auf . Damit kann das Material auf geschmol zen werden .
Die Lösung der Aufgabe gelingt zudem durch ein Computerprogrammprodukt , umfassend Befehle , die bewirken, dass die Vorrichtung die Verfahrensschritte aus führt .
Das Programm ist vorteilhaft auf der Steuerung hinterlegt .
Die Lösung der Aufgabe wird gelöst durch ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogrammprodukt gespeichert ist .
Die Lösung der Aufgabe gelingt ferner durch ein Computerprogrammprodukt , umfassend Befehle , die bei der Aus führung eines Programms durch einen Computer, insbesondere einer Steuerung, diesen veranlassen, das Verfahren aus zuführen .
Das Programm ist vorteilhaft auf der Steuerung hinterlegt .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Aus führungsbeispiele näher beschrieben und erläutert . Es zeigen :
FIG 1 eine beispielhafte Fertigungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ,
FIG 2 einen Vergleich von Auf dickungen,
FIG 3 beispielhafte Kompensationswerte ,
FIG 4 einen beispielhaften Ablauf des Verfahrens ,
FIG 5 eine Aufdickung mit mehreren Schichten bzw . einen Körper,
FIG 6 eine weitere mögliche Aus führungs form der Vorrichtung .
FIG 1 zeigt eine beispielhafte Fertigungsvorrichtung 1 zur Durchführung des Verfahrens .
Die Vorrichtung 1 umfasst einen Arbeitstisch 2 , auf welchem eine Aufdickung 3 additiv aufgebracht wird .
Dies gelingt hierbei durch eine Düse 4 mit einem Reservoir 5 . Mittels eines Materialvorschubelements 6 wird Material 7 , welches vorteilhaft zumindest teilweise auf geschmol zen ist , zur Bildung der Aufdickung 3 aufgebracht .
Das Materialvorschubelement 6 kann ein Stößel sein oder auch eine Extrudierschnecke. Auch andere Formen sind möglich, siehe auch in FIG 6.
Das Materialvorschubelement 6 übt vorteilhaft einen Druck auf das Material 7 aus.
Der Druck wird dadurch aufgebracht, dass durch das Materialvorschubelement eine Strecke S zurückgelegt wird.
Vorteilhaft dann, wenn in der Düse 4 ein gewisser Überdruck herrscht, tritt Material 7 aus der Düse 4 aus. Das Material 7 wird vorteilhaft durch Heizelemente 10 auf geschmolzen .
Das Material ist vorzugsweise Kunststoff. Das Material kann auch z.B. Glas sein.
Vorteilhaft ist das Material ein komprimierbares Material.
Das Verfahren eignet sich besonders gut für zähflüssige Materialien, auch z.B. Klebstoffe oder Silikon.
Die Figur zeigt zudem eine Steuerung 8 sowie ein Computerprogrammprodukt 9, welches in der Figur auf der Steuerung 8 vorliegt und die Fertigungsvorrichtung 1 anweist.
FIG 2 zeigt einen Vergleich von Aufdickungen 3 und 31.
Links ist beispielhaft eine gedruckte Aufdickung 3 dargestellt, bei welcher eine Materialflussgeschwindigkeit geringer war als bei der rechts dargestellten Aufdickung 31.
Insbesondere im Bereich der Ecken 15, 16, 17 und 18 wird eine Bahngeschwindigkeit, mit welcher die Düse 4 über den Arbeitstisch 2 verfahren wird, reduziert. Eine Schichthöhe und Schichtbreite der Aufdickung 3 soll jedoch vorteilhaft auch an diesen Stellen beibehalten werden. Um die Schichthöhe und Schichtbreite der Aufdickung 3 beizubehalten, wird
vorteilhaft weniger Material aufgetragen, wenn die Bahngeschwindigkeit reduziert wird .
Wenn weniger Material aufgetragen werden soll , wird vorteilhaft eine Reduktion der Material flussgeschwindigkeit herbeigeführt . Vorteilhaft korrelieren die Material flussgeschwindigkeit und die Bahngeschwindigkeit . Es besteht vorteilhaft ein linearer Zusammenhang zwischen der Bahngeschwindigkeit und der Material flussgeschwindigkeit .
Wie bereits erläutert , übt das Materialvorschubelement 6 vorteilhaft Druck auf das Material 7 aus , was vorteilhaft dazu führt , dass das Material 7 aus der Düse 4 austritt (vgl . FIG 1 ) . Das Material 7 tritt dann vorteilhaft mit einer gewünschten Material flussgeschwindigkeit aus . Die Düse 4 wird mit einer Bahngeschwindigkeit verfahren .
Wird die Bahngeschwindigkeit nun reduziert , wird vorteilhaft auch die Material flussgeschwindigkeit reduziert . Dies gelingt vorteilhaft dadurch, dass der auf das Material 7 wirkende Druck reduziert oder weggenommen wird .
Diese Druckänderung wirkt sich in der Regel j edoch nicht sofort auf das aus der Düse 4 austretende Material 7 aus , sondern meist erst mit Verzögerung . Dies führt meist dazu, dass die Material flussgeschwindigkeit nicht in dem gewünschten Maße reduziert wird und zu viel Material austritt . So kann die Schichthöhe und Schichtbreite der Aufdickung nicht beibehalten werden . Dies ist exemplarisch anhand der Aufdickung 31 gezeigt .
Das Materialvorschubelement 6 erzeugt vorteilhaft in Form eines Weges eine Materialbewegung bzw . einen Material fluss . Das Material 7 wird vorteilhaft auf geschmol zen . Abhängig vom E- Modul des nicht geschmol zenen und des geschmol zenen Materials 7 führt dieser Weg vorteilhaft zu einer Druckänderung in der Düse 4 .
Das Material 7 ist beispielsweise Kunststof f , wobei entstehende Scherkräfte druckabhängig sind . Der Material fluss hängt meist nicht linear vom Druck ab .
Vorzugsweise wird bei Änderung einer Material flussgeschwindigkeit ein passender (vorzugsweise aus Erfahrungswerten gewonnener ) , geschwindigkeitsabhängiger Weg vorgesteuert , sozusagen ein Kompensationsweg bzw . ein Kompensationswert .
Dieser Kompensationswert ist vorzugsweise das mathematische Produkt aus der gewünschten Material flussgeschwindigkeit und einem Faktor, wobei der Faktor von einer Di f ferenz zwischen der j etzigen gewünschten Material flussgeschwindigkeit und einer vorherigen tatsächlichen Material flussgeschwindigkeit abhängig ist .
Der Kompensationswert kann z . B . ermittelt werden, indem bei Material flussänderungen ein Materialvolumenfehler ermittelt wird und daraus der Kompensationswert für den Weg geschluss- folgert wird .
Da der Kompensationswert vorteilhaft material f lussgeschwin- digkeitsabhängig ist , wird dies vorteilhaft für Geschwindig- keitsbereiche im vorzugsweise gesamten Arbeits feld durchgeführt .
Da ein Druck am Ausgang der Düse 4 im Druckprozess vorteilhaft dergestalt ist , dass die gewünschte Schichthöhe und Schichtbreite bzw . ein gewünschtes Verhältnis von Schichthöhe zu Schichtbreite eingehalten wird, sind diese Werte vorteilhaft in der Steuerung (besonders geeignet : G-Code ) hinterlegt .
So können vorteilhaft vorher ermittelte Kompensationswerte im Prozess berücksichtigt werden .
Da die Kompensation vorteilhaft bedeutet , dass der Materialvorschub eine zu der Bewegung aus der Interpolation
zusätzliche Bewegung machen muss , ist der reale Materialvorschub und die in der Interpolation berücksichtigte Materialvorschubachse vorzugsweise zu entkoppeln .
Für die in der Interpolation beteiligte Achse ist vorzugsweise eine virtuelle Achse zu benutzen, welche die Dynamik des realen Material flusses berücksichtigt .
Die physisch vorhandene Achse wird vorzugsweise an die virtuelle Achse über Interpolationssollwerte und/oder einen Wegkompensationswert für eine Druckänderung aus einer Materialvorschubänderung und/oder einen Kompensationswert aus einer Querschnittsänderung und/oder weitere Kompensationswerte gekoppelt ( z . B . Schneckenpositonskompensationswerte ) .
FIG 3 zeigt beispielhafte Kompensationswerte .
Die Abs zisse zeigt die Material flussgeschwindigkeit in mm/min auf . Die Ordinate zeigt einen Faktor f auf . Die Figur zeigt zudem die Kurven A, B und C .
A zeigt Variante 1 , Polynom an die Messungen angenähert . B zeigt Messwerte für die Kompensation . C zeigt Variante 2 , Polynom an die Messung angenähert .
Der Faktor resultiert vorteilhaft aus Erfahrungswerten bzw . aus vorangegangenen Versuchen . Die Figur zeigt in B die gemessenen geschwindigkeitsabhängigen Korrekturf aktoren und in A und C daraus abgeleitete Varianten zur Korrektur in Polynomform .
FIG 4 zeigt einen beispielhaften Ablauf des Verfahrens .
In einem Verfahrensschritt S 1 wird Druck auf das Material aufgebaut , indem das Materialvorschubelement in Richtung der Düse bewegt wird und so eine Stecke zurücklegt .
Auf diese Weise wird das Material in Richtung der Düse bewegt und/oder vorteilhaft komprimiert . Das Material tritt vorteilhaft dann aus der Düse aus , wenn ein Druck in der Düse erreicht ist , der den Druck außerhalb der Düse übersteigt . Je nach gewünschter Schichthöhe und/oder Schichtbreite wird vorteilhaft diese Druckdi f ferenz angepasst . Vereinfacht dargestellt bedeutet dies : Je höher die Di f ferenz zwischen dem Druck außerhalb der Düse und dem Druckinnerhalb der Düse ist , desto höher und/oder breiter wird die gedruckte Schicht (bzw . desto größer ist ein Querschnitt der Schicht ) .
In einem Verfahrensschritt S2 wird die Düse , vorteilhaft über den Arbeitstisch, mit einer Bahngeschwindigkeit auf einer, vorzugsweise in einem Programm auf der Steuerung vorliegenden, Bahn verfahren .
Die Bahn weist beispielhaft , vgl . FIG 1 , eine Ecke oder Kurve 15 auf . Bevor die Düse an dieser kritischen Stelle angelangt ist , wird der Druck auf das Material in einem Verfahrensschritt S3 reduziert .
Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Reduktion der Materialgeschwindigkeit erreicht .
In einem Verfahrensschritt S4 erfolgt ein Reduzieren der Bahngeschwindigkeit .
Die Reduktion des Drucks und die Reduktion der Bahngeschwindigkeit wirken vorteilhaft derart zusammen, dass die Höhe und Breite der gedruckten Schicht beibehalten werden .
In einem Verfahrensschritt S5 wird die Kurve bzw . Ecke 15 abgefahren .
In einem Verfahrensschritt S 6 wird der Druck erhöht , da ein gerader Abschnitt 18 , vgl . FIG 1 , der Bahn folgt . In einem verfahrensschritt S7 wird die Bahngeschwindigkeit erhöht ,
vorteilhaft derart , dass die Höhe und Breite der gedruckten Schicht beibehalten werden .
Die Verfahrensschritte S3 bis S 6 können j e nach hinterlegter Bahn wiederholt werden .
Am Ende erfolgt vorteilhaft eine Reduktion des Drucks auf null ( siehe Verfahrensschritt S 8 ) . In einem Verfahrensschritt S9 wird die Düse angehalten .
FIG 5 zeigt eine Aufdickung mit mehreren Schichten 32 , 33 , 34 bzw . einen Körper 35 .
FIG 6 zeigt eine weitere mögliche Aus führungs form der Vorrichtung, in Form der Vorrichtung la .
Diese weist einen Arbeitstisch 2a, ausgebildet zur Ablage von Material auf . Das Material ist in dieser Aus führungs form ein Filament 7a .
Die Vorrichtung la weist eine Düse 4a auf , wobei die Düse 4a zum Ausgeben von Material ausgebildet ist . Die Vorrichtung weist in der Figur ein Materialvorschubelement 6a in Form eines Feeders , ausgebildet dazu, Material , also das Filament 7a, in Richtung der Düse 4a zu bewegen, auf und eine Steuerung 8a, ausgebildet zur Steuerung des Materialvorschubelements 6a .
Auf dem Arbeitstisch 2a wird eine Aufdickung 3a additiv aufgebracht wird .
Dies gelingt hierbei durch eine Düse 4a . Mittels des Materialvorschubelements 6a wird das Filament 7a, welches vorteilhaft zumindest teilweise auf geschmol zen ist , zur Bildung der Aufdickung 3a aufgebracht .
Das Materialvorschubelement 6a übt vorteilhaft einen Druck auf das Filament 7a aus .
Der Druck wird dadurch aufgebracht , dass durch das Materialvorschubelement 6a eine Strecke Sa zurückgelegt wird . Dies gelingt in dieser Aus führungs form dadurch, dass eine Rotation bzw . Drehung voll zogen wird .
Das Material in Form des Filaments 7a wird vorteilhaft durch ein Hei zelement 10a auf geschmol zen und tritt vorteilhaft anschließend aus der Düse 4a aus .
Das Material ist vorzugsweise Kunststof f . Das Material kann auch z . B . Glas sein .
Die Figur zeigt zudem ein Element zur thermischen Entkoppelung 20a .
Die Figur zeigt zudem eine Steuerung 8a sowie ein Computerprogrammprodukt 9a, welches in der Figur auf der Steuerung 8a vorliegt und die Fertigungsvorrichtung la anweist .
Die Figur gibt zudem einen Eindruck über die Temperatur 99 des Filaments 7a . In einem Bereich 100 ist das Filament 7a noch relativ betrachtet kalt und beispielsweise fest .
Durch das Hei zelement 10a findet eine Erwärmung des Filaments 7a statt . Das Filament ist in einem Bereich 101 vorzugsweise viskos .
Wenn das Filament nach Austritt aus der Düse 4a als Aufdickung 3a auf dem Arbeitstisch 2a aufliegt , ist dieses vorteilhaft in einem Bereich 102 wieder erkaltet und vorzugsweise fest .
Claims
1. Verfahren zur Steuerung eines Materialvorschubelements (6, 6a) bei einer additiven Fertigung einer Schicht (32, 33, 34) oder eines Körpers (35) , wobei der Körper vorzugsweise eine Mehrzahl an Schichten (32, 33, 34) aufweist, wobei durch Druck eines Materialvorschubelements (6, 6a) Material (7, 7a) in Richtung einer das Material (7, 7a) ausgebenden Düse (4, 4a) bewegt wird, wobei die Düse (4, 4a) mit einer Bahngeschwindigkeit über einen Arbeitstisch (2, 2a) bewegt wird, wobei der Druck dadurch aufgebracht wird, dass durch das Materialvorschubelement (6, 6a) eine Strecke (S, Sa) zurückgelegt wird, wobei die zurückzulegende Strecke (S, Sa) zum Aufbau des Drucks durch eine gewünschte Materialflussgeschwindigkeit und durch eine vorherige tatsächliche Materialflussgeschwindigkeit bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gewünschte Materialflussgeschwindigkeit mit einem Faktor (f) multipliziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Faktor durch eine Differenz zwischen der gewünschten Materialflussgeschwindigkeit und der vorherigen tatsächlichen Materialflussgeschwindigkeit bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gewünschte Materialflussgeschwindigkeit mit der Bahngeschwindigkeit der Düse (4, 4a) korreliert.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zurückzulegende Strecke (S, Sa) zusätzlich durch ein E- Modul des, vorzugsweise wenigstens teilweise auf geschmolzenen, Materials (7, 7a) bestimmt wird
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druck und die Materialflussgeschwindigkeit derart Zusammenwirken, dass eine Schichthöhe und/oder eine Schichtbreite des durch die Düse (4, 4a) ausgegebenen Materials (7, 7a)
während der additiven Fertigung wenigstens im Wesentlichen gleichbleibt .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor einer anstehenden Verringerung der Bahngeschwindigkeit, der Druck reduziert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor einer anstehenden Erhöhung der Bahngeschwindigkeit, der Druck erhöht wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Schichthöhe und/oder Schichtbreite im G-Code hinterlegt werden zur Modifizierung einer Materialflusskorrektur.
10. Vorrichtung (1, la) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenigstens aufweisend:
- einen Arbeitstisch (2, 2a) , ausgebildet zur Ablage von Material ( 7 , 7a) ,
- eine Düse (4, 4a) , ausgebildet zum Ausgeben von Material (7, 7a) ,
- ein Materialvorschubelement (6, 6a) , ausgebildet dazu, Material (7, 7a) in Richtung der Düse (4, 4a) zu bewegen,
- eine Steuerung (8, 8a) , ausgebildet zur Steuerung des Materialvorschubelements (6, 6a) .
11. Computerprogrammprodukt (9, 9a) , umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung nach Anspruch 10 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt.
12. Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11 gespeichert ist.
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