WO2022199735A1 - Verfahren zum austragen von partikelförmigem baumaterial in einem 3d-drucker - Google Patents

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WO2022199735A1
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particulate
curtain
discharged
accumulation
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Janosch MÜNZER
Frank Wedemeyer
Rudolf Wintgens
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Laempe Mössner Sinto Gmbh
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    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Definitions

  • the invention relates to a method for discharging particulate construction material in a 3D printer, in which particulate construction material is discharged from a carrier in the form of a construction material curtain onto a construction site.
  • a so-called application of the particulate building material to a building site is understood to mean both the discharge of the particulate building material onto the surface of the building site and the smoothing of the discharged particulate building material on the building site.
  • the present invention influences in particular the discharge of the particulate building material onto the building site.
  • the uniform discharge of the particulate building material on a construction site in a 3D printer is to be monitored and irregularities in the discharge of the particulate building material discharged from an applicator are to be detected. In the event that such irregularities are detected, they are automatically reduced or eliminated using suitable measures. For this purpose, corresponding parameters for the discharge of the particulate building material are influenced.
  • the structure is computer-controlled from one or more liquid or solid materials according to specified dimensions and shapes.
  • Specifications for the components or workpieces to be printed can be provided, for example, by so-called computer-aided design systems (CAD).
  • CAD computer-aided design systems
  • a particulate building material which is also referred to as molding material.
  • Building materials or molding materials such as plastics, synthetic resins, ceramics, minerals, sand and metals are used as materials for such 3D printing processes.
  • particulate building material also referred to as particulate material or powdered building material
  • construction site in order to form a layer of non-solidified particulate material, with the partial or full-surface application of particulate building material removing and smoothing the particulate building materials
  • DE 10117875 C1 discloses a method and a device for applying fluids and their use.
  • the method of applying fluids relates in particular to particulate material being applied to an area to be coated, in front of a blade, viewed in the direction of advancement of the blade, the fluid is applied to the area to be coated and thereafter the blade over the applied fluid will proceed.
  • the object is to provide a device, a method and a use of the device with which a distribution of fluid material that is as even as possible can be achieved on an area to be coated.
  • the solution is that the blade oscillates in the manner of a rotary movement.
  • the fluid applied to the area to be coated is fluidized by the oscillating rotary movement of the blade.
  • the constant movement of the blade which oscillates in the manner of a rotary motion, homogenizes the excess fluid, seen in the direction of forward movement of the blade, in front of the blade in a fluid/particulate roller formed by the forward movement of the blade.
  • any cavities between individual particle clumps can be filled and larger clumps of particle material are broken up by the roller movement.
  • a disadvantage of this known prior art is that when the particulate building material is discharged onto a building site, the quantity of the particulate building material required to form a layer is insufficiently regulated. This leads to different amounts of the particulate building material in front of a means for smoothing the particulate building material and thus, for example, to different pressure conditions on the layers located below the layer currently to be applied. This leads to disruption in the even structure of the layers and to a deterioration in the quality of the 3D structure to be created.
  • the object of the invention is to provide a method for discharging particle-shaped building material in a 3D printer, with which the particle-shaped building material is discharged more evenly.
  • the method is intended to improve both uniformity with respect to the height of the discharged layer of particulate building material and the uniformity of density within the layer of discharged particulate building material. In this way, after the discharged particulate building material has been smoothed, a better quality of the applied layer of the particulate building material is achieved.
  • the object is achieved by a method with the features according to patent claim 1 of the independent patent claims. Further developments are specified in the dependent patent claims.
  • the particulate building material is optically monitored during a work step of removing the particulate building material by means of an applicator.
  • This optical monitoring preferably takes place in an area between the applicator and the construction site, in which a so-called building material curtain is formed by the particle-shaped building material from the applicator.
  • This curtain of building material consisting of particulate building material, which moves from the applicator to the construction site due to gravity or which falls, has a width that depends on the applicator.
  • the Baumateri alvorhang the width of the entire usable construction field.
  • a contractor has only part of the width of the construction field.
  • the construction material curtain also has only part of the width of the construction field.
  • This curtain of building materials also has a thickness that also depends on the client. Furthermore, the curtain of construction material has a height which can correspond to the shortest distance between the applicator and the surface of the construction material. Since the applicator moves over the surface of the construction area when discharging the particulate construction material, it is possible that the construction material curtain is not perpendicular to the surface of the construction area, but has a deviating angle from the perpendicular to the construction area. In this case, the height of the building material curtain is greater than the shortest distance between the applicator and the surface of the building site.
  • the discharged particulate building material is smoothed by means of a means for smoothing the particulate building material, creating a uniform strength or thickness of the particulate building material in the layer currently to be applied on the surface of the construction field.
  • Such a means for smoothing the particulate building material can be, for example, a scraper blade, a vibrating blade, a knife, a squeegee or comparable means of a 3D printer, by means of which the discharged particulate building material is smoothed.
  • the means described above move at a constant distance from the construction field and horizontally over the construction field.
  • the contractor is also moved at a constant distance from the construction site and horizontally across the construction site.
  • the applicator is arranged at a constant distance from the smoothing agent. net, which does not change when moving together across the construction area.
  • the height or layer thickness of the particulate building material applied can have a value which is between 0.5 times and 6 times the mean particle diameter of the particulate building material. In order to achieve a height or layer thickness of 0.5 times the average particle diameter of the particulate building material, the particulate building material must be discharged onto the construction site and compacted.
  • the mean particle diameter of the particulate building material is, for example, at a value of about 0.14 mm.
  • Particulate building material is generally understood to be a collection of individual parts of a substance or a mixture of substances, with each particle having a three-dimensional extension. Since these particles can predominantly be understood as round, oval or also elongated particles, it is possible to specify an average diameter for such a particle, which is usually in the range between 0.1 mm and 0.4 mm. Such a particulate building material has fluid properties.
  • the particulate building material to be discharged by the contractor forms what is known as the building material curtain between the contractor and the surface of the construction site.
  • the width of the building material curtain usually corresponds to the width of the exit opening or the gap on the applicator.
  • the thickness of the curtain of build material is affected by the amount of particulate build material to be applied by the applicator per unit time. If the amount of particulate building material to be discharged by the applicator per unit time increases, the thickness of the building material curtain also increases and vice versa.
  • the curtain of construction material forms a geometric shape at a so-called point of impact, which is usually triangular when viewed from the side, with one side of this triangle being horizontal, i.e. parallel to the surface of the construction area and facing this surface of the construction area is aligned. This condition is hereinafter referred to as so-called building material accumulation.
  • this accumulation of building material has, for example, the shape of an imaginary triangular prism, in which the three rectangular lateral surfaces each lie with their longitudinal extensions at a right angle to a direction of movement of the client over the construction site.
  • the longitudinal extensions are aligned parallel to the surface of the construction site.
  • This accumulation of building material forms depending on the amount of particulate building material discharged. In the event that a larger quantity of the particulate building material is discharged by the applicator, the building material accumulation will have at least a greater height and/or greater width than if a smaller quantity of the particulate building material is discharged.
  • the dimensions of such a prism-shaped accumulation of building material with a triangular base and top surface include its maximum width in the lower area of the accumulation of building material and its maximum height.
  • at least one angle of the triangular base and top surface of the triangular prism-shaped accumulation of building material can also be used as a dimension.
  • Such an angle can be, for example, a so-called slope angle, which describes an increase in the accumulation of building material compared to the flat surface of the building site.
  • the applied layer of non-solidified particulate building material can be selectively solidified in certain partial areas immediately after the particle-shaped building material has been discharged by the applicator.
  • the building material curtain is recorded from at least one direction or perspective by means of one or more cameras.
  • optical monitoring of the triangular prism-shaped accumulation of building material takes place at the impact point of the particulate building material on the construction site.
  • the building material accumulation is recorded from at least one direction or perspective by means of one or more cameras.
  • This direction or perspective can be a side view or a perspective view of the triangular prism-shaped accumulation of building material at the point of impact.
  • an image of the curtain of building material and/or the accumulation of building material at the point of impact is generated by a suitable means for optical monitoring of the particulate building material to be discharged in a work step of discharging the particulate building material.
  • a suitable means for optical monitoring of the particulate building material to be discharged in a work step of discharging the particulate building material can be, for example, at least one camera, a laser, a combination of projector and/or laser and/or camera or a comparable image recording device.
  • an image of a partial area of the building material curtain and/or the building material accumulation is generated.
  • the method For the optical monitoring of the particulate building material to be discharged according to the method, it is sufficient in an alternative of the method to generate an image of only a part or a partial area of the building material curtain and/or the building material accumulation and to process it according to the method.
  • Such an image of the curtain of build material and/or the pile of build material may show, for example, a side view or a front view of the curtain of build material and/or a side view or a front view of the pile of build material.
  • a perspective view or perspective view of the building material curtain and/or the building material accumulation can also be generated as an image.
  • a 3D recording device consisting of a number of cameras or 3D cameras, for example using strip light projection, can also be used.
  • a means for optical monitoring is selected according to the method, for example.
  • a means for optical monitoring is selected according to the method, for example.
  • selecting or switching to another means of optical surveillance such as a camera, for generating the image of the building material curtain.
  • images of the building material curtain can be generated from different perspectives at the same time. This offers the possibility to determine several dimensions of the Baumaterialvor hangs at the same time. The same applies to the accumulation of building materials.
  • a measurement of the width of the curtain of building material can be determined, but not a for example, the angle of the building material curtain deviating from the perpendicular.
  • a camera is selected which produces a side view of the curtain of building material, by means of which, on the other hand, the width of the curtain of building material cannot be determined.
  • Both the width of the building material curtain and the angle of the building material curtain can be determined by means of a camera that generates a perspective image of the building material curtain.
  • appropriate image processing algorithms for example for perspective rectification, are to be provided in order to determine correct values for the width and the angle of the building material curtain.
  • the resolution and recording rate of the camera used must be correspondingly high in order to generate a sufficiently accurate image at any speed at which, for example, a carrier and thus also the building material curtain, for example, moves across the construction site.
  • reaching out is understood to mean an image of the curtain of building material, which can be further processed according to the present method, for example for an image comparison or a determination of dimensions of the curtain of building material, such as a height and/or a width and/or an angle of the Building material curtain, is suitable.
  • the camera can be equipped with a wide-angle lens or provide a suitable perspective in order to record or image the entire area of the building material curtain and/or the building material accumulation.
  • the aim is to ensure that the images of the building material curtain and/or the building material accumulation are of sufficient quality for subsequent process steps. It is also provided that, for example on the basis of the images generated during optical monitoring, such as individual images or a video from one or more views of the building material curtain and/or the building material accumulation, geometric dimensions of the building material curtain consisting of particulate building material and/or the building material accumulation be determined.
  • basic dimensions of the building material curtain or information about the outer contour of the building material curtain can be determined.
  • the basic dimensions of the build material curtain include dimensions such as a width, a height, or an angle of the build material curtain.
  • an exemplary shape of a curtain of structural material may be a cuboid shape.
  • the building material curtain can be a trapezoidal prism, for example the width of the particulate building material carried out on the building site being greater than the width of the particulate building material emerging from the applicator.
  • the thickness of the particulate building material discharged onto the construction site can be greater than the thickness of the particulate building material emerging from the applicator.
  • dimensions along the building material curtain ie in its longitudinal extent, can be recorded.
  • different thicknesses of the curtain of construction material can be determined at different points along the curtain of construction material.
  • a maximum and/or minimum thickness of the curtain of build material or an average thickness of the curtain of build material may be determined.
  • the dimensions can be a maximum width in the lower area of the building material accumulation, i.e. an approximately horizontal side length of the imaginary triangle, and a maximum height of the triangular-pris ma-shaped building material accumulation, such as a height in the imaginary triangle, whereby the height above the horizontal side length is meant, to be named.
  • a maximum width in the lower area of the building material accumulation i.e. an approximately horizontal side length of the imaginary triangle
  • a maximum height of the triangular-pris ma-shaped building material accumulation such as a height in the imaginary triangle, whereby the height above the horizontal side length is meant, to be named.
  • an interior angle of the triangular base and top surface of the triangular prismatic building material accumulation or a slope angle Building material accumulation determined as a dimension and used for a later comparison with a predetermined value for such a dimension.
  • the discharge parameter amount of particulate building material to be discharged per unit of time can be specifically influenced by the method, in the event that the method has an unwanted deviation within of the curtain of build material and/or pile of build material upon a comparison of the generated image of the curtain of build material and/or pile of build material with an associated reference image.
  • substrate application parameter which is referred to below as the discharge parameter
  • a comparison of a specific dimension with a predetermined value or reference value for this dimension it is possible to compare the generated image with an associated reference image. If such a comparison, such as an image comparison, reveals deviations that are above a specified tolerance limit, at least one parameter for the discharge of the particulate building material, i.e. a discharge parameter, is changed and in this way the quantity of the particulate building material to be discharged is regulated or controlled changes.
  • the aim is for the currently generated images to be brought into agreement with the reference images in order to improve the quality when applying a layer of the particulate building material, i.e. to improve uniformity with regard to the height or layer thickness of the applied layer of the particulate building material.
  • a discharge parameter that determines the amount of particulate construction material to be discharged per unit of time or per area is increased .
  • a larger quantity of the particulate building material is thus poured out or discharged from an applicator.
  • the length, height or a determined angle of the building material curtain or a length, width, height, interior angle or slope angle of the triangular base or top surface of the building material accumulation can also be used .
  • the discharge parameters of the quantity of particulate building material to be discharged per unit of time or per area be influenced by a different number of so-called porous gas outlet means in the fluidizer using a pressurized gas be controlled or acted upon.
  • Another possibility for influencing these discharge parameters is to change the pressure of the gas.
  • Another alternative is to change the gas pressure periodically over time, which can be done, for example, with an adjustable frequency.
  • These tools of the 3D printer include in particular an applicator for the particulate building material as well as the means for smoothing the discharged building material such as a scraper blade, an oscillating blade, a knife or a squeegee.
  • an applicator for the particulate building material as well as the means for smoothing the discharged building material such as a scraper blade, an oscillating blade, a knife or a squeegee.
  • Such a multiple arrangement of these means can take place in such a way that the dischargers are arranged in a row next to one another or in at least two rows and offset to one another. It is clear to a person skilled in the art that it must always be possible by means of such an arrangement of the means that the particulate building material can be applied evenly in one layer and in all required areas on the building site.
  • the particulate building material is in motion or flowing during the work step of discharging the particulate building material in the curtain of building material.
  • the basic dimensions of the building material curtain and/or the outer contour of the building material curtain change continuously.
  • These dynamic changes are recorded, for example, over time, for example by means of a video recording or a sequence of images or an image stream.
  • An evaluation of these dimensions that change over time provides information about the area of the change in thickness, ie a minimum and a maximum of the dimension thickness.
  • a change in thickness can be analyzed over time. In this way it can be determined, for example, that the change in thickness occurs periodically between its minimum and its maximum. From this change over time, a mean frequency can be determined, for example, with which the process of changing the thickness in the building material curtain is repeated.
  • values determined in test runs about such changes in thickness and the associated reference frequencies can be related to the quality to be achieved of the layer of particulate building material to be produced. It is thus possible to influence discharge parameters at certain changes in thickness or frequencies of such changes in thickness in such a way that the change in thickness decreases or the frequency of the change in thickness changes in order to improve the quality of the current layer of the particulate building material to be applied.
  • a quantity of the particulate building material to be discharged per unit of time can be mentioned as a changeable discharge parameter. Furthermore, it is possible to change the amount of particulate building material per area. In addition, such a change in the discharge quantity per unit of time and/or per area can be changed over time, with this change being able to take place with a specific or variable or with a frequency that changes over time. For example, the value of the set frequency can increase or decrease over time, or increase and decrease successively, and so on. It is provided, for example, to counteract the change in thickness over time in the curtain of construction material by changing the discharge parameter quantity of particulate building material per unit of time over time and at least to reduce or eliminate the change in thickness over time.
  • the particle movement of the particulate building material or the kinematics can thus be changed in a targeted manner in order to prevent quality disruptions when the particulate building material is applied.
  • This influencing of the particle movement of the particulate building material can take place differently for the ge entire building material curtain as well as for partial areas of the building material curtain if optical monitoring is already carried out separately in these partial areas.
  • an exemplary means for dispensing the particulate building material such as an applicator in a 3D printer
  • Fig. 3 a further exemplary arrangement for discharging the particulate building material in a 3D printer
  • Fig. 4 an enlarged partial representation of the area of the building material curtain and the building material accumulation on the construction site.
  • FIG. 1 shows a means 1 for discharging the particulate building material 2 and a means 3 for smoothing the particulate building material 2 over a building field 4 .
  • Such a means 1 for discharging the particulate building material 2 can, for example, be a so-called applicator 1, while the means 3 shown for smoothing the particulate building material 2 is, for example, a blade.
  • the applicator 1 has a storage container 15, not shown in FIG. 1, in which the particulate building material 2 to be discharged is stored.
  • An outlet 5 for discharging the particulate building material 2 can be arranged at the lower end of the applicator 1 .
  • the discharger 1 has a corresponding closure means, which is not shown in FIG. This closure means is designed in such a way that it can open and close the outlet 5 or a corresponding opening in the lower area of the applicator 1 .
  • particulate construction material 2 is to be discharged from the applicator 1 and thus discharged onto the construction site 4, the closure means is opened.
  • the particulate building material 2 is discharged and arrives in the form of a so-called building material curtain 6 on the surface of the building des 4.
  • This process of discharging particulate building material 2 is shown in FIG.
  • the amount of particulate building material 2 to be discharged is influenced and controlled by changing a discharge parameter.
  • a discharge parameter can be the amount of particulate building material 2 to be discharged per unit of time, while another discharge parameter is the amount of particulate building material to be discharged per area.
  • the quantity of particulate construction material to be discharged is 2 per unit of time and the speed of movement of the applicator 1 in the direction of movement 7 over the construction area 4 is controlled accordingly, the discharge of the particulate construction material 2 onto the surface of the construction area 4 takes place very evenly and thus at a higher rate Quality.
  • optical monitoring 9 such as a camera 9, which is aligned with its recording area 10 on the building material curtain 6, the building material curtain 6 is monitored optically and corresponding images are created by taking pictures or video recordings.
  • the camera 9 is arranged in such a way that it provides a frontal view of the construction material curtain 6 .
  • the camera 9 can also be arranged in a way that differs from the illustration in FIG. 1 in such a way that the camera 9 provides a side view or a perspective view. It is also possible to arrange several cameras 9 in order to provide several views, such as a front view of the building material curtain 6 and a side view of the building material curtain 6.
  • the dimension of the thickness 11 or the angle 12 between the surface of the building field 4 and the construction material curtain 6 is determined using suitable image processing software, for example. These dimensions are related to the amount of particulate building material 3 to be discharged or the speed of movement in the direction of movement 7. It can generally be assumed that an increase in the value for the thickness 11 means an increase in the amount of particulate building material 2 during the discharge step shows. It can also generally be assumed that a decrease in the value for the angle 12 indicates an increase in the movement speed of the applicator 1 during the discharge work step.
  • the angle 12 can assume smaller values. For example, it can be assumed that the angle 12 becomes smaller in the direction of movement 7 as the movement speed of the off-carrier 1 increases.
  • discharge parameters are changed. These discharge parameters are, for example, the amount of particulate building material 2 to be discharged per unit of time and the speed of the working means of the 3D printer in the direction of movement 7.
  • the working means here are the discharger 1 and the means 3 for smoothing, i.e. a blade, for example.
  • the speed in the direction of movement 7 can be increased, for example.
  • the discharge parameter quantity of the particulate building material 2 to be discharged per unit of time can be reduced until the dimensions again correspond to the specified values, with a tolerance range usually being defined. This reduction in quantity can be achieved, for example, by influencing the size of the outlet 5 on the applicator 1.
  • the process-related changes in the discharge parameters described for the application of the particulate building material 2 can also take place differently in some areas. Of course, this presupposes that, for example, several applicators 1 for discharging the particulate building material 2 in the 3D printer and/or that several means 3 for smoothing are arranged in the 3D printer.
  • FIG. 1 also shows the building material accumulation 20 with its, for example, triangular top surface or base surface.
  • the triangle shown is intended as an aid to show how an observer can imagine the triangular-prism-shaped building material accumulation 20 with its imaginary triangular base and top surface in the area of the particulate building material 2 striking the building site 4 .
  • the body edges of the triangle shown are of course not recognizable in the parti cle-shaped building material 2, but can be determined by means of suitable software by evaluating the recordings made during the optical monitoring of the building material accumulation 20 consisting of particulate building material 2 according to the method. Further dimensions of the building material accumulation 20 can then be determined from this.
  • FIG. 2 shows a means for discharging the particulate building material 2 such as an applicator 1 in a 3D printer, which can be moved horizontally over the building field 4 in the direction of movement 7 .
  • the client 1 has a reservoir 15 for the particle-shaped building material 2 to be stored.
  • the applicator 1 In its lower region, the applicator 1 has a longitudinally extending outlet 4 for discharging the particulate construction material 2, which then moves or falls in the form of the construction material curtain 6 towards the surface of the construction field 4.
  • images of the construction material curtain 6 are generated by means of a camera 9 with its recording area 10 aligned with the construction material curtain 6 .
  • the camera 9 can show, for example, a side view or a frontal view of the building material curtain 6 .
  • a further possibility for aligning the camera 9 consists in aligning a perspective view of the construction material curtain 6, as is shown in FIG.
  • the camera 9 is, for example, fixed to the Contractor 1 is connected and thus moves with Contractor 1 over construction area 4.
  • the displayed dimensions of the construction material curtain 6 such as its thickness 11, width 13, height 14 or the angle 12 between the surface of the construction field 4 and the construction material curtain 6 can be determined.
  • the building material accumulation 20 is also shown in FIG. 2 with its imaginary triangular top surface or base surface. Also shown is the length 21 of the building material accumulation 20, which essentially corresponds to the length 13 of the building material curtain 6.
  • FIG. 3 shows a means 1 for discharging the particulate building material 2 in a 3D printer, which can be moved horizontally over the building field 4 in the direction of movement 7 .
  • a means 1, which is also referred to as a so-called fluidizer, is shown in a snapshot, in which particulate building material 2 exits through the outlet 5 and reaches the surface of the building field 4 as a building material curtain 6, in order to create a new layer of the particulate building material 2 form with a layer thickness 8.
  • the means 3 still required for this is not shown in FIG.
  • the applicator 1 has a funnel-shaped storage container 15 for storing the particulate building material 2 .
  • This funnel-shaped reservoir 15 is formed longitudinally, its length being a multiple of its width.
  • the reservoir 15 has an opening or an outlet 5 .
  • two blocking means 16 are arranged, through which the outlet 5 is formed.
  • a ventilation gap 17 is formed by the left blocking means 16 on its upper side.
  • Such an arrangement of the blocking means 16 prevents particle-shaped building material 2 from getting onto the building site 4 unintentionally, since let 5 form a blocking cone closing the path from the particulate building material 2 .
  • the particulate building material 2 is fluidized in the area of the outlet 5 .
  • at least one porous gas outlet means 18 be arranged in this area.
  • Two porous gas outlet means 18 are arranged on the side walls of the storage container 15 in FIG. These two porous gas outlet means 18 each have a gas connection 19 which is connected to an external unit, not shown, which generates a gas whose gas pressure can be controlled.
  • Each porous gas outlet means 18 has a gas-permeable porous material on its side facing the particulate building material 2 .
  • the gas exits the porous gas outlet means 18 through the gas-permeable porous material in the direction of the particulate building material 2, evenly distributed and flows through the particulate building material 2.
  • This outflowing gas is indicated in Figure 3 by several small arrows shown at the porous gas exit means 18.
  • the particulate building material 2 is fluidized by this escaping gas, as a result of which the particulate building material 2 is discharged via the outlet 5 , forming the building material curtain 6 , and reaches the building site 4 .
  • porous gas outlet means 18 Only one porous gas outlet means 18 is required to fluidize the particulate building material 2 . However, if the gas flows via two porous gas outlet means 18 from two sides into the particulate building material 2 , the effect of fluidizing the particulate building material 2 is enhanced and a larger quantity of the particulate building material 2 is discharged via the outlet 5 .
  • the pressure of the gas fed into the porous gas discharge means 18 is varied. For example, by means of a greater gas pressure, the fluidization of the particulate building material 2 can be increased or improved, as a result of which more fluidized particulate building material 2 through the Outlet 5 can escape and, for example, the thickness of 11 Baumaterialvor hangs 6 increases.
  • the fluidization of the particulate building material 2 can be reduced or worsened by means of a lower gas pressure, as a result of which less particulate building material 2 is discharged.
  • a thickness dimension 11 of the building material curtain 6 can thus be controlled by controlling the gas pressure or the number of porous gas outlet means 18 used by the present method.
  • the procedural discharge parameter of the amount of particulate building material 2 to be discharged per unit of time or the procedural discharge parameter of the amount of particulate building material 2 to be discharged per area can be controlled or regulated by the number of porous gas outlet means 18 used.
  • Another way of controlling or regulating these discharge parameters is the gas pressure used for the porous gas outlet means 18 .
  • the gas pressure can for example be generated in a pulsating manner, as a result of which an improvement in the fluidization is possible and the quantity of the particulate building material 2 released can also be changed over a period of time.
  • FIG. 4 shows an enlarged excerpt of the area of the building material curtain 6 and the building material accumulation 20 on the construction site 4.
  • FIG. 4 also shows the applicator 1 with its outlet 5. Furthermore, a means 9a for the optical monitoring of the construction material curtain 6 with its receiving area 10a is shown. The thickness 11 of the curtain of building material 6 is also shown.
  • FIG. 4 Another means 9b for the optical monitoring of the building material accumulation 20 is shown in FIG.
  • the representation of the means 9 in FIG. 4 is only a basic sketch and does not represent the exact proportions or the exact positions of the means 9, which can be arranged as required. So the funds can 9 depending on their Positioning shows a front view, a side view or a perspective view of the building material curtain 6 and/or the building material pile 20.
  • the length 21 of the build pile 20 is not shown in Figure 4 because Figure 4 shows a side view of the build pile 20 in which the length 21 of the build pile 20 would extend into the depth of the illustration.

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Abstract

Verfahren zum Austragen von partikelförmigem Baumaterial in einem 3D-Drucker wobei eine optische Überwachung des aus partikelförmigem Baumaterial (2) bestehenden Baumaterialvorhangs (6) in einem Arbeitsschritt eines Austragens des partikelförmigen Baumaterials (2) in einem Bereich des Baumaterialvorhangs (6) zwischen dem Aufträger (1) und dem Baufeld (4) erfolgt, eine Abbildung des Baumaterialvorhangs (6) erzeugt und/oder mindestens eine Abmessung des Baumaterialvorhangs (6) bestimmt wird, die Abbildung und/oder die mindestens eine Abmessung mit einer zugehörigen Referenzabbildung und/oder einem vorgegebenen Referenzwert verglichen wird und bei einer Abweichung der Abbildung von der Referenzabbildung und/oder der Abmessung von dem zugehörigen Referenzwert mindestens ein Austragsparameter für das Austragen des partikelförmigen Baumaterials (2) verändert wird.

Description

Verfahren zum Austragen von partikelförmigem Baumaterial in einem 3D-Drucker
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austragen von partikelförmigem Baumate rial in einem 3D-Drucker, bei welchem partikelförmiges Baumaterial aus einem Auf träger in Form eines Baumaterialvorhangs auf ein Baufeld ausgetragen wird.
Unter einem sogenannten Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials auf ein Baufeld wird sowohl das Austragen des partikelförmigen Baumaterials auf die Oberfläche des Baufeldes als auch das Glätten des ausgetragenen partikelförmi gen Baumaterials auf dem Baufeld verstanden.
Die vorliegende Erfindung beeinflusst insbesondere das Austragen des partikel förmigen Baumaterials auf das Baufeld.
Insbesondere soll das gleichmäßige Austragen des partikelförmigen Baumaterials auf einem Baufeld in einem 3D-Drucker überwacht und Unregelmäßigkeiten beim Austragen des aus einem Aufträger ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials erkannt werden. Für den Fall, dass derartige Unregelmäßigkeiten erkannt werden, werden diese mittels geeigneter Maßnahmen automatisch verringert oder beseitigt. Hierfür werden entsprechende Parameter für das Austragen des partikelförmigen Baumaterials beeinflusst.
Bekannt ist es, zur Herstellung einzelner oder serienmäßiger Bauteile, Werkstücke oder Formen einen sogenannten 3D-Druck bzw. ein sogenanntes 3D- Druckverfahren einzusetzen. Bei derartigen Druckverfahren werden dreidimensio nale Bauteile oder Werkstücke schichtweise aufgebaut hergestellt.
Der Aufbau erfolgt rechnergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder fes ten Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen. Vorgaben für die zu druckenden Bauteile oder Werkstücke können beispielsweise von sogenannten rechnerunterstützten Konstruktionssystemen (CAD engl computer-aided design) bereitgestellt werden.
Beim Druck der 3D-Strukturen bzw. 3D-Bauteile finden physikalische oder chemi sche Härtungsprozesse oder ein Schmelzprozess in einem partikelförmigen Bau- material, welches auch als Formstoff bezeichnet wird, statt. Als Werkstoffe für derartige 3D-Druckverfahren werden Baumaterialien bzw. Formstoffe wie Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken, Mineralien, Sande und Metalle eingesetzt.
Bei der Umsetzung von 3D-Druckverfahren sind verschiedene Fertigungsverfahrensabläufe bekannt.
Mehrere dieser Verfahrensabläufe umfassen jedoch die nachfolgend beispielhaft dargestellten Verfahrensschritte:
• Teil- oder vollflächiges Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial, auch als Partikelmaterial oder pulverförmiges Aufbaumaterial bezeichnet, auf ein sogenanntes Baufeld, um eine Schicht aus nichtverfestigtem Partikelmateri al zu bilden, wobei das Teil- oder vollflächige Aufträgen von partikelförmi gem Baumaterial das Austragen und das Glätten des partikelförmigen Bau materials umfasst;
• Selektives Verfestigen der aufgebrachten Schicht aus nichtverfestigtem par tikelförmigem Baumaterial in vorbestimmten Teilbereichen, beispielsweise durch ein selektives Verdichten, Aufdrucken oder Aufbringen von Behandlungsmittel, wie beispielsweise einem Bindemittel oder Einsatz von Laser;
• Wiederholung der vorhergehenden Verfahrensschritte in einer weiteren Schichtebene zum schichtweisen Aufbau des Bauteils oder Werkstücks. Hierfür ist es vorgesehen, das Bauteil oder Werkstück, welches auf dem Baufeld schichtweise aufgebaut bzw. aufgedruckt wird, mit dem Baufeld je weils um eine Schichtebene oder Schichtdicke abzusenken oder die 3D- Druckvorrichtung jeweils um eine Schichtebene oder Schichtdicke gegen über dem Baufeld anzuheben, bevor eine neue Schicht teil- oder vollflächig aufgetragen wird;
• Nachfolgendes Entfernen von losem, nichtverfestigtem partikelförmigem Baumaterial, welches das gefertigte Bauteil oder Werkstück umgibt.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum Erzeugen einer 3D- Struktur bzw. zum Austragen und Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial auf ein Baufeld zur Erzeugung einer 3D-Struktur bekannt. Aus der DE 10117875 C1 sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Aufträ gen von Fluiden sowie deren Verwendung bekannt.
Das Verfahren zum Aufträgen von Fluiden bezieht sich insbesondere auf Partikel material, welches auf einen zu beschichtenden Bereich aufgetragen wird, wobei vor einer Klinge, in Vorwärtsbewegungsrichtung der Klinge gesehen, das Fluid auf den zu beschichtenden Bereich aufgetragen wird und danach die Klinge über dem aufgetragenen Fluid verfahren wird.
Die Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung, ein Verfahren sowie eine Verwendung der Vorrichtung bereitzustellen, mit denen eine möglichst ebene Verteilung von fluidem Material auf einem zu beschichtenden Bereich erreicht werden kann.
Zur Lösung ist es vorgesehen, dass die Klinge eine Schwingung nach Art einer Drehbewegung ausführt. Durch die schwingende Drehbewegung der Klinge wird das auf den zu beschichtenden Bereich aufgebrachte Fluid fluidisiert. Hierdurch kann nicht nur stark zur Agglomerierung neigendes Partikelmaterial möglichst eben und glatt aufgetragen werden, sondern es ist darüber hinaus möglich, auch die Verdichtung des Fluids durch die Schwingung zu beeinflussen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Aufträgen des Fluids auf den zu beschichtenden Bereich im Überschuss erfolgt. So wird durch die ständige Bewegung der Klinge, die nach Art einer Drehbewegung oszilliert, das überschüssige Fluid, in Vorwärtsbewegungsrichtung der Klinge gesehen, vor der Klinge in einer aus Fluid bzw. Partikelmaterial durch die Vorwärtsbewegung der Klinge gebildeten Walze homogenisiert. Dadurch können etwaige Hohlräume zwi schen einzelnen Partikelklumpen gefüllt werden und größere Klumpen Partikelma terial werden durch die Walzenbewegung aufgebrochen.
Ein Nachteil dieses bekannten Standes der Technik besteht darin, dass bei einem Austragen des partikelförmigen Baumaterials auf ein Baufeld die Menge des zur Ausbildung einer Schicht benötigten partikelförmigen Baumaterials unzureichend geregelt wird. Dies führt zu unterschiedlich großen Mengen des partikelförmigen Baumaterials vor einem Mittel zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials und somit beispielsweise zu unterschiedlichen Druckverhältnissen auf die unter der aktuell aufzutragenden Schicht liegenden Schichten. Derart kommt es zu Störun- gen im gleichmäßigen Aufbau der Schichten und zu einer Verschlechterung der Qualität der zu erzeugenden 3D-Struktur.
Somit besteht ein Bedarf nach einer Verbesserung des bekannten Stands der Technik und somit an einem verbesserten Verfahren zum Austragen von partikel- förmigem Baumaterial in einem 3D-Drucker.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Austragen von parti kelförmigem Baumaterial in einem 3D-Drucker anzugeben, womit das partikelför mige Baumaterial gleichmäßiger ausgetragen wird.
Das Verfahren soll sowohl eine Gleichmäßigkeit bezüglich der Höhe der ausgetra- genen Schicht des partikelförmigen Baumaterials als auch die Gleichmäßigkeit der Dichte innerhalb der Schicht des ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials verbessern. Derart wird, nachdem das ausgetragene partikelförmige Baumaterial geglättet wurde, eine bessere Qualität der aufgetragenen Schicht des partikelför migen Baumaterials erreicht. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Vorgesehen ist der Einsatz eines optischen Regelsystems bei einem Austragen des partikelförmigen Baumaterials auf das Baufeld in einem 3D-Drucker gemäß dem vorliegenden Verfahren.
Hierfür ist es vorgesehen, dass eine optische Überwachung des partikelförmigen Baumaterials bei einem Arbeitsschritt eines Austragens des partikelförmigen Bau materials mittels eines Aufträgers erfolgt. Diese optische Überwachung erfolgt vorzugsweise in einem Bereich zwischen dem Aufträger und dem Baufeld, in welchem sich ein sogenannter Baumaterialvorhang durch das aus dem Aufträger partikel förmige Baumaterial ausbildet. Dieser aus partikelförmigem Baumaterial, welches sich durch die Schwerkraft vom Aufträger zum Baufeld bewegt beziehungsweise welches fällt, bestehende Baumaterialvorhang weist eine vom Aufträger abhängige Breite auf. In einer Ausführung, in welcher ein Aufträger die gesamte Breite des Baufeldes mit partikelförmigem Baumaterial versorgen kann, weist der Baumateri alvorhang die Breite des gesamten nutzbaren Baufelds auf.
In einer alternativen Ausführung weist ein Aufträger nur einen Teil der Breite des Baufeldes auf. In diesen Fällen kann mit mehreren Aufträgern gearbeitet werden, welche zusammen die gesamte Breite des Baufeldes abdecken beziehungsweise über die gesamte Breite des Baufeldes partikelförmiges Baumaterial austragen können. In diesem Fall weist der Baumaterialvorhang ebenfalls nur einen Teil der Breite des Baufeldes auf.
Dieser Baumaterialvorhang weist außerdem eine ebenfalls vom Aufträger abhän gige Dicke auf. Weiterhin weist der Baumaterialvorhang eine Höhe auf, welche dem kürzesten Abstand zwischen dem Aufträger und der Oberfläche des Baufel des entsprechen kann. Da sich der Aufträger beim Austragen des partikelförmigen Baumaterials über die Oberfläche des Baufeldes bewegt, ist es möglich, dass der Baumaterialvorhang nicht senkrecht zur Oberfläche des Baufeldes entsteht, sondern einen von der Lotsenkrechten über dem Baufeld abweichenden Winkel auf weist. In diesem Fall ist die Höhe des Baumaterialvorhangs größer als der kürzeste Abstand zwischen dem Aufträger und der Oberfläche des Baufeldes.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird das ausgetragene partikelförmige Baumaterial mittels eines Mittels zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials geglättet, wodurch eine gleichmäßige Stärke beziehungsweise Dicke des partikelförmigen Baumaterials bei der aktuell aufzutragenden Schicht auf der Oberfläche des Baufeldes erzeugt wird.
Ein derartiges Mittel zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials können bei spielsweise eine Abziehklinge, eine Schwingklinge, ein Messer, ein Rakel oder vergleichbare Mittel eines 3D-Druckers sein, mittels welcher das ausgetragene par tikelförmige Baumaterial geglättet wird.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, bewegen sich die oben beschriebe nen Mittel in einem konstanten Abstand zum Baufeld und horizontal über das Bau feld. Gleichzeitig wird auch der Aufträger in einem konstanten Abstand zum Bau feld und horizontal über das Baufeld bewegt. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass der Aufträger in einem konstanten Abstand zum Mittel zum Glätten angeord- net ist, welcher sich bei einer gemeinsamen Bewegung über das Baufeld nicht verändert.
Die Höhe beziehungsweise Schichtstärke des aufgetragenen partikelförmigen Baumaterials kann einen Wert aufweisen, welcher zwischen dem 0,5-fachen und dem 6-fachen des mittleren Partikeldurchmessers des partikelförmigen Baumateri als liegt. Um eine Höhe beziehungsweise Schichtstärke vom 0,5-fachen des mittleren Partikeldurchmessers des partikelförmigen Baumaterials zu erreichen, muss das partikelförmige Baumaterial auf das Baufeld ausgetragen und verdichtet wer den.
Der mittlere Partikeldurchmesser des partikelförmigen Baumaterials liegt beispielsweise bei einem Wert von etwa 0,14 mm.
Als partikelförmiges Baumaterial wird allgemein eine Ansammlung einzelner Teil chen eines Stoffs oder eines Stoffgemischs verstanden, wobei jedes Teilchen eine dreidimensionale Erstreckung aufweist. Da diese Teilchen überwiegend als runde, ovale oder auch längliche Teilchen aufgefasst werden können, ist es möglich, ei nen durchschnittlichen Durchmesser für ein derartiges Teilchen anzugeben, wel cher meist im Bereich zwischen 0,1 mm bis 0,4 mm liegt. Ein derartiges partikelförmiges Baumaterial weist fluide Eigenschaften auf.
Das vom Aufträger auszutragende partikelförmige Baumaterial bildet zwischen dem Aufträger und der Oberfläche des Baufeldes den sogenannten Baumaterial vorhang aus. Die Breite des Baumaterialvorhangs entspricht für gewöhnlich der Breite der Austrittsöffnung beziehungsweise des Spalts am Aufträger. Die Dicke des Baumaterialvorhangs wird durch die Menge des durch den Aufträger auszu tragenden partikelförmigen Baumaterials je Zeiteinheit beeinflusst. Nimmt die Men ge des durch den Aufträger auszutragenden partikelförmigen Baumaterials je Zeit einheit zu, so nimmt auch die Dicke des Baumaterialvorhangs zu und umgekehrt.
Somit ist es möglich, durch eine Ermittlung der Dicke des Baumaterialvorhangs auf die Menge des vom Aufträger aktuell ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials zu schließen und somit durch die Ermittlung der Dicke des Baumaterialvorhangs eine Regelung der Menge des durch den Aufträger ausgetragenen partikelförmi gen Baumaterial durchzuführen. Der Baumaterialvorhang bildet beim Auftreffen auf das Baufeld beziehungsweise beim Kontakt mit der Oberfläche des Baufeldes an einem sogenannten Auftreffort eine geometrische, in einer Seitenansicht meist dreieckige Form aus, wobei eine Seite dieses Dreiecks horizontal, also parallel zur Oberfläche des Baufeldes und dieser Oberfläche des Baufeldes zugewandt ausgerichtet ist. Dieser Zustand wird nachfolgend als sogenannte Baumaterialanhäufung bezeichnet. In einer räumli chen Ansicht weist diese Baumaterialanhäufung beispielsweise die Form eines gedachten Dreieckprismas auf, bei welchem die drei rechteckigen Mantelflächen mit ihren Längserstreckungen jeweils in einem rechten Winkel zu einer Bewe gungsrichtung des Aufträgers über dem Baufeld liegen. Außerdem sind die Längs- ersteckungen parallel zur Oberfläche des Baufeldes ausgerichtet.
Diese Baumaterialanhäufung bildet sich in Abhängigkeit der Menge des ausgetra genen partikelförmigen Baumaterials aus. So wird die Baumaterialanhäufung für den Fall, dass eine größere Menge des partikelförmigen Baumaterials durch den Aufträger ausgetragen wird, zumindest eine größere Höhe und/oder größere Breite aufweisen, als wenn eine kleinere Menge des partikelförmigen Baumaterials aus getragen wird.
Somit ist es auch möglich, durch eine Ermittlung von Abmessungen der Baumate rialanhäufung auf die Menge des vom Aufträger aktuell ausgetragenen partikelför migen Baumaterials zu schließen und somit durch die Ermittlung der Abmessun gen der Baumaterialanhäufung eine Regelung der Menge des durch den Aufträger ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials durchzuführen.
Zu den Abmessungen einer derartigen prismaförmigen Baumaterialanhäufung mit einer dreieckigen Grund- und Deckfläche zählen ihre maximale Breite im unteren Bereich der Baumaterialanhäufung sowie ihre maximale Höhe. Darüber hinaus kann auch mindestens ein Winkel der dreieckförmigen Grund- und Deckfläche der dreieckprismaförmigen Baumaterialanhäufung als Abmessung genutzt werden. Ein derartiger Winkel kann beispielsweise ein sogenannter Böschungswinkel sein, wel cher einen Anstieg der Baumaterialanhäufung gegenüber der ebenen Oberfläche des Baufeldes beschreibt. Durch eine gezielte Beeinflussung der Menge des je Zeiteinheit auszutragenden Baumaterials ist es möglich, die Gleichmäßigkeit der auf das Baufeld aufzutragen den Schicht zu verbessern. Erreicht diese Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Schicht des partikelförmigen Baumaterials eine entsprechende Genauigkeit beziehungsweise Qualität, wirkt sich das positiv auf die Qualität der zu erzeugenden 3D- Struktur aus. In besonderen Fällen kann es dann möglich sein, für bestimmte An wendungen des 3D-Drucks auf ein Mittel zum Glätten zu verzichten.
In einer derartigen Anwendung kann somit unmittelbar nach dem Austragen des partikelförmigen Baumaterials durch den Aufträger das selektive Verfestigen der aufgebrachten Schicht aus nichtverfestigtem partikelförmigen Baumaterial in vor bestimmten Teilbereichen erfolgen.
Vorgesehen ist es, dass eine optische Überwachung des aus partikelförmigem Baumaterial bestehenden Baumaterialvorhangs in einem Arbeitsschritt eines Austragens des partikelförmigen Baumaterials auf das Baufeld erfolgt. Hierbei wird beispielsweise mittels einer oder mehrerer Kameras der Baumaterialvorhang aus mindestens einer Richtung beziehungsweise Perspektive erfasst.
Ebenso vorgesehen ist es, dass eine optische Überwachung der dreieckprisma förmigen Baumaterialanhäufung am Auftreffort des partikelfömigen Baumaterials auf dem Baufeld erfolgt. Hierbei wird beispielsweise mittels einer oder mehrerer Kameras die Baumaterialanhäufung aus mindestens einer Richtung beziehungs weise Perspektive erfasst. Diese Richtung beziehungsweise Perspektive kann eine Seitenansicht oder eine perspektivische Sicht auf die dreieckprismaförmige Baumaterialanhäufung am Auftreffort sein.
Allgemein kann man sagen, dass durch ein geeignetes Mittel zur optischen Über wachung des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials in einem Arbeitsschritt des Austragens des partikelförmigen Baumaterials eine Abbildung des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung am Auftreffort erzeugt wird. Ein derartiges Mittel kann beispielsweise mindestens eine Kamera, ein Laser, eine Kombination aus Projektor und/oder Laser und/oder Kamera oder eine ver gleichbare Bildaufnahmeeinrichtung sein. In einer Alternative ist es vorgesehen, dass eine Abbildung eines Teilbereichs des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung erzeugt wird. Zur verfahrensgemäßen optischen Überwachung des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials ist es in einer Alternative des Verfahrens ausreichend, nur von einem Teil beziehungsweise einem Teilbereich des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung eine Abbildung zu erzeugen und verfahrensgemäß zu ver arbeiten.
Eine derartige Abbildung des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialan häufung kann beispielsweise eine Seitenansicht oder eine Frontalansicht des Baumaterialvorhangs und/oder eine Seitenansicht oder eine Frontalansicht der Baumaterialanhäufung zeigen. Alternativ kann auch eine perspektivische Ansicht beziehungsweise Perspektivansicht des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung als Abbildung erzeugt werden.
Zum Einsatz kommen kann auch eine 3D-Aufnahmevorrichtung, bestehend aus mehreren Kameras oder 3D-Kameras, beispielsweise unter Nutzung einer Streifen lichtprojektion.
Werden geeignete Mittel zur optischen Überwachung des auszutragenden partikel förmigen Baumaterials, also des Baumateriavorhangs und/oder der Baumaterial anhäufung, an verschiedene Stellen jeweils auf den Baumaterialvorhang ausgerichtet angeordnet, wird beispielsweise ein Mittel zur optischen Überwachung ver fahrensgemäß ausgewählt. Außerdem besteht die Möglichkeit, gesteuert durch das vorliegende Verfahren, ein anderes Mittel zur optischen Überwachung wie eine Kamera auszuwählen oder auf dieses zur Erzeugung der Abbildung des Baumate rialvorhangs umzuschalten. Außerdem ist es vorgesehen, mehrere Mittel zur optischen Überwachung zeitgleich zu nutzen. Somit können beispielsweise zeitgleich Abbildungen des Baumaterialvorhangs aus verschiedenen Perspektiven erzeugt werden. Dies bietet die Möglichkeit, mehrere Abmessungen des Baumaterialvor hangs gleichzeitig zu bestimmen. Gleiches trifft auch auf die Baumaterialanhäufung zu.
Beispielsweise kann mit einer eine Frontalansicht erzeugenden Kamera eine Ab messung der Breite des Baumaterialvorhangs bestimmt werden, nicht aber ein beispielsweise von der Lotsenkrechten abweichender Winkel des Baumaterialvor hangs. Zur Bestimmung dieses Winkels des Baumaterialvorhangs wird eine eine Seitenansicht des Baumaterialvorhangs erzeugende Kamera ausgewählt, mittels welcher andererseits die Breite des Baumaterialvorhangs nicht bestimmt werden kann.
Mittels einer eine perspektivische Abbildung des Baumaterialvorhangs erzeugenden Kamera können sowohl die Breite des Baumaterialvorhangs als auch der Win kel des Baumaterialvorhangs bestimmt werden. Hierfür sind jedoch entsprechende Bildverarbeitungsalgorithmen, beispielsweise zur perspektivischen Entzerrung, vorzusehen, um korrekte Werte für die Breite und den Winkel des Baumaterialvor hangs zu ermitteln.
Die Auflösung und Aufnahmerate der verwendeten Kamera muss entsprechend hoch sein, um bei jeder Geschwindigkeit, mit welcher sich beispielsweise ein Aus träger und somit auch beispielsweise der Baumaterialvorhang über das Baufeld bewegt, eine hinreichend genaue Abbildung zu erzeugen. Hierbei wird unter hin reichend genau eine Abbildung des Baumaterialvorhangs verstanden, welche sich gemäß dem vorliegenden Verfahren weiterverarbeiten lässt, also beispielsweise für einen Bildvergleich oder eine Bestimmung von Abmessungen des Baumaterialvor hangs, wie beispielsweise eine Höhe und/oder eine Breite und/oder einen Winkel des Baumaterialvorhangs, geeignet ist.
Die Kamera kann, je nach Befestigungsposition, mit einem Weitwinkelobjektiv aus gestattet sein beziehungsweise eine geeignete Perspektive bereitstellen, um mög lichst den kompletten Bereich des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung aufzuzeichnen beziehungsweise abzubilden.
Vorgesehen ist es auch, eine geeignete Software zu verwenden, mit deren Hilfe die Aufnahmen beziehungsweise Abbildungen normalisiert werden können oder eine Nachbearbeitung bezüglich des Kontrastes oder einer Filterung ermöglicht wird. In jedem Fall ist es das Ziel, eine für nachfolgende Verfahrensschritte ausreichende Qualität der Abbildungen des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung sicherzustellen. Vorgesehen ist es auch, dass beispielsweise auf der Grundlage der bei der opti schen Überwachung erzeugten Abbildungen, wie einzelnen Bildern oder einem Video aus einer oder mehreren Ansichten des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung geometrische Abmessungen des aus partikelförmigem Baumaterial bestehenden Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäu fung bestimmt werden.
Hierbei können beispielsweise Grundabmessungen des Baumaterialvorhangs oder Informationen über die Außenkontur des Baumaterialvorhangs bestimmt werden.
Zu den Grundabmessungen des Baumaterialvorhangs gehören Abmessungen wie beispielsweise eine Breite, eine Höhe oder ein Winkel des Baumaterialvorhangs.
Bezüglich der Außenkontur des Baumaterialvorhangs können beispielsweise seine Form und seine Dicke bestimmt werden. Eine beispielhafte Form eines Baumateri alvorhangs kann eine Quaderform sein. Alternativ kann der Baumaterialvorhang ein Trapezprisma sein, wobei beispielsweise die Breite des auf dem Baufeld aus getragenen partikelförmigen Baumaterials größer als die Breite des aus dem Auf träger austretenden partikelförmigen Baumaterials ist. Ebenso kann die Dicke des auf dem Baufeld ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials größer als die Dicke des aus dem Aufträger austretenden partikelförmigen Baumaterials sein.
Neben derartigen Abmessungen können Abmessungen entlang des Baumaterial vorhangs, also in seiner Längserstreckung, erfasst werden. Hier können beispiels weise entlang des Baumaterialvorhangs an verschiedenen Stellen unterschiedliche Dicken des Baumaterialvorhangs ermittelt werden. Außerdem können eine maxi male und/oder minimale Dicke des Baumaterialvorhangs oder eine durchschnittli che Dicke des Baumaterialvorhangs ermittelt werden.
Bezüglich der Baumaterialanhäufung können als Abmessungen eine maximale Breite im unteren Bereich der Baumaterialanhäufung, also eine etwa horizontale Seitenlänge des gedachten Dreiecks, sowie eine maximale Höhe der dreieckpris maförmigen Baumaterialanhäufung, wie eine Höhe im gedachten Dreieck, wobei die Höhe über der horizontalen Seitenlänge gemeint ist, genannt werden. Außer dem kann beispielsweise ein Innenwinkel der dreieckigen Grund- und Deckfläche der dreieckprismaförmigen Baumaterialanhäufung oder ein Böschungswinkel der Baumaterialanhäufung als Abmessung ermittelt und für einen späteren Vergleich mit einem vorgegebenen Wert für eine derartige Abmessung genutzt werden.
Da sich die Partikel des partikelförmigen Baumaterials im Baumaterialvorhang bei der Bewegung vom Aufträger zum Baufeld ständig bewegen, kommt es durch die se Partikelbewegungen zu dynamischen Veränderungen innerhalb des Baumateri alvorhangs. Grund hierfür sind unterschiedliche Geschwindigkeiten beziehungs weise Fallgeschwindigkeiten und Zusammenstöße der Partikel des partikelförmi gen Baumaterials. Dynamische Veränderungen treten ebenso in der Baumaterial anhäufung auf.
Diese dynamischen Veränderungen beziehungsweise störenden Partikelbewegun gen im Baumaterialvorhang und/oder der Baumaterialanhäufung können die Quali tät der ausgetragenen Schicht des partikelförmigen Baumaterials auf der Oberfläche des Baufeldes beeinflussen. Wird in Testläufen ein Zusammenhang zwischen störenden Partikelbewegungen und beispielsweise der Menge des pro Zeiteinheit auszutragenden partikelförmigen Baumaterials erkannt, so kann der Austragspa rameter Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials pro Zeiteinheit gezielt durch das Verfahren beeinflusst werden, für den Fall, dass das Verfahren eine ungewollte Abweichung innerhalb des Baumaterialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung bei einem Vergleich der erzeugten Abbildung des Baumate rialvorhangs und/oder der Baumaterialanhäufung mit einer zugehörigen Referenzabbildung feststellt.
Vorgesehen ist es, die Längserstreckung des Baumaterialvorhangs in Teilbereiche beziehungsweise Abschnitte zu unterteilen und innerhalb dieser Teilbereiche zu gehörige Abbildungen zu erzeugen. Gleiches kann auch mit der Baumaterialan häufung durchgeführt werden. Aus diesen Abbildungen werden beispielsweise ab schnittsbezogene Abmessungen wie eine Höhe und/oder eine Dicke und/oder ein Winkel beispielsweise des Baumaterialvorhangs bestimmt. Hierbei können alle Teilbereiche in ihrer Summe beziehungsweise ihrer Aneinanderreihung die gesam te Länge des Baumaterialvorhangs oder der Baumaterialanhäufung in seiner be ziehungsweise ihrer Längserstreckung abbilden. Vorgesehen ist es ebenso, dass die Abbildungen der Teilbereiche zur Auswertung beziehungsweise Analyse von Abweichungen mit zugehörigen Referenzabbildungen verglichen werden.
Vorgesehen ist es weiterhin, einen Vergleich einer bestimmten Abmessung mit einem vorgegebenen Wert beziehungsweise Referenzwert für diese Abmessung durchzuführen. Wird bei diesem Vergleich eine Abweichung zwischen der Abmes sung und dem vorgegebenen Wert beziehungsweise Referenzwert für diese Ab messung bestimmt, welche über einer vorgegebenen Toleranzgrenze liegt, so wird mindestens ein Parameter für das Austragen des partikelförmigen Baumaterials (Substratauftragsparameter), welcher nachfolgend als Austragsparameter be zeichnet wird, verändert.
In einer Alternative zu einem Vergleich einer bestimmten Abmessung mit einem vorgegebenen Wert beziehungsweise Referenzwert für diese Abmessung oder zusätzlich zu diesem Vergleich ist es möglich, die erzeugte Abbildung mit einer zugehörigen Referenzabbildung zu vergleichen. Werden bei einem derartigen Ver gleich wie einem Bildvergleich Abweichungen festgestellt, welche über einer vor gegebenen Toleranzgrenze liegen, so wird mindestens ein Parameter für das Aus tragen des partikelförmigen Baumaterials, also ein Austragsparameter, verändert und derart die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials reguliert oder gesteuert beziehungsweise verändert. Ziel ist es, dass die aktuell erzeugten Abbildungen mit den Referenzabbildungen in Übereinstimmung gebracht werden, um die Qualität beim Aufträgen einer Schicht des partikelförmigen Baumaterials zu verbessern, also eine Gleichmäßigkeit bezüglich der Höhe beziehungsweise Schichtdicke der ausgetragenen Schicht des partikelförmigen Baumaterials zu verbessern.
Wird beispielsweise bei einem Vergleich einer Abmessung mit ihrem Referenzwert festgestellt, dass die Dicke des Baumaterialvorhangs unter den vorgegebenen Re ferenzwert für die Dicke des Baumaterialvorhangs absinkt, so wird beispielsweise ein Austragsparameter, der die auszutragende Menge des partikelförmigen Baumaterials pro Zeiteinheit oder pro Fläche bestimmt, erhöht. Somit wird eine größere Menge des partikelförmigen Baumaterials aus einem Aufträger ausgeschüttet beziehungsweise ausgetragen. Infolgedessen ist es zu erwarten, dass die Dicke des Baumaterialvorhangs wieder zunimmt, da die Dicke in einem unmittelbaren Zu sammenhang mit der Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials steht.
Bei alternativen Vergleichen einer bestimmten Abmessung mit ihrem Referenzwert können auch die Länge, die Höhe oder ein ermittelter Winkel des Baumaterialvor hangs oder eine Länge, eine Breite, eine Höhe, ein Innenwinkel oder ein Bö schungswinkel der dreieckförmigen Grund- beziehungsweise Deckfläche der Bau materialanhäufung verwendet werden.
Vorgesehen ist es, dass bei einem Einsatz eines sogenannten Fluidisierers zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials die Austragsparameter der auszutra genden Menge des partikelförmigen Baumaterials pro Zeiteinheit oder pro Fläche dadurch beeinflusst werden, dass eine unterschiedliche Anzahl von sogenannten porösen Gasaustrittsmitteln im Fluidisierer mittels eines unter Druck stehenden Gases angesteuert beziehungsweise beaufschlagt werden. Eine weitere Möglich keit zur Beeinflussung dieser Austragsparameter besteht darin, den Druck des Ga ses zu verändern. Eine weitere Alternative besteht darin, die Veränderung des Gasdrucks in ihrem Zeitverlauf periodisch durchzuführen, wobei dies beispielswei se mit einer einstellbaren Frequenz erfolgen kann.
Vorgesehen ist es auch, dass mehrere Austragsparameter zeitgleich beeinflusst werden, infolge des Ergebnisses einer oder mehrerer ermittelter Abweichungen zwischen einer oder mehreren Abmessungen und ihren entsprechend vorgegebe nen Werten.
So ist es beispielsweise möglich, sowohl den Austragsparameter einer Bewegungsgeschwindigkeit der Arbeitsmittel des 3D-Druckers über der Oberfläche des Baufeldes zu verändern und gleichzeitig die Menge des aus einem Aufträger aus getragen partikelförmigen Baumaterials zu erhöhen.
Zu diesen Arbeitsmitteln des 3D-Druckers gehören insbesondere ein Aufträger für das partikelförmige Baumaterial wie auch die Mittel zum Glätten des ausgetragenen Baumaterials wie eine Abziehklinge, eine Schwingklinge, ein Messer oder ein Rakel. Durch die Unterteilung der optischen Überwachung des Baumaterialvorhangs in Teilbereiche ist es möglich, die Austragsparameter für jeden Teilbereich entspre chend der Abweichungen der Abmessungen von den vorgegebenen Werten in diesem Teilbereich zu verändern. Dies setzt voraus, dass die Mittel zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials, wie ein Aufträger, entsprechend unterteilt oder entsprechend mehrfach angeordnet sind. Eine derartige mehrfache Anordnung dieser Mittel kann derart erfolgen, dass die Austräger in einer Reihe nebeneinan der oder in mindestens zwei Reihen und versetzt zueinander angeordnet sind. Ei nem Fachmann ist klar, dass es mittels einer derartigen Anordnung der Mittel im mer möglich sein muss, dass das partikelförmige Baumaterial in einer Schicht gleichmäßig und in allen benötigten Bereichen auf dem Baufeld aufgetragen werden kann.
Vorgesehen ist es ebenfalls, den Baumaterialvorhang bezüglich des dynamischen Verhaltens der Partikel zu analysieren. Das partikelförmige Baumaterial ist wäh rend des Arbeitsschritts des Austragens des partikelförmigen Baumaterials im Baumaterialvorhang in einer Bewegung beziehungsweise Fließbewegung. Hierbei ändern sich die Grundabmessungen des Baumaterialvorhangs und/oder die Au ßenkontur des Baumaterialvorhangs fortwährend. Diese dynamischen Verände rungen werden beispielsweise in ihrem zeitlichen Verlauf, beispielsweise mittels einer Videoaufzeichnung beziehungsweise einer Bilderfolge beziehungsweise ei nes Bildstreams, erfasst.
Eine Auswertung dieser zeitlich veränderlichen Abmessungen wie beispielsweise einer Dicke des Baumaterialvorhangs liefert Informationen über den Bereich der Dickenänderung, also ein Minimum und ein Maximum der Abmessung Dicke. Darüber hinaus kann eine derartige Dickenänderung in ihrem zeitlichen Verlauf analy siert werden. Derart kann beispielsweise festgestellt werden, dass die Dickenände rung zwischen ihrem Minimum und ihrem Maximum periodisch erfolgt. Aus dieser zeitlichen Änderung kann beispielsweise eine mittlere Frequenz bestimmt werden, mit welcher sich der Vorgang der Dickenänderung im Baumaterialvorhang wieder holt.
Durch in Versuchsreihen bestimmte Bezugs-Dickenänderungen können mittels eines Frequenzvergleichs zwischen der Frequenz der Dickenänderung und den bestimmten Bezugs-Frequenzen Aussagen über die Beeinflussung der Qualität der aufgetragenen Schicht des partikelförmigen Baumaterials in Abhängigkeit der Fre quenz der Dickenänderung getroffen werden.
Beispielsweise in Testläufen bestimmte Werte über derartige Dickenänderungen sowie die zugehörigen Bezugs-Frequenzen können mit der zu erreichenden Quali tät der zu erzeugenden Schicht des partikelförmigen Baumaterials in einem Zusammenhang stehen. Somit ist es möglich, bei bestimmten Dickenänderungen oder Frequenzen derartiger Dickenänderungen Austragsparameter derart zu be einflussen, dass die Dickenänderung geringer wird oder sich die Frequenz der Dickenänderung verändert, um derart die Qualität der aktuellen Schicht des aufzu tragenden partikelförmigen Baumaterials zu verbessern.
Als veränderbarer Austragsparameter kann beispielsweise eine Menge des auszu tragenden partikelförmigen Baumaterials pro Zeiteinheit genannt werden. Weiter hin ist es möglich, die Menge des partikelförmigen Baumaterials pro Fläche zu ver ändern. Außerdem kann eine derartige Veränderung der Austragsmenge pro Zeit einheit und/oder pro Fläche in ihrem zeitlichen Verlauf verändert werden, wobei diese Veränderung mit einer bestimmten oder veränderlichen beziehungsweise mit einer sich zeitlich ändernden Frequenz erfolgen kann. So kann beispielsweise der Wert der eingestellten Frequenz in ihrem zeitlichen Verlauf zunehmen oder ab nehmen oder nacheinanderzunehmen und abnehmen und so weiter. Vorgesehen ist es beispielsweise, mittels einer zeitlichen Veränderung des Austragsparameters Menge des partikelförmigen Baumaterials pro Zeiteinheit der zeitlichen Dickenveränderung im Baumaterialvorhang entgegenzuwirken und die zeitliche Dickenände rung zumindest zu verringern oder zu beseitigen.
Somit kann die Partikelbewegung des partikelförmigen Baumaterials beziehungs weise die Kinematik gezielt verändert werden, um Störungen der Qualität beim Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials zu verhindern. Diese Beeinflussung der Partikelbewegung des partikelförmigen Baumaterials kann sowohl für den ge samten Baumaterialvorhang wie auch für Teilbereiche des Baumaterialvorhangs verschieden erfolgen, wenn die optische Überwachung bereits in diesen Teilberei chen getrennt erfolgt. Die zuvor erläuterten Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, welche zeigt:
Fig. 1: ein Mittel zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials sowie ein Mit tel zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials über einem Baufeld,
Fig. 2: ein beispielhaftes Mittel zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials wie einen Aufträger in einem 3D-Drucker,
Fig. 3: eine weiter beispielhafte Anordnung zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials in einem 3D-Drucker und
Fig. 4: eine vergrößerte auszugsweise Darstellung des Bereichs des Baumaterial vorhangs sowie der Baumaterialanhäufung auf dem Baufeld.
In der Figur 1 ist ein Mittel 1 zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials 2 sowie ein Mittel 3 zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials 2 über einem Baufeld 4 dargestellt.
Ein derartiges Mittel 1 zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials 2 kann beispielsweise ein sogenannter Aufträger 1 sein, während das dargestellte Mittel 3 zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials 2 beispielsweise eine Klinge ist.
Der Aufträger 1 weist einen in der Figur 1 nicht dargestellten Vorratsbehälter 15 auf, in welchem das auszutragende partikelförmige Baumaterial 2 bevorratet wird. Am unteren Ende des Aufträgers 1 kann ein Auslass 5 zum Auslassen des partikel förmigen Baumaterials 2 angeordnet sein. Um zu verhindern, dass partikelförmiges Baumaterial 2 aus dem Aufträger 1 unkontrolliert austritt, weist der Austräger 1 ein entsprechendes Verschlussmittel auf, welches in der Figur 1 nicht dargestellt ist. Dieses Verschlussmittel ist derart ausgebildet, dass es den Auslass 5 oder eine entsprechende Öffnung im unteren Bereich des Aufträgers 1 öffnen und verschlie ßen kann.
Für den Fall, dass partikelförmiges Baumaterial 2 aus dem Aufträger 1 ausgelas sen und somit auf das Baufeld 4 ausgetragen werden soll, wird das Verschlussmit tel geöffnet. Das partikelförmige Baumaterial 2 wird ausgetragen und gelangt in Form eines sogenannten Baumaterialvorhangs 6 auf die Oberfläche des Baufel- des 4. Dieser Vorgang des Austragens von partikelförmigem Baumaterial 2 ist in der Figur 1 dargestellt. Mit der Veränderung eines Austragsparameters wird die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 2 beeinflusst und gesteuert. Hierbei kann ein Austragsparameter die Menge des auszutragenden parti kelförmigen Baumaterials 2 pro Zeiteinheit sein, während ein anderer Austragsparameter die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials pro Fläche ist.
Wird beispielsweise die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumateri als 2 pro Zeiteinheit und die Geschwindigkeit der Bewegung des Aufträgers 1 in der Bewegungsrichtung 7 über dem Baufeld 4 entsprechend gesteuert, erfolgt der Austrag des partikelförmigen Baumaterials 2 auf die Oberfläche des Baufeldes 4 sehr gleichmäßig und somit in hoher Qualität.
Wie in der Figur 1 zu erkennen ist, wird mehr partikelförmiges Baumaterial 2 aus tragen als zum Erreichen der Schichtdicke 8 notwendig wäre. Da das Mittel 3 zum Glätten ebenfalls in der Bewegungsrichtung 7 über das Baufeld 4 bewegt wird, entsteht durch das zu viel ausgetragene partikelförmige Baumaterial 2 eine An sammlung.
Durch ein Mittel zur optischen Überwachung 9, wie beispielsweise einer Kamera 9, welche mit ihrem Aufnahmebereich 10 auf den Baumaterialvorhang 6 ausgerichtet ist, wird der Baumaterialvorhang 6 optisch überwacht und entsprechende Abbil dungen durch die Aufnahme von Bildern oder Videoaufnahmen erstellt. In der Fi gur 1 ist die Kamera 9 derart angeordnet, dass diese eine Frontalansicht des Baumittelvorhangs 6 liefert. Alternativ kann die Kamera 9 auch abweichend von der Darstellung der Figur 1 derart angeordnet werden, dass die Kamera 9 eine Seitenansicht oder eine Perspektivansicht liefert. Ebenfalls möglich ist es, mehrere Kameras 9 anzuordnen, um mehrere Ansichten bereitzustellen, wie beispielsweise eine Frontalansicht des Baumittelvorhangs 6 und eine Seitenansicht des Baumit telvorhangs 6.
Mittels dieser Abbildungen wird unter Verwendung einer geeigneten Bildverarbei tungssoftware beispielsweise die Abmessung der Dicke 11 oder des Winkels 12, zwischen der Oberfläche des Baufeldes 4 und dem Baumittelvorhang 6 bestimmt. Diese Abmessungen stehen in einem Zusammenhang mit der Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 3 beziehungsweise der Bewegungsge schwindigkeit in der Bewegungsrichtung 7. Es ist allgemein davon auszugehen, dass eine Zunahme des Wertes für die Dicke 11 eine Zunahme der Menge des partikelförmigen Baumaterials 2 beim Arbeitsschritt des Austragens aufzeigt. Ebenso ist allgemein davon auszugehen, dass eine Abnahme des Wertes für den Winkel 12 eine Zunahme der Bewegungsgeschwindigkeit des Aufträgers 1 beim Arbeitsschritt des Austragens aufzeigt.
Auch wenn in der Figur 1 nur der Fall eines Winkels 12 von etwa 90 Grad gezeigt ist, kann der Winkel 12 kleinere Werte annehmen. Beispielsweise ist davon auszu gehen, dass der Winkel 12 mit zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit des Aus trägers 1 in der Bewegungsrichtung 7 kleiner wird.
Weitere verfahrensgemäß zu ermittelnde Abmessungen des Baumaterialvorhangs 6, wie seine Länge 13 oder seine Höhe 14, sind in der Figur 1 nicht darge stellt.
Wird bei einem Vergleich der aktuell ermittelten Abmessungen, also beispielsweise der Werte für die Dicke 11 und oder den Winkel 12, festgestellt, dass diese von den zugehörigen vorgegebenen Werten abweichen, so erfolgt eine Veränderung von Austragsparametern. Diese Austragsparameter sind beispielsweise die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 2 pro Zeiteinheit sowie die Ge schwindigkeit der Arbeitsmittel des 3D-Druckers in der Bewegungsrichtung 7. Hier werden als Arbeitsmittel der Austräger 1 sowie das Mittel 3 zum Glätten, also bei spielsweise eine Klinge, verstanden.
Beispielsweise für den Fall, dass der Wert für die Dicke 11 größer als der zugehö rige vorgegebene Werte wird, kann beispielsweise die Geschwindigkeit in der Be wegungsrichtung 7 vergrößert werden. Ebenso kann der Austragsparameter Men ge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 2 pro Zeiteinheit verringert werden, solange bis die Abmessungen wieder den vorgegebenen Werten entspre chen, wobei üblicherweise ein Toleranzbereich festgelegt wird. Diese Verringerung der Menge kann beispielsweise durch eine Beeinflussung der Größe des Auslasses 5 am Aufträger 1 erreicht werden. Die verfahrensgemäßen Veränderungen der beschriebenen Austragsparameter für das Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials 2 können auch in Teilbereichen unterschiedlich erfolgen. Dies setzt natürlich voraus, dass beispielsweise mehrere Aufträger 1 zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials 2 im 3D-Drucker und/oder dass mehrere Mittel 3 zum Glätten im 3D-Drucker angeordnet sind.
In der Figur 1 ist auch die Baumaterialanhäufung 20 mit ihrer beispielsweise dreieckförmigen Deckfläche oder Grundfläche dargestellt. Das dargestellte Dreieck soll als ein Hilfsmittel zeigen, wie sich ein Betrachter die dreieckprismaförmige Bauma terialanhäufung 20 mit ihrer gedachten dreieckförmigen Grund- und Deckfläche im Bereich des auf das Baufeld 4 auftreffenden partikelförmigen Baumaterials 2 vorstellen kann. Die Körperkanten des dargestellten Dreiecks sind natürlich im parti kelförmigen Baumaterial 2 nicht erkennbar, können aber durch eine verfahrensge mäße Auswertung der bei der optischen Überwachung des aus partikelförmigem Baumaterial 2 bestehenden Baumaterialanhäufung 20 entstehenden Aufnahmen mittels einer geeigneten Software bestimmt werden. Hieraus lassen sich sodann weitere Abmessungen der Baumaterialanhäufung 20 bestimmen.
Die Figur 2 zeigt ein Mittel zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials 2 wie einen Aufträger 1 in einem 3D-Drucker, welcher über dem Baufeld 4 in der Bewegungsrichtung 7 horizontal bewegt werden kann.
Der Aufträger 1 weist einen Vorratsbehälter 15 für das zu bevorratende partikel förmige Baumaterial 2 auf. Der Aufträger 1 weist in seinem unteren Bereich einen sich längserstreckenden Auslass 4 zum Auslassen des partikelförmigen Baumate rials 2 auf, welches sich dann in Form des Baumittelvorhangs 6 in Richtung der Oberfläche des Baufeldes 4 bewegt beziehungsweise fällt.
Wie bereits beschrieben, ist es vorgesehen, dass mittels einer mit ihrem Aufnah mebereich 10 auf den Baumittelvorhang 6 ausgerichteten Kamera 9 Abbildungen des Baumittelvorhangs 6 erzeugt werden. Die Kamera 9 kann zu diesem Zweck beispielsweise eine Seitenansicht oder eine Frontalansicht des Baumittelvorhangs 6 zeigen. Eine weitere Möglichkeit der Ausrichtung der Kamera 9 besteht in einer Ausrichtung einer perspektivischen Ansicht auf den Baumittelvorhang 6, wie es in der Figur 2 gezeigt ist. Hierfür ist die Kamera 9 beispielsweise fest mit dem Aufträger 1 verbunden und bewegt sich somit mit dem Aufträger 1 über das Baufeld 4.
Nach der Erzeugung der Abbildungen durch die Kamera 9 können beispielsweise die dargestellten Abmessungen des Baumittelvorhangs 6 wie seine Dicke 11 , sei ne Breite 13, seine Höhe 14 oder der Winkel 12 zwischen der Oberfläche des Bau feldes 4 und dem Baumittelvorhang 6 bestimmt werden.
Auch in der Figur 2 ist die Baumaterialanhäufung 20 mit ihrer gedachten dreieck förmigen Deckfläche oder Grundfläche dargestellt. Weiterhin gezeigt ist auch die Länge 21 der Baumaterialanhäufung 20, welche im Wesentlichen der Länge 13 des Baumaterialvorhangs 6 entspricht.
Die Figur 3 zeigt ein Mittel 1 zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials 2 in einem 3D-Drucker, welches über dem Baufeld 4 in der Bewegungsrichtung 7 horizontal bewegt werden kann. Dargestellt ist ein Mittel 1 , welches auch als sogenannter Fluidisierer bezeichnet wird, in einer Momentaufnahme, in welcher partikel förmiges Baumaterial 2 durch den Auslass 5 austritt und als Baumaterialvorhang 6 zur Oberfläche des Baufeldes 4 gelangt, um dort eine neue Schicht des partikel förmigen Baumaterials 2 mit einer Schichtdicke 8 auszubilden. Das hierzu noch notwendige Mittel 3 ist in der Figur 3 nicht dargestellt.
Der Aufträger 1 weist zur Bevorratung des partikelförmigen Baumaterials 2 einen trichterförmigen Vorratsbehälter 15 auf. Dieser trichterförmige Vorratsbehälter 15 ist längsersteckt ausgebildet, wobei seine Länge ein Vielfaches seiner Breite auf weist.
Der Vorratsbehälter 15 weist eine Öffnung beziehungsweise einen Auslass 5 auf.
Im unteren Bereich des trichterförmigen Vorratsbehälters 15 sind zwei Sperrmittel 16 angeordnet, durch welche der Auslass 5 ausgebildet wird. In der Darstellung der Figur 3 wird durch das linke Sperrmittel 16 an seiner oberen Seite ein Belüf tungsspalt 17 ausgebildet.
Durch eine derartige Anordnung der Sperrmittel 16 wird es verhindert, dass parti kelförmiges Baumaterial 2 ungewollt auf das Baufeld 4 gelangt, da sich am Aus- lass 5 ein den Weg verschließender Sperrkegel aus dem partikelförmigen Bauma terial 2 ausbildet.
Ein Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials 2 auf das Baufeld 4 wird dadurch erreicht, dass das partikelförmige Baumaterial 2 im Bereich des Auslasses 5 fluidi siert wird. Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, mindestens ein poröses Gasaus trittsmittel 18 in diesem Bereich anzuordnen. In der Figur 3 sind zwei poröse Gasaustrittsmittel 18 an den Seitenwänden des Vorratsbehälters 15 angeordnet. Diese beiden porösen Gasaustrittsmittel 18 weisen je einen Gasanschluss 19 auf, wel cher jeweils mit einer nicht dargestellten externen Einheit verbunden ist, welche ein in seinem Gasdruck steuerbares Gas erzeugt.
Jedes poröse Gasaustrittsmittel 18 weist auf seiner dem partikelförmigen Baumate rial 2 zugewandten Seite ein gasdurchlässiges poröses Material auf.
Das von der externen Einheit in seinem Gasdruck steuerbare Gas tritt aus dem porösen Gasaustrittsmittel 18 durch das gasdurchlässige poröse Material in Rich tung des partikelförmigen Baumaterials 2 gleichmäßig verteilt aus und durchströmt das partikelförmige Baumaterial 2. Dieses ausströmende Gas ist in der Figur 3 mittels mehrerer kleiner Pfeile an den porösen Gasaustrittsmitteln 18 dargestellt.
Durch dieses austretende Gas wird das partikelförmige Baumaterial 2 fluidisiert, wodurch das partikelförmige Baumaterial 2 über den Auslass 5 ausgelassen, den Baumittelvorhang 6 bildend, zum Baufeld 4 gelangt.
Zum Fluidisieren des partikelförmigen Baumaterials 2 wird nur ein poröses Gas austrittsmittel 18 benötigt. Strömt das Gas aber über zwei poröse Gasaustrittsmit tel 18 von zwei Seiten in das partikelförmige Baumaterial 2, wird der Effekt des Fluidisierens des partikelförmigen Baumaterials 2 verstärkt und eine größere Men ge des partikelförmigen Baumaterials 2 über den Auslass 5 ausgelassen.
Zur Steuerung der Menge des auszulassenden partikelförmigen Baumaterials 2 wird der Druck des Gases, welches in die porösen Gasaustrittsmittel 18 eingespeist wird, verändert. So kann beispielsweise mittels eines größeren Gasdrucks die Fluidisierung des partikelförmigen Baumaterials 2 verstärkt bzw. verbessert werden, infolgedessen mehr fluidisiertes partikelförmiges Baumaterial 2 durch den Auslass 5 austreten kann und beispielsweise die Dicke 11 des Baumaterialvor hangs 6 zunimmt.
Alternativ kann mittels eines kleineren Gasdrucks die Fluidisierung des partikelför migen Baumaterials 2 vermindert beziehungsweise verschlechtert werden, infolge dessen weniger partikelförmiges Baumaterial 2 ausgelassen wird.
Eine Steuerung einer Abmessung Dicke 11 des Baumaterialvorhangs 6 kann also mittels einer Steuerung des Gasdrucks oder die Anzahl der genutzten porösen Gasaustrittsmittel 18 durch das vorliegende Verfahren erfolgen. Somit kann der verfahrensgemäße Austragsparameter der Menge des auszutragenden partikel förmigen Baumaterials 2 pro Zeiteinheit oder der verfahrensgemäße Austragsparameter der Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 2 pro Flä che durch die Anzahl der genutzten porösen Gasaustrittsmittel 18 gesteuert bezie hungsweise geregelt werden. Eine weitere Möglichkeit der Steuerung beziehungs weise Regelung dieser Austragsparameter ist der für die porösen Gasaustrittsmit tel 18 genutzte Gasdruck.
Bei einer speziellen Variante kann der Gasdruck beispielsweise pulsierend erzeugt werden, wodurch eine Verbesserung der Fluidisierung möglich ist und wobei sich auch die Menge des ausgelassenen partikelförmigen Baumaterials 2 in einem zeit lichen Verlauf verändern lässt.
Die Figur 4 zeigt eine vergrößerte auszugsweise Darstellung des Bereichs des Baumaterialvorhangs 6 sowie der Baumaterialanhäufung 20 auf dem Baufeld 4.
Die Figur 4 zeigt auch den Aufträger 1 mit seinem Auslass 5. Weiterhin ist ein Mit tel 9a zur optischen Überwachung des Baumaterialvorhangs 6 mit seinem Aufnahmebereich 10a dargestellt. Auch die Dicke 11 des Baumaterialvorhangs 6 ist gezeigt.
In der Figur 4 ist ein weiteres Mittel 9b zur optischen Überwachung der Baumateri alanhäufung 20 dargestellt, wobei auch ein einziges Mittel 9 sowohl den Baumate rialvorhang 6 als auch die Baumaterialanhäufung 20 überwachen könnte. Die Dar stellung der Mittel 9 in der Figur 4 ist nur eine Prinzipskizze und stellt weder die genauen Größenverhältnisse noch die genauen Positionen der Mittel 9 dar, welche bedarfsgerecht angeordnet werden können. So können die Mittel 9 je nach ihrer Positionierung eine Frontalansicht, eine Seitenansicht oder eine perspektivische Sicht auf den Baumaterialvorhang 6 und/oder die Baumaterialanhäufung 20 zei gen.
Verfahrensgemäß bestimmbare Abmessungen der dreieckprismaförmigen Bauma- terialanhäufung 20 mit ihrer dreieckförmigen Grundfläche beziehungsweise Deck fläche sind mit einer Höhe 22, einer Breite 25, einem der Innenwinkel 23 sowie einem Böschungswinkel 24 dargestellt.
Die Länge 21 der Baumaterialanhäufung 20 ist nicht in der Figur 4 dargestellt, da die Figur 4 eine Seitenansicht der Baumaterialanhäufung 20 zeigt, in welcher sich die Länge 21 der Baumaterialanhäufung 20 in die Tiefe der Darstellung erstrecken würde.
Liste der Bezugszeichen
1 Aufträger / Mittel zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials / Fluidisierer
2 partikelförmiges Baumaterial
3 Mittel zum Glätten / Klinge
4 Baufeld
5 Auslass für partikelförmiges Baumaterial
6 Baumaterialvorhang
7 Bewegungsrichtung
8 Schichtdicke
9, 9a, 9b Mittel zur optischen Überwachung / Kamera
10, 10a, 10b Aufnahmebereich
11 Dicke des Baumaterialvorhangs
12 Winkel des Baumaterialvorhangs
13 Länge des Baumaterialvorhangs
14 Höhe des Baumaterialvorhangs
15 Vorratsbehälter
16 Sperrmittel
17 Belüftungsspalt
18 poröses Gasaustrittsmittel
19 Gasanschluss
20 Baumaterialanhäufung (mit gedachter dreieckförmiger Grundfläche be ziehungsweise Deckfläche der dreieckprismaförmigen Baumaterialan häufung)
21 Länge der Baumaterialanhäufung
22 Höhe der Baumaterialanhäufung
23 Innenwinkel der Baumaterialanhäufung
24 Böschungswinkel der Baumaterialanhäufung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Austragen von partikelförmigem Baumaterial (2) in einem 3D- Drucker, bei welchem partikelförmiges Baumaterial (2) aus einem Aufträ ger (1) in Form eines Baumaterialvorhangs (6) auf ein Baufeld (4) ausgetra gen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Überwachung des aus partikelförmigem Baumaterial (2) bestehenden Baumaterialvorhangs (6) in einem Arbeitsschritt eines Austragens des partikelförmigen Baumaterials (2) in einem Bereich des Baumaterialvorhangs (6) zwischen dem Aufträger (1) und dem Baufeld (4) erfolgt, dass eine Abbildung des Baumaterialvor hangs (6) erzeugt wird, wobei eine Abbildung des Baumaterialvorhangs (6) ein Bild, eine Bilderfolge oder ein Video ist, dass aus der erzeugten Abbildung des Baumaterialvorhangs (6) mindestens eine Abmessung des Baumaterial vorhangs (6) bestimmt wird, dass die Abbildung und/oder die mindestens eine bestimmte Abmessung mit einer zugehörigen Referenzabbildung und/oder einem vorgegebenen Referenzwert verglichen wird und dass bei einer Abweichung der Abbildung von der Referenzabbildung und/oder der bestimmten Abmessung von dem zugehörigen Referenzwert mindestens ein Austragspa rameter für das Austragen des partikelförmigen Baumaterials (2) und somit die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials (2) reguliert beziehungsweise verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die optische Überwachung des Baumaterialvorhangs (6) und/oder der Baumaterialanhäu fung (20) aus mindestens einer Richtung auf den Baumaterialvorhang (6) und/oder die Baumaterialanhäufung (20) erfolgt, wobei eine Abbildung des Baumaterialvorhangs (6) und/oder der Baumaterialanhäufung (20) oder eines Teilbereichs des Baumaterialvorhangs (6) und/oder der Baumaterialanhäu fung (20) in einer Seitenansicht und/oder einer Frontalansicht und/oder einer Perspektivansicht erzeugt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Abmessungen des Baumaterialvorhangs (6) eine Länge (13), eine Hö- he (14), eine Dicke (11) oder ein Winkel (12) und dass die Abmessungen der Baumaterialanhäufung (20) eine Länge (21), eine Höhe (22), eine Breite (25), ein Innenwinkel (23) oder ein Böschungswinkel (24) sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Austragsparameter für das Austragen des partikelförmigen Baumateri als (2) eine Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials (2) pro Zeiteinheit, eine Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials (2) pro Fläche, eine Bewegungsgeschwindigkeit von Arbeitsmitteln des 3D-Druckers über einer Oberfläche des Baufeldes (4) oder eine Änderung der Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials (2) in einem zeitli chen Verlauf sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Menge des auszutragenden partikelförmigen Bauma terials (2) in einem zeitlichen Verlauf mit einer festgelegten Frequenz oder einer sich zeitlich verändernden Frequenz erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Überwachung des auszutragenden partikelförmigen Bau materials (2) in dem Bereich des Baumaterialvorhangs (6) und/oder in dem Bereich der Baumaterialanhäufung (20) in Teilbereiche unterteilt erfolgt, wo bei sich die Teilbereiche in einer Längserstreckung odereiner Quererste- ckung des Baumaterialvorhangs (6) und/oder der Baumaterialanhäufung (20) erstrecken.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbereiche in ihrer Summe den gesamten Bereich des Baumateri alvorhangs (6) und/oder den gesamten Bereich der Baumaterialanhäufung (20) abdecken.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsparameter für das Austragen des partikelförmigen Baumaterials (2) in den Teilbereichen unterschiedlich verändert werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsparameter Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials (2) pro Zeiteinheit und/oder Menge des auszutragenden parti kelförmigen Baumaterials (2) pro Fläche mittels eines Fluidisierers (1) da durch gesteuert werden, dass eine Anzahl von im Fluidisierer (1) genutzten porösen Gasaustrittsmitteln (18) und/oder dass ein Druck des Gases, mit welchem die porösen Gasaustrittsmitteln (18) beaufschlagt werden, verändert wird.
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