JP2024513749A - ３ｄプリンタにおいて粒子状の構造材料を移送する方法 - Google Patents

Abstract

３Ｄプリンタにおいて粒子状の構造材料を移送する方法において、粒子状の構造材料（２）からなる構造材料カーテン（６）の光学的な監視を、塗布装置（１）と構造フィールド（４）との間の構造材料カーテン（６）の領域で、粒子状の構造材料（２）を移送する作業ステップ内で行い、構造材料カーテン（６）の像を形成し、及び／又は構造材料カーテン（６）の少なくとも１つの寸法を特定し、像及び／又は少なくとも１つの寸法を、対応する基準像及び／又は所定の基準値と比較し、基準像から像が逸脱するとき及び／又は対応する基準値から寸法が逸脱するとき、粒子状の構造材料（２）の移送についての少なくとも１つの移送変数を変化させる。

Description

本発明は、粒子状の構造材料を塗布機械から構造材料カーテンの形で構造フィールド上へ移送する、３Ｄプリンタにおいて粒子状の構造材料を移送する方法に関する。

いわゆる構造フィールド上への粒子状の構造材料の塗布とは、構造フィールドの表面上への粒子状の構造材料の移送と構造フィールド上での移送された粒子状の構造材料の平滑化との両方と解される。

本発明は、特に、構造フィールド上への粒子状の構造材料の移送に影響を及ぼす。

特に、３Ｄプリンタにおいて構造フィールド上での粒子状の構造材料の均一な移送が監視され、塗布装置から移送される粒子状の構造材料の移送する際に不規則性が認識されるのが望ましい。このような不均一性が認識されるとき、不均一性は、適切な措置によって自動的に低減又は解消される。このために、粒子状の構造材料の移送について対応する変数に影響が及ぼされる。

単一の又は大量生産による部品、工作物又は成形物の製造に、いわゆる３Ｄプリント又はいわゆる３Ｄプリント法を用いることが公知である。このようなプリント法では、三次元の部品又は工作物が層状に形成される形で製造される。

この形成は、コンピュータ制御で、所定の手段及び形態に従って、１つ又は複数の種類の流動体の又は固体の材料から行われる。プリントされるべき部品又は工作物についての基準値は、例えばいわゆるコンピュータ支援設計システム（ＣＡＤ）によって提供されてよい。

３Ｄ構造又は３Ｄ部品のプリントに際して、成形材料とも称される粒子状の構造材料に物理的又は化学的な硬化プロセス又は溶融プロセスが行われる。このような３Ｄプリント法の材料として、プラスチック、合成樹脂、セラミックス、鉱物、砂及び金属などの構造材料や成形材料が使用される。

３Ｄプリント法を実施する際には様々な製造方法のプロセスが公知である。

ただし、これらの方法のプロセスのうちの複数は、以下に例示する方法ステップを含む。
・いわゆる構造フィールド上への粒子材料又は粉末状の形成材料とも称される粒子状の構造材料の部分面又は全面的な塗布。これにより硬化していない粒子材料からなる層が形成され、その際、粒子状の構造材料の部分面又は全面的な塗布には、粒子状の構造材料の移送及び平滑化が含まれる。
・例えば、例えば結合剤などの処理剤の選択的な圧縮、塗着、取付け又はレーザの使用による、事前に決められた部分領域における、硬化していない粒子状の構造材料からなる取り付けられた層の選択的な硬化。
・部品又は工作物を層状に形成するための、別の層平面での先行する方法ステップの繰り返し。このために、構造フィールド上に層状に形成又は塗着された部品又は工作物が構造フィールドと共にその都度１つの層平面又は層厚さだけ降下する、又は３Ｄプリント装置が、その都度１つの層平面又は層厚さだけ構造フィールドに対して上昇し、その後で新たな層が部分面又は全面的に塗布される。
・これに続く、製造された部品又は工作物を取り囲む、硬化していないルーズな粒子状の構造材料の除去。

従来技術から、３Ｄ構造を形成する又は３Ｄ構造を形成するために構造フィールド上へ粒子状の構造材料を移送及び塗布する様々な方法が公知である。

独国特許第１０１１７８７５号明細書において、流動体を塗布する方法及び装置並びにその使用が公知である。

流動体を塗布する方法は、特に被覆されるべき領域に塗布される粒子材料に関し、この場合、ブレードの前進移動方向に見てブレードの手前で、流動体が、被覆されるべき領域に塗布され、その後でブレードが塗布された流動体上を移動する。

課題は、被覆されるべき領域上の流動性材料のできるだけ平らな分配を達成できる装置、方法及び装置の使用を提供することにある。

この課題を解決するために、ブレードがある種の回動運動の振動を行うことが想定されている。ブレードの振動性の回動運動によって、被覆されるべき領域に取り付けられる流動体が流動化される。これにより、凝集する傾向が強い粒子材料をできるだけ平坦かつ平滑に塗布できるだけでなく、振動による流動体の圧縮に影響を及ぼすこともさらに可能である。

好ましい形態では、被覆されるべき領域への流動体の塗布が余剰に行われることが想定されている。ゆえに、ある種の回転運動で振動するブレードが常に運動することによって、余剰の流動体は、ブレードの前進移動方向に見てブレードの手前で、ブレードの前方移動によって流動体又は粒子材料から形成されるローラにおいて均一化される。これにより、場合によっては生じる、個々の粒塊の間の中空空間が満たされ得、より大きな塊の粒子材料が、ローラの運動によって破壊される。

この公知の従来技術の欠点は、構造フィールド上へ粒子状の構造材料を移送する際に層を形成するのに必要な粒子状の構造材料の量の制御が不十分になることにある。これにより、粒子状の構造材料を平滑化する手段の手前にある粒子状の構造材料の量がそれぞれ異なるようになり、ひいては例えば現在塗布されるべき層の下方に位置する層への圧力状態がそれぞれ異なるようになる。こうなると、層の均一な形成が損なわれ、形成されるべき３Ｄ構造の品質が不良化する。

したがって、従来技術を改善し、ひいては３Ｄプリンタにおいて粒子状の構造材料を移送する方法を改善する必要性が生じる。

独国特許第１０１１７８７５号明細書

本発明の課題は、粒子状の構造材料が均一に移送される、３Ｄプリンタにおいて粒子状の構造材料を移送する方法を提供することにある。

方法によって、移送された粒子状の構造材料の層の高さに関する均一性と、移送された粒子状の構造材料の層内の密度の均一性との両方を改善するべきである。このようにして、移送された粒子状の構造材料が平滑化された後、塗布された粒子状の構造材料の層の品質の改善が達成される。

この課題は、独立請求項の請求項１に記載の特徴を有する方法によって解決される。発展形態は、従属請求項に記載されている。

本発明の方法によれば、３Ｄプリンタにおいて構造フィールド上へ粒子状の構造材料を移送する際に光学的な制御系を使用することが想定されている。

そのために、塗布装置を用いて粒子状の構造材料を移送する作業ステップにおいて粒子状の構造材料の光学的な監視を行うことが想定されている。この光学的な監視は、塗布装置と、いわゆる構造材料カーテンが塗布装置から到来する粒子状の構造材料によって形成される構造フィールドとの間の領域で行われる。重力によって塗布装置から構造フィールドへ移動又は落下する粒子状の材料からなるこの構造材料カーテンは、塗布装置に依存する幅を有する。塗布装置が構造フィールドの幅全体に粒子状の構造材料を供給できる一形態では、構造材料カーテンは、使用可能な構造フィールド全体の幅を有する。

代替的な一形態では、塗布装置は、構造フィールドの幅の一部だけを有する。この場合、複数の塗布装置を用いて作業を行うことができ、複数の塗布装置が共働して、構造フィールドの幅全体をカバーする又は構造フィールドの幅全体にわたって粒子状の構造材料を移送できる。この場合、構造材料カーテンは、同様に構造フィールドの幅の一部だけを有する。

この構造材料カーテンは、同様に塗布装置に依存する厚さをさらに有する。さらに、構造材料カーテンは、塗布装置と構造フィールドの表面との間の最短距離に相当し得る高さを有する。塗布装置は、粒子状の構造材料を移送する際に構造フィールドの表面上を移動するので、構造材料カーテンは、構造フィールドの表面に対して垂直に生じるのではなく、構造フィールドにわたって垂直とは異なる角度を有することが可能である。この場合、構造材料カーテンの高さは、塗布装置と構造フィールドの表面との間の最短距離よりも大きい。

従来技術から公知のように、移送された粒子状の構造材料は、粒子状の構造材料を平滑化する手段によって平滑化され、これにより、構造フィールドの表面上で現在層を塗布しているときに粒子状の構造材料の均一な太さ又は厚さが生じる。

そのような粒子状の構造材料を平滑化する手段は、スクイージブレード、スイングブレード、ナイフ、ドクタ又は３Ｄプリンタの同等の手段であってよく、これらの手段によって、移送された粒子状の構造材料が平滑化される。

従来技術から公知のように、前述の手段は、構造フィールドに対して一定の距離でかつ水平に構造フィールド上を移動する。同時に、塗布装置も、構造フィールドに対して一定の距離でかつ水平に構造フィールド上を移動する。この場合、塗布装置が、平滑化する手段に対して、構造フィールド上を一緒に移動するときに変化しない一定の距離に配置されている、ことが想定され得る。

塗布される粒子状の構造材料の高さ又は層の太さは、粒子状の構造材料の平均粒径の０．５倍から６倍の値を有してよい。粒子状の構造材料の平均粒径の０．５倍の高さ又は層の太さ達成するには、粒子状の構造材料を構造フィールド上へ移送して圧縮しなければならない。

粒子状の構造材料の平均粒径は、例えば約０．１４ｍｍの値を有する。

粒子状の構造材料とは、一般的に、材料又は材料混合物の個々の粒子の集合物と解され、この場合、それぞれの粒子は、三次元の広がりを有する。これらの粒子は、主に丸い又は長円の粒子と解されてよく、また長細い粒子とも解されてよいので、このような粒子について、大抵は０．１ｍｍから０．４ｍｍの範囲にある平均的な径を表すことが可能である。このような粒子状の構造材料は、流動性を有する。

塗布装置から移送されるべき粒子状の構造材料は、塗布装置と構造フィールドの表面との間に、いわゆる構造材料カーテンを形成する。構造材料カーテンの幅は、通常、塗布装置にある退出開口又は間隙の幅に対応する。構造材料カーテンの厚さは、単位時間当たりの塗布装置によって移送されるべき粒子状の構造材料の量によって影響が及ぼされる。単位時間当たりの塗布装置によって移送されるべき粒子状の構造材料の量が増加すると、構造材料カーテンの厚さも増加し、またその逆もいえる。

したがって、構造材料カーテンの厚さを特定することによって、塗布装置から現在移送されている粒子状の構造材料の量の推測が可能であり、ひいては構造材料カーテンの厚さを特定することによって、塗布装置によって移送される粒子状の構造材料の量の制御を行うことが可能である。

構造材料カーテンは、構造フィールドに衝突する又は構造フィールドの表面に接触するとき、いわゆる衝突箇所で、側面図で見て大抵は三角形の幾何形状を形成し、その際、この三角形の一辺は、水平に、すなわち構造フィールドの表面に対して平行に、そして構造フィールドのこの表面に面するように整列されている。この状態は、以下いわゆる構造材料堆積物と称される。空間的に見ると、この構造材料堆積物は、例えば仮想の三角柱の形状を有し、その際、３つの矩形の側面は、その長手方向の広がりでもって、それぞれ構造フィールド上で塗布装置の移動方向に対して直角に位置する。さらに、長手方向の広がりは、構造フィールドの表面に対して平行に向けられている。

この構造材料堆積物は、移送される粒子状の構造材料の量に依存して形成される。ゆえに、より多量の粒子状の構造材料が塗布装置によって移送される場合、構造材料堆積物は、少なくとも、より少量の粒子状の構造材料が移送されるときよりもより大きな高さ及び／又はより大きな幅を有する。

したがって、構造材料堆積物の寸法を特定することによって、塗布装置から現在移送されている粒子状の構造材料の量を推測し、ひいては構造材料堆積物の寸法を特定することによって、塗布装置によって移送される粒子状の構造材料の量の制御を行うことも可能である。

三角形の下底面と上底面とを有するこのような角柱状の構造材料堆積物の寸法には、構造材料堆積物の下側の領域における最大幅及び最大高さが含まれる。さらに、三角柱状の構造材料堆積物の三角形の下底面と上底面との少なくとも１つの角度も寸法として利用してよい。このような角度は、例えば、構造フィールドの平坦な表面に対する構造材料堆積物の傾きを表すいわゆる傾斜角であってよい。

単位時間当たりに移送されるべき構造材料の量に的確な影響を及ぼすことによって、構造フィールドに塗布されるべき層の均一性を向上させることが可能である。粒子状の構造材料の層の均一性のこのような向上によって、相応の精度又は品質が達成されると、このことは、形成されるべき３Ｄ構造の品質に有利に作用する。この場合、特別なケースでは、３Ｄプリントの特定の用途のためには平滑化する手段を省略することが可能であってよい。

したがって、このような用途では、塗布装置によって粒子状の構造材料を移送した直後に、事前に決められた部分領域で、取り付けられた、硬化していない粒子状の構造材料からなる層の選択的な硬化が行われてよい。

粒子状の構造材料からなる構造材料カーテンの光学的な監視は、粒子状の構造材料を構造フィールド上へ移送する作業ステップ内で行われることが想定されている。この場合、例えば１つ又は複数のカメラを用いて、少なくとも１つの方向又は視点から構造材料カーテンが捕捉される。

同様に、三角柱状の構造材料堆積物の光学的な監視は、構造フィールド上の粒子状の構造材料の衝突箇所で行われることが想定され得る。この場合、例えば１つ又は複数のカメラを用いて、構造材料堆積物は、少なくとも１つの方向又は視点から捕捉される。この方向又は視点は、衝突箇所における三角柱状の構造材料堆積物を側方又は斜めから見たものであってよい。

一般的にいえることによると、粒子状の構造材料を移送する作業ステップにおいて移送されるべき粒子状の構造材を光学的に監視する適切な手段によって、衝突箇所における構造材料カーテン及び／又は構造材料堆積物の像が形成される。このような手段は、例えば少なくとも１つのカメラ、レーザ、プロジェクタ及び／又はレーザ及び／又はカメラの組合せ、又は同等の画像記録装置であってよい。

一代替例では、構造材料カーテン及び／又は構造材料堆積物の部分領域の像が形成されることが想定されている。移送されるべき粒子状の構造材料を方法に従って光学的に監視するために、方法の一代替例では、構造材料カーテン及び／又は構造材料堆積物の一部又は部分領域において像が形成され、方法に従って処理されるだけで充分である。

例えば構造材料カーテンの側面図又は正面図及び／又は構造材料堆積物の側面図又は正面図で、構造材料カーテン及び／又は構造材料堆積物のこのような像を示してよい。代替的に、像として、構造材料カーテン及び／又は構造材料堆積物を斜めから見た図あるいは斜視図が形成されてもよい。

例えば構造化光スキャナを利用する複数のカメラ又は３Ｄカメラからなる３Ｄ記録装置を使用してもよい。

移送されるべき粒子状の構造材料、すなわち構造材料カーテン及び／又は構造材料堆積物を光学的に監視する適切な複数の手段が、様々な箇所で、それぞれ構造材料カーテンへ向けて配置されている場合、例えば１つの光学的に監視する手段が、方法に従って選択される。さらに、本発明による方法によって制御して、構造材料カーテンの像を形成するために、カメラなどの光学的に監視する別の手段を選択する又は別の手段に切り替えることも考えられる。さらに、複数の光学的に監視する手段を同時に使用することが想定されている。したがって、例えば同時に様々な視点から構造材料カーテンの像を形成できる。このことは、構造材料カーテンの複数の寸法を同時に特定する手段を提供する。同じことが構造材料堆積物にも当てはまる。

例えば、正面図を形成するカメラによって、構造材料カーテンの幅の寸法を特定できるが、例えば構造材料カーテンの、鉛直線から逸脱する角度の特定はできない。構造材料カーテンのこの角度の特定には、構造材料カーテンの側面図を形成するカメラが選択されるが、その一方で、このカメラでは、構造材料カーテンの幅の特定はできない。

構造材料カーテンを斜めから見た像を形成するカメラによって、構造材料カーテンの幅と構造材料カーテンの角度との両方を特定できる。しかし、そのためには、構造材料カーテンの幅及び角度について正確な値を求めるために、例えば斜めの補正について対応する画像処理アルゴリズムを設けなければならない。

使用されるカメラの解像度及び記録速度は、塗布装置が、ひいては例えば構造材料カーテンが構造フィールド上を移動するあらゆる速度で十分に正確な像を形成するために、相応に高くなければならない。この場合、構造材料カーテンの十分に正確な像とは、本発明の方法に従って後処理できる、すなわち例えば画像比較又は例えば構造材料カーテンの高さ及び／又は幅及び／又は角度などの構造材料カーテンの寸法の特定に適しているような像と解される。

カメラは、取付け位置に応じて、構造材料カーテン及び／又は構造材料堆積物のできるだけ完全な領域を記録又は結像するために、広角レンズを装着してよい又は適切な視野を提供してよい。

適切なソフトソフトウェアを使用し、ソフトウェアを用いて、記録又は結像を正常化できる又はコントラスト又はフィルタリングに関して後加工を可能にすることが想定されてもよい。いずれにしても、その目的は、構造材料カーテン及び／又は構造材料堆積物の結像の、後続の方法ステップにとって十分な品質を確保することである。

例えば光学的な監視に際して形成された、構造材料カーテン及び／又は構造材料堆積物の１つ又は複数の観察方向からの個々の画像又は映像などの像を基準として、粒子状の構造材料からなる構造材料カーテン及び／又は構造材料堆積物の幾何寸法が特定されることも想定されている。

この場合、例えば構造材料カーテンの基本寸法又は構造材料カーテンの外側輪郭についての情報を特定できる。

構造材料カーテンの基本寸法には、例えば構造材料カーテンの幅、高さ又は角度などの寸法が含まれる。

構造材料カーテンの外側輪郭に関して、例えばその形状及びその厚さを特定できる。構造材料カーテンの例示的な形状は、直方体であってよい。代替的に、構造材料カーテンは四角錐台であってよく、この場合、例えば構造フィールド上に移送される粒子状の構造材料の幅は、塗布装置から退出する粒子状の構造材料の幅よりも大きい。同様に、構造フィールド上に移送される粒子状の構造材料の厚さは、塗布装置から退出する粒子状の構造材料の厚さよりも大きくてよい。

そのような寸法の他に、構造材料カーテンに沿った寸法は、すなわちその長手方向の広がりが把握され得る。この場合、例えば構造材料カーテンに沿って様々な箇所で構造材料カーテンのそれぞれ異なる厚さが求められ得る。さらに構造材料カーテンの最大厚さ及び／又は最小厚さ又は構造材料カーテンの平均厚さが求められてよい。

構造材料堆積物に関して、寸法として、構造材料堆積物の下側の領域における最大幅、すなわち仮想の三角形のほぼ水平の辺の長さ、及び仮想の三角形の高さなどの三角柱状の構造材料堆積物の最大高さが挙げられてよく、この場合、高さとは、水平の辺の長さの上の高さを意味している。さらに、例えば三角柱状の構造材料堆積物の三角形の下底面及び上底面の内角又は構造材料堆積物の傾斜角を寸法として特定でき、後でこのような寸法についての所定の値と比較するために用いることができる。

構造材料カーテンにある粒子状の構造材料の粒子は、塗布装置から構造フィールドへ移動する際に常に動いているので、粒子の移動によって、構造材料カーテン内で動的な変化が生じる。その理由は、粒子状の構造材料の粒子の様々な速度又は落下速度及び衝突である。動的な変化は、構造材料堆積物においても同様に生じる。

構造材料堆積物及び／又は構造材料カーテンにおけるこれらの動的変化又は障害となる粒子運動は、構造フィールドの表面上にある移送される粒子状の構造材料の層の品質に影響を及ぼし得る。試験運転で、障害となる粒子運動と例えば単位時間当たりに移送されるべき粒子状の構造材料の量との間の関係が認識されると、方法によって、移送変数としての単位時間当たりの移送されるべき粒子状の構造材料の量に的確に影響が及ぼされる。この影響は、方法によって、形成された構造材料カーテン及び／又は構造材料堆積物の像と関連する基準像とを比較する際に構造材料カーテン及び／又は構造材料堆積物内の所望されないずれが確認される場合に及ぼされる。

構造材料カーテンの長手方向の広がりを、部分領域又は複数の部分に分割し、これらの部分領域内で対応する像を形成することが想定されている。構造材料堆積物でも同様のことを行ってよい。これらの像から、例えば構造材料カーテンの高さ及び／又は厚さ及び／又は角度などの、例えば部分に関連する寸法が特定される。この場合、全ての部分領域は、これらを合計する又はこれらが相並んで位置すると、その長手方向の広がりで構造材料カーテン又は構造材料堆積物の全体の長さを結像できる。

ずれを判定又は解析するために、部分領域の像と関連する基準像とを比較することも同様に想定されている。

特定の寸法とこの寸法についての所定の値又は基準値との比較を実行することがさらに想定されている。この比較に際して、寸法とこの寸法についての所定の値又は基準値との間のずれが特定され、これが、所定の許容限界を上回ると、粒子状の構造材料の移送についての少なくとも１つの変数（基材塗布布変数）が変化させられる。この変数は、以下、移送変数とも称される。

特定の寸法とこの寸法についての所定の値又は基準値との比較に対して代替的に、又はこの比較に対して付加的に、形成された像と関連する基準像とを比較することが可能である。像比較などのこのような比較において所定の許容限界を上回るずれが確認されると、粒子状の構造材料の移送についての少なくとも１つの変数、すなわち移送変数が変化させられ、このようにして移送されるべき粒子状の構造材料の量が閉ループ又は開ループで制御される又は変化させられる。その目的は、現在形成されている像を基準像と一致させることであり、これにより粒子状の構造材料の層を塗布するときの品質が向上する、すなわち移送される粒子状の構造材料の層の高さ又は層厚さに関する均一性が改善される。

例えば寸法とその基準値とを比較する際に、構造材料カーテンの厚さが、構造材料カーテンの厚さについての所定の基準値より下回ることが確認されると、例えば単位時間又は面積当たりの移送されるべき粒子状の構造材料の量を決定する移送変数が増加される。したがって、より大量の塗布装置から到来する粒子状の構造材料が放出又は移送される。その結果、構造材料カーテンの厚さが再び増加することが予想される。というのも、厚さが、移送されるべき粒子状の構造材料の量に直接関係するからである。

特定された寸法とその基準値との代替的な比較に際して、構造材料カーテンの長さ、高さ又は求められた角度、又は構造材料堆積物の三角形の下底面又は上底面の長さ、幅、高さ、内角又は傾斜角を用いてもよい。

粒子状の構造材料を移送するためにいわゆる流動化装置を使用する場合、単位時間又は単位面積当たりの移送されるべき粒子状の構造材料の量の移送変数に影響が及ぼされ、影響は、様々な数の、流動化装置におけるいわゆる多孔質の気体退出手段が圧力下にある気体によって制御される又は加圧されることによって及ぼされる、ことが想定されている。この移送変数に影響を及ぼす別の手段は、気体の圧力を変化させることにある。別の代替例は、気体圧力の変化が経時的で周期的に行われ、その際、このことは、例えば調節可能な頻度で行えることにある。

１つ又は複数の寸法とその寸法に対応する所定の値との間の１つ又は複数のずれの結果によって、複数の移送変数に同時に影響が及ぼされることも想定されている。

ゆえに、例えば、構造フィールドの表面上の３Ｄプリンタの作業手段の移動速度の移送変数を変化させると同時に、塗布装置から移送される粒子状の構造材料の量を増加させることが可能である。

３Ｄプリンタのこれらの作業手段には、特に粒子状の構造材料用の塗布装置が含まれる他、スクイージブレード、スイングブレード、ナイフ又はドクタなどの移送された構造材料を平滑化する手段も含まれる。

構造材料カーテンの光学的な監視を部分領域に分割することによって、各部分領域についての移送変数を、この部分領域における所定の値からの寸法のずれに対応して変化させることが可能である。このことは、塗布装置などの粒子状の構造材料を移送する手段が、相応に分割して又は相応に複数配置されていることを前提としている。これらの手段のこのような複数の配置は、複数の塗布装置が、一列に相並んで又は少なくとも２列に相互にずらして配置されるように行ってよい。当業者には明らかであるが、手段のこのような配置によって、常に、粒子状の構造材料を層に均一にかつ構造フィールド上の全ての必要な領域に塗布できるようでなればならない。

同様に、構造材料カーテンを粒子の動的な特性に関して解析することが想定されている。粒子状の構造材料は、粒子状の構造材料を移送する作業ステップの間、構造材料カーテン内で移動又は流動している。その際、構造材料カーテンの基本寸法及び／又は構造材料カーテンの外側輪郭は、継続的に変化する。この動的な変化は、例えば経時的に、例えば映像記録又は連続画像又は画像ストリームを用いて把握される。

例えば構造材料カーテンの厚さなどのこの経時的に変化する寸法の評価によって、厚さ変化の範囲に関する情報、すなわち厚さ寸法の最小値及び最大値が提供される。さらに、このような厚さ変化は、経時的に解析できる。このようにして、例えば、厚さ変化がその最低値と最高値との間で周期的に得られることを確認できる。この経時的変化から、例えば、構造材料カーテンにおいて厚さ変化の工程が繰り返される平均頻度を特定できる。

一連の実験で特定された基準厚さの変化によって、厚さ変化の頻度と特定の基準頻度との間の頻度比較によって、厚さ変化の頻度に依存する塗布された粒子状の構造材料の層の品質の影響について通知できる。

例えば試験運転で特定されたこのような厚さ変化に関する値及び関連する基準頻度は、形成されるべき粒子状の構造材料の層の達成されるべき品質に関連し得る。したがって、特定の厚さ変化又はこのような厚さ変化の頻度のとき、厚さ変化が小さくなる又は厚さ変化の頻度が変化するように移送変数に影響を及ぼすことが可能であり、これにより、このようにして塗布されるべき粒子状の構造材料の現在の層の品質が向上する。

変化可能な移送変数として、例えば単位時間当たりの移送されるべき粒子状の構造材料の量を挙げてよい。さらに、面積当たりの粒子状の構造材料の量を変化させることができる。さらに、単位時間及び／又は面積当たりのこのような移送量の変化を経時的に変化させることができ、この場合、この変化は、特定の若しくは可変の又は経時的に変化する頻度で行うことができる。ゆえに、例えば設定された頻度の値は、経時的に増加若しくは減少又は順次増加及び減少などしてよい。例えば、移送変数の経時的な変化によって、単位時間当たりの粒子状の構造材料の量は、構造材料カーテンにおける経時的な厚さ変化に抗して作用し、経時的な厚さ変化が少なくとも減少する又は解消されることが想定されている。

したがって、粒子状の構造材料を塗布する際の品質が損なわれるのを防止するために、粒子状の構造材料の粒子運動又は運動機構を的確に変化させることができる。光学的な監視が既にこの部分領域で個別に行われるとき、構造材料カーテン全体についてのみならず構造材料カーテンの部分領域についてもそれぞれ異なって、粒子状の構造材料の粒子運動に影響を及ぼすことができる。

本発明の前述の特徴及び利点は、ここでは好適であるが非限定的な本発明の例示的な形態の以下の詳細な説明を、付属の図面と共に入念に検討するとより良好に理解するとともに評価することができる。

粒子状の構造材料を移送する手段と構造フィールド上で粒子状の構造材料を平滑化する手段とを示す。 ３Ｄプリンタにおける塗布装置などの、粒子状の構造材料を移送する例示的な手段を示す。 ３Ｄプリンタにおける粒子状の構造材料の移送する例示的な別のユニットを示す。 構造座フィールド上の構造材料カーテン及び構造材料堆積物の領域を部分的に拡大して示す。

図１には、粒子状の構造材料２を移送する手段１と、構造フィールド４上で粒子状の構造材料２を平滑化する手段３とが示されている。

粒子状の構造材料２を移送するこのような手段１は、例えばいわゆる塗布装置１であってよく、他方、図示された、粒子状の構造材料２を平滑化する手段３は、例えばブレードであってよい。

塗布装置１は、図１には示されていない貯蔵容器１５を有し、貯蔵容器１５内に、移送されるべき粒子状の構造材料２が貯蔵されている。塗布装置１の下端に、粒子状の構造材料２を吐出するための吐出口５が配置されてよい。粒子状の構造材料２が制御されずに塗布装置１から退出するのを防止するために、塗布装置１は、図１には示されていない対応する閉鎖手段を有する。この閉鎖手段は、塗布装置１の下側の領域にある吐出口５又は対応する開口を開閉できるように構成されている。

粒子状の構造材料２が塗布装置１から吐出され、したがって構造フィールド４上に移送されるべき場合、閉鎖手段が開かれる。粒子状の構造材料２は、移送され、いわゆる構造材料カーテン６の形で構造フィールド４の表面に至る。粒子状の構造材料２を移送するこの工程は、図１に示されている。移送変数の変化によって、移送されるべき粒子状の構造材料２の量に影響が及ぼされ、これが制御される。この場合、１つの移送変数は、単位時間当たりの移送されるべき粒子状の構造材料２の量であってよく、これに対して、別の１つの移送変数は、面積当たりの移送されるべき粒子状の構造材料の量であってよい。

例えば単位時間当たりの移送されるべき粒子状の構造材料２の量及び構造フィールド４の上の移動方向７での塗布装置１の移動速度が適切に制御されると、構造フィールド４の表面への粒子状の構造材料２の移送は、極めて均一に、ひいては高品質で行われる。

図１から看取されるように、層厚さ８を達成するために必要とされるよりも多くの粒子状の構造材料２が移送される。平滑化する手段３も同様に移動方向７に構造フィールド４上を移動させられるので、移送された多すぎる粒子状の構造材料２によって堆積物が生じる。

例えばカメラ９などの光学的に監視する手段９は、その記録範囲１０で、構造材料カーテン６へ向けられていて、監視手段９によって、構造材料カーテン６が光学的に監視され、画像の記録又は動画記録によって適切な像が作成される。図１では、カメラ９は、構造材料カーテン６の正面図を提供するように配置されている。代替的に、カメラ９は、図１の描画とは異なり、カメラ９が側面図又は斜視図を提供するように配置されてもよい。また、複数のカメラ９を配置して、これにより例えば構造材料カーテン６の正面図及び構造材料カーテン６の側面図などの複数の図を提供することも可能である。

これらの像によって、適切な画像処理ソフトウェアを使用して、例えば厚さ１１又は構造フィールド４の表面と構造材料カーテン６との間の角度１２の寸法が特定される。これらの寸法は、移送されるべき粒子状の構造材料３の量又は移動方向７での移動速度に関連している。一般的に、厚さ１１についての値の増加が移送の作業ステップ時の粒子状の構造材料２の量の増加を示すことが前提となっている。また一般的に、角度１２についての値の低下が移送の作業ステップ時の塗布装置１の移動速度の増加を示すことが前提となっている。

たとえ図１に、約９０度の角度１２のケースだけが示されているとしても、角度１２は、より小さな値をとってよい。例えば塗布装置１の移動方向７での移動速度が増加するにつれ角度１２が小さくなることが前提となっている。

構造材料カーテン６の、その長さ１３又は高さ１４などの、方法に従って特定されるべきさらなる寸法は、図１には示されていない。

現在特定される寸法、すなわち例えば厚さ１１及び／又は角度１２についての値を比較する際にこれらの寸法が対応する所定の値から逸脱していることが確認されると、移送変数の変化が行われる。これらの移送変数は、例えば単位時間当たりの移送されるべき粒子状の構造材料２の量及び移動方向７での３Ｄプリンタの作業手段の速度である。ここでは、作業手段とは、塗布装置１及び平滑化する手段３、すなわち例えばブレードと解される。

例えば、厚さ１１についての値が対応する所定の値よりも大きい場合、例えば移動方向７での速度を増加してよい。また、単位時間当たりの移送されるべき粒子状の構造材料２の量の移送変数を、寸法が再び所定の値に対応するまで減少してよく、その際、通常の形で許容範囲が確定される。この量の減少は、例えば塗布装置１にある吐出口５の大きさに影響を及ぼすことによって達成できる。

粒子状の構造材料２の塗布についての記載された移送変数の、方法に従った変化は、部分領域でそれぞれ異なって行ってもよい。このことは、もちろん、例えば３Ｄプリンタに粒子状の構造材料２を移送する複数の塗布装置１が配置されていること、及び／又は３Ｄプリンタに複数の平滑化する手段３が配置されていることを前提としている。

図１には、構造材料堆積物２０も示されていて、これは、例えば三角形の上底面又は下底面でもって示されている。図示された三角形は、どのように観察者が構造フィールド４に衝突する粒子状の構造材料２の領域で仮想の三角形の下底面及び上底面でもって三角柱状の構造材料堆積物２０を想像できるかについての補助手段として示されたものである。図示された三角形の物体としての辺は、もちろん粒子状の構造材料２において認識できないが、適切なソフトウェアを用いて、粒子状の構造材料２からなる構造材料堆積物２０の光学的な監視に際して生成される記録を方法に従って評価することによって特定できる。したがって、そこから、構造材料堆積物２０の別の寸法を特定できる。

図２は、構造フィールド４上を移動方向７で水平に移動できる、３Ｄプリンタに設けられた塗布装置１などの粒子状の構造材料２を移送する手段を示す。

塗布装置１は、貯蔵されるべき粒子状の構造材料２用の貯蔵容器１５を有する。塗布装置１は、その下側の領域に、粒子状の構造材料２を吐出するための、細長い吐出口４を有し、粒子状の構造材料２は、次いで、構造材料カーテン６の形で、構造フィールド４の表面へ向けて移動又は落下する。

前述したように、その記録範囲１０で構造材料カーテン６へ向けられたカメラ９を用いて、構造材料カーテン６の像が形成されることが想定されている。カメラ９は、そのために例えば構造材料カーテン６の側面又は正面を向くことができる。図２に示されているように、カメラ９の向きのさらなる可能性は、構造材料カーテン６の方を斜めから見た向きにある。このために、カメラ９は、例えば塗布装置１に固く接続されていて、したがって、塗布装置１と共に構造フィールド４上を移動する。

カメラ９によって像が形成されることに基づいて、例えば構造材料カーテン６の図示の寸法、例えばその厚さ１１、その幅１３、その高さ１４又は構造フィールド４の表面と構造材料カーテン６との間の角度１２を特定できる。

図２にも、構造材料堆積物２０が、その仮想の三角形の上底面又は下底面でもって示されている。さらに、構造材料堆積物２０の長さ２１も示されている。この長さ２１は、本質的に構造材料カーテン６の長さ１３に相当する。

図３は、３Ｄプリンタにおいて粒子状の構造材料２を移送する手段１を示す。移送手段１は、構造フィールド４上を、移動方向７で水平に移動できる。いわゆる流動化装置とも称される手段１は、粒子状の構造材料２が吐出口５を通って退出し、構造材料カーテン６として構造フィールド４の表面に至り、そこで層厚さ８を有する粒子状の構造材料２の新しい層が形成される瞬間記録で図示されている。そのために必要な別の手段３は、図３には示されていない。

塗布装置１は、粒子状の構造材料２を貯蔵するためにホッパ状の貯蔵容器１５を有する。このホッパ状の貯蔵容器１５は、細長く形成されていて、この場合、その長さは、その幅の数倍である。

貯蔵容器１５は、開口又は吐出口５を有する。ホッパ状の貯蔵容器１５の下側の領域には、２つの遮断手段１６が配置されていて、遮断手段１６によって吐出口５が形成される。図３の描画において、左側の遮断手段１６によって、その上側に、通気間隙１７が形成される。

遮断手段１６のこのような配置によって、吐出口５に、粒子状の構造材料２からなる、路を閉鎖する遮断楔が形成されるので、粒子状の構造材料２が不意に構造フィールド４上に達することが防止される。

構造フィールド４上への粒子状の構造材料２の塗布は、粒子状の構造材料２が吐出口５の領域で流動化されることによって達成される。そのために、少なくとも１つの多孔質の気体退出手段１８をこの領域に配置することが想定されている。図３には、２つの多孔質の気体退出手段１８が貯蔵容器１５の側壁に配置されている。これらの２つの多孔質の気体退出手段１８は、気体接続部１９をそれぞれ有し、気体接続部１９は、気体圧を制御可能な気体を生成する図示されていない外部ユニットにそれぞれ接続されている。

多孔質の各気体退出手段１８は、粒子状の構造材料２に向いた側で気体透過性の多孔質材料を有する。

外部ユニットによって気体圧力を制御可能な気体は、気体透過性の多孔質材料を通って、多孔質の気体退出手段１８から、粒子状の構造材料２の方へ均一に分配されて退出し、粒子状の構造材料２を通って流れる。流出するこの気体は、図３において、多孔質の気体退出手段１８の付近で複数の小さな矢印によって示されている。退出するこの気体によって、粒子状の構造材料２が流動化され、これにより粒子状の構造材料２は、吐出口５を介して吐出され、構造材料カーテン６を形成するように構造フィールド４に達する。

粒子状の構造材料２を流動化するのに多孔質の気体退出手段１８しか必要とされない。しかも、気体が２つの多孔質の構造材料１８を介して両側から粒子状の構造材料２に流れると、粒子状の構造材料２を流動化する作用が増大し、より多量の粒子状の構造材料２が吐出口５を介して吐出される。

吐出されるべき粒子状の構造材料２の量を制御するために、多孔質の気体退出手段１８に供給される気体の圧力が変化させられる。ゆえに、例えば、より高い気体圧によって粒子状の構造材料２の流動化を強化又は改善でき、その結果、より多量の流動化された粒子状の構造材料２が、吐出口５を通って退出でき、例えば構造材料カーテン６の厚さ１１が増加する。

代替的に、より低い気体圧力によって、粒子状の構造材料２の流動化を低減又は弱化でき、その結果、より少量の粒子状の構造材料２が吐出される。

したがって、構造材料カーテン６の厚さ１１の寸法の制御は、気体圧力の制御又は本方法によって使用される多孔質の気体退出手段１８の数によって行ってよい。したがって、単位時間当たりの移送されるべき粒子状の構造材料２の量の、方法に従った移送変数、又は面積当たりの移送されるべき粒子状の構造材料２の量の、方法に従った移送変数は、使用される多孔質の気体退出手段１８の数によって閉ループ又は開ループで制御できる。これらの移送変数の閉ループ又は開ループの制御の別の手段は、多孔質の気体退出手段１８について使用される気体圧力である。

特別な変化形態では、気体圧力は、例えばパルス状に発生させてよく、これにより、流動化の改善が可能であり、この場合、吐出される粒子状の構造材料２の量を経時的に変化させることもできる。

図４は、構造材料カーテン６及び構造フィールド４上の構造材料堆積物２０の領域の部分的な拡大図を示す。図４には、塗布装置１もその吐出口５と共に示されている。さらに、構造材料カーテン６を光学的に監視する手段９ａが、その記録範囲１０ａと共に示されている。構造材料カーテン６の厚さ１１も図示されている。

図４には、構造材料堆積物２０を光学的に監視する別の手段９ｂが示されていて、この場合、単一の手段９が、構造材料カーテン６と構造材料堆積物２０との両方を監視してもよい。図４における手段９の描画は、単なる原理図であって、必要に応じて配置してよい手段９の正確な寸法比率も正確な位置も表していない。ゆえに、手段９は、その姿勢に応じて、構造材料カーテン６及び／又は構造材料堆積物２０に向いた正面図、側面図又は斜視図を示してよい。

本発明に従って特定可能な、その三角形の下底面又は上底面を有する三角柱状の構造材料堆積物２０の寸法は、高さ２２、幅２５、内角２３及び傾斜角２４を用いて表されている。

構造材料堆積物２０の長さ２１は、図４には示されていない。というのも、図４は、構造材料堆積物２０の側面図を示し、側面図では、構造材料堆積物２０の長さ２１が、図の奥行方向に延在するからである。

１ 塗布装置／粒子状の構造材料を移送する手段／流動化装置
２ 粒子状の構造材料
３ 平滑化する手段／ブレード
４ 構造フィールド
５ 粒子状の構造材料用の吐出口
６ 構造材料カーテン
７ 移動方向
８ 層厚さ
９、９ａ、９ｂ 光学的に監視する手段／カメラ
１０、１０ａ、１０ｂ 記録範囲
１１ 構造材料カーテンの厚さ
１２ 構造材料カーテンの角度
１３ 構造材料カーテンの長さ
１４ 構造材料カーテンの高さ
１５ 貯蔵容器
１６ 遮断手段
１７ 通気間隙
１８ 多孔質の気体退出手段
１９ 気体接続部
２０ 構造材料堆積物（三角柱状の構造材料堆積物の仮想の三角形の下底面又は上底面を有する）
２１ 構造材料堆積物の長さ
２２ 構造材料堆積物の高さ
２３ 構造材料堆積物の内角
２４ 構造材料堆積物の傾斜角

Claims (9)

1. ３Ｄプリンタにおいて粒子状の構造材料（２）を移送する方法であって、
   粒子状の構造材料（２）を、塗布装置（１）から構造材料カーテン（６）の形で構造フィールド（４）上に移送する、方法において、
   粒子状の構造材料（２）からなる構造材料カーテン（６）の光学的な監視を、塗布装置（１）と構造フィールド（４）との間の構造材料カーテン（６）の領域で、粒子状の構造材料（２）を移送する作業ステップ内で行い、
   構造材料カーテン（６）の像を形成し、その際、構造材料カーテン（６）の像は、画像、連続画像又は動画であり、
   形成された構造材料カーテン（６）の像から、構造材料カーテン（６）の少なくとも１つの寸法を特定し、
   像及び／又は特定された少なくとも１つの寸法を、対応する基準像及び／又は所定の基準値と比較し、
   基準像から像が逸脱するとき及び／又は対応する基準値から特定された寸法が逸脱するとき、粒子状の構造材料（２）の移送についての少なくとも１つの移送変数ひいては移送されるべき粒子状の構造材料（２）の量を制御する又は変化させる
   ことを特徴とする、方法。
2. 構造材料カーテン（６）及び／又は構造材料堆積物（２０）の光学的な監視を、構造材料カーテン（６）及び／又は構造材料堆積物（２０）へ向いた少なくとも１つの方向で行い、その際、構造材料カーテン（６）及び／又は構造材料堆積物（２０）の像又は構造材料カーテン（６）及び／又は構造材料堆積物（２０）の部分領域の像を、側面図及び／又は正面図及び／又は斜視図で形成することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 構造材料カーテン（６）の寸法は、長さ（１３）、高さ（１４）、厚さ（１１）又は角度（１２）であり、構造材料堆積物（２０）の寸法は、長さ（２１）、高さ（２２）、幅（２５）、内角（２３）又は傾斜角（２４）であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 粒子状の構造材料（２）の移送についての変数は、単位時間当たりの移送されるべき粒子状の構造材料（２）の量、面積当たりの移送されるべき粒子状の構造材料（２）の量、構造フィールド（４）の表面上の３Ｄプリンタの作業手段の移動速度、又は移送されるべき粒子状の構造材料（２）の量の経時的な変化であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 移送されるべき粒子状の構造材料（２）の量の経時的な変化を、確定された頻度又は経時的に変化する頻度で行うことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 移送されるべき粒子状の構造材料（２）の光学的な監視を、構造材料カーテン（６）の領域及び／又は構造材料堆積物（２０）の領域で複数の部分領域に分割して行い、その際、部分領域は、構造材料カーテン（６）及び／又は構造材料堆積物（２０）の長手方向又は横方向に延在することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 部分領域は、これらを合計すると、構造材料カーテン（６）の全ての領域及び／又は構造材料堆積物（２０）の全ての領域をカバーすることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 粒子状の構造材料（２）の移送についての移送変数を、部分領域でそれぞれ異なって変化させることを特徴とする、請求項６又は７に記載の方法。
9. 単位時間当たりの移送されるべき粒子状の構造材料（２）の量及び／又は面積当たりの移送されるべき粒子状の構造材料（２）の量の移送変数を、流動化装置（１）を用いて、流動化装置（１）内に使用される多孔質の気体退出手段（１８）の数及び／又は多孔質の気体退出手段（１８）に加えられる気体の圧力を変化させることによって制御することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。

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