WO2022049161A1 - Additives herstellungsverfahren - Google Patents

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WO2022049161A1
WO2022049161A1 PCT/EP2021/074189 EP2021074189W WO2022049161A1 WO 2022049161 A1 WO2022049161 A1 WO 2022049161A1 EP 2021074189 W EP2021074189 W EP 2021074189W WO 2022049161 A1 WO2022049161 A1 WO 2022049161A1
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WO
WIPO (PCT)
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partitions
partition
material layer
heads
object model
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/074189
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jochem Stevense
Peter Glösekötter
Alvaro Herrero Pérez
Original Assignee
Fachhochschule Münster
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fachhochschule Münster filed Critical Fachhochschule Münster
Publication of WO2022049161A1 publication Critical patent/WO2022049161A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—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
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—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
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]

Definitions

  • the invention relates to a computer-implemented additive manufacturing method for producing a three-dimensional object with at least one material layer.
  • the invention relates to a computer-implemented 3D printing method for producing a three-dimensional object with at least one material layer.
  • the invention also relates to a computer-aided production system for an additive manufacturing method, in particular a 3D printing method, for producing a three-dimensional object with at least one material layer.
  • the invention also relates to a computer program, which includes instructions corresponding to the method, and a computer-readable medium with this computer program.
  • the layered structure is computer-controlled from one or more liquid or solid materials according to specified dimensions and shapes. Additive manufacturing processes are also becoming increasingly widespread in the series production of parts.
  • a computer-implemented additive manufacturing method for producing a three-dimensional object with at least one material layer.
  • a production system with at least two simultaneously moving application heads for applying the at least one material layer of the three-dimensional object is used, the at least one Material layer is divided into several partitions and is applied in the divided partitions.
  • the manufacturing process has at least the following process steps:
  • Partitioning by means of a partition system of the production system, of the object model in a partition matrix with several partitions with a respective partition geometry and determining the respective partition geometry depending on object model properties and the order headers, with a maximum side length of at least part of the partitions being shorter than a maximum side length the material layer is;
  • Controlling by means of a control system of the production system, the application heads for applying the at least one layer of material within the respective partition.
  • a computer-aided production system for an additive manufacturing method, in particular 3D printing method, for producing a three-dimensional object with at least one material layer is provided.
  • the production system has: at least two simultaneously movable application heads for applying the at least one material layer of the three-dimensional object in at least two partitions of the material layer; an analysis system for analyzing a three-dimensional object model of the object to be manufactured; a partition system for partitioning the object model into the at least two partitions with a respective partition geometry and determining the respective partition geometry based on object model properties and the job headers; a mapping system for mapping each partition to a job header; a determination system for determining a movement path and a time interval associated with the movement path of one of the job headers for each of the partitions; and a control unit for controlling the application heads for applying the at least one material layer within the respective partition.
  • the manufacturing process and the production system enable a layer of material to be produced more quickly than with known additive manufacturing processes.
  • the order heads can be coordinated more easily, for example, because the partitions are divided up as desired. They can be of any shape and within a layer of material to be produced the partitions can be of different sizes and shapes. It is particularly advantageous here that a maximum side length of at least some of the partitions is shorter than a maximum side length of the material layer.
  • the partitions are thus of any geometric shape. This significantly reduces the effort involved in synchronizing the movement paths of the application heads when applying material. Less synchronization effort is also required than with known additive manufacturing methods.
  • the manufacturing method for example with a 3D printer with multiple application heads, with the printer being able to recognize problems and continue printing even if an error has occurred, even in the event of faults, for example faults in the application heads . If an error occurs, for example, the method steps of partitioning and one or more of the subsequent method steps can be carried out again.
  • the additive manufacturing process is in particular a three-dimensional printing process.
  • the three-dimensional printing process can be a melt layering process, also known as fused deposition modeling (FDM) or fused filament fabrication (FFF).
  • FDM fused deposition modeling
  • FFF fused filament fabrication
  • a three-dimensional object can be produced.
  • FDM fused deposition modeling
  • FFF fused filament fabrication
  • N the number of application heads used, ie those application heads which are used for applying material, can be adjusted, for example depending on an application head's functionality and an unhindered mobility of the application heads.
  • the application heads are preferably moved simultaneously. However, they are moved independently of each other. Provision can be made for the movement paths of the application heads for applying the material layer to be defined for an x-axis and a y-axis, which correspond to the two main axes of extent of the material layer.
  • the x and y axes are mutually perpendicular axes.
  • a further direction of movement in a z-axis perpendicular to the x- and y-axis can be programmed into their control electronics.
  • the movements of the guns, i. H. their trajectories depend on the properties of the partition within which they deposit material.
  • the properties of the partition include the location of the partition in the material layer, material properties, geometry, which may also include thickness.
  • the production system is in particular a 3D printer.
  • the order heads for additive orders in a production system designed as a 3D printer are then print heads.
  • the print heads actuated simultaneously can print a multi-dimensional object.
  • the three-dimensional object is a simple material layer, ie one layer and not a plurality of layers lying one on top of the other.
  • the single layer of material can be printed onto a sheet of paper, for example as a colored layer.
  • the print heads are particularly preferably provided for printing a three-dimensional object, which is printed plane by plane, ie material layer by material layer. When the material layer is applied, at least one material layer of a material is applied in each case.
  • the individual systems of the production system, ie the analysis system, the partition system, the assignment system, the determination system and the control system can all be implemented by a common control unit of the production system, which carries out the process steps of the production process.
  • the object model to be produced can be a technical three-dimensional drawing, such as a CAD file.
  • Each order head is assigned a single partition per order loop, which the order head processes, i. H. according to the properties of the partition, such as its shape in particular.
  • the partition thus corresponds to a material layer of the material applied by the gun in a plane for the production of the object in a specified area of a material layer.
  • the assignment between partition and order header is therefore clear for each material layer.
  • the gun can be assigned to another partition of the same material layer or to a partition of a different material layer.
  • the application head can be assigned to a plurality of partitions of a material layer. In such a case, a partition of the material layer is created by the job head in a job loop and further partitions are created by the job head in one or more subsequent job loops.
  • all partitions of a material layer together form the material layer in its entirety.
  • the production system has at least two application heads, preferably at least four application heads.
  • a material layer is preferably not created in a common order loop.
  • a closed material layer is preferably not produced.
  • partitions of a material layer which are adjacent to one another are not produced in a continuous order.
  • the partition matrix includes the complete object, which is segmented by the partitions of the partition matrix. All partitions spatially next to each other then form the complete partition matrix.
  • the partition matrix can be two-dimensional. In this case we are dealing with flat partitions of a flat object.
  • the partition matrix can be three-dimensional. In this case, the partition matrix forms a three-dimensional object with all of its partitions.
  • a two-dimensional partition geometry is specified.
  • the partition geometry is defined in a two-dimensional coordinate system, for example in the case of only one layer of material being applied.
  • the application heads can be moved in several, but at least one x- and one y-direction of the surface extension direction of the material layer
  • the object model properties include, for example, the following: a material from which the object is made, a length of time required for the deposited material to solidify, a geometry of the object.
  • consideration may be given to: a number and location of the guns, e.g. B. on a traverse, a working speed of the application heads.
  • the partition geometry is set separately for each partition based on the previous properties.
  • the maximum side length of at least part of the partitions can be shorter than a maximum side length of the material layer. It is also conceivable that all partitions have a maximum side length that is shorter than the maximum side length of the material layer.
  • the aforementioned side length ratios exist, for example, when the material layer is divided into partitions in the longitudinal direction and in the transverse direction, so that the partitions together form a grid-like, in other words matrix-like, structure on the material layer.
  • the partitions can have any geometric shape to form the lattice-like structure.
  • Associating the partitions with one of the guns means that each partition is uniquely assigned to a gun and the assigned gun in one of the order loops in this partition has material to apply. The assignment can be changed under certain conditions.
  • the movement path and the movement time interval can be determined for one or more order loops.
  • the movement path and the movement time interval can be defined for a single material layer of a single-layer object, for a single material layer of a multi-layer object, for multiple material layers of a multi-layer object, for multiple objects, e.g. B. when these are connected to each other by the manufacturing process, or are determined for a complete object with all its material layers.
  • Each of the layers of material is produced with one or more application loops.
  • An order loop always includes a time interval that is uniquely assigned to the order loop, within which one or more application heads for applying material are controlled in one partition per application head. Each of the order loops is thus executed in a different time interval.
  • An integer multiple of or at least one partition(s) is filled with material per order loop.
  • the time it takes the gun to apply material to the partition is a time interval.
  • that time interval of the partition also corresponds to the time length of the order loop which is the longest. This means, in particular, that partition within which the material order takes the longest also determines the maximum length of the respective order loop.
  • the activation of the order heads for a material order within a respective partition can, for example, take place separately for each of the order loops. Then, after the end of a job loop, it would be checked whether all job heads are still functional. If this is the case, the application heads for applying material could be controlled within a next partition. Otherwise, ie if it is determined, for example, that one of the guns is no longer functional, a new movement path and a corresponding time interval for still missing partitions of the material layer can be determined for all other guns that are still functional. Checking whether the application heads are still functional can also be carried out while material is being applied. It is particularly preferred whenever one or more application heads are or are inoperative there is another disruption affecting the material order, a renewed partitioning of the object model. Subsequent steps, ie the assignment, the determination and the activation, can then be carried out again.
  • the partitioning of the object model into the partition matrix with the plurality of partitions includes an overlapping of at least two of the partitions.
  • the benefit of overlapping is that it solidifies the object as it is being made.
  • the partition overlapping can be performed with any of the partitions.
  • each partition has at least one overlap with another partition.
  • Rotating and/or enlarging one or more partitions is conceivable, for example, to create an overlap between the partitions. Additionally or alternatively, it is also conceivable for one or more partitions to be shifted in one or more directions. Overlapping can be implemented for partitions of superimposed layers of material.
  • Side edges of superimposed partitions of superimposed layers of material preferably run in opposite directions at an angle to one another.
  • straight lines which in each case form a side edge of a partition in sections have opposite gradients in the case of material layers lying on top of one another.
  • An oppositely sloping design in particular with an opposite straight line gradient, can be used to obtain the same manufacturing time for the respective material layer, with better strengthening of the manufactured object being achieved at the same time, in particular between the individual material layers of the object.
  • a corresponding production time is also achieved with oppositely inclined side edges of the partitions of the respective material layers.
  • the overlapping of at least two of the partitions of the object model includes that, in the case of partitions, in particular superimposed material layers, partition side edges run obliquely to one another; and/or the overlapping of at least two of the partitions of the object model comprises that in the case of partitions, in particular superimposed ones, in particular superimposed material layers, at least one corner of one partition is butt-aligned with a side edge of another partition.
  • partition side edges run at an angle to one another, o in the case of partitions lying one on top of the other, partition side edges run at an angle to one another, o in the case of partitions lying one on top of the other, material layers lying on top of one another, the partition side edges run at an angle to one another, o in the case of partitions of material layers lying on top of one another Partition side edges oblique to each other, o in the case of partitions, at least one corner of a partition is aligned to a side edge of another partition, o in the case of stacked partitions, at least one corner of a partition is aligned to a side edge of another partition, o in the case of partitions of overlying layers of material at least one corner of a partition is aligned to a side edge of another partition, o in the case of overlying partitions of overlying materialc At least one corner of one partition is butt-aligned with
  • the overlaps as specified according to the embodiment described above have been found to be particularly effective in strengthening the manufactured object.
  • the only constraint between overlapping partitions of always different layers of material is a slope of the boundaries, i. H. the edges, the partitions.
  • the orientations of corners and side edges of a partition of a first layer of material are not restricted in relation to orientations of corners and side edges of a partition of a second layer of material.
  • a production system control unit transmits at least control signals for controlling the application heads to one or more of the application heads and receives feedback signals about the operating state of the application heads, and the production system control unit with one or more sensors at least feedback signals about the operating state of the respective sensors; and/or the method includes a method step of checking has whether at least one of the application heads is functionally impaired, and if at least one of the application heads is functionally impaired, at least the method steps of assigning, determining and driving for non-functionally impaired application heads are carried out.
  • the production system control unit can be implemented by a local processor or an external processor or a combination thereof.
  • the control signals can be transmitted to the respective application head for one or more application loops.
  • the operational status feedback signals may include information regarding the operational readiness of the gun, such as e.g. B. a functional impairment.
  • the operating status information can also include a status of the application of material.
  • the feedback signals about the operating state of the respective sensor can include measured values of the sensor, for example measured values of a flow sensor or a filament sensor.
  • any feedback signals about the operating status of the sensor are taken into account, via which a status or statuses of one or more application heads can be determined.
  • the guns can be functionally impaired if the material output unit, e.g. an extrusion head for dispensing molten filament material.
  • a gun can be considered functionally impaired if the gun would produce the manufactured product incorrectly in its allocated partition.
  • a functional impairment can be determined in a communication between the respective application head and a central control unit of the production system.
  • the production system has one or more sensors for measuring a material flow, or generally a material output, on one or more application heads. These sensors communicate with the central control unit.
  • the sensors can be a flow sensor or a filament sensor. Such sensors can be provided for each of the application heads.
  • At least one of the application heads is functionally impaired, at least the following method steps are carried out for order heads that are not functionally impaired: o Assigning each partition to a order head; o determining a trajectory and a time interval associated with the trajectory of one of the job headers for each of the partitions; and o controlling the application heads for applying the at least one material layer within the respective partition.
  • the activation of the application heads for applying the at least one layer of material within the respective partition can take place directly after checking whether there is a fault in at least one of the application heads.
  • the method steps of analyzing the three-dimensional object model of the object to be produced are carried out for the application heads that are not functionally impaired; and partitioning the object model into the at least two partitions with the respective partition geometry and determining the respective partition geometry based on the object model properties and the job headers.
  • the non-functionally impaired application heads only the method step of partitioning the object model into the at least two partitions with the respective partition geometry and determining the respective partition geometry based on the object model properties and the application heads is carried out. In this case, the object model is partitioned again without a previous analysis.
  • the object can be selected, for example, depending on the design of the object, whether it is only partitioned or analyzed again and then partitioned.
  • the following is repeated: o assignment of each partition to an order header; o determining a trajectory and a time interval associated with the trajectory of one of the job headers for each of the partitions; and o controlling the application heads for applying the at least one material layer within the respective partition.
  • the determination of a movement path and a time interval associated with the movement path of one of the job heads for each of the partitions includes a determination of whether the job heads collide during the job. Determining collisions makes it easier to move the application heads independently of one another.
  • Determining whether the application heads collide when applying may include checking whether partitions within which material is applied are at a safe distance from one another.
  • the safety distance can be determined depending on the object size and/or depending on the application heads. For example, a collision determination for a material layer with four partitions, each of which is divided into four sub-partitions, can be performed as follows. A subpartition is a part of a partition. The subpartition is always smaller than the partition of which it is a part:
  • SD safety distance
  • a width of the sub-partition must be greater than or equal to SD.
  • the height of the sub-partition must be greater than or equal to SD.
  • partition width must be greater than or equal to 2*SD, otherwise the partition width must be greater than or equal to SD.
  • partition height must be greater than or equal to 2*SD, otherwise the partition height must be greater than or equal to SD.
  • the arrangement of the guns must be changed. Also, alternatively or additionally, the number of application heads, which when applying material involved in the partitions of the material layer can be reduced with at least one or more guns not moving and/or in a parked position.
  • a size of at least one of the partitions is determined according to the time interval for applying the at least one material layer within the respective partition and/or a size of at least one of the partitions is modified until it is determined that the application heads are being applied not collide.
  • the embodiment has the advantage that planning of the application of material within the individual partitions is simplified. It can also be advantageous that no collisions take place between the application heads.
  • the size of the partitions is selected in each case in such a way that the time for applying material within partitions from the application heads within an application loop is the same. Alternatively or additionally, partitions with mutually corresponding processing time for applying material can be distributed over the application loops.
  • a start time of the time interval of each of the partitions is determined as a function of a length of the time interval compared to other time intervals of other partitions of the same material layer.
  • Each head informs the controller when the partition has completed, and the controller instructs it to proceed to the next partition when all heads have finished iterating.
  • the production time of each partition is calculated and optimized (partitioning) when the partitions are created. However, it is no longer necessary during the manufacturing process of the partitions.
  • a layer of material is said to have been divided into six partitions.
  • a starting point of the time interval corresponding to a starting point of the job loop can then be assigned to the individual partitions, for example.
  • the time interval within which a partition is filled with material can vary between partitions. If the partitions are within a material layer, this can be caused, for example, by different surface sizes of the partitions.
  • a different processing time for example due to different layer thicknesses and/or different materials, can also be a cause.
  • the start times of simultaneously processed partitions can then, for example, be synchronized or at least placed in a short period of time so that they are close together.
  • the partitioning of the object model into the at least two partitions with the respective partition geometry and the determination of the respective partition geometry based on the object model properties and the order headers includes dividing strip-shaped partitions into sub-partitions, with the sub-partitions extending over a Extend partial length of the strip-shaped partitions. It can be useful to use computer-aided calculation programs that include a slicing algorithm, so that the material layer is already divided into strip-shaped partitions by this slicing algorithm. Based on this, the strip-shaped partitions, which at this point can still have a side length equal to the side length of the material layer, can be further subdivided into sub-partitions.
  • sub-partitions then in turn have a smaller side length than the side length of the material layer.
  • the sub-partitions which were previously obtained from partitions of a slicing algorithm are also partitions.
  • partitions are always the smallest possible subdivision of the material layer within which material is applied in an application loop.
  • the application head is moved unsynchronized by at least one other application head to a different position.
  • a synchronization point is needed after creating partitions. Once this point is reached, the process of moving to the next partition can be performed by all the job heads at the same time without any additional synchronization points.
  • An unsynchronized movement of the individual application heads is possible since the application heads are moved independently of one another.
  • the movement of an application head after completion can, for example, take place in a parking position, ie a position of the application head which is safe from collisions with other application heads. In particular, when collisions between guns must be avoided, there is no transition process from a completed partition to a position yet to be filled with material.
  • the gun(s) may be moved to a safe line/point that will allow each head to launch into the next zone without collisions.
  • the application heads are synchronized for each layer of material to be produced. The order heads would then carry out a material order within the individual partitions of the material layer, unsynchronized from one another.
  • FIG. 1 shows a schematic of a way of dividing a material layer of an object model into individual partitions
  • FIG. 2 shows schematically a first step of dividing an object model according to a further possibility for dividing a material layer
  • 6 shows schematically a fifth step following the fourth step, in which material is deposited within one partition per main subdivision of the material layer; 7 schematically shows a sixth step, in which material is applied within a further partition for each main subdivision of the material layer;
  • FIG. 9 schematically shows an eighth step, in which material is applied within a further partition for each main subdivision of the material layer
  • FIG. 11 shows a schematic of a division of the material layer in which the safety distance to avoid collisions between application heads can be maintained;
  • 16 schematically shows a flow chart of a method according to an embodiment.
  • molten material is deposited material layer by material layer from the bottom to the top of the object, with each material layer being formed by extruded lines of material.
  • Traditional slicing algorithms for example, define a pattern for these lines to form each layer of material.
  • the slicing algorithm determines the printing order of the lines to reduce gun movement from the end of one line to the beginning of the next.
  • the computer-implemented additive manufacturing method works together with a slicing algorithm, which is used for known additive manufacturing methods. After a line pattern of each material layer is defined, the line pattern is divided into different partitions according to the computer-implemented method, so that the line pattern can be produced simultaneously by different guns. In this case, the lines of the line pattern form side edges of the partitions. When the partitions are defined, the lines which each partition has are sorted in order to keep the movement paths of the application heads 4 as short as possible.
  • each application head 4 must maintain a certain distance from another application head at all times.
  • the method defines which partitions of the material layer are to be printed at the same time. These partitions have a defined distance from one another, at which it can be ensured that the application heads 4 can produce the partitions at the same time without collisions.
  • the application heads 4 are synchronized so that all application heads start the material application at the same time.
  • Another goal of the algorithm is to distribute the production work evenly to the application heads 4. To achieve this, each partition that is to be printed at the same time must be printed in the same amount of time. Therefore, a gun 4 does not have to wait during the synchronization process to start printing the next partition, and the overall print time acceleration can be optimized.
  • the Application heads 4 can move independently in the X and Y axes.
  • a mechanism for moving in a Z-axis can move for each application head 4 at the same time.
  • the arrangement of the application heads 4 is organized in rows in this exemplary embodiment. Each row consists of guns 4 and the number of guns per row can be different for each row. For example, an arrangement with three rows and two application heads 4 in the first row, three in the second row and four in the last row can look like FIG.
  • the array can be defined as an integer array specifying the number of guns 4 in each row.
  • the previous example is then defined as: (2,3,4).
  • the entire algorithm of the method can be performed by swapping the X and Y axes.
  • the rows can be defined in each of the axes.
  • an object is printed material layer by material layer. You will not start crafting a layer of material until the previous one is complete.
  • Parallel moving applicator heads 4 apply material in partitions of the same material layer and only switch to the next material layer when the previous one is completely made. Taking this into account, in the method according to the exemplary embodiment, the work of a single material layer is divided between the various application heads 4, with this process being repeated for each material layer in the object.
  • an analysis of a three-dimensional object model of the object to be produced is carried out by means of an analysis system of the production system.
  • a check is carried out to determine whether at least one of the application heads 4 is functionally impaired. Checking can take place without analyzing.
  • the check can include the analysis system receiving an interference signal from one of the application heads 4 (see FIG. 15), for example, and/or the analysis system querying the application heads or one of the sensors associated with the application heads 4 to determine whether there is a fault. If there is a fault, the subsequent method steps 200, 300, 400 and 500 are carried out again, even if they may have already been carried out beforehand.
  • the object model is partitioned by means of a partition system of the production system into a partition matrix with several partitions with a respective partition geometry and determination of the respective partition geometry depending on object model properties and the order heads 4, with a maximum side length at least part of the partitions is shorter than a maximum side length of the material layer.
  • the subdivisions shown in FIG. 2 are line subdivisions.
  • the divisions determine which partition of a single layer of material from each gun 4 according to a gun assembly, e.g. B. a printer is produced. When dividing into the partitions, the aim is to ensure that the time required to make each partition is equal.
  • the metric used to calculate the work assigned to each job head 4 may differ in the implementation of the method. It can be calculated to give a real manufacturing time of the part using the line pattern and the configuration of the printer, e.g. B. taking into account its speed or acceleration, etc. to obtain.
  • an alternative is to use the surface instead of the real manufacturing time.
  • Two partitions with the same area are then printed in almost the same time.
  • the small difference in the printing time of the partitions gets does not reveal much of a difference in final print time and speed.
  • a metric is chosen.
  • the real manufacturing time will take more resources and time, but achieve the optimal distribution.
  • a sufficiently approximate distribution is achieved without causing any work overload during the process.
  • Other metrics can also be chosen, such as approximate print time, total length of lines, etc.
  • the work metric is denoted by the abbreviation "WM”.
  • WM work metric
  • the subdivisions for the lines of the gun array are defined. These divisions make the WM of each partition proportional to the number of guns 4 in the row.
  • 2 shows an example of a (2, 3) application head arrangement. The area with the reference number “1” corresponds to 2 WM and the area with the reference number “2” corresponds to 3 WM.
  • each partition is assigned to an order header 4 by means of an assignment system of the production system.
  • Each partition obtained with these subdivisions is assigned an order header 4 so that they have the same WM.
  • Fig. 3 an example of a (2.3) gun assembly is shown.
  • the subdivisions associated with the (2,3) gun assembly are major subdivisions.
  • a movement path and a time interval associated with the movement path are determined for one of the order heads 4 for each of the partitions by means of a determination system of the production system.
  • the application heads 4 for applying the at least one material layer within the respective partition are controlled by means of a control system of the production system.
  • the production work can be divided equally between the application heads 4 of the arrangement.
  • the printing process of a layer of material is divided into four stages.
  • the application heads 4 print a partition of a part of the layer of material assigned to them.
  • a safety distance is maintained between the partitions, so that material can be applied simultaneously within the partitions without collisions between the application heads 4.
  • the guns 4 are synchronized and wait until all guns 4 are ready to start the stage.
  • each applicator head 4 should complete the work in the same time.
  • the WM of each partition will be similar.
  • the partitions are defined by secondary subdivisions within the material layer portions obtained by the major subdivisions. First, horizontal partitions are calculated to get the same WM on each side, see Fig. 4. Second, vertical partitions are defined to get four partitions per part of the material layer with the same WM, see Fig. 5.
  • the partitions are printed at the top left (see FIG. 6).
  • the partitions are printed out at the top right (see Fig. 7).
  • the partitions are printed at the bottom left (see Fig. 8).
  • the partitions are printed at the bottom right (see Fig. 9).
  • a safety distance SD from one another is maintained when partitions are printed at the same time.
  • sub-partitions of the partitions must meet two requirements: If a sub-partition to be processed by an application head 4 collides with sub-partitions to the left and right that are also to be processed, the width of the sub-partition must be greater than or equal to the safety distance SD . If a sub-partition to be edited at the same time as collides with other sub-partitions to be processed on the top and bottom, the height of the sub-partition must be greater than or equal to the safety distance SD.
  • partitions created by major divisions must meet two additional requirements: if a partition collides with other partitions on the left and right at the same time, the partition width must be greater than or equal to 2*SD, otherwise the partition width must be greater or be equal to SD. If a partition collides with other partitions in the top and bottom at the same time, the partition height must be greater than or equal to 2*SD, otherwise the partition height must be greater than or equal to SD.
  • the arrangement of the application heads 4 must be changed or the number of application heads 4 is reduced by some application heads 4 being stopped.
  • an additional measure may be necessary for the even distribution of the WM to the application heads 4 in material layers with a small width and/or height, as shown for example in FIG.
  • the partitioned layer of material even if the partitions in the layer of Figure 10 evenly partition the WM, the above conditions would not be satisfied. To solve this, the side walls of the partitions are shifted until the requirements are met.
  • the parting lines defined by the method will likely be the same in two consecutive layers of material. If this is the case, the final object will not be stable enough due to the splits in the same position.
  • the parting lines used in a material layer have a small slope. This slope is the same for all lines in a material layer.
  • the dividing process in which the inclined lines divide the material layer can be the same process as the process for meeting the SD constraints. In the embodiment, the slope of the lines is inverted for each material layer, to ensure there are not two similar lines in two consecutive layers of material. After completion of the partitions, two layers of material lying on top of one another can be divided, as is shown in FIGS. 12 and 13 by way of example.
  • the inputs or input parameters include user commands, computer-aided design (CAD) files, which are used to determine properties of the object model, and errors, locations or states of the application heads.
  • CAD computer-aided design
  • the user commands are translated, the CAD files are divided into grids and sent to a production system for the additive manufacturing process, and data from the manufacturing process of the object are processed (see also Fig. 16).
  • method step “400” of determining, by means of a determination system of the production system, the movement path and the time interval associated with the movement path one of the application heads 4 is created for each of the partitions from the CAD file, a G-code file.
  • the G-code file is used in method step “500”, in which the application heads 4 are actuated for applying the at least one material layer within the respective partition.
  • the 3D print of the object or the movements of the application heads 4 are received as output or output parameters.
  • the production system has the following components: a control unit 3, two applicator heads 4, a filament sensor 5, a flow sensor 6, a user interface 7, an external display 8, and a filament flow detector 9.
  • the components of the production system transfer signals.
  • the control unit 3 receives filament interference signals FS and start detection signals SE from the filament flow detector 9 , the filament flow detector 9 receiving signals S from the filament sensor 5 and the flow sensor 6 .
  • the control unit 3 sends pressure signals D to the user interface 7, which can be displayed to a user via the external screen 8, for example. From a command line prompt BE, user commands BB be queried.
  • the control unit 3 can continue to send 4 requests for further printing AW and G-code commands GB to each of the application heads.
  • a signal can be sent from the respective application head 4 to the control unit 3 when the application head 4 is ready to continue printing BW.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes additives Herstellungsverfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit zumindest einer Materialschicht. Insbesondere betrifft die Erfindung ein computerimplementiertes 3D-Druckverfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit zumindest einer Materialschicht. Für das Herstellen wird ein Produktionssystem mit zumindest zwei gleichzeitig bewegten Auftragsköpfen zum Auftragen der zumindest einen Materialschicht des dreidimensionalen Objekts verwendet, wobei die zumindest eine Materialschicht in mehrere Partitionen aufgeteilt wird und in den aufgeteilten Partitionen aufgetragen wird. Die Erfindung betrifft zudem ein computergestütztes Produktionssystem für ein additives Herstellungsverfahren sowie ein Computerprogramm, welches dem Verfahren entsprechende Befehle umfasst, sowie ein computerlesbares Medium mit diesem Computerprogramm.

Description

Additives Herstellungsverfahren
Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes additives Herstellungsverfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit zumindest einer Materialschicht. Insbesondere betrifft die Erfindung ein computerimplementiertes 3D-Druckverfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit zumindest einer Materialschicht.
Die Erfindung betrifft zudem ein computergestütztes Produktionssystem für ein additives Herstellungsverfahren, insbesondere 3D-Druckverfahren, zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit zumindest einer Materialschicht.
Auch betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, welches dem Verfahren entsprechende Befehle umfasst, sowie ein computerlesbares Medium mit diesem Computerprogramm.
Bei additiver Fertigung erfolgt der schichtweise Aufbau computergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen. Additive Herstellungsverfahren sind zunehmend auch in der Serienproduktion von Teilen verbreitet.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes additives Herstellungsverfahren zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll bei einer gleichbleibenden oder verringerten Anzahl von Auftragsköpfen ein schnelleres additives Herstellen ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 sowie des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
Gemäß Anspruch 1 ist ein computerimplementiertes additives Herstellungsverfahren, insbesondere 3D-Druckverfahren, zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit zumindest einer Materialschicht vorgesehen. Für das Herstellen wird ein Produktionssystem mit zumindest zwei gleichzeitig bewegten Auftragsköpfen zum Aufträgen der zumindest einen Material schicht des dreidimensionalen Objekts verwendet, wobei die zumindest eine Materi al schicht in mehrere Partitionen aufgeteilt wird und in den aufgeteilten Partitionen aufgetragen wird. Das Herstellungsverfahren weist zumindest folgende Verfahrensschritte auf:
Analysieren, mittels eines Analysesystems des Produktionssystems, eines dreidimensionalen Objektmodells des herzustellenden Objekts;
- Partitionieren, mittels eines Partitions systems des Produktionssystems, des Objektmodells in eine Partitionsmatrix mit mehreren Partitionen mit einer jeweiligen Partitionsgeometrie und Bestimmen der jeweiligen Partitionsgeometrie abhängig von Objektmodell-Eigenschaften und den Auftragsköpfen, wobei eine maximale Seitenlänge zumindest eines Teils der Partitionen kürzer als eine maximale Seitenlänge der Materi al schicht ist;
- Zuordnen, mittels eines Zuordnungssystems des Produktionssystems, jeder Partition zu einem Auftragskopf;
- Bestimmen, mittels eines Bestimmsystems des Produktionssystems, eines Bewegungspfads und eines dem Bewegungspfad zugeordneten Zeitintervalls eines der Auftragsköpfe für jede der Partitionen; und
Ansteuem, mittels eines Ansteuersystems des Produktionssystems, der Auftragsköpfe zum Aufträgen von der zumindest einen Materialschicht innerhalb der jeweiligen Partition.
Gemäß dem nebengeordneten Anspruch ist ein computergestütztes Produktionssystem für ein additives Herstellungsverfahren, insbesondere 3D-Druckverfahren, zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit zumindest einer Materialschicht, vorgesehen.
Das Produktionssystem weist auf: zumindest zwei gleichzeitig bewegbare Auftragsköpfe zum Aufträgen der zumindest einen Materialschicht des dreidimensionalen Objekts in zumindest zwei Partitionen der Materi al schicht; ein Analysesystem zum Analysieren eines dreidimensionalen Objektmodells des herzustellenden Objekts; ein Partitionssystem zum Partitionieren des Objektmodells in die zumindest zwei Partitionen mit einer jeweiligen Partitionsgeometrie und Bestimmen der jeweiligen Partitionsgeometrie basierend auf Objektmodell-Eigenschaften und den Auftragsköpfen; ein Zuordnungssystem zum Zuordnen jeder Partition zu einem Auftragskopf; ein Bestimmsystem zum Bestimmen eines Bewegungspfads und eines dem Bewegungspfad zugeordneten Zeitintervalls eines der Auftragsköpfe für jede der Partitionen; und eine Ansteuereinheit zum Ansteuern der Auftragsköpfe zum Aufträgen von der zumindest einen Materi al schicht innerhalb der jeweiligen Partition.
Das Herstellungsverfahren und das Produktionssystem ermöglichen vor allem, dass eine Materialschicht schneller hergestellt werden kann als bei bekannten additiven Herstellungsverfahren. Dies liegt beispielsweise daran, dass Bewegungen der Auftragsköpfe leichter koordiniert werden können. Leichter koordiniert werden können die Auftragsköpfe beispielsweise aufgrund dessen, dass die Partitionen beliebig aufgeteilt sind. Sie können eine beliebige Form haben und innerhalb einer herzustellenden Materi al schicht können die Partitionen unterschiedlich groß sein und geformt sein. Hierbei ist insbesondere vorteilhaft, dass eine maximale Seitenlänge zumindest eines Teils der Partitionen kürzer als eine maximale Seitenlänge der Materialschicht ist. Die Partitionen sind somit beliebig geometrisch geformt. Dies verringert den Aufwand für eine Synchronisation der Bewegungspfade der Auftragsköpfe beim Aufträgen von Material erheblich. Auch ist weniger Synchronisationsaufwand notwendig als bei bekannten additiven Herstellungsverfahren.
Insbesondere kann auch ermöglicht werden, das Herstellungsverfahren beispielsweise mit einem 3D-Drucker mit mehreren Auftragsköpfen auszuführen, wobei der Drucker auch bei Störungen, beispielsweise Störungen der Auftragsköpfe, in der Lage ist, Probleme zu erkennen und den Druck fortzusetzen, selbst wenn ein Fehler aufgetreten ist. Beim Auftreten eines Fehlers können beispielweise die Verfahrensschritte des Partitionierens sowie einer oder mehrere der nachfolgenden Verfahrensschritte erneut ausgeführt werden.
Bei dem additiven Herstellungsverfahren handelt es sich insbesondere um ein dreidimensionales Druckverfahren. Das dreidimensionale Druckverfahren kann ein Verfahren zur Schmelzschichtung, im Englischen auch bezeichnet als Fused Deposition Modelling (FDM) oder Fused Filament Fabrication (FFF) sein. Bei dem additiven Herstellungsverfahren kann ein dreidimensionales Objekt hergestellt werden. Bei dem additiven Herstellungsverfahren bzw. bei dem Produktionssystem werden zumindest zwei Auftragsköpfe gleichzeitig zum Aufträgen von Material verwendet. Grundsätzlich ist die Verwendung von N Auftragsköpfen möglich, wobei N eine natürliche Zahl ist. Bei dem Verfahren kann die Anzahl der verwendeten Auftragsköpfe, d. h. derjenigen Auftragsköpfe, welche für ein Aufträgen von Material verwendet werden, beispielsweise abhängig von einer Auftragskopf-Funktionstüchtigkeit und einer ungehinderten Bewegbarkeit der Auftragsköpfe, angepasst werden.
Die Auftragsköpfe werden bevorzugt gleichzeitig bewegt. Sie werden jedoch unabhängig voneinander bewegt. Es kann vorgesehen sein, dass Bewegungspfade der Auftragsköpfe zum Aufträgen der Materi al schicht für eine x- und eine y-Achse, welche den beiden Haupterstreckungsachsen der Materi al schicht entsprechen, festgelegt werden. Insbesondere sind die x- und die y-Achsen zueinander senkrecht liegende Achsen. Für die Auftragsköpfe selbst kann beispielsweise in ihrer Ansteuerungselektronik eine weitere Bewegungsrichtung in eine zu der x- und y-Achse senkrechte z-Achse einprogrammiert sein. Die Bewegungen der Auftragsköpfe, d. h. ihre Bewegungspfade, hängen von den Eigenschaften der Partition ab, innerhalb welcher sie Material auftragen. Zu den Eigenschaften der Partition gehören der Ort der Partition in der Materi al schicht, Materialeigenschaften, Geometrie, was auch eine Dicke einschließen kann.
Bei dem Produktionssystem handelt es sich insbesondere um einen 3D-Drucker. Die Auftragsköpfe zum additiven Aufträgen bei einem als 3D-Drucker ausgebildeten Produktionssystem sind dann Druckköpfe.
Die gleichzeitig betätigten Druckköpfe können ein mehrdimensionales Objekt drucken. In einer einfachsten Ausführungsform handelt es sich bei dem dreidimensionalen Objekt um eine einfache Materi al schicht, d. h. eine Schicht und nicht mehreren aufeinanderliegenden Schichten. Die einfache Materialschicht kann beispielsweise als Farbschicht auf ein Blatt Papier aufgedruckt sein. Besonders bevorzugt sind die Druckköpfe zum Drucken eines dreidimensionalen Objekts vorgesehen, welches ebenenweise, d. h. Materialschicht für Materi al schicht, gedruckt wird. Beim Aufträgen der Materi al schicht wird zumindest jeweils eine Materi al schicht eines Materials aufgebracht. Die einzelnen Systeme des Produktionssystems, d. h. das Analysesystem, das Partitionssystem, das Zuordnungssystem, das Bestimmsystem und das Ansteuersystem können alle durch eine gemeinsame Steuereinheit des Produktionssystems realisiert sein, welche die Verfahrensschritte des Herstellungsverfahrens ausführt.
Das herzustellende Objektmodell kann eine technische dreidimensionale Zeichnung sein, wie zum Beispiel eine CAD-Datei.
Pro Auftragsschleife wird jedem Auftragskopf eine einzige Partition zugeordnet, welche der Auftragskopf bearbeitet, d. h. entsprechend den Eigenschaften der Partition, wie insbesondere ihre Form, herstellt. Die Partition entspricht somit einer Materi al schicht des durch den Auftragskopf aufgetragenen Materials in einer Ebene zur Herstellung des Objekts in einem festgelegten Bereich einer Materialschicht. Die Zuordnung zwischen Partition und Auftragskopf ist somit pro Materi al schicht eindeutig. Nach Fertigstellung der Partition kann der Auftragskopf einer anderen Partition der gleichen Materi al schicht oder einer Partition einer anderen Materi al schicht zugeordnet werden. Alternativ kann der Auftragskopf mehreren Partitionen einer Materialschicht zugeordnet sein. In einem solchen Fall wird in einer Auftragsschleife eine Partition der Materi al schicht durch den Auftragskopf erstellt und in einer oder mehreren darauffolgenden Auftragsschleifen weitere Partitionen durch den Auftragskopf erstellt.
Bevorzugt bilden alle Partitionen einer Materi al schicht gemeinsam die Materi al schicht in ihrer Gesamtheit. In anderen Worten, wenn alle Partitionen aneinandergelegt sind, bilden sie eine geschlossene Fläche der Materialschicht.
Das Produktionssystem weist zumindest zwei Auftragsköpfe, bevorzugt zumindest vier Auftragsköpfe auf.
Eine Materi al schicht wird bevorzugt nicht in einer gemeinsamen Auftragsschleife erstellt. In anderen Worten, in einer Auftragsschleife, in der die Auftragsköpfe Material innerhalb der Partitionen auftragen, wird bevorzugt keine geschlossene Materi al schicht hergestellt. Insbesondere werden Partitionen einer Materi al schicht, welche zueinander benachbart sind, nicht in einer Auftragsschleife hergestellt. Die Partitionsmatrix umfasst das komplette Objekt, welches durch die Partitionen der Partitionsmatrix segmentiert ist. Alle Partitionen räumlich aneinandergesetzt bilden dann die vollständige Partitionsmatrix. Die Partitionsmatrix kann zweidimensional sein. In diesem Fall handelt es sich um flächige Partitionen eines flachen Objekts. Die Partitionsmatrix kann dreidimensional sein. Die Partitionsmatrix bildet in diesem Fall mit allen ihren Partitionen ein dreidimensionales Objekt.
Beim Bestimmen einer Partition wird eine zweidimensionale Partitionsgeometrie festgelegt. Die Partitionsgeometrie wird beispielsweise im Falle eines Auftragens nur einer Materialschicht in einem zweidimensionalen Koordinatensystem festgelegt. Die Auftragsköpfe können zum Aufträgen von Material innerhalb einer Partition in mehrere, zumindest aber eine x- und eine y-Richtung der Flächenerstreckungsrichtung der Materialschicht, bewegt werden
Die Objektmodell-Eigenschaften umfassen beispielsweise folgendes: ein Material, aus dem das Objekt hergestellt wird, eine Zeitdauer, welche zum Erstarren des aufgetragenen Materials benötigt wird, eine Geometrie des Objekts. Bei der Bestimmung der Partition basierend auf den Auftragsköpfen kann berücksichtigt werden: eine Anzahl und ein Ort der Auftragsköpfe, z. B. an einer Traverse, eine Arbeitsgeschwindigkeit der Auftragsköpfe. Die Partitionsgeometrie wird insbesondere für jede Partition separat festgelegt, und zwar basierend auf den vorherigen Eigenschaften.
Die maximale Seitenlänge zumindest eines Teils der Partitionen kann kürzer sein als eine maximale Seitenlänge der Materialschicht. Auch ist denkbar, dass alle Partitionen eine maximale Seitenlänge haben, die kürzer ist als die maximale Seitenlänge der Materialschicht. Vorgenannte Seitenlängenverhältnisse liegen beispielsweise vor, wenn die Materialschicht in Längsrichtung und in Querrichtung in Partitionen aufgeteilt ist, so dass die Partitionen gemeinsam eine gitterförmige, in anderen Worten matrixförmige, Struktur auf der Materialschicht bilden. Die Partitionen können eine beliebige geometrische Form aufweisen, um die gitterförmige Struktur zu bilden.
Das Zuordnen der Partitionen zu einem der Auftragsköpfe bedeutet, dass jede Partition eindeutig zu einem Auftragskopf zugeteilt wird und der zugeteilte Auftragskopf in einer der Auftragsschleifen in dieser Partition Material aufzutragen hat. Die Zuordnung kann unter bestimmten Bedingungen geändert werden.
Der Bewegungspfad und das Bewegungszeitintervall kann für eine oder mehrere Auftragsschleifen bestimmt werden. Der Bewegungspfad und das Bewegungszeitintervall können für eine einzelne Materi al schicht eines einschichtigen Objekts, für eine einzelne Materialschicht eines mehrschichtigen Objekts, für mehrere Materialschichten eines mehrschichtigen Objekts, für mehrere Objekte, z. B. wenn diese durch das Herstellungsverfahren miteinander verbunden werden, oder für ein vollständiges Objekt mit allen seinen Materialschichten bestimmt werden. Jede der Materi al schichten wird mit einer oder mehreren Auftragsschleifen hergestellt. Eine Auftragsschleife umfasst dabei stets ein eindeutig der Auftragsschleife zugeordnetes Zeitintervall, innerhalb welches ein oder mehrere Auftragsköpfe zum Aufträgen von Material in jeweils einer Partition pro Auftragskopf angesteuert werden. Jede der Auftragsschleifen wird damit in einem anderen Zeitintervall ausgeführt. Pro Auftragsschleife wird ein ganzzahliges Vielfaches von oder zumindest eine Partition(en) mit Material gefüllt. Die Zeit, welche der Auftragskopf zum Aufträgen von Material in der Partition benötigt, ist ein Zeitintervall. Insbesondere entspricht dasjenige Zeitintervall der Partition auch der zeitlichen Länge der Auftragsschleife, welches am längsten ist. Das bedeutet, insbesondere wird durch diejenige Partition, innerhalb welcher der Materi al auftrag am längsten dauert, auch die maximale Länge der jeweiligen Auftragsschleife bestimmt.
Das Ansteuern der Auftragsköpfe für einen Materialauftrag innerhalb einer jeweiligen Partition kann beispielsweise für jede der Auftragsschleifen separat erfolgen. Dann würde nach Beendigung einer Auftragsschleife überprüft, ob alle Auftragsköpfe noch funktionstüchtig sind. Sollte dies der Fall sein, könnten die Auftragsköpfe zum Aufträgen von Material innerhalb einer nächsten Partition angesteuert werden. Andernfalls, d. h., wenn beispielsweise bestimmt wird, dass einer der Auftragsköpfe nicht mehr funktionsfähig ist, kann für alle anderen, noch funktionstüchtigen Auftragsköpfe, ein neuer Bewegungspfad und ein entsprechendes Zeitintervall für noch fehlende Partitionen der Materialschicht bestimmt werden. Die Überprüfung, ob die Auftragsköpfe noch funktionstüchtig sind, kann auch während eines Auftragens von Material erfolgen. Besonders bevorzugt erfolgt stets, wenn einer oder mehrere Auftragsköpfe funktionsuntüchtig sind oder eine andere den Materi al auftrag beeinträchtigende Störung vorliegt, eine erneute Partitionierung des Objektmodells. Auch nachfolgende Schritte, d. h. das Zuordnen, das Bestimmen und das Ansteuern können dann erneut ausgeführt werden.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Partitionieren des Objektmodells in die Partitionsmatrix mit den mehreren Partitionen ein Überlappen von zumindest zwei der Partitionen umfasst. Der Vorteil des Überlappens besteht in einer Verfestigung des Objekts bei seiner Herstellung. Das Überlappen der Partitionen kann mit jeder der Partitionen durchgeführt werden. Dann hat jede Partition zumindest einen Überlapp mit einer anderen Partition. Zum Herstellen eines Überlapps zwischen den Partitionen ist beispielsweise ein Verdrehen und/oder ein Vergrößern einzelner oder mehrerer Partitionen denkbar. Auch ist zusätzlich oder alternativ denkbar, dass eine oder mehrere Partitionen in eine oder mehrere Richtungen verschoben werden. Das Überlappen kann für Partitionen übereinanderliegender Materialschichten realisiert werden.
Bevorzugt verlaufen Seitenkanten übereinanderliegender Partitionen übereinanderliegender Materi al schichten gegenläufig schräg zueinander. Insbesondere haben Geraden, welche jeweils abschnittsweise eine Seitenkante einer Partition bilden, bei übereinanderliegenden Materialschichten gegenläufige Steigungen. Eine gegenläufig schräge Ausbildung, insbesondere mit einer gegenläufigen Geradensteigung, kann eine gleiche Herstellungszeit für die jeweilige Materialschicht erhalten werden, wobei gleichzeitig eine bessere Verfestigung des hergestellten Objekts, insbesondere zwischen den einzelnen Materialschichten des Objekts, erzielt wird. Für übereinanderliegende Materialschichten mit einander entsprechender Größe wird bei gegenläufig schräg zueinander verlaufenden Seitenkanten der Partitionen der jeweiligen Materi al schichten auch eine einander entsprechende Herstellungszeit erzielt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Überlappen von zumindest zwei der Partitionen des Objektmodells umfasst, dass bei, insbesondere übereinanderliegenden, Partitionen, insbesondere übereinanderliegender Materialschichten, Partition-Seitenkanten schräg zueinander verlaufen; und/oder das Überlappen von zumindest zwei der Partitionen des Objektmodells umfasst, dass bei, insbesondere übereinanderliegenden, Partitionen, insbesondere übereinanderliegender Materialschichten, zumindest eine Ecke einer Partition zu einer Seitenkante einer anderen Partition auf Stoß ausgerichtet ist. Die bevorzugte Ausführungsform umfasst somit unter anderem folgende Alternativen: o bei Partitionen verlaufen Partition- Seitenkanten schräg zueinander, o bei übereinanderliegenden Partitionen verlaufen Partition-Seitenkanten schräg zueinander, o bei übereinanderliegenden Partitionen übereinanderliegender Materialschichten verlaufen Partition-Seitenkanten schräg zueinander, o bei Partitionen übereinanderliegender Materialschichten verlaufen Partition- Seitenkanten schräg zueinander, o bei Partitionen ist zumindest eine Ecke einer Partition zu einer Seitenkante einer anderen Partition auf Stoß ausgerichtet, o bei übereinanderliegenden Partitionen ist zumindest eine Ecke einer Partition zu einer Seitenkante einer anderen Partition auf Stoß ausgerichtet, o bei Partitionen übereinanderliegender Materialschichten ist zumindest eine Ecke einer Partition zu einer Seitenkante einer anderen Partition auf Stoß ausgerichtet, o bei übereinanderliegenden Partitionen übereinanderliegender Materialschichten ist zumindest eine Ecke einer Partition zu einer Seitenkante einer anderen Partition auf Stoß ausgerichtet.
Die Überlappungen, wie gemäß der vorbeschriebenen Ausführungsform spezifiziert, haben sich als besonders effektiv zum Verfestigen des hergestellten Objekts herausgestellt. Insbesondere liegt die einzige Beschränkung zwischen überlappenden Partitionen immer verschiedener Materi al schichten in einer Neigung der Grenzen, d. h. der Ränder, der Partitionen. Hierbei sind die Ausrichtungen von Ecken und Seitenrändem einer Partition einer ersten Materi al schicht insbesondere nicht gegenüber Ausrichtungen von Ecken und Seitenrändem einer Partition einer zweiten Materialschicht eingeschränkt.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Produktionssystem-Steuereinheit an einen oder mehrere der Auftragsköpfe zumindest Ansteuersignale zum Ansteuern der Auftragsköpfe überträgt und Feedbacksignale über den Betriebszustand der Auftragsköpfe erhält und wobei die Produktionssystem-Steuereinheit mit einem oder mehreren Sensoren zumindest Feedbacksignale über den Betriebszustand der jeweiligen Sensoren erhält; und/oder das Verfahren einen Verfahrensschritt des Überprüfens aufweist, ob zumindest einer der Auftragsköpfe funktionsbeeinträchtigt ist, und wenn zumindest einer der Auftragsköpfe funktionsbeeinträchtigt ist, zumindest die Verfahrensschritte des Zuordnens, des Bestimmens und des Ansteuems für nicht funktionsbeeinträchtigte Auftragsköpfe ausgeführt werden.
Hierdurch kann flexibel auf Störungen reagiert werden und gleichzeitig eine gleichbleibend gute, reproduzierbare Qualität des hergestellten Objekts bevorteilt werden. Die Produktionssystem-Steuereinheit kann durch eine lokale Recheneinheit oder eine externe Recheneinheit oder eine Kombination hiervon realisiert werden. Die Ansteuersignale können für eine oder mehrere Auftragsschleifen an den jeweiligen Auftragskopf übertragen werden. Die Feedbacksignale über den Betriebszustand können Informationen zu der Betriebsbereitschaft des Auftragskopfes aufweisen, wie z. B. eine Funktionsbeeinträchtigung. Auch können die Informationen zum Betriebszustand einen Status des Auftragens von Material umfassen. Die Feedback-Signale über den Betriebszustand des jeweiligen Sensors können beispielsweise Messwerte des Sensors umfassen, zum Beispiel Messwerte eines Durchflusssensors oder eines Filamentsensors. Insbesondere werden jegliche Feedback-Signale über den Betriebszustand des Sensors beachtet, über welche ein Zustand oder Zustände eines oder mehrerer Auftragsköpfe bestimmt werden kann. Die Auftragsköpfe können funktionsbeeinträchtigt sein, wenn die Materialausgabeeinheit, z. B. ein Extrusionskopf zum Ausgeben von geschmolzenen Filamentmaterial, verklebt ist. Im Allgemeinen kann ein Auftragskopf als funktionsbeeinträchtigt angesehen werden, wenn der Auftragskopf das hergestellte Produkt fehlerhaft in der ihm zugeteilten Partition herstellten würde.
Eine Funktionsbeeinträchtigung kann bei einer Kommunikation zwischen dem jeweiligen Auftragskopf und einer zentralen Steuereinheit des Produktionssystems bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich weist das Produktionssystem einen oder mehrere Sensoren zum Messen eines Materialflusses, oder allgemein einer Materialausgabe, an einen oder mehreren Auftragsköpfen auf. Diese Sensoren kommunizieren mit der zentralen Steuereinheit. Beispielsweise kann es sich bei den Sensoren um einen Durchflusssensor oder einen Filamentsensor handeln. Solche Sensoren können für jeden der Auftragsköpfe vorgesehen sein. Wenn zumindest einer der Auftragsköpfe funktionsbeeinträchtigt ist, werden zumindest folgende Verfahrensschritte für nicht funktionsbeeinträchtigte Auftragsköpfe ausgeführt: o Zuordnen jeder Partition zu einem Auftragskopf; o Bestimmen eines Bewegungspfads und eines dem Bewegungspfad zugeordneten Zeitintervalls eines der Auftragsköpfe für jede der Partitionen; und o Ansteuem der Auftragsköpfe zum Aufträgen von der zumindest einen Materialschicht innerhalb der jeweiligen Partition.
Das Ansteuern der Auftragsköpfe zum Aufträgen von der zumindest einen Materialschicht innerhalb der jeweiligen Partition kann direkt nach einem überprüfen, ob eine Störung zumindest einer der Auftragsköpfe vorliegt, erfolgen.
Nach einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass wenn zumindest einer der Auftragsköpfe funktionsbeeinträchtigt ist, für die nicht funktionsbeeinträchtigten Auftragsköpfe die Verfahrensschritte des Analysierens des dreidimensionalen Objektmodells des herzustellenden Objekts; und des Partitionierens des Objektmodells in die zumindest zwei Partitionen mit der jeweiligen Partitionsgeometrie und des Bestimmens der jeweiligen Partitionsgeometrie basierend auf den Objektmodell-Eigenschaften und den Auftragsköpfen ausgeführt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass für die nicht funktionsbeeinträchtigten Auftragsköpfe lediglich der Verfahrensschritt des Partitionierens des Objektmodells in die zumindest zwei Partitionen mit der jeweiligen Partitionsgeometrie und des Bestimmens der jeweiligen Partitionsgeometrie basierend auf den Objektmodell-Eigenschaften und den Auftragsköpfen ausgeführt wird. In diesem Fall wird demnach ohne ein vorhergehendes Analysieren das Objektmodell erneut partitioniert. Ob lediglich partitioniert oder neu analysiert und anschließend partitioniert wird, kann beispielsweise abhängig von der Ausgestaltung des Objekts gewählt werden. Bevorzugt erfolgt nach dem Analysieren und Partitionieren bzw. nach dem lediglichen Partitionieren erneut: o Zuordnen jeder Partition zu einem Auftragskopf; o Bestimmen eines Bewegungspfads und eines dem Bewegungspfad zugeordneten Zeitintervalls eines der Auftragsköpfe für jede der Partitionen; und o Ansteuern der Auftragsköpfe zum Aufträgen von der zumindest einen Materi al schicht innerhalb der jeweiligen Partition. Gemäß einer modifizierten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Bestimmen eines Bewegungspfads und eines dem Bewegungspfad zugeordneten Zeitintervalls eines der Auftragsköpfe für jede der Partitionen ein Bestimmen umfasst, ob die Auftragsköpfe beim Aufträgen kollidieren. Das Bestimmen von Kollisionen bevorteilt ein voneinander unabhängiges Bewegen der Auftragsköpfe. Das Bestimmen, ob die Auftragsköpfe beim Aufträgen kollidieren kann ein Überprüfen umfassen, ob Partitionen, innerhalb welchen Material aufgetragen wird, einen Sicherheitsabstand zueinander haben. Der Sicherheitsabstand kann in Abhängigkeit von der Objektgröße und/oder in Abhängigkeit von den Auftragsköpfen bestimmt werden. Beispielsweise kann eine Kollisionsbestimmung bei einer Materi al schicht mit vier Partitionen, welche wiederum jeweils in vier Unterpartitionen unterteilt sind, wie folgt durchgeführt werden. Eine Unterpartition ist dabei ein Teil einer Partition. Die Unterpartition ist stets kleiner als die Partition, dessen Teil sie ist:
Ein Sicherheitsabstand (SD) wird definiert, welcher beim Aufträgen in Unterpartitionen eingehalten werden muss. Folgende zwei Anforderungen können gestellt werden:
1. Wenn eine Unterpartition mit anderen Unterpartitionen auf der linken und rechten Seite gleichzeitig kollidiert, muss eine Breite der Unterpartition größer oder gleich SD sein.
2. Wenn eine Unterpartition mit anderen Unterpartitionen an der Ober- und Unterseite zur gleichen Zeit kollidiert, muss die Höhe der Unterpartition größer oder gleich SD sein.
Aufgrund dieser Anforderungen müssen Partitionen der Materialschicht zwei weitere Anforderungen erfüllen:
1. Wenn eine Partition gleichzeitig links und rechts mit anderen Partitionen kollidiert, muss die Partitionsbreite größer oder gleich 2* SD sein, andernfalls muss die Partitionsbreite größer oder gleich SD sein.
2. Wenn eine Partition gleichzeitig mit anderen Partitionen in der Ober- und Unterseite kollidiert, muss die Partitionshöhe größer oder gleich 2* SD sein, andernfalls muss die Partitionshöhe größer oder gleich SD sein.
Wenn bestimmt wird, dass eine Kollision nicht vermieden werden kann., zum Beispiel wenn die zuvor aufgeführten Anforderungen aufgrund der Objektgröße nicht erfüllt werden können, muss die Anordnung der Auftragsköpfe geändert werden. Auch kann alternativ oder zusätzlich die Anzahl der Auftragsköpfe, welche beim Aufträgen von Material in den Partitionen der Materi al schicht beteiligt sind, reduziert werden, wobei zumindest ein oder mehrere Auftragsköpfe sich nicht bewegen und/oder in einer Parkposition sind.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Größe zumindest einer der Partitionen entsprechend dem Zeitintervall zum Aufträgen von der zumindest einen Materialschicht innerhalb der jeweiligen Partition bestimmt wird und/oder eine Größe zumindest einer der Partitionen modifiziert wird bis bestimmt wird, dass die Auftragsköpfe beim Aufträgen nicht kollidieren. Die Ausführungsform bevorteilt, dass eine Planung von Materialauftrag innerhalb der einzelnen Partitionen vereinfacht wird. Auch kann bevorteilt werden, dass keine Kollisionen zwischen den Auftragsköpfen stattfinden. Die Größe der Partitionen wird jeweils so gewählt, dass die Zeit zum Aufträgen von Material innerhalb von Partitionen von den Auftragsköpfen innerhalb einer Auftragsschleife gleich ist. Partitionen mit einander entsprechender Bearbeitungszeit zum Aufträgen von Material können alternativ oder zusätzlich über die Auftragsschleifen verteilt werden.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Startzeitpunkt des Zeitintervalls jeder der Partitionen abhängig von einer Länge des Zeitintervalls im Vergleich zu anderen Zeitintervallen anderer Partitionen derselben Materialschicht bestimmt wird. Hierdurch wird bevorteilt, dass eine Planung von Materialauftrag innerhalb der einzelnen Partitionen vereinfacht wird. Beispielsweise können so auch Bewegungspfade einzelner Auftragsköpfe, z. B. von einer Parkposition zu einer Partition, besser koordiniert werden. Die Materi al schicht kann innerhalb mehrerer Auftragsschleifen aufgetragen werden. Je Auftragsschleife wird für die Partitionen, welche in der Auftragsschleife bearbeitet werden, ein Startzeitpunkt des Zeitintervalls festgelegt, welches der Partition zugeordnet ist. Der Startpunkt jeder Iteration des additiven Herstellungsprozesses muss nicht berechnet werden. Jeder Kopf informiert die Steuerung, wenn die Partition fertiggestellt wurde, und die Steuerung weist sie an, mit der nächsten Partition fortzufahren, wenn alle Köpfe die Iteration beendet haben. Die Herstellungszeit jeder Partition wird bei der Erzeugung der Partitionen berechnet und optimiert (Partitionieren). Sie ist aber während des Herstellungsvorgangs der Partitionen nicht mehr notwendig.
Beispielhaft soll eine Materialschicht in sechs Partitionen aufgeteilt worden sein. Es stehen zwei funktionstüchtige Auftragsköpfe für das Bearbeiten, d. h. das Befüllen der Partitionen mit Material, zur Verfügung. Entsprechend sind drei Auftragsschleifen notwendig, um die Materi al schicht fertigzustellen. Den einzelnen Partitionen kann dann beispielsweise ein Startpunkt des Zeitintervalls entsprechend einem Startpunkt der Auftragsschleife zugeordnet werden. Das Zeitintervall, innerhalb welchem eine Partition mit Material befüllt wird, kann bei den Partitionen variieren. Liegen die Partitionen innerhalb einer Materi al schicht, so können beispielsweise unterschiedliche Flächengrößen der Partitionen eine Ursache hierfür sein. Auch kann eine unterschiedliche Verarbeitungszeit, beispielsweise aufgrund verschiedener Schichtdicken und/oder verschiedener Materialien eine Ursache sein. Die Startzeitpunkte gleichzeitig bearbeiteter Partitionen können dann beispielsweise synchronisiert oder zumindest in einen kleinen Zeitraum gelegt werden, so dass sie nahe beisammen liegen.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Partitionieren des Objektmodells in die zumindest zwei Partitionen mit der jeweiligen Partitionsgeometrie und das Bestimmen der jeweiligen Partitionsgeometrie basierend auf den Objektmodell- Eigenschaften und den Auftragsköpfen ein Aufteilen streifenförmiger Partitionen in Unterpartitionen umfasst, wobei sich die Unterpartitionen über eine Teillänge der streifenförmigen Partitionen erstrecken. Es kann sinnvoll sein, computergestützte Rechenprogramme benutzen, welche einen Slicing-Algorithmus umfassen, so dass die Materialschicht durch diesen Slicing-Algorithmus bereits in streifenförmige Partitionen aufgeteilt ist. Basierend hierauf können die streifenförmigen Partitionen, welche an diesem Punkt noch eine gleiche Seitenlänge wie die Seitenlänge der Materialschicht haben können, weiter in Unterpartitionen unterteilt. Diese Unterpartitionen haben dann wiederum eine kleinere Seitenlänge als die Seitenlänge der Materi al schicht. Insbesondere im Zusammenhang der Figurenbeschreibung sind die Unterpartitionen, welche vorangehend aus Partitionen eines Slicing-Algorithmus erhalten wurden, ebenfalls Partitionen. In anderen Worten, im Zusammenhang mit dieser Anmeldung sind Partitionen immer die kleinstmögliche Aufteilung der Materialschicht, innerhalb welcher in einer Auftragsschleife ein Materialauftrag erfolgt.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach jedem Fertigstellen der Materi al schicht innerhalb der jeweiligen Partition der Auftragskopf unsynchronisiert von zumindest einem anderen Auftragskopf in eine andere Position bewegt wird. Insbesondere wird ein Synchronisationspunkt nach dem Herstellen von Partitionen benötigt. Sobald dieser Punkt erreicht ist, kann der Prozess zum Übergang zur nächsten Partition von allen Auftragsköpfen gleichzeitig ohne weitere Synchronisationspunkte durchgeführt werden. Eine unsynchronisierte Bewegung der einzelnen Auftragsköpfe ist möglich, da die Auftragsköpfe unabhängig voneinander bewegt werden. Das Bewegen eines Auftragskopfes nach dem Fertigstellen kann beispielsweise in eine Parkposition, d. h. eine Position des Auftragskopfes, welcher sicher vor Kollisionen mit anderen Auftragsköpfen ist, erfolgen. Insbesondere findet, wenn Kollisionen zwischen Auftragsköpfen vermieden werden müssen, kein Übergangsprozess von einer fertiggestellten Partition zu einer noch mit Material zu füllenden Position statt. Zum Vermeiden einer Kollision kann/können beispielsweise der Auftragskopf/die Auftragsköpfe nach Beendigung des Auftragens in einer Partition einer Zone zu einer sicheren Linie/Punkt bewegt werden, die es jedem Kopf ermöglichen, ohne Kollisionen in die nächste Zone zu starten. Insbesondere findet pro herzustellender Materi al schicht eine Synchronisation der Auftragsköpfe statt. Anschließend würden die Auftragsköpfe dann voneinander unsynchronisiert einen Materi al auftrag innerhalb der einzelnen Partitionen der Materi al schicht vornehmen.
Nachfolgend wir die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter im Detail erläutert.
In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 schematisch eine Möglichkeit zur Aufteilung einer Materi al schicht eines Objektmodells in einzelne Partitionen;
Fig. 2 schematisch einen ersten Schritt eines Aufteilens eines Objektmodells gemäß einer weiteren Möglichkeit zur Aufteilung einer Materialschicht;
Fig. 3 schematisch einen zweiten Schritt des Aufteilens des Objektmodells;
Fig. 4 schematisch einen dritten Schritt des Aufteilens des Objektmodells;
Fig. 5 schematisch einen vierten Schritt des Aufteilens des Objektmodells;
Fig. 6 schematisch einen auf den vierten Schritt folgenden fünften Schritt, bei dem jeweils innerhalb einer Partition pro Hauptunterteilung der Materialschicht Material aufgetragen wird; Fig. 7 schematisch einen sechsten Schritt, bei dem jeweils innerhalb einer weiteren Partition pro Hauptunterteilung der Materi al schicht Material aufgetragen wird;
Fig. 8 schematisch einen siebten Schritt, bei dem jeweils innerhalb einer weiteren Partition pro Hauptunterteilung der Materi al schicht Material aufgetragen wird;
Fig. 9 schematisch einen achten Schritt, bei dem jeweils innerhalb einer weiteren Partition pro Hauptunterteilung der Materi al schicht Material aufgetragen wird;
Fig. 10 schematisch eine Aufteilung der Materialschicht, bei der ein Sicherheitsabstand zur Vermeidung von Kollisionen zwischen Auftragsköpfen nicht eingehalten werden kann;
Fig. 11 schematisch eine Aufteilung der Materi al schicht, bei der der Sicherheitsabstand zur Vermeidung von Kollisionen zwischen Auftragsköpfen eingehalten werden kann;
Fig. 12 schematisch eine erste Aufteilung der Materi al schicht mit schräg verlaufenden Partition-Seitenkanten;
Fig. 13 schematisch eine zweite Aufteilung der Materi al schicht mit schräg verlaufenden Partition-Seitenkanten;
Fig. 14 schematisch eine Übersicht über Eingaben bzw. Eingabeparameter,
Prozessschritte und Ausgaben bzw. Ausgabeparameter bei einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 15 schematisch ein Produktionssystem gemäß einer Ausführungsform; und
Fig. 16 schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
Bei einem additiven Herstellungsverfahren wird geschmolzenes Material Materi al schicht für Materi al schicht vom unteren zum oberen Teil des Objekts abgeschieden, wobei jede Materi al schicht durch extrudierte Linien des Materials gebildet wird. Herkömmliche Sli- cing-Algorithmen definieren beispielsweise ein Muster für diese Linien, um jede Materialschicht zu bilden. Danach legt der Slicing-Algorithmus die Druckreihenfolge der Linien fest, um die Bewegungen der Auftragsköpfe vom Ende einer Linie zum Anfang der nächsten zu reduzieren. Schließlich drucken im normalen Betriebszustand, d. h. ohne Störungen, mehrere Auftragsköpfe 4 (siehe Fig. 15, in welcher schematisch Diagramm zur Veranschaulichung einer Funktionsweise und insbesondere einer Kommunikation zwischen einzelnen Komponenten eines Produktionssystems dargestellt ist) während des Druckvorgangs alle definierten Linien, aus denen jede Materi al schicht besteht, bis das Objekt vollständig gedruckt ist.
Das computerimplementierte additive Herstellungsverfahren gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel funktioniert zusammen mit einem Slicing-Algorithmus, welcher für bekannte additive Herstellungsverfahren verwendet wird. Nachdem ein Linienmuster jeder Materi al schicht definiert ist, wird das Linienmuster gemäß dem computerimplementierten Verfahren in verschiedene Partitionen aufgeteilt, so dass das Linienmuster gleichzeitig von verschiedenen Auftragsköpfen hergestellt werden kann. Die Linien des Linienmusters bilden hierbei Seitenkanten der Partitionen. Wenn die Partitionen definiert sind, werden die Linien, welche jede Partition aufweist, sortiert, um Bewegungspfade der Auftragsköpfe 4 möglichst kurz zu halten.
Beim Mehrkopfdruck sollte zudem die Möglichkeit von Kollisionen zwischen Auftragsköpfen 4 möglichst ausgeschlossen werden. Jeder Auftragskopf 4 muss zu jeder Zeit einen bestimmten Abstand zu einem anderen Auftragskopf einhalten. Um dies zu erreichen, wird in dem Verfahren definiert, welche Partitionen der Materi al schicht gleichzeitig gedruckt werden sollen. Diese Partitionen haben einen definierten Abstand voneinander, bei dem sichergestellt werden kann, dass die Auftragsköpfe 4 gleichzeitig die Partitionen ohne Kollisionen herstellen können. Bevor nach Abschluss eines Materialauftrags in einer Materialschicht mit der nächsten Materi al schicht fortgefahren wird, werden die Auftragsköpfe 4 synchronisiert, so dass alle Auftragsköpfe gleichzeitig mit dem Materi al auftrag beginnen. Ein weiteres Ziel des Algorithmus ist es, die Herstellungsarbeit gleichmäßig auf die Auftragsköpfe 4 aufzuteilen. Um dies zu erreichen, muss jede Partition, die gleichzeitig gedruckt werden soll, in der gleichen Zeit gedruckt werden. Daher muss kein Auftragskopf 4 während des Synchronisationsprozesses warten, um mit dem Druck der nächsten Partition zu beginnen, und die Gesamtdruckzeitbeschleunigung kann optimiert werden.
Um einen Teilungsalgorithmus zum Partitionieren mit beliebigen Partitionsgrößen bei dem computerimplementierten Verfahren verwenden zu können, müssen sich die Auftragsköpfe 4 unabhängig voneinander in der X- und Y-Achse bewegen können. Eine Mechanik zum Bewegen in einer Z-Achse kann sich für jeden Auftragskopf 4 gleichzeitig bewegen.
In Fig. 1 ist schematisch eine Möglichkeit wie eine Materi al schicht eines Objekts bzw. Objektmodells in einzelne Partitionen aufgeteilt sein kann gezeigt. Die Anordnung der Auftragsköpfe 4 wird bei diesem Ausführungsbeispiel in Reihen organisiert. Jede Reihe besteht aus Auftragsköpfen 4, und die Anzahl der Auftragsköpfe pro Reihe kann für jede Reihe unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann eine Anordnung mit drei Reihen und zwei Auftragsköpfen 4 in der ersten Reihe, drei in der zweiten Reihe und vier in der letzten Reihe wie in Fig. 1 aussehen.
Um die Definition einer Anordnung zu vereinfachen, kann die Anordnung als ein ganzzahliges Array definiert werden, das die Anzahl der Auftragsköpfe 4 in jeder Zeile angibt. Das vorherige Beispiel ist dann definiert als: (2,3,4). Der gesamte Algorithmus des Verfahrens kann unter Vertauschen der X- und Y-Achse ausgeführt werden. Somit können die Zeilen in jeder von den Achsen definiert werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird ein Objekt Materi al schicht für Materi al schicht gedruckt. Es wird nicht mit dem Herstellen einer Materi al schicht begonnen, bevor die vorherige beendet ist. Parallel sich bewegende Auftragsköpfe 4 tragen Material in Partitionen der gleichen Materi al schicht auf und wechseln nur zur nächsten Materi al schicht, wenn die vorherige vollständig hergestellt ist. Dies berücksichtigend wird bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbespiel die Arbeit einer einzelnen Materi al schicht auf die verschiedenen Auftragsköpfe 4 aufgeteilt, wobei dieser Vorgang für jede Materi al schicht im Objekt wiederholt wird.
Ein mögliches Ausführungsbeispiel des Verfahrens soll anhand der Figuren 2 bis 13 sowie anhand der Fig. 16 erörtert werden.
Gemäß einem Verfahrensschritt mit der Bezugsziffer „100“ (siehe hierzu Fig. 16) erfolgt ein Analysieren, mittels eines Analysesystems des Produktionssystems, eines dreidimensionalen Objektmodells des herzustellenden Objekts. Optional erfolgt gemäß einem Verfahrensschritt mit der Bezugsziffer „150“ ein Überprüfen, ob zumindest einer der Auftragsköpfe 4 funktionsbeeinträchtigt ist. Ein Überprüfen kann ohne ein Analysieren stattfinden. Das Überprüfen kann umfassen, dass das Analysesystem beispielsweise ein Störsignal von einem der Auftragsköpfe 4 (siehe Fig. 15) erhält und/oder dass das Analysesystem bei den Auftragsköpfen oder einem der zu den Auftragsköpfen 4 zugehörigen Sensoren abfragt, ob eine Störung vorliegt. Wenn eine Störung vorliegt, werden die nachfolgenden Verfahrensschritte 200, 300, 400 und 500, auch wenn sie zuvor womöglich bereits ausgeführt wurden, erneut ausgeführt.
Gemäß einem Verfahrensschritt mit der Bezugsziffer „200“ erfolgt ein Partitionieren, mittels eines Partitionssystems des Produktionssystems, des Objektmodells in eine Partitionsmatrix mit mehreren Partitionen mit einer jeweiligen Partitionsgeometrie und Bestimmen der jeweiligen Partitionsgeometrie abhängig von Objektmodell-Eigenschaften und den Auftragsköpfen 4, wobei eine maximale Seitenlänge zumindest eines Teils der Partitionen kürzer als eine maximale Seitenlänge der Materialschicht ist.
Sobald das Linienmuster jeder Materialschicht durch einen traditionellen Slicing- Algorithmus erhalten wird, werden Unterteilungen definiert. Ein mögliches Beispiel für solche Unterteilungen ist in Fig. 2 dargestellt. Die in Fig. 2 dargestellten Unterteilungen sind dabei Zeilenunterteilungen. Die Unterteilungen legen fest, welche Partition einer einzelnen Materialschicht von jedem Auftragskopf 4 entsprechend einer Auftragskopfanordnung, z. B. eines Druckers, hergestellt wird. Bei der Unterteilung in die Partitionen wird angestrebt, sicherzustellen, dass die zum Herstellen jeder Partition erforderliche Zeit gleich lang ist. Die Metrik, die zur Berechnung der jedem Auftragskopf 4 zugewiesenen Arbeit verwendet wird, kann sich bei der Implementierung des Verfahrens unterscheiden. Sie kann berechnet werden, um eine reale Herstellungszeit des Teils unter Verwendung des Linienmusters und der Konfiguration des Druckers, z. B. unter Berücksichtigung von dessen Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung usw., zu erhalten.
Um eine Menge der erforderlichen Berechnungen und damit einhergehende Bearbeitungszeit zu reduzieren, besteht eine Alternative darin, die Fläche anstelle der realen Herstellungszeit zu verwenden. Zwei Partitionen mit der gleichen Fläche werden dann in fast der gleichen Zeit gedruckt. Der geringe Unterschied in der Druckzeit der Partitionen ruft keinen großen Unterschied in der endgültigen Druckzeit und -geschwindigkeit hervor. Abhängig von den Computerressourcen und der Zeit, die für den Schneideprozess aufgewendet wird, wird eine Metrik gewählt. Auf der einen Seite wird die reale Herstellungszeit mehr Ressourcen und Zeit benötigen, aber die optimale Verteilung erreichen. Auf der anderen Seite wird durch die Nutzung der Fläche eine ausreichend angenäherte Verteilung erreicht, ohne dass es während des Prozesses zu einer Arbeitsüberlastung kommt. Es können auch andere Metriken gewählt werden, wie z.B. die ungefähre Druckzeit, die Gesamtlänge der Zeilen usw.
Nachfolgend wird die Arbeitsmetrik mit der Abkürzung „WM“ bezeichnet. Zuerst werden die Unterteilungen für die Zeilen der Auftragskopfanordnung definiert. Diese Unterteilungen machen die WM jeder Partition proportional zur Anzahl der Auftragsköpfe 4 in der Reihe. Die Fig. 2 zeigt hierbei ein Beispiel für eine (2, 3) Auftragskopf-Anordnung. Die Fläche mit der Bezugsziffer „1“ entspricht dabei 2 WM und die Fläche mit der Bezugsziffer „2“ entspricht dabei 3 WM.
Es werden die Unterteilungen für jede Reihe unabhängig voneinander definiert.
Gemäß einem Verfahrensschritt mit der Bezugsziffer „300“ erfolgt ein Zuordnen, mittels eines Zuordnungssystems des Produktionssystems, jeder Partition zu einem Auftragskopf 4.
Jede mit diesen Unterteilungen erhaltene Partition wird einem Auftragskopf 4 zugeordnet, so dass sie die gleiche WM haben. In Fig. 3 ist ein Beispiel für eine (2,3) Auftragskopf- Anordnung dargestellt. Die Unterteilungen, welche der (2,3) Auftragskopf-Anordnung zugeordnet sind, sind dabei Hauptunterteilungen.
Gemäß einem Verfahrensschritt mit der Bezugsziffer „400“ erfolgt ein Bestimmen, mittels eines Bestimmsystems des Produktionssystems, eines Bewegungspfads und eines dem Bewegungspfad zugeordneten Zeitintervalls eines der Auftragsköpfe 4 für jede der Partitionen. Gemäß einem Verfahrensschritt mit der Bezugsziffer „500“ erfolgt ein Ansteuern, mittels eines Ansteuersystems des Produktionssystems, der Auftragsköpfe 4 zum Aufträgen von der zumindest einen Materi al schicht innerhalb der jeweiligen Partition.
Mit den Hauptaufteilungen kann man die Herstellungsarbeit gleichmäßig auf die Auftragsköpfe 4 der Anordnung aufteilen. Um die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen zu reduzieren, wird der Druckprozess einer Materi al schicht in vier Stufen aufgeteilt. In jeder Stufe drucken die Auftragsköpfe 4 eine Partition eines ihnen zugeordneten Teils der Materialschicht. Zwischen den Partitionen wird ein Sicherheitsabstand voneinander eingehalten, so dass innerhalb der Partitionen gleichzeitig ohne Kollisionen zwischen den Auftragsköpfen 4 Material aufgetragen werden kann. Zu Beginn jeder Stufe werden die Auftragsköpfe 4 synchronisiert und warten, bis alle Auftragsköpfe 4 bereit sind, die Stufe zu starten. Um Leistungsverluste im Herstellungsprozess zu vermeiden, sollte jeder Auftragskopf 4 die Arbeit in der gleichen Zeit abschließen. Auf diese Weise wird das WM jeder Partition ähnlich sein. Die Partitionen werden durch sekundäre Unterteilungen innerhalb der durch die Hauptunterteilungen erhaltenen Materialschicht-Teile definiert. Erstens werden horizontale Unterteilungen berechnet, um auf jeder Seite den gleichen WM zu erhalten, siehe hierzu Fig. 4. Zweitens werden vertikale Unterteilungen definiert, um vier Partitionen pro Teil der Materialschicht mit dem gleichen WM zu erhalten, siehe hierzu Fig. 5.
Die Reihenfolge, in der die Partitionen mit Material gefüllt werden, ist bei dem Ausführungsbeispiel immer die gleiche: In der ersten Stufe werden die Partitionen oben links gedruckt (siehe Fig. 6). In der zweiten Stufe werden die Partitionen oben rechts ausgedruckt (siehe Fig. 7). In der dritten Stufe werden die Partitionen unten links gedruckt (siehe Fig. 8). In der vierten Stufe werden die Partitionen unten rechts gedruckt (siehe Fig. 9).
Es wird bei gleichzeitig gedruckten Partitionen ein Sicherheitsabstand SD voneinander eingehalten. Um dies zu gewährleisten, müssen Unterpartitionen der Partitionen zwei Anforderungen erfüllen: Wenn eine durch einen Auftragskopf 4 zu bearbeitende Unterpartition gleichzeitig mit seitlich von ihr links und rechts liegenden, auch zu bearbeitenden Unterpartitionen kollidiert, muss die Breite der Unterpartition größer oder gleich dem Sicherheitsabstand SD sein. Wenn eine zu bearbeitende Unterpartition gleichzeitig mit anderen zu bearbeitenden Unterpartitionen in der Ober- und Unterseite kollidiert, muss die Höhe der Unterpartition größer oder gleich dem Sicherheitsabstand SD sein.
Aufgrund dieser Anforderungen müssen Partitionen, die von Hauptunterteilungen erzeugt werden, zwei weitere Anforderungen erfüllen: Wenn eine Partition mit anderen Partitionen auf der linken und rechten Seite zur gleichen Zeit kollidiert, muss die Partitionsbreite größer oder gleich 2* SD sein, andernfalls muss die Partitionsbreite größer oder gleich SD sein. Wenn eine Partition gleichzeitig mit anderen Partitionen in der Ober- und Unterseite kollidiert, muss die Partitionshöhe größer oder gleich 2* SD sein, andernfalls muss die Partitionshöhe größer oder gleich SD sein.
Wenn diese Anforderungen aufgrund der Objektgröße nicht erfüllt werden können, muss die Anordnung der Auftragsköpfe 4 geändert werden oder es wird die Anzahl der Auftragsköpfe 4 reduziert, indem einige Auftragsköpfe 4 angehalten werden.
Unter Umständen kann zur gleichmäßigen Verteilung der WM auf die Auftragsköpfe 4 in Materi al schichten mit geringer Breite und/oder Höhe, wie zum Beispiel in Fig. 10 dargestellt, eine zusätzliche Maßnahme erforderlich sein. Bei diesem Beispiel der aufgeteilten Materi al schicht würden die zuvor genannten Bedingungen nicht erfüllt, auch wenn die Teilungen in der Schicht der Fig. 10 die WM gleichmäßig aufteilen. Um dies zu lösen, werden die Seitenwände der Partitionen verschoben, bis die Anforderungen erfüllt sind. Eine entsprechend aufgeteilte Materialschicht, bei der die Bedingungen wieder erfüllt sind, nachdem die Seitenwände der Partitionen verschoben wurden, ist in Fig. 11 dargestellt.
In einem Objekt sind in der Regel zwei aufeinanderfolgende Materi al schichten ähnlich. Daher werden die durch das Verfahren definierten Teilungslinien in zwei aufeinanderfolgenden Materialschichten wahrscheinlich gleich sein. Wenn dies der Fall ist, wird das endgültige Objekt aufgrund der Teilungen an derselben Position nicht stabil genug sein. Um dies zu lösen, weisen die Teilungslinien, die in einer Materi al schicht verwendet werden, eine kleine Neigung auf. Diese Neigung ist für alle Linien in einer Materi al schicht gleich. Der Teilungsprozess, bei dem die geneigten Linien die Materi al schicht teilen, kann der gleiche Prozess sein wie der Prozess zur Einhaltung der SD-Beschränkungen erfüllt. Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Neigung der Linien für jede Materi al schicht invertiert, um sicherzustellen, dass es nicht zwei ähnliche Linien in zwei aufeinander folgenden Materialschichten gibt. Nach einer Fertigstellung der Partitionen können zwei aufeinanderliegende Materi al schichten aufgeteilt sein wie dies exemplarisch in den Figuren 12 und 13 dargestellt ist.
Fig. 14 zeigt schematisch eine Übersicht über Eingaben bzw. Eingabeparameter (siehe Bezugszeichen „E“), Prozessschritte (siehe Bezugszeichen „P“) und Ausgaben bzw. Ausgabeparameter (siehe Bezugszeichen „A“) bei dem Verfahren. Zu den Eingaben bzw. Einga- beparametem gehören Benutzerbefehle, rechnergestützte Konstruktionszeichnungs- (englisch: computer-aided design (CAD))-Dateien, über welche Eigenschaften des Objektmodells bestimmt sind, und Fehler, Orte bzw. Zustände der Auftragsköpfe.
In dem Verfahren werden die Benutzerbefehle übersetzt, die CAD-Dateien werden in Gitter aufgeteilt und an ein Produktionssystem für das additive Herstellungsverfahren geschickt, sowie Daten aus dem Herstellungsprozess des Objekts verarbeitet (siehe auch Fig. 16). Hierbei wird nach dem Verfahrensschritt „400“ des Bestimmens, mittels eines Be- stimmsystems des Produktionssystems, des Bewegungspfads und des dem Bewegungspfad zugeordneten Zeitintervalls eines der Auftragsköpfe 4 für jede der Partitionen aus der CAD-Datei eine G-Code-Datei erstellt. Die G-Code-Datei wird in Verfahrensschritt „500“ genutzt, bei dem ein Ansteuern der Auftragsköpfe 4 zum Aufträgen von der zumindest einen Materi al schicht innerhalb der jeweiligen Partition erfolgt. Als Ausgabe bzw. Ausgabeparameter werden entsprechend erhalten der 3D-Druck des Objekts bzw. die Bewegungen der Auftragsköpfe 4.
Fig. 15 zeigt schematisch ein Produktionssystem gemäß einer Ausführungsform. Das Produktionssystem weist folgende Komponenten auf: eine Steuereinheit 3, zwei Auftragsköpfe 4, einen Filamentsensor 5, einen Durchflusssensor 6, eine Benutzerschnittstelle 7, einen externen Bildschirm 8, und einen Filamentflussdetektor 9. Die Komponenten des Produktionssystems transferieren Signale. Die Steuereinheit 3 empfängt vom Filamentflussdetektor 9 Filamentstörsignale FS und Starterkennungssignale SE, wobei der Filamentflussdetektor 9 von dem Filamentsensor 5 und dem Durchflusssensor 6 Signale S empfängt. Die Steuereinheit 3 sendet an die Benutzerschnittstelle 7 Drucksignale D, welche einem Benutzer beispielsweise über den externen Bildschirm 8 angezeigt werden können. Über eine Befehlszeilen-Eingabeaufforderung BE können Benutzerbefehle BB abgefragt werden. Die Steuereinheit 3 kann weiterhin an jeden der Auftragsköpfe 4 Aufforderungen zum Weiterdrucken AW sowie G-Code-Befehle GB schicken. Von dem jeweiligen Auftragskopf 4 kann an die Steuereinheit 3 ein Signal gesendet werden, wenn der Auftragskopf 4 bereit zum Weiterdrucken BW ist.
Bezugszeichenliste und Abkürzungsverzeichnis
1 Fläche entsprechend einer Hauptunterteilung der Materi al schicht
2 Fläche entsprechend einer Hauptunterteilung der Materi al schicht
3 Steuereinheit
4 Auftragskopf
5 Filamentsensor
6 Durchflusssensor
7 Benutzerschnittstelle
8 externer Bildschirm
9 Filamentflussdetektor
A Ausgabe
B Befehle
D Druckerstatus
E Eingabe
P Prozess
S Sensorsignal
X Achse
Y Achse
Z Achse
AW Aufforderung zum Weiterdrucken
BB Benutzerbefehl
BE Befehlszeilen-Eingabeaufforderung
BW Bereit zum Weiterdrucken
FS Filamentstörsignal
GB G-Code-Befehle
SD Sicherheitsabstand
SE Starterkennungssignal
WM Arbeitsmetrik

Claims

26 Patentansprüche
1. Computerimplementiertes additives Herstellungsverfahren, insbesondere 3D- Druckverfahren, zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit zumindest einer Materialschicht, wobei für das Herstellen ein Produktionssystem mit zumindest zwei gleichzeitig bewegten Auftragsköpfen (4) zum Aufträgen der zumindest einen Materi al schicht des dreidimensionalen Objekts verwendet wird, wobei die zumindest eine Materi al schicht in mehrere Partitionen aufgeteilt wird und in den aufgeteilten Partitionen aufgetragen wird, das Herstellungsverfahren aufweisend zumindest folgende Verfahrensschritte Analysieren (100), mittels eines Analysesystems des Produktionssystems, eines dreidimensionalen Objektmodells des herzustellenden Objekts;
Partitionieren (200), mittels eines Partitionssystems des Produktionssystems, des Objektmodells in eine Partitionsmatrix mit mehreren Partitionen mit einer jeweiligen Partitionsgeometrie und Bestimmen der jeweiligen Partitionsgeometrie abhängig von Objektmodell-Eigenschaften und den Auftragsköpfen (4), wobei eine maximale Seitenlänge zumindest eines Teils der Partitionen kürzer als eine maximale Seitenlänge der Materialschicht ist;
Zuordnen (300), mittels eines Zuordnungssystems des Produktionssystems, jeder Partition zu einem Auftragskopf (4);
Bestimmen (400), mittels eines Bestimmsystems des Produktionssystems, eines Bewegungspfads und eines dem Bewegungspfad zugeordneten Zeitintervalls eines der Auftragsköpfe (4) für jede der Partitionen; und
Ansteuern (500), mittels eines Ansteuersystems des Produktionssystems, der Auftragsköpfe (4) zum Aufträgen von der zumindest einen Materi al schicht innerhalb der jeweiligen Partition.
2. Verfahren nach dem vorgehenden Anspruch, wobei das Partitionieren (200) des Objektmodells in die Partitionsmatrix mit den mehreren Partitionen ein Überlappen von zumindest zwei der Partitionen umfasst.
3. Verfahren nach dem vorgehenden Anspruch, wobei das Überlappen von zumindest zwei der Partitionen des Objektmodells umfasst, dass bei, insbesondere übereinanderliegenden, Partitionen, insbesondere übereinanderliegender Materi al schichten, Partition-Seitenkanten schräg zueinander verlaufen; und/oder das Überlappen von zumindest zwei der Partitionen des Objektmodells umfasst, dass bei, insbesondere übereinanderliegenden, Partitionen, insbesondere übereinanderliegender Materi al schichten, zumindest eine Ecke einer Partition zu einer Seitenkante einer anderen Partition auf Stoß ausgerichtet ist.
4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei eine Produktionssystem-Steuereinheit an einen oder mehrere der Auftragsköpfe (4) zumindest Ansteuersignale zum Ansteuem der Auftragsköpfe (4) überträgt und Feedbacksignale über den Betriebszustand der Auftragsköpfe (4) erhält und wobei die Produktionssystem-Steuereinheit mit einem oder mehreren Sensoren zumindest Feedbacksignale über den Betriebszustand der jeweiligen Sensoren erhält; und/oder das Verfahren aufweisend einen Verfahrensschritt des Überprüfens (150), ob zumindest einer der Auftragsköpfe (4) funktionsbeeinträchtigt ist, und wenn zumindest einer der Auftragsköpfe (4) funktionsbeeinträchtigt ist, zumindest die Verfahrensschritte des Zuordnens (300), des Bestimmens (400) und des Ansteuerns (500) für nicht funktionsbeeinträchtigte Auftragsköpfe (4) ausgeführt werden.
5. Verfahren nach dem vorgehenden Anspruch, wobei, wenn zumindest einer der Auftragsköpfe (4) funktionsbeeinträchtigt ist, für die nicht funktionsbeeinträchtigten Auftragsköpfe (4) die Verfahrensschritte des
Analysierens (100) des dreidimensionalen Objektmodells des herzustellenden Objekts; und des
Partitionierens (200) des Objektmodells in die zumindest zwei Partitionen mit der jeweiligen Partitionsgeometrie und des Bestimmens der jeweiligen Partitionsgeometrie basierend auf den Objektmodell-Eigenschaften und den Auftragsköpfen (4) ausgeführt werden; oder wobei für die nicht funktionsbeeinträchtigten Auftragsköpfe (4) der Verfahrensschritt des
Partitionierens (200) des Objektmodells in die zumindest zwei Partitionen mit der jeweiligen Partitionsgeometrie und des Bestimmens der jeweiligen Partitionsgeometrie basierend auf den Objektmodell-Eigenschaften und den Auftragsköpfen (4) ausgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen (400) eines Bewegungspfads und eines dem Bewegungspfad zugeordneten Zeitintervalls eines der Auftragsköpfe (4) für jede der Partitionen ein Bestimmen umfasst, ob die Auftragsköpfe (4) beim Aufträgen kollidieren.
7. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei eine Größe zumindest einer der Partitionen entsprechend dem Zeitintervall zum Aufträgen von der zumindest einen Materi al schicht innerhalb der jeweiligen Partition bestimmt wird und/oder eine Größe zumindest einer der Partitionen modifiziert wird bis bestimmt wird, dass die Auftragsköpfe (4) beim Aufträgen nicht kollidieren.
8. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei ein Startzeitpunkt des Zeitintervalls jeder der Partitionen abhängig von einer Länge des Zeitintervalls im Vergleich zu anderen Zeitintervallen anderer Partitionen derselben Materi al schicht bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das Partitionieren (200) des Objektmodells in die zumindest zwei Partitionen mit der jeweiligen Partitionsgeometrie und das Bestimmen der jeweiligen Partitionsgeometrie basierend auf den Objektmodell-Eigenschaften und den Auftragsköpfen (4) ein Aufteilen streifenförmiger Partitionen in Unterpartitionen umfasst, wobei sich die Unterpartitionen über eine Teillänge der streifenförmigen Partitionen erstrecken.
10. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei nach jedem Fertigstellen der Materi al schicht innerhalb der jeweiligen Partition der Auftragskopf (4) unsynchronisiert von zumindest einem anderen Auftragskopf (4) in eine andere Position bewegt wird. 29
11. Computergestütztes Produktionssystem für ein additives Herstellungsverfahren, insbesondere 3D-Druckverfahren, zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit zumindest einer Materialschicht, wobei das Produktionssystem aufweist: zumindest zwei gleichzeitig bewegbare Auftragsköpfe (4) zum Aufträgen der zumindest einen Materi al schicht des dreidimensionalen Objekts in zumindest zwei Partitionen der Materialschicht; ein Analysesystem zum Analysieren eines dreidimensionalen Objektmodells des herzustellenden Objekts; ein Partitionssystem zum Partitionieren des Objektmodells in die zumindest zwei Partitionen mit einer jeweiligen Partitionsgeometrie und Bestimmen der jeweiligen Partitionsgeometrie basierend auf Objektmodell-Eigenschaften und den Auftragsköpfen (4); ein Zuordnungssystem zum Zuordnen jeder Partition zu einem Auftragskopf (4); ein Bestimmsystem zum Bestimmen eines Bewegungspfads und eines dem Bewegungspfad zugeordneten Zeitintervalls eines der Auftragsköpfe (4) für jede der Partitionen; und eine Ansteuereinheit zum Ansteuem der Auftragsköpfe (4) zum Aufträgen von der zumindest einen Materialschicht innerhalb der jeweiligen Partition.
12. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass das Produktionssystem des vorgehenden Anspruchs die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausführt.
13. Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm nach dem vorgehenden Anspruch gespeichert ist.
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